第九章-胶体分散系统-(2)课件

第四节溶胶的光学性质

1掌握：溶胶的光学性质。了解：溶胶对光的散射规律。内容要求2溶胶的光散射现象光通过分散系统时基本现象

真溶液粗分散溶胶透明有色(补色)混浊乳光吸收透射反射散射吸收：取决于化学组成反射：粒径>波长散射：粒径<波长 小分子粒径太小，散射光不明显

3d

小于λ或接近于λd>>λd<<λ可见光的波长为400-700nm,光波激发胶粒的电子振动，成为二次波源，向各个方向发射电磁波，成为散射光或称乳光。溶胶的光散射现象4丁达尔现象-英国物理学家Tyndall1869年首发现现象：暗室中光线通过溶胶时形成的“光柱”

成因：二次光源散射是溶胶特有的现象

入射光电磁场作用溶液溶胶溶胶的光散射现象5散射光强度的定量描述

Reyleigh公式I

散射光强度

波长

粒子浓度(粒子数/体积)V单个粒子体积n1，n2

粒子，介质折光率6光散射定律

Reyleigh公式可见光400～700nm

（兰红）从侧面看溶胶，呈兰色（散射）(2) I

，粒子浓度越大，散射光越强 浊度法测定溶胶的浓度（I/I0=C/C0）(3)I

V，粒子体积越大，散射光越强 从乳光强度,求算粒径大小（I/I0=r3/r03）(4)I与折光率差

n

有关，

n

越大，散射光越强 因此散射光是由于光学不均匀性引起的 大分子溶液单相，

n小，I

就小波长越短，散射光越强(1) ，7不同波长光线的颜色

溶胶的颜