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1、关于材料表面化学第1页，此课件共52页哦5.7 胶体化学胶体化学n n胶体化学：研究微小颗粒分散体系的科学。通常规定胶体颗粒胶体化学：研究微小颗粒分散体系的科学。通常规定胶体颗粒胶体化学：研究微小颗粒分散体系的科学。通常规定胶体颗粒胶体化学：研究微小颗粒分散体系的科学。通常规定胶体颗粒的大小为的大小为的大小为的大小为(l100nm)(l100nm)。n n小于小于小于小于1nm 1nm 为分子或离子分散体系为分子或离子分散体系为分子或离子分散体系为分子或离子分散体系n n大于大于大于大于 100 nm为粗分散体系为粗分散体系为粗分散体系为粗分散体系第2页，此课件共52页哦5.7.1 胶体的制备
2、和性质胶体的制备和性质1、胶体制备的一般条件、胶体制备的一般条件 分散相在介质中的溶解度须极小分散相在介质中的溶解度须极小n三三氯氯化化铁铁在在水水中中溶溶解解为为真真溶溶液液，但但水水解解成成氢氢氧氧化化铁铁后后则则不不溶溶于于水水。适适当当条条件件下使三氯化铁水解可以制得氢氧化铁水溶胶。下使三氯化铁水解可以制得氢氧化铁水溶胶。n分散相在介质中有极小的溶解度，是形成溶胶的必要条件之一。分散相在介质中有极小的溶解度，是形成溶胶的必要条件之一。n还要具备反应物浓度很稀、生成的难溶物晶粒很小、而且又无长大条件时才能得到胶体。还要具备反应物浓度很稀、生成的难溶物晶粒很小、而且又无长大条件时才能得到胶
3、体。n如果反应物浓度很大，细小的难溶物颗粒突然生成很多，则可能生成凝胶。如果反应物浓度很大，细小的难溶物颗粒突然生成很多，则可能生成凝胶。第3页，此课件共52页哦 必须有稳定剂存在必须有稳定剂存在n将大块物体分散成胶体时，由于分散过程中颗粒的比表面积增大，体系的表面能增将大块物体分散成胶体时，由于分散过程中颗粒的比表面积增大，体系的表面能增大，这意味着此体系是热力学不稳定的。大，这意味着此体系是热力学不稳定的。n如欲制得稳定的溶胶，必须加入第三种物质，即稳定剂。如欲制得稳定的溶胶，必须加入第三种物质，即稳定剂。第4页，此课件共52页哦5.7.2 胶体制备的方法胶体制备的方法分散法分散法n分散法
4、有机械分散、电分散、超声波分散和胶溶等各种方法。分散法有机械分散、电分散、超声波分散和胶溶等各种方法。凝聚法凝聚法n用物理或化学方法使分子或离子聚集成胶体粒子的方法叫凝聚法。用物理或化学方法使分子或离子聚集成胶体粒子的方法叫凝聚法。第5页，此课件共52页哦由溶液中析出胶粒的过程，与结晶过程相似，可以分为两个阶段：由溶液中析出胶粒的过程，与结晶过程相似，可以分为两个阶段：n第一个阶段是形成晶核第一个阶段是形成晶核n第二个阶段是晶体的成长第二个阶段是晶体的成长n晶核的生成速度，与晶体的溶解度和溶液的过饱和度有关。晶核的生成速度，与晶体的溶解度和溶液的过饱和度有关。n析出物质的浓度越大，溶解度越小，
5、则生成晶核的速度越大。析出物质的浓度越大，溶解度越小，则生成晶核的速度越大。n由于体系中物质数量一定，要成大量晶核，就只能得到极小的粒子。由于体系中物质数量一定，要成大量晶核，就只能得到极小的粒子。5.7.3 凝聚法原理凝聚法原理第6页，此课件共52页哦 Haber 认为：认为：主要取决于主要取决于凝结速度和定向速度凝结速度和定向速度。若前者大于后者，则生成无定形沉淀；若前者大于后者，则生成无定形沉淀；若前者大于后者，则生成无定形沉淀；若前者大于后者，则生成无定形沉淀；若后者大于前者，则得结晶状沉淀。若后者大于前者，则得结晶状沉淀。若后者大于前者，则得结晶状沉淀。若后者大于前者，则得结晶状沉淀
6、。凝凝结结速速度度和和饱饱和和度度成成正正比比，而而定定向向速速度度是是指指分分子子或或离离子子以以一一定定的的方方式式在在晶晶格格中中排排列列的速度，主要取决于物质的极性大小。的速度，主要取决于物质的极性大小。AgCl、ZnS、HgS等等分分子子小小、极极性性大大，故故定定向向速速度度快快，能能生生成成结结晶晶状状沉沉淀淀，或或具具有有晶晶体体结结构构的胶粒。的胶粒。Al(OH)3、Fe(OH)3或或硅硅酸酸等等含含轻轻基基多多，还还有有水水分分子子结结合合，结结构构复复杂杂，分分子子极极性性较较小小，且溶解度极微，故其凝结速度远大于定向速度，因而极易生成无定形结构的凝胶状沉淀。且溶解度极微
