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1、第第2 2章章 胶体分散体系的物理化学性质胶体分散体系的物理化学性质1/12/202312.1动力性质动力性质2.2光学性质光学性质 2.3电学性质电学性质1/12/202322.1.12.1.1Brown 运动运动 1827年年,植物学家布朗植物学家布朗(Brown)在显微镜下在显微镜下,看到悬浮看到悬浮在水中的花粉粒子处于不停息的无规则运动状态。在水中的花粉粒子处于不停息的无规则运动状态。2.1 动力性质动力性质1/12/20233布朗运动是分子热运动的必然结果。布朗运动是分子热运动的必然结果。以后发现，线度小于以后发现，线度小于4000nm的粒子，在分散介质中都的粒子，在分散介质中都有这
2、种运动。（胶体尺度有这种运动。（胶体尺度 1 1000nm)这种现象产生的原因是：分散介质分子处于不断的热运这种现象产生的原因是：分散介质分子处于不断的热运动中，从四面八方不断地撞击分散相粒子。对于大小在胶动中，从四面八方不断地撞击分散相粒子。对于大小在胶体尺度下的分散相粒子，粒子受到撞击次数较小体尺度下的分散相粒子，粒子受到撞击次数较小,从各个从各个方向受到的撞击力不能完全互相抵消方向受到的撞击力不能完全互相抵消,在某一时刻在某一时刻,粒子从粒子从某一方向得到的冲量即可发生位移。此即布朗运动。某一方向得到的冲量即可发生位移。此即布朗运动。1/12/20234Einstein-Brown 平均
3、位移公式：平均位移公式：x :t 时间间隔内粒子的平均位移时间间隔内粒子的平均位移r:粒子半径粒子半径 T：热力学温度：热力学温度 ：分散介质粘度：分散介质粘度NA：阿伏加德罗常数：阿伏加德罗常数1/12/20235 Svedberg用超显微镜用超显微镜,对金溶胶作不同时间间隔对金溶胶作不同时间间隔 t 与平均与平均位移位移 测定的实验测定的实验,验证爱因斯坦验证爱因斯坦-布朗平均位移公式布朗平均位移公式:1/12/20236 可见可见,理论与实验相当符合。理论与实验相当符合。该公式也可用于分散相粒子大小的测定，及阿伏该公式也可用于分散相粒子大小的测定，及阿伏加德罗常数的测定。加德罗常数的测定
4、。1/12/202372.1.2涨落现象涨落现象粒子数目在小体积内时多时少的变动现象。粒子数目在小体积内时多时少的变动现象。1/12/202382.1.32.1.3扩散扩散1 1、定义：在有浓度梯度存在时，物质粒子因热运动而、定义：在有浓度梯度存在时，物质粒子因热运动而发生宏观上的定向迁移，称为发生宏观上的定向迁移，称为扩散扩散。浓度梯度的存在，是扩散的推动力浓度梯度的存在，是扩散的推动力1/12/20239胶体系统的扩散与溶液中溶质扩散一样，可用胶体系统的扩散与溶液中溶质扩散一样，可用Fick Fick 扩散第一定律来描述：扩散第一定律来描述：单位时间通过某一截面的物质的量单位时间通过某一截
5、面的物质的量dn/dt与该处的与该处的浓度梯度浓度梯度dc/dx及面积大小及面积大小As成正比，其比例系数成正比，其比例系数D 称为称为扩散系数扩散系数，负号负号是因为扩散方向与浓梯方向相是因为扩散方向与浓梯方向相反反2、FickFick定律定律1/12/202310D 扩散系数扩散系数 单位浓度梯度下，单位时间通过单位面积的物单位浓度梯度下，单位时间通过单位面积的物质的量。单位：质的量。单位：m2 s-1D 可用可用来衡量扩散速率。来衡量扩散速率。下表给出不同半径金溶胶的扩散系数。下表给出不同半径金溶胶的扩散系数。3、D 扩散系数扩散系数 1/12/202311 可见，粒子越小，扩散系数越大