7、，故其凝结速度远大于定向速度，因而极易生成无定形结构的凝胶状沉淀。第7页，此课件共52页哦 用用凝凝聚聚法法制制得得的的溶溶胶胶都都具具有有多多分分散散性性，即即体体系系中中含含有有大大小小不不等等的的各各类类粒粒子子，其其中中有有一一些可能会超出胶体颗粒的范围。些可能会超出胶体颗粒的范围。用用化化学学法法制制得得的的溶溶胶胶通通常常都都含含有有较较多多的的电电解解质质，虽虽然然适适量量的的电电解解质质可可以以作作为为溶溶胶胶的的稳稳定剂，但过多电解质又会降低溶胶的稳定性。定剂，但过多电解质又会降低溶胶的稳定性。得到纯净、稳定的溶胶，必须将制得的溶胶加以净化。得到纯净、稳定的溶胶，必须将制得的
8、溶胶加以净化。渗析：渗析：利利用用羊羊皮皮纸纸或或由由火火棉棉胶胶制制成成的的半半透透膜膜，将将溶溶胶胶与与纯纯分分散散介介质质隔隔开开，膜膜的的孔孔隙隙很很小小，仅能让小分子或离子通过，而胶粒不能通过。仅能让小分子或离子通过，而胶粒不能通过。5.7.4 溶胶的净化溶胶的净化第8页，此课件共52页哦1、渗渗析析法法：主主要要是是利利用用羊羊皮皮纸纸或或由由火火棉棉胶胶制制成成的的半半透透膜膜，将将溶溶胶胶与与纯纯分分散散介介质质隔隔开开，膜膜的的孔孔隙很小，仅能让小分子或离子通过，而胶粒不能通过。隙很小，仅能让小分子或离子通过，而胶粒不能通过。在外加电场下进行渗析可以增加离子迁移的在外加电场下
9、进行渗析可以增加离子迁移的在外加电场下进行渗析可以增加离子迁移的在外加电场下进行渗析可以增加离子迁移的速率，通常称为速率，通常称为速率，通常称为速率，通常称为电渗析法电渗析法电渗析法电渗析法。此法特别适于。此法特别适于。此法特别适于。此法特别适于用普通渗析法难以除去的少量电解质。使用用普通渗析法难以除去的少量电解质。使用用普通渗析法难以除去的少量电解质。使用用普通渗析法难以除去的少量电解质。使用时所用的电流密度不宜太高，以免发生因受时所用的电流密度不宜太高，以免发生因受时所用的电流密度不宜太高，以免发生因受时所用的电流密度不宜太高，以免发生因受热使溶胶变质。热使溶胶变质。热使溶胶变质。热使溶胶
10、变质。第9页，此课件共52页哦 2、超过滤法、超过滤法n用用孔孔径径细细小小的的半半渗渗透透膜膜(约约10-83 10-7m)在在加加压压或或过过滤滤的的情情况况下下使使胶胶粒粒与与介介质质分分开开，这这种种方方法法称称为为超超过滤法。可溶性杂质能透过滤板而被除去。过滤法。可溶性杂质能透过滤板而被除去。n超超过过滤滤时时，在在半半透透膜膜的的两两边边安安放放电电极极，加加上上一一定定的电压，则称为电超过滤法。的电压，则称为电超过滤法。第10页，此课件共52页哦5.8 分散体系分散体系5.8.1 5.8.1 分散体系分散体系分散体系分散体系n n至至至至少少少少由由由由两两两两相相相相组组组组成
11、成成成的的的的体体体体系系系系称称称称为为为为分分分分散散散散体体体体系系系系，其其其其中中中中形形形形成成成成粒粒粒粒子子子子的的的的相相相相称称称称为为为为分分分分散散散散相相相相，是是是是不不不不连连连连续续续续相相相相；分散粒子所处的介质称为分散粒子所处的介质称为分散粒子所处的介质称为分散粒子所处的介质称为分散介质分散介质分散介质分散介质，即，即，即，即连续相连续相连续相连续相。n n分分分分散散散散的的的的粒粒粒粒子子子子越越越越小小小小，则则则则称称称称分分分分散散散散程程程程度度度度越越越越高高高高，体体体体系系系系内内内内的的的的界界界界面面面面积积积积也也也也越越越越大大大大
12、。热热热热力力力力学学学学分分分分析析析析此此此此类类类类体体体体系系系系也就越不稳定。也就越不稳定。也就越不稳定。也就越不稳定。n n表明粒子的大小直接影响到体系的物理化学性质。表明粒子的大小直接影响到体系的物理化学性质。表明粒子的大小直接影响到体系的物理化学性质。表明粒子的大小直接影响到体系的物理化学性质。第11页，此课件共52页哦分散体系也可以按分散相和分散介质的聚集状态不同来分类。分散体系也可以按分散相和分散介质的聚集状态不同来分类。分散体系也可以按分散相和分散介质的聚集状态不同来分类。分散体系也可以按分散相和分散介质的聚集状态不同来分类。对材料化学具有重要意义的是对材料化学具有重要意