6、，扩散能力越强。胶可见，粒子越小，扩散系数越大，扩散能力越强。胶体粒子扩散速率要比真溶液小几百倍。体粒子扩散速率要比真溶液小几百倍。对于球形对于球形粒子，粒子，D D 可由爱因斯坦斯托克斯方程计算：可由爱因斯坦斯托克斯方程计算：1/12/202312将上式与将上式与前面前面式子结合，可得：式子结合，可得：由测量一定时间间隔由测量一定时间间隔t t内的粒子平均位移内的粒子平均位移 ，可求出可求出 D 。1/12/202313由由 D，和和 ，可求出可求出一个球形胶体粒子的质量：一个球形胶体粒子的质量：从从D值可求得球形粒子的大小、质量值可求得球形粒子的大小、质量m和摩尔质量和摩尔质量M1/12/
7、202314而而 1mol 胶体粒子的摩尔质量为：胶体粒子的摩尔质量为：注意：注意：1)1)当胶体粒子为当胶体粒子为多级分散多级分散时，由时，由公式公式求得的求得的 为粒子为粒子平均平均半径；半径；2 2）若粒子）若粒子非球形非球形，则算得半径为，则算得半径为表观半径表观半径；3 3）若粒子有）若粒子有溶剂化溶剂化，算出半径为，算出半径为溶剂化粒子半径溶剂化粒子半径。1/12/2023152.1.4 2.1.4 沉降与沉降平衡沉降与沉降平衡 多相分散系统中的粒子，因受多相分散系统中的粒子，因受重力作用重力作用而下沉的而下沉的过程，称为沉降。过程，称为沉降。沉降沉降与布朗运动所产生的与布朗运动所
8、产生的扩散扩散为一对矛盾的两个为一对矛盾的两个方面。方面。沉降沉降 扩散扩散 分散相分布分散相分布真溶液 均相粗分散系统 沉于底部胶体系统 平衡 形成浓梯1、定义、定义1/12/202316若粒子以速度若粒子以速度v下沉，按下沉，按StokesStokes定律，其所受阻力定律，其所受阻力F2 2为为当当F1 1 F2 2时，粒子是以匀速下降，则时，粒子是以匀速下降，则下沉的重力：下沉的重力：对球形粒子：对球形粒子：2 2、StokesStokes沉降公式：沉降公式：1/12/2023171/12/202318其中：其中：C1，C2 为高度为高度h1,h2 处粒子的处粒子的数密度数密度；M为粒子
9、的摩尔质量；为粒子的摩尔质量；g 重力加速度；重力加速度；0 0 分散介质密度；分散介质密度；粒子密度；粒子密度；贝林贝林(Perrin)(Perrin)导出重力场中，沉降平衡时粒子浓度导出重力场中，沉降平衡时粒子浓度随高度的分布：随高度的分布：3、沉降平衡时粒子的浓度、沉降平衡时粒子的浓度1/12/2023191)1)该式只适用于粒子大小相等的体系，但形状不限；该式只适用于粒子大小相等的体系，但形状不限；2)2)粒子越重（粒子越重（M大），随大），随 h 增加，浓度降低越快。增加，浓度降低越快。3)3)实际上达到沉降平衡需要很长时间实际上达到沉降平衡需要很长时间,温度波动引起对温度波动引起对
10、 流会妨碍沉降平衡建立。流会妨碍沉降平衡建立。若气体看作是理想气体，温度不随高度变化，则：若气体看作是理想气体，温度不随高度变化，则：而对大气中气体分子，不存在浮力，不必做浮力校正，即而对大气中气体分子，不存在浮力，不必做浮力校正，即1/12/202320所以上式成为：所以上式成为：上式可用于计算摩尔质量为上式可用于计算摩尔质量为M的气体的的气体的分压力分压力 p 与高度与高度 h 的关系：的关系：1/12/2023212.2.1TyndallTyndall（丁铎尔）效应（丁铎尔）效应18691869年年 Tyndall Tyndall发现胶体系统有光散射现象发现胶体系统有光散射现象丁丁铎铎尔
11、效应：在暗室里，将一束聚集的光投射到胶体系尔效应：在暗室里，将一束聚集的光投射到胶体系统上，在与入射光垂直的方向上，可观察到一个发亮的统上，在与入射光垂直的方向上，可观察到一个发亮的光柱，其中并有微粒闪烁。光柱，其中并有微粒闪烁。2.2 光学性质光学性质1/12/2023221/12/202323 入射光波长入射光波长 分散粒子尺寸分散粒子尺寸散射散射（可见光波长（可见光波长 400 760 nm；胶粒；胶粒 1 1000nm)入射光频率入射光频率=分子固有频率分子固有频率 吸收吸收 无作用无作用 透过透过1/12/202324丁丁铎尔效应是由于胶体粒子发生光散射而引起的铎尔效应是由于胶体粒子
12、发生光散射而引起的丁丁铎铎尔效应可用来区分尔效应可用来区分胶体溶液胶体溶液小分子真溶液小分子真溶液散射光：分子吸收一定波长的光，形成电偶极子，由散射光：分子吸收一定波长的光，形成电偶极子，由 其振荡向各个方向发射振动频率与入射光频率相同其振荡向各个方向发射振动频率与入射光频率相同 的光的光系统完全均匀，所有散射光相互抵销，看不到散射光；系统完全均匀，所有散射光相互抵销，看不到散射光；系统不均匀，散射光不会被相互抵销，可看到散射光。系统不均匀，散射光不会被相互抵销，可看到散射光。1/12/2023252.2.2 瑞利（瑞利（Rayleigh）公式公式 18711871年，瑞利在假设：年，瑞利在假
13、设：1 1）粒子尺寸远小于入射光的波长，可认为粒子是点光源；）粒子尺寸远小于入射光的波长，可认为粒子是点光源；2 2）粒子间的距离较远，各粒子散射光间无相互干涉；）粒子间的距离较远，各粒子散射光间无相互干涉；3 3）粒子不导电；）粒子不导电；基础上，用经典电磁波理论，导出稀薄气溶胶散射光强度基础上，用经典电磁波理论，导出稀薄气溶胶散射光强度计算式。后来推广到稀的液溶胶，当入射光为非偏振光时，计算式。后来推广到稀的液溶胶，当入射光为非偏振光时，对对单位体积单位体积液体溶胶的液体溶胶的散射光强度散射光强度I I 近似为：近似为：1/12/202326 I ：单位体积散射光强度：单位体积散射光强度
14、；I0 0 ：入射光强度；入射光强度；：入射光波长；入射光波长；V：每个分散相粒子的体积；每个分散相粒子的体积；C：单位体积中的粒子数；：单位体积中的粒子数；n：分散相的折射率；分散相的折射率；n0 0 ：分散介质的折射率；：分散介质的折射率；：散射角（观察方向与入射方向夹角）；散射角（观察方向与入射方向夹角）；l ：观测距离（观察者与散射中心的距离）。观测距离（观察者与散射中心的距离）。1/12/2023271/12/2023281 1）I V 2 ：可用来鉴别小分子真溶液与胶体溶液；可用来鉴别小分子真溶液与胶体溶液；如已知如已知 n、n0 ，可由测，可由测 I 求粒子大小求粒子大小V。2)
15、2)I 1/4 波长越短的光，散射越强。波长越短的光，散射越强。例：用白光照射溶胶，散射光呈例：用白光照射溶胶，散射光呈蓝色，蓝色，透射光呈透射光呈红色红色。由由 Rayleigh 公式可知：公式可知：1/12/202329可以此来区分可以此来区分胶体溶液：胶体溶液：分散相与分散介质有相界面，分散相与分散介质有相界面，因为因为 n 大大高分子溶液：高分子溶液：均相溶液，均相溶液，n 小小3)3)散射光强度散射光强度 I 分散相与分散介质折射率的差分散相与分散介质折射率的差 n1/12/2023304)散射光强度散射光强度 I 粒子数密度粒子数密度C，同一种类溶胶，测同一种类溶胶，测量条件相同，