13、义的是对材料化学具有重要意义的是对材料化学具有重要意义的是固固固固液溶胶、固液溶胶、固液溶胶、固液溶胶、固固凝胶体系等固凝胶体系等固凝胶体系等固凝胶体系等。第12页，此课件共52页哦n胶胶体体分分散散体体系系是是指指分分散散相相的的大大小小在在1.0nm(10-9)0.1m(10-7m)之之间间的的分分散散体体系系。具具有特殊的物理化学性质。有特殊的物理化学性质。n分分散散相相的的粒粒子子可可以以是是气气体体、固固体体或或液液体体，比比较较重重要要的的是是固固体体分分散散在在液液体体中中的的溶溶胶胶(sol)。溶胶分为溶胶分为亲液溶胶和憎液溶胶亲液溶胶和憎液溶胶。n亲亲液液溶溶胶胶：分分散散相
14、相和和分分散散介介质质之之间间有有很很好好的的亲亲和和能能力力和和很很强强的的溶溶剂剂化化作作用用。将将这这类类大大块块分分散散相相，放放在在分分散散介介质质中中往往往往会会自自动动散散开开，成成为为亲亲液液溶溶胶胶。固固液液间间没没有有明明显显的的相相界界面面，例例如如蛋蛋白白质质、淀淀粉粉水水溶溶液液及及其其他他高高分分子子溶溶液液等等。亲亲液液溶溶胶胶虽虽然然具有某些溶胶特性，但本质上与普通溶液一样属于热力学稳定体系。具有某些溶胶特性，但本质上与普通溶液一样属于热力学稳定体系。n憎憎液液溶溶胶胶：分分散散相相与与分分散散介介质质之之间间亲亲和和力力较较弱弱，有有明明显显的的相相界界面面，
15、属属于于热热力力学学不不稳定体系。稳定体系。n憎液溶胶是胶体化学所研究的主要内容憎液溶胶是胶体化学所研究的主要内容。5.8.2 5.8.2 胶体分散体系及分类胶体分散体系及分类胶体分散体系及分类胶体分散体系及分类第13页，此课件共52页哦溶胶的光学性质是其高度分散性和不均匀性特点的反映。溶胶的光学性质是其高度分散性和不均匀性特点的反映。丁铎尔效应丁铎尔效应n一一束束会会聚聚的的光光线线通通过过溶溶胶胶时时，从从与与光光束束垂垂直直的的侧侧面面方方向向观观察察，可可以以看看到到一一个个发发光光的的圆圆锥锥体体，这种现象称为这种现象称为丁铎尔丁铎尔(Tyndall)效应效应。是胶粒对光的散射的结果
16、。是胶粒对光的散射的结果。n入射光是白色时，光柱呈蓝紫色，称为入射光是白色时，光柱呈蓝紫色，称为乳光乳光。n光光线线射射入入分分散散体体系系时时，由由于于分分散散体体系系对对光光的的吸吸收收、反反射射和和散散射射作作用用，只只有有一一部部分分光光能能够够通通过过。其其中中，光的吸收主要取决于体系的化学组分，而散射和反射与体系的分散度及入射光的波长有关。光的吸收主要取决于体系的化学组分，而散射和反射与体系的分散度及入射光的波长有关。n若若分分散散相相的的粒粒子子大大于于入入射射光光的的波波长长，则则主主要要发发生生光光的的反反射射或或折折射射现现象象，粗粗分分散散体体系系属属于于这种情况。这种情
17、况。n若若是是分分散散相相的的粒粒子子小小于于入入射射光光的的波波长长，则则主主要要发发生生光光的的散散射射；此此时时光光波波绕绕过过粒粒子子而而向向各各个个方方向向散散射射出出去去(波波长长不不发发生生变变化化)，散散射射出出来来的的光光称称为为乳乳光光或或散散射射光光。可可见见光光的的波波长长约约在在400700nm之之间间，而而溶溶胶胶粒粒子子的的半半径径一一般般在在1100mn之之间间，小小于于可可见见光光的的波波长长，因因此此发发生生光光散散射射作作用而出现丁铎尔效应。用而出现丁铎尔效应。5.9 溶胶的性质溶胶的性质5.9.1 5.9.1 光学性质光学性质光学性质光学性质第14页，此
18、课件共52页哦 瑞利瑞利(Rayleigh)公式公式研究了散射作用得出，对于单位体积的体系，散射出的光能总量：研究了散射作用得出，对于单位体积的体系，散射出的光能总量：研究了散射作用得出，对于单位体积的体系，散射出的光能总量：研究了散射作用得出，对于单位体积的体系，散射出的光能总量：散射光的总能量与入射光波长的四次方成反比，入射光波长越短，散射越多。散射光的总能量与入射光波长的四次方成反比，入射光波长越短，散射越多。散射光的总能量与入射光波长的四次方成反比，入射光波长越短，散射越多。散射光的总能量与入射光波长的四次方成反比，入射光波长越短，散射越多。分散介质与分散相之间折射率相差越显著，则散射
19、作用也越显著。分散介质与分散相之间折射率相差越显著，则散射作用也越显著。散射光强度与单位体积中的质点数散射光强度与单位体积中的质点数散射光强度与单位体积中的质点数散射光强度与单位体积中的质点数c c成正比。成正比。成正比。成正比。散射光强度与粒子体积的平方正比。散射光强度与粒子体积的平方正比。散射光强度与粒子体积的平方正比。散射光强度与粒子体积的平方正比。第15页，此课件共52页哦 2 2、超显微镜的原理和粒子大小的测定、超显微镜的原理和粒子大小的测定、超显微镜的原理和粒子大小的测定、超显微镜的原理和粒子大小的测定n超显微镜的测定原理就是用显微镜来观察丁铎尔效应。超显微镜的测定原理就是用显微镜