16、仅仅量条件相同，仅仅 C 不同时，有：不同时，有：如果已知数密度如果已知数密度 C1，可求数密度可求数密度 C2 。这就是。这就是通通过光散射来测定溶胶和粗分散系统的浊度计的原理。过光散射来测定溶胶和粗分散系统的浊度计的原理。1/12/2023312.2.32.2.3超显微镜的原理和应用超显微镜的原理和应用1 1、原理、原理（1 1）肉眼）肉眼0.2mm0.2mm（2 2）普通显微镜）普通显微镜200nm200nm（3 3）电子显微镜几个）电子显微镜几个nmnm1/12/202332弧光弧光观察到散射光观察到散射光显微镜显微镜置液器置液器物镜物镜缝隙缝隙凸透镜凸透镜凸透镜凸透镜（4 4）超）超
17、/(/(暗视野）显微镜暗视野）显微镜TyndallTyndall现象现象20nm20nm1/12/202333测定溶胶粒子大小：（假设粒子为球形）测定溶胶粒子大小：（假设粒子为球形）m:一个胶体粒子的质量一个胶体粒子的质量：分散相的密度分散相的密度应用应用1/12/202334应用应用观察布朗运动和涨落现象观察布朗运动和涨落现象确定胶体粒子形状确定胶体粒子形状胶体溶液分散度的估计胶体溶液分散度的估计研究聚沉动力学研究聚沉动力学研究沉降平衡研究沉降平衡研究胶体粒子的带电性研究胶体粒子的带电性1/12/202335 溶胶是一个高度分散的非均相系统。分散相粒子与溶胶是一个高度分散的非均相系统。分散相
18、粒子与分散介质间有明显的相界面。实验发现，分散介质间有明显的相界面。实验发现，在外电场下，在外电场下，固固、液两相可发生相对运动、液两相可发生相对运动；反之，；反之，若迫使固、液两相若迫使固、液两相作相对运动时，又可产生电势差作相对运动时，又可产生电势差。溶胶的这种。溶胶的这种与电势差与电势差有关的相对运动称为有关的相对运动称为电动现象。电动现象。电动现象电动现象说明，溶胶粒子表面带有电荷。而溶胶粒说明，溶胶粒子表面带有电荷。而溶胶粒子带有电荷也正是它能长期存在的原因子带有电荷也正是它能长期存在的原因2.3 电学性质电学性质1/12/2023361、电离作用、电离作用2、吸附离子作用、吸附离子
19、作用3、离子的、离子的“溶解溶解”作用作用4、晶格取代、晶格取代5、摩擦带电、摩擦带电2.3.1 2.3.1 胶体粒子表面上电荷的来源胶体粒子表面上电荷的来源1/12/202337 溶胶粒子表面上的某些分子、原子可发生电离溶胶粒子表面上的某些分子、原子可发生电离。例：蛋白质中的氨基酸分子例：蛋白质中的氨基酸分子:在在pH低时氨基形成低时氨基形成NH3+而带正电；而带正电；在在pH高时羧基形成高时羧基形成COO而带负电。而带负电。例：例：SiO2表面在水中生成表面羟基表面在水中生成表面羟基SiOH，可电，可电离生成离生成SiO-，或，或SiOH2。这类电荷与这类电荷与pH有关。有关。1、电离作用
20、、电离作用1/12/202338固体的溶胶粒子，固体的溶胶粒子，可从溶液中选择性地吸附某种离子而可从溶液中选择性地吸附某种离子而带电。带电。其规则是：离子晶体表面从溶液中其规则是：离子晶体表面从溶液中优先吸附优先吸附能与它晶能与它晶 格上离子格上离子生成难溶生成难溶或或电离度很小电离度很小化合物的化合物的离子离子。例：例：AgI溶胶：溶胶：溶液中溶液中I过量时，可吸附过量时，可吸附I而带负电，而带负电，溶液中溶液中Ag+过量时，可吸附过量时，可吸附Ag+而带负电。而带负电。另外，与离子的水化能力有关。另外，与离子的水化能力有关。2、吸附离子作用、吸附离子作用1/12/202339不等量溶解例如
21、：AgI溶胶中，溶胶中，Ag的活动性较强，结合力小于的活动性较强，结合力小于I。3、离子的、离子的“溶解溶解”作用作用1/12/202340晶格中的原子为其它的原子所取代。代表性例子：粘土矿物高岭石：无取代高岭石：无取代蒙脱石：八面体中铝被镁、铁取代，蒙脱石：八面体中铝被镁、铁取代，0.250.60伊利石：四面体中硅被铝取代，伊利石：四面体中硅被铝取代，0.61.04、晶格取代、晶格取代1/12/202341介电常数较大的带正电，另一相带负电。介电常数较大的带正电，另一相带负电。5、摩擦带电、摩擦带电1/12/202342 溶液中带电溶胶粒子表面，必然要吸引相反电荷离子，溶液中带电溶胶粒子表面
22、，必然要吸引相反电荷离子，使它们围绕在溶胶粒子周围，这样就在固使它们围绕在溶胶粒子周围，这样就在固 液两相间形成液两相间形成了双电层。了双电层。以下就来介绍几个主要的双电层理论，以下就来介绍几个主要的双电层理论，2.3.22.3.2双电层理论双电层理论1/12/202343 1879 年，亥姆霍兹首先提年，亥姆霍兹首先提出在固液两相之间的界面上形出在固液两相之间的界面上形成双电层的概念：成双电层的概念：1 1）正负电荷如平板电容器）正负电荷如平板电容器那样分布；那样分布；2 2）两层距离与离子半径相）两层距离与离子半径相当；当；3 3）在外加电场下，带电质）在外加电场下，带电质点与溶液中反电离
23、子分别向相点与溶液中反电离子分别向相反方向移动。反方向移动。x1 1、平行板电容器模型、平行板电容器模型1/12/202344 0 x 质点表面电荷与周围介质中的反离子构成双质点表面电荷与周围介质中的反离子构成双电层；电层；表面电势表面电势 0 0：带电质点表面与液体的电位差：带电质点表面与液体的电位差：电势电势 ：固、液两相发生相对运动时边界处与：固、液两相发生相对运动时边界处与 液体内部的电位差。液体内部的电位差。缺点：缺点：1)1)不能解释带电质点表面电势不能解释带电质点表面电势 o o 与与 电势电势的区别；的区别；2)2)不能解释电解质对不能解释电解质对 电势的影响；电势的影响；3
24、3）与带电质点一起运动的水化层的厚度大于平板双电）与带电质点一起运动的水化层的厚度大于平板双电 层的厚度（离子半径大小），而滑动面的层的厚度（离子半径大小），而滑动面的 仍不为零。仍不为零。1/12/202345 扩散层扩散层 0电电势势距离距离 x 1910年，古依和查普曼提出了扩散年，古依和查普曼提出了扩散双电层理论：双电层理论：1 1）反电荷的离子不是整齐排列在一个平面上，）反电荷的离子不是整齐排列在一个平面上，而是扩散分布在溶液中的。而是扩散分布在溶液中的。静电力：使反离子趋向表面；静电力：使反离子趋向表面；热运动：使反离子趋于均匀分布。热运动：使反离子趋于均匀分布。总结果：总结果：反
25、离子平衡分布。反离子平衡分布。2 2）离固体表面越远，反离子浓度越小，形成一个反离子）离固体表面越远，反离子浓度越小，形成一个反离子 的的扩散层扩散层。2、扩散双电层理论、扩散双电层理论1/12/202346 当离开固体表面足够远时，溶液中正负离子所带电量大小当离开固体表面足够远时，溶液中正负离子所带电量大小相等，对应电势为零。相等，对应电势为零。式中式中 的倒数的倒数 -1 1 具有双电层厚度的意义。具有双电层厚度的意义。若若假设：假设：1）质点表面看作无限大的平面；）质点表面看作无限大的平面；2）表面电荷分布均匀；）表面电荷分布均匀；3）溶剂介电常数处处相同；）溶剂介电常数处处相同；则，则
26、，距表面距表面 x 处的电势处的电势 与表面电与表面电 势势 0 的关系为的关系为（玻耳兹曼定律）（玻耳兹曼定律）：=o e-x （12.4.1）扩散层扩散层 0电电势势距离距离 x1/12/202347古依查普曼模型的缺点：古依查普曼模型的缺点：1)1)没有给出没有给出 电位的具体位置及意义电位的具体位置及意义 2)2)没有考虑胶粒表面上的固定吸附层没有考虑胶粒表面上的固定吸附层1/12/202348 19241924年，年，斯特恩提出斯特恩提出扩散双扩散双电层电层模型。他认为：模型。他认为：1)离子有一定的大小；离子有一定的大小；2)质点与表面除静电作用外质点与表面除静电作用外 ，还有范德