20、来观察丁铎尔效应。n用足够强的入射光从侧面照射溶胶，然后在黑暗的背景中进行观察。由于散射作用，用足够强的入射光从侧面照射溶胶，然后在黑暗的背景中进行观察。由于散射作用，胶粒成为闪闪发光的光点，可以清楚地看到其布朗运动。胶粒成为闪闪发光的光点，可以清楚地看到其布朗运动。M=4/3 r3 NA第16页，此课件共52页哦5.9.2 5.9.2 动力性质动力性质动力性质动力性质动动动动力力力力性性性性质质质质主主主主要要要要指指指指溶溶溶溶胶胶胶胶中中中中粒粒粒粒子子子子的的的的不不不不规规规规则则则则运运运运动动动动，以以以以及及及及由由由由此此此此而而而而产产产产生生生生的的的的扩扩扩扩散散散散、
21、渗渗渗渗透透透透压压压压以以以以及及及及在在在在重重重重力力力力场场场场下下下下浓浓浓浓度度度度随随随随高高高高度度度度的的的的分分分分布布布布等等等等性性性性质质质质。根根根根据据据据分子运动的观点不难理解溶胶的布朗运动。分子运动的观点不难理解溶胶的布朗运动。分子运动的观点不难理解溶胶的布朗运动。分子运动的观点不难理解溶胶的布朗运动。溶溶溶溶胶胶胶胶与与与与稀稀稀稀溶溶溶溶液液液液有有有有某某某某些些些些形形形形式式式式上上上上的的的的相相相相似似似似之之之之处处处处，因因因因此此此此可可可可以以以以用用用用处处处处理理理理稀稀稀稀溶溶溶溶液液液液中中中中类类类类似似似似问题的方法来讨沦溶胶
22、的动力性质。问题的方法来讨沦溶胶的动力性质。问题的方法来讨沦溶胶的动力性质。问题的方法来讨沦溶胶的动力性质。第17页，此课件共52页哦 布朗运动和粒子的扩散布朗运动和粒子的扩散n在在溶溶胶胶中中胶胶体体粒粒子子的的运运动动和和稀稀溶溶液液中中的的分分子子运运动动相相似似，也也是是不不断断热热运运动动的的液液体体分分子子对对微微粒粒冲冲击击的的结结果果。溶溶胶胶中中每每个个粒粒子子的的平平均均动动能能和和液液体体分分子子一一样样，都都等等于于(3/2)kT。n尽尽管管胶胶体体粒粒子子非非常常微微小小，但但却却远远远远大大于于液液体体介介质质分分子子的的微微粒粒。由由于于胶胶粒粒不不断断受受到到不
23、不同同方方向向，不不同同速速率率的的液液体体分分子子的的冲冲击击，受受到到的的力力不不平平衡衡，所所以以时时刻刻以以不不同同的的方方向向，不不同同的的速速率率作作不不规规则的运动。则的运动。n植植物物学学家家布布朗朗(Brown)早早在在1827年年，就就用用显显微微镜镜观观察察到到悬悬浮浮在在液液面面上上的的花花粉粉粉粉末末不不断断地地作作不不规规则则的的运运动动，后后来来又又发发现现许许多多其其他他物物质质如如煤煤、化化石石、金金属属等等的的粉粉末末也也都有类似的现象。都有类似的现象。n人们称微粒的这种不规则运动为人们称微粒的这种不规则运动为布朗运动布朗运动布朗运动布朗运动。第18页，此课
24、件共52页哦n n尽管布朗运动看来复杂而无规则，但在一定条件下在一定时间内粒子所移动的平均位移却具有一定的数值。尽管布朗运动看来复杂而无规则，但在一定条件下在一定时间内粒子所移动的平均位移却具有一定的数值。尽管布朗运动看来复杂而无规则，但在一定条件下在一定时间内粒子所移动的平均位移却具有一定的数值。尽管布朗运动看来复杂而无规则，但在一定条件下在一定时间内粒子所移动的平均位移却具有一定的数值。n n爱爱爱爱因因因因斯斯斯斯坦坦坦坦利利利利用用用用分分分分子子子子运运运运动动动动论论论论的的的的一一一一些些些些基基基基本本本本概概概概念念念念和和和和公公公公式式式式，并并并并假假假假设设设设胶胶胶
25、胶体体体体粒粒粒粒子子子子是是是是球球球球形形形形的的的的，得得得得到到到到布布布布朗朗朗朗运动的公式：运动的公式：运动的公式：运动的公式：n n这个公式把粒子的位移与粒子的大小，介质的粘度、温度以及观察的时间等联系起来。许多这个公式把粒子的位移与粒子的大小，介质的粘度、温度以及观察的时间等联系起来。许多这个公式把粒子的位移与粒子的大小，介质的粘度、温度以及观察的时间等联系起来。许多这个公式把粒子的位移与粒子的大小，介质的粘度、温度以及观察的时间等联系起来。许多实验都证实了爱因斯坦公式的正确性。实验都证实了爱因斯坦公式的正确性。实验都证实了爱因斯坦公式的正确性。实验都证实了爱因斯坦公式的正确性