27、华作用，还有范德华作用;因此表因此表 面可形成一固定吸附层面可形成一固定吸附层,或或 称为称为Stern层层(包括一些溶剂包括一些溶剂 分子分子);其余反离子其余反离子 扩散分扩散分布布 在溶液中在溶液中,构成扩散部分。构成扩散部分。Stern层层距离距离SternStern面面滑动面滑动面+固固体体表表面面扩散层扩散层3、斯特恩斯特恩(Stern)双双电层模型电层模型1/12/202349SternStern模型：固定层扩散层模型：固定层扩散层 称为斯特恩电势称为斯特恩电势 为滑动面与溶液本体之间为滑动面与溶液本体之间 的电位差的电位差4)4)在扩散层中在扩散层中,电势由电势由 降到零降到零
28、,可用古依查普曼的公式描述只可用古依查普曼的公式描述只需将式中的需将式中的 o o 换成换成 :3)在在Stern面面内内,电势变化与电势变化与亥姆霍亥姆霍兹平板模型兹平板模型 相似相似,电势由表面的电势由表面的 0 0降到斯特恩面的降到斯特恩面的 (Stern电势电势)距离距离 0 SternStern面面 1/12/202350 电势的大小，反映了胶粒带电的程度。电势的大小，反映了胶粒带电的程度。电电势势越越高高，表表明明：胶胶粒粒带带电电越越多多，滑滑动动面面与与溶溶液液本本体体之之间的电势差间的电势差越越大大，扩散层厚度扩散层厚度越越厚厚 当固当固 液两相发生相对移动时，紧密液两相发生
29、相对移动时，紧密层（层（SternStern层）中的反离子及溶剂分子层）中的反离子及溶剂分子与质点一起运动。滑动面以外的部分与质点一起运动。滑动面以外的部分不移动。不移动。滑动面与溶液本体之间的电滑动面与溶液本体之间的电位差为位差为 。也只有在固。也只有在固 液两相发生相液两相发生相对移动时，才呈现对移动时，才呈现 电势。电势。距离距离 0 SternStern面面 1/12/202351当当电电解解质质浓浓度度足足够够大大，(c(c4 4态态),),可可使使 0 0，该该状状态态称称为为等等电电态态，此此时时胶胶体体不不带带电电，不会发生电动现象，溶胶极易聚沉不会发生电动现象，溶胶极易聚沉
30、当溶液中电解质浓度增加时，介质中反离子的浓度加大，当溶液中电解质浓度增加时，介质中反离子的浓度加大，将压缩扩散层使其变薄，把更多的反离子挤进滑动面以内，将压缩扩散层使其变薄，把更多的反离子挤进滑动面以内，使使 电势在数值上变小，如下图。电势在数值上变小，如下图。0滑动面滑动面 c4 c3 c2 c1距距离离反离子浓度反离子浓度斯特恩模型斯特恩模型:给出了给出了 电势明确的物理意义，电势明确的物理意义，解释了解释了溶胶的电动现象溶胶的电动现象,定性地解释了定性地解释了电解质浓度对溶胶电解质浓度对溶胶 稳定性的影响，稳定性的影响，使人们对双电层的使人们对双电层的结构有了更深入的认识。结构有了更深入
31、的认识。1/12/2023521、电泳电泳 在在外外电电场场的的作作用用下下，胶胶体体粒粒子子在在分分散散介介质质中中定定向向移动的现象，称为移动的现象，称为电泳电泳。首先，在首先，在U形管中加入形管中加入NaCl溶液，然后，从下方支管缓慢溶液，然后，从下方支管缓慢压入棕红色压入棕红色 Fe(OH)3溶胶，以溶胶，以使其与使其与 NaCl溶液溶液间有清晰的间有清晰的界面存在。通入直流电后，可界面存在。通入直流电后，可观察到，电泳管中阳极一端界观察到，电泳管中阳极一端界面下降，阴极一端界面上升。面下降，阴极一端界面上升。Fe(OH)3溶胶溶胶NaCl溶液溶液界面法测电泳装置示意图界面法测电泳装置
32、示意图+2.3.32.3.3溶胶的电动现象溶胶的电动现象1/12/202353 对对于于球球形形质质点点：当当粒粒子子半半径径 r 较较大大，双双电电层层厚厚度度 1 较小较小，即，即 r 1 时，有：时，有：（Smoluchowski公式）公式）或或 实验测出在实验测出在一定时间内一定时间内界面界面移动的距离移动的距离，可求得，可求得粒子的粒子的电泳速度电泳速度，由电泳，由电泳速度可求出胶体粒子的速度可求出胶体粒子的 电势电势。Fe(OH)3溶胶溶胶NaCl溶液溶液界面法测电泳装置示意图界面法测电泳装置示意图+1/12/202354u 胶核胶核的的电迁移率电迁移率，单位为，单位为 m2 V-
33、1 s-1，表示表示单位电场强度单位电场强度下的下的电泳速度电泳速度；v 电泳速度电泳速度，单位为，单位为 m s-1；E 电场强度电场强度（或称电位梯度），单位为（或称电位梯度），单位为Vm-1；介质的介电常数介质的介电常数，单位为，单位为 F m-1，=r 0;r 相对介电常数相对介电常数;0 真空介电常真空介电常数；数；介质的粘度介质的粘度，单位为，单位为 Pa s。式中：式中：1/12/202355 当当球形粒子半径球形粒子半径 r 较小，双电层厚度较小，双电层厚度 1 1较大，较大，即即 r 1 1时时:休克尔休克尔 公式公式对比：对比：分母多了一个因子分母多了一个因子 1.5 对于
34、水溶液，一般很难满足休格尔公式的条件，只有在对于水溶液，一般很难满足休格尔公式的条件，只有在非水溶液中，才能满足非水溶液中，才能满足 r 1 1，能应用，能应用休格尔公式。休格尔公式。1/12/202356 在在多多孔孔膜膜（或或毛毛细细管管）两两端端施施加加一一定定电电压压，液液体体通通过过多孔膜多孔膜而而定向流动定向流动的现象，称为的现象，称为电渗电渗。电渗示意图电渗示意图L1、L2 导线管导线管；E1、E2 电极；电极；M 多孔塞；多孔塞；M 及及 C 间的循环管路间的循环管路 充水或其它溶液；充水或其它溶液；T 向毛细管向毛细管C 充气，使在毛细管中形成一个小气泡管路。充气，使在毛细管
35、中形成一个小气泡管路。2 2、电渗、电渗1/12/202357 通电后，水或其它溶液将通通电后，水或其它溶液将通过多孔塞过多孔塞M而定向流动。而定向流动。可通过水平毛细管可通过水平毛细管C中中小气泡的移动，观察循小气泡的移动，观察循环流动的方向环流动的方向 若多孔塞阻力远大于若多孔塞阻力远大于毛细管的阻力，还可由毛细管的阻力，还可由测量小气泡的移动速度测量小气泡的移动速度来计算电滲流的流速。来计算电滲流的流速。流动的方向及速度大流动的方向及速度大小与多孔塞材料及流体小与多孔塞材料及流体性质有关。性质有关。例，在玻璃例，在玻璃毛细管中，水向阴极流毛细管中，水向阴极流动；在用氧化铝或碳酸动；在用氧
36、化铝或碳酸钡做多孔隔膜时，水流钡做多孔隔膜时，水流向阳极。向阳极。外加电解质能改变流外加电解质能改变流速，甚至于流向。速，甚至于流向。1/12/202358定义：定义：在外力作用下，迫使液体通在外力作用下，迫使液体通过多孔隔膜（或毛细管）定过多孔隔膜（或毛细管）定向流动，在多孔隔膜两端所向流动，在多孔隔膜两端所产生的电势差，称为产生的电势差，称为流动电流动电势势。该过程可认为是电渗的该过程可认为是电渗的逆过程逆过程液槽液槽气体气体加压加压多多孔孔塞塞电位差计电位差计3 3、流动电势、流动电势1/12/202359定义：定义：分散相粒子在重力场或离分散相粒子在重力场或离心力场的作用下迅速移动时，