26、。第19页，此课件共52页哦n用超显微镜观察溶胶粒子的运动，还发现另一有趣的现象：用超显微镜观察溶胶粒子的运动，还发现另一有趣的现象：涨落现象涨落现象涨落现象涨落现象n n涨涨涨涨落落落落现现现现象象象象：在在一一个个较较大大的的体体积积范范围围内内溶溶胶胶粒粒子子的的分分布布是是均均匀匀的的，但但观观察察一一个个有有限限的的小小体体积积元元发发现现，由由于于粒粒子子的的布布朗朗运运动动，小小体体积积内内粒粒子子的的数数目目时时多多时时少少，这这种种粒粒子子数数的的变变动动现现象称为象称为涨落现象涨落现象。n涨落现象是研究溶胶的光散射等现象及高分子溶液的某些物理化学性质的基础。涨落现象是研究溶
27、胶的光散射等现象及高分子溶液的某些物理化学性质的基础。n胶体布朗运动的本质是质点的热运动。胶体布朗运动的本质是质点的热运动。胶胶体体粒粒子子越越小小，则则布布朗朗运运动动越越激激烈烈，其其运运动动的的激激烈烈程程度度不不随随时时间间而而改改变变，但但随温度的升高而增加。随温度的升高而增加。胶胶体体粒粒于于处处于于不不均均匀匀分分布布状状态态时时，布布朗朗运运动动会会促促使使胶胶体体粒粒子子从从高高浓浓度度区区向向低低浓浓度度区区运运动动，这就是扩散。这就是扩散。第20页，此课件共52页哦n n可以利用菲克第一定律和第二定律对平动扩散进行描述。可以利用菲克第一定律和第二定律对平动扩散进行描述。可
28、以利用菲克第一定律和第二定律对平动扩散进行描述。可以利用菲克第一定律和第二定律对平动扩散进行描述。n n爱因斯坦首先指出扩散作用与渗透压力间有着密切的联系。爱因斯坦首先指出扩散作用与渗透压力间有着密切的联系。爱因斯坦首先指出扩散作用与渗透压力间有着密切的联系。爱因斯坦首先指出扩散作用与渗透压力间有着密切的联系。n n如如如如果果果果在在在在图图图图5-245-24的的的的装装装装置置置置中中中中ABAB截截截截面面面面是是是是一一一一个个个个只只只只允允允允许许许许溶溶溶溶剂剂剂剂分分分分子子子子通通通通过过过过的的的的半半半半透透透透膜膜膜膜，则则则则溶溶溶溶剂剂剂剂分分分分子子子子将将将将
29、透透透透过过过过该该该该半半半半透透透透膜膜膜膜自自自自右右右右向向向向左左左左从从从从低低低低浓浓浓浓度度度度(c2)(c2)向向向向高高高高浓浓浓浓度度度度(c1)(c1)方方方方向向向向渗渗渗渗透透透透，使使使使溶溶溶溶剂剂剂剂分分分分子子子子作作作作定定定定向向向向移移移移动动动动的的的的力力力力起起起起源源源源于于于于渗渗渗渗透透透透压力之差，使溶剂分子扩散的与使溶剂分子穿过半透膜的渗透力大小相等，但方向相反。压力之差，使溶剂分子扩散的与使溶剂分子穿过半透膜的渗透力大小相等，但方向相反。压力之差，使溶剂分子扩散的与使溶剂分子穿过半透膜的渗透力大小相等，但方向相反。压力之差，使溶剂分子
30、扩散的与使溶剂分子穿过半透膜的渗透力大小相等，但方向相反。=nRT/V溶胶的渗透压溶胶的渗透压()可以借用稀溶液的渗透压公式来计可以借用稀溶液的渗透压公式来计算，即算，即第21页，此课件共52页哦溶溶溶溶胶胶胶胶中中中中粒粒粒粒子子子子的的的的扩扩扩扩散散散散作作作作用用用用，促促促促使使使使胶胶胶胶体体体体能能能能稳稳稳稳定定定定地地地地存存存存在在在在。同同同同时时时时，由由由由于于于于胶胶胶胶体体体体粒粒粒粒子子子子的的的的密密密密度度度度比比比比液液液液体体体体介介介介质质质质大大大大，在在在在重重重重力力力力场的作用下胶体粒子会沉降。场的作用下胶体粒子会沉降。场的作用下胶体粒子会沉降
31、。场的作用下胶体粒子会沉降。沉降是溶胶动力不稳定性的主要表现。沉降是溶胶动力不稳定性的主要表现。沉降是溶胶动力不稳定性的主要表现。沉降是溶胶动力不稳定性的主要表现。沉沉沉沉降降降降的的的的结结结结果果果果使使使使得得得得溶溶溶溶胶胶胶胶下下下下部部部部的的的的浓浓浓浓度度度度增增增增加加加加，上上上上部部部部浓浓浓浓度度度度降降降降低低低低，均均均均衡衡衡衡性性性性破破破破坏坏坏坏。这这这这样样样样又又又又引引引引起起起起了了了了扩扩扩扩散散散散作作作作用用用用，下下下下部部部部较较较较浓浓浓浓的的的的离离离离子将向上移动，使体系浓度趋于均匀。子将向上移动，使体系浓度趋于均匀。子将向上移动，使
32、体系浓度趋于均匀。子将向上移动，使体系浓度趋于均匀。沉降与扩散这一对矛盾的相互作用，构成了体系的动力稳定状态。沉降与扩散这一对矛盾的相互作用，构成了体系的动力稳定状态。沉降与扩散这一对矛盾的相互作用，构成了体系的动力稳定状态。沉降与扩散这一对矛盾的相互作用，构成了体系的动力稳定状态。胶体粒子的沉降胶体粒子的沉降=2r2(-0)g/9要满足上式，必须符合以下几个条件：要满足上式，必须符合以下几个条件：1)球形粒子的运动要十分缓慢，周围液体呈层流分布。球形粒子的运动要十分缓慢，周围液体呈层流分布。2)粒子是刚性球，没有溶剂化作用。粒子是刚性球，没有溶剂化作用。3)粒子间没有相互作用，粒子与器壁也无
33、作用。粒子间没有相互作用，粒子与器壁也无作用。4)液相是连续介质。液相是连续介质。第22页，此课件共52页哦是一个非常有用的公式。是一个非常有用的公式。沉降速率沉降速率 与与r2成正比，所以离子的大小对沉降速率影响很大。成正比，所以离子的大小对沉降速率影响很大。小粒子的溶胶，能自动扩散，使整个体系均匀分布，称为动力稳定性。小粒子的溶胶，能自动扩散，使整个体系均匀分布，称为动力稳定性。粗粒子的溶胶，由于布朗运动微弱，沉降成为主要特征，称为动力不稳定性粗粒子的溶胶，由于布朗运动微弱，沉降成为主要特征，称为动力不稳定性。第23页，此课件共52页哦5.9.3 5.9.3 溶胶的电学性质溶胶的电学性质溶
34、胶的电学性质溶胶的电学性质n分分散散相相粒粒子子在在与与极极性性介介质质(H2O)接接触触的的界界面面上上，由由于于发发生生电电离离、离离子子吸吸附附或离子溶解等作用，因而使得分散相粒子的表面或者带正电，或者带负电。或离子溶解等作用，因而使得分散相粒子的表面或者带正电，或者带负电。n凡凡是是与与溶溶胶胶粒粒子子中中某某一一组组成成相相同同的的离离子子，则则优优先先被被吸吸附附。在在没没有有与与溶溶胶胶粒粒子子组组成成相相同同的的离离子子存存在在时时，则则胶胶粒粒一一般般先先吸吸附附水水化化能能力力较较弱弱的的阴阴离离子子，而而使使水水化化能能力力较较强强的的阳阳离离子子留留在在溶溶液液中中，所
35、以通常带负电荷的胶粒居多。所以通常带负电荷的胶粒居多。n由由于于胶胶粒粒表表面面带带某某种种电电荷荷，则则介介质质必必然然带带有有数数量量相相等等而而符符号号相相反反的的电电荷荷(因因为为整整个个胶体溶液总是电中性的胶体溶液总是电中性的)，因而使溶胶表现出各种电学性质。，因而使溶胶表现出各种电学性质。第24页，此课件共52页哦1 1、电动现象、电动现象、电动现象、电动现象n电泳：电泳：在外加电场下，胶体粒子在分散介质中作定向移动的现象。在外加电场下，胶体粒子在分散介质中作定向移动的现象。n胶体的电泳：胶体的电泳：证明胶粒是带电的。证明胶粒是带电的。n溶溶胶胶中中加加入入电电解解质质，对对电电泳
36、泳会会有有显显著著影影响响。随随外外加加电电解解质质的的增增加加，电电泳泳速速率率常常会会降降低低以以至至变变成成零零，外外加加电电解解质质还还能能够够改改变变胶胶粒粒带带电电的符号。的符号。n影影响响电电泳泳的的因因素素有有：带带电电粒粒子子的的大大小小、形形状状，粒粒子子表表面面的的电电荷荷数数目目，溶溶剂剂中电解质的种类，离子强度以及中电解质的种类，离子强度以及pH、温度和所加的电压等、温度和所加的电压等。电泳现象电泳现象第25页，此课件共52页哦 电渗电渗电渗电渗在在外外力力作作用用下下(例例如如加加压压)使使液液体体在在毛毛细细管管中中流流经经多多孔孔膜膜时时，在在膜膜的的两两边边会
37、产生电势差，称之为会产生电势差，称之为流动电势流动电势，是电渗作用的反面现象。是电渗作用的反面现象。毛毛细细管管的的表表面面是是带带电电的的，如如果果外外力力迫迫使使液液体体流流动动，出出于于扩扩散散层层的的移移动动，与与固固体体表表面面产产生生电电势势差差，从从而而产产生生了了流流动动电电势势。用用泵泵输输送送碳碳氢氢化化合合物物，在在流流动动过过程程中中产产生生流流动动电电势势，高高压压下下易易于于产产生生火火花花。由由于于此此类类液液体体易易燃燃，故故应应采采取取相相应应的的防防护护措措施施。如如油油管管接接地地或或加加入入油油溶溶性性电电解解质质，增增加加介介质质的的电电导导，减减小小