37、心力场的作用下迅速移动时，在移动方向的两端所产生的电在移动方向的两端所产生的电势差，称为势差，称为沉降电势沉降电势。（可视为电泳的逆过程）（可视为电泳的逆过程）4、沉降电势、沉降电势:1/12/202360（固相不动，液体移动）（固相不动，液体移动）电渗外外加加电电场场引引起起相对运动相对运动四种电现象的相互关系：电泳流动电势（液体静止，固体粒子运动）（液体静止，固体粒子运动）沉降电位相相对对运运动动产产生电位差生电位差1/12/202361由吸附及扩散双电层理论可以想象溶胶的结构为由吸附及扩散双电层理论可以想象溶胶的结构为:1)由分子由分子、原子或离子构成的、原子或离子构成的,具有晶体结构的
38、具有晶体结构的,固态固态 微粒微粒 胶核。胶核。2）过剩反离子，一部分在滑动面内，一部分在滑动）过剩反离子，一部分在滑动面内，一部分在滑动 面外，呈扩散状态分布于分散介质中。若分散介面外，呈扩散状态分布于分散介质中。若分散介 质是水，反离子应当是水化的。质是水，反离子应当是水化的。3）被包围在滑动面内的）被包围在滑动面内的胶核胶核+反离子反离子=胶体粒子。胶体粒子。4）整个扩散层整个扩散层+被包围的胶体粒子被包围的胶体粒子=胶团胶团（电中性）（电中性）2.3.42.3.4 溶胶的胶团结构溶胶的胶团结构1/12/202362例：例：AgNO3(稀稀aq)+KI(稀稀aq)AgI +KNO3KI为
39、为少少量量，：AgI溶溶胶胶吸吸附附Ag带带正正电电，NO3为为反反离离 子子 ，AgNO3为稳定剂。为稳定剂。胶团结构表示：胶团结构表示：例：例：I少少量，生成带正电的胶粒，量，生成带正电的胶粒，NO3为反离子为反离子 胶粒胶粒 AgIm nAg+(n-x)NO3-x+x NO3-胶核胶核 胶团胶团可滑动面可滑动面1/12/202363KI 过量过量 ：AgI溶胶吸附溶胶吸附I带负电，带负电，K为反离子；为反离子；KI为稳定剂。为稳定剂。反之：反之：KI(稀稀aq)+AgNO3(稀稀aq)AgI +KNO3胶团结构表示：胶团结构表示：例：例：AgAg+少少量，生成带负电的胶粒，量，生成带负电
40、的胶粒，K K为反离子为反离子 胶粒胶粒 AgIm nI (n-x)K+x x K+胶核胶核 胶团胶团可滑动面可滑动面 m及及n 对每对每个胶粒可以大个胶粒可以大小不等小不等1/12/2023641)1)胶胶核核：首首先先吸吸附附过过量量的的 成成核核离离子子，然然后后吸吸附附反反 离离子子形形成成胶胶粒粒，包包在在滑滑动动 层内；层内；2)2)胶胶团团整整体体为为电电中中性性，在在扩扩散层内。散层内。KI为稳定剂的胶团剖面图：为稳定剂的胶团剖面图：KKKKAgImIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIKKKKKKKKKKKKKKKKKKKK胶核胶核 滑动面滑动面（内部为胶粒）（内部
41、为胶粒）扩散层边缘扩散层边缘（包括整个胶团）（包括整个胶团）特点：特点：1/12/2023651/12/202366电动电位的测定及应用文献导读电动电位的测定及应用文献导读（1）水中胶粒）水中胶粒Zata电位及影响混凝效果的研究电位及影响混凝效果的研究包头钢铁学院学报包头钢铁学院学报（2）膨润土及其酸化土、碱处理酸化土的电动性质研究膨润土及其酸化土、碱处理酸化土的电动性质研究北京师范大学学报北京师范大学学报（3）蒙脱石黏土）蒙脱石黏土/水分散体系中颗粒的性质水分散体系中颗粒的性质油田化学油田化学（4）河口悬浮粒子）河口悬浮粒子Stern电位的测定方法电位的测定方法黄渤海海洋黄渤海海洋.1/12/202367