38、流流动电势。动电势。流动电势流动电势流动电势流动电势在外加电场下，可以观察到分散介质会通过多孔膜或极细的毛细管在外加电场下，可以观察到分散介质会通过多孔膜或极细的毛细管(半半径为径为1l0nm)而移动，即固相不动而液相移动，这种现象称为而移动，即固相不动而液相移动，这种现象称为电渗电渗。第26页，此课件共52页哦n若若使使分分散散相相粒粒子子在在分分散散介介质质中中迅迅速速沉沉降降，则则在在液液体体的的表表面面层层与与底底层层之之间间会会产产生生电势差，称之为电势差，称之为沉降电势沉降电势。是电泳作用的反面现象。是电泳作用的反面现象。n贮贮油油罐罐中中的的油油内内常常含含有有水水滴滴，水水滴滴
39、的的沉沉降降常常形形成成很很高高的的沉沉降降电电势势，甚甚至至达达到到危危险的程度。通常解决的办法是加入有机电解质，以增加介质的电导。险的程度。通常解决的办法是加入有机电解质，以增加介质的电导。沉降电势沉降电势沉降电势沉降电势由由外外加加电电势势差差而而引引起起固固、液液相相之之间间的的相相对对移移动动引引起起的的电电泳泳、电电渗渗以以及及流流动动电电势势、由由固固液液相相之之间间的的相相对对移移动动而而产产生生的的沉沉降降电电势势差差，其其电电学学性性质质都都与与固固相相和和液液相相间间的的相相对对移移动动有有关关，统统称称之之为为电电动现象，其中以电泳和电渗最为重要。动现象，其中以电泳和电
40、渗最为重要。研究电动现象可以了解胶体粒子的结构以及外加电解质对溶胶稳定性的影响规律。应用电泳方法可以使橡胶的乳状液汁凝结而使其浓缩，可以使橡胶沉积在金属、布匹或木材上，这样沉积的橡胶容易硫化，可以得到拉力很强的产品。电泳涂漆、陶器工业中高岭土的精炼、石油工业中天然石油乳状液中油水的分离，以及不同蛋白质的分离等都应用到电泳作用。工业和工程中泥土和泥炭的脱水则是电渗实际应用的另一个例子。第27页，此课件共52页哦2、双电层和电动电势双电层和电动电势双电层和电动电势双电层和电动电势n固固体体与与液液体体接接触触时时，可可以以是是固固体体从从溶溶液液中中选选择择性性吸吸附附某某种种离离子子，也也可可以
41、以是是由由于于固固体体分分子子本本身身的的电电离离作作用用使使离离子子进进入入溶溶液液，以以致致固固液液两两相相分分别别带带有有不不同同符符号号的的电电荷荷，在在界界面面上上形形成成了了双双电电层层的的结构。结构。n亥亥姆姆霍霍兹兹于于1879年年提提出出平平板板型型模模型型，认认为为带带电电质质点点的的表表面面电电荷荷(即即固固体体的的表表面面电电荷荷)与与带带相相反反电电荷荷的的离离子子(也也称称为为反反离离子子)构构成成平平行行的的两两层层，称称为为双双电电层层，其其距距离离约约等等于于离离子子半半径径，如如同同一一个个平平板板电电容容器器。表表面面与与液液体体内内部部的的电电位位差差称
42、称为为质质点点的的表表面面电电势势 0(即即热热力力学学电电势势)。n在电场作用下，带电质点和溶液中的反离子在电场作用下，带电质点和溶液中的反离子n分别向相反的方向运动。这种模型虽然说明分别向相反的方向运动。这种模型虽然说明n了电动现象，但显然是极简单的。了电动现象，但显然是极简单的。n例如，由于离子的热运动，它不可能形成平例如，由于离子的热运动，它不可能形成平n板式的电容器。板式的电容器。第28页，此课件共52页哦n古埃古埃(Gouy)和查普曼和查普曼(Chapman)修正了上述模型，提出了扩散双电层的模型。修正了上述模型，提出了扩散双电层的模型。n认认为为由由于于静静电电吸吸引引作作用用和
43、和热热运运动动两两种种效效应应的的结结果果，在在溶溶液液中中与与固固体体表表面面离离子子电电荷荷相相反反的的离离子子只只有有一一部部分分紧紧密密地地排排列列在在固固体体表表面面上上(距距离离约约一一、二二个个离离子子的的厚厚度度)，另另一一部部分分离离子子与与固固体体表表面面的的距距离离则则可可以从紧密层一直分散到本体溶液之中。因此双电层实际上包括了紧密层和扩散层两部分。以从紧密层一直分散到本体溶液之中。因此双电层实际上包括了紧密层和扩散层两部分。n在在电电场场作作用用下下，固固液液之之间间发发生生电电动动现现象象时时，移移动动的的切切动动面面。相相对对运运动动边边界界处处于于液液体体内内部部
44、的的电电位位差差称称为为电动电势或电动电势或 电势电势(zeta-potential)。n随着电解质浓度的增加，或电解质价型增加，双电层厚度减小、随着电解质浓度的增加，或电解质价型增加，双电层厚度减小、电势也减小。电势也减小。古古埃埃和和查查普普曼曼的的模模型型虽虽然然克克服服了了亥亥姆姆霍霍兹兹模模型型的的缺缺陷，但也有许多不能解释的实验事实。陷，但也有许多不能解释的实验事实。第29页，此课件共52页哦n斯特恩斯特恩(stern)作了进一步修正。作了进一步修正。n认认为为：紧紧密密层层(后后来来又又称称为为Stern层层)约约有有一一、二二个个分分子子层层厚厚，紧紧密密吸吸附附在在表表面面上
45、上；在在紧紧密密层层中中，反反离离子子的的电电性性中中心心构构成成Stern平平面面；在在Stern层层内内电电势势的的变变化化情情形形与与亥亥姆霍兹的平板模型一样，姆霍兹的平板模型一样，0直线下降到直线下降到Stern平面的平面的。n由由于于离离子子的的溶溶剂剂化化作作用用，紧紧密密层层结结合合有有一一定定数数量量的的溶溶剂剂分分子子，在在电电场场作作用用下下，和和固固体体质质点点作作为为一一个个整整体体一一起起移移动动。因因此此切切动动面面的的位位置置略略比比Stern层层靠靠右右；电电势势也也相相应应略略低低于于。第30页，此课件共52页哦3 3、胶体粒子的构造胶体粒子的构造胶体粒子的构
46、造胶体粒子的构造n胶体是一种高度分散的超微多相体系，溶胶中粒子的大小在胶体是一种高度分散的超微多相体系，溶胶中粒子的大小在10-910-7m之间。之间。n扩散作用慢、不能透过半透膜、渗透压低、动力稳定性强、乳光亮度强等都与其特有的分散程度有关。扩散作用慢、不能透过半透膜、渗透压低、动力稳定性强、乳光亮度强等都与其特有的分散程度有关。n分分散散相相的的小小颗颗粒粒形形成成高高度度分分散散的的体体系系，势势必必导导致致表表面面积积增增大大，其其表表面面能能也也高高，促促使使得得胶胶粒粒处处于于不不稳稳定定的的状状态态，具具有有相相互互聚聚集集起起来来变变成成较较大大的的粒粒子子而而聚聚沉沉的的倾倾
47、向向。从从热热力学的角度来说是不稳定的。力学的角度来说是不稳定的。n可可是是，胶胶体体又又具具有有很很高高的的稳稳定定性性，这这和和胶胶体体粒粒子子的的结结构构有有密密切切的的关关系系。溶溶胶胶与与其其他分散体系的差异不仅只是粒子大小不同，还表现在溶胶中粒子构造的复杂性。他分散体系的差异不仅只是粒子大小不同，还表现在溶胶中粒子构造的复杂性。n从从真真溶溶液液到到溶溶胶胶是是从从均均相相到到开开始始具具有有相相界界面面的的超超微微不不均均匀匀相相，因因此此胶胶体体溶溶液液中中除除了了分分散散相相和和分分散散介介质质外外，还需要少量电解质稳定剂的存在，以起到保护粒子的作用。还需要少量电解质稳定剂的
48、存在，以起到保护粒子的作用。n离离子子吸吸附附在在胶胶核核表表面面上上形形成成双双电电层层结结构构，由由于于带带电电和和溶溶剂剂化化作作用用，胶胶体体粒粒子子才才能能够够相相对对稳稳定定地地存存在在于溶液中。于溶液中。第31页，此课件共52页哦根据胶体的电动现象和扩散双电层模型，推测出胶体颗粒结构。根据胶体的电动现象和扩散双电层模型，推测出胶体颗粒结构。胶胶胶胶核核核核连连连连同同同同吸吸吸吸附附附附在在在在其其其其上上上上的的的的离离离离子子子子，包包包包括括括括吸吸吸吸附附附附层层层层中中中中相相相相反反反反电电电电荷荷荷荷离离离离子子子子，称称称称为为为为胶胶胶胶粒粒粒粒，胶胶胶胶粒粒粒
49、粒连连连连同同同同周周周周围围围围介介介介质中的相反电荷离子则构成质中的相反电荷离子则构成质中的相反电荷离子则构成质中的相反电荷离子则构成胶团胶团胶团胶团。由由由由于于于于离离离离子子子子的的的的溶溶溶溶剂剂剂剂化化化化，因因因因此此此此胶胶胶胶粒粒粒粒和和和和胶胶胶胶团团团团也也也也是是是是溶溶溶溶剂剂剂剂化化化化的的的的。通通通通常常常常所所所所说说说说的的的的溶溶溶溶胶胶胶胶带带带带正正正正电电电电或或或或负负负负电电电电系系系系指指指指胶胶胶胶粒粒粒粒而而而而言言言言，整整整整个个个个胶胶胶胶团团团团总总总总是是是是电电电电中中中中性性性性的的的的。胶胶胶胶团团团团没没没没有有有有固固
50、固固定定定定的的的的直直直直径径径径和和和和质质质质量量量量，同同同同一一一一种种种种溶溶溶溶胶胶胶胶的的的的值值值值也也也也不不不不是是是是一一一一个个个个固固固固定定定定的的的的数值。不同溶胶的胶团可有不同的形状。数值。不同溶胶的胶团可有不同的形状。数值。不同溶胶的胶团可有不同的形状。数值。不同溶胶的胶团可有不同的形状。讨论溶胶特性时，除注意其高度分散性外，还应注意到结构上的这种复杂性。讨论溶胶特性时，除注意其高度分散性外，还应注意到结构上的这种复杂性。讨论溶胶特性时，除注意其高度分散性外，还应注意到结构上的这种复杂性。讨论溶胶特性时，除注意其高度分散性外，还应注意到结构上的这种复杂性。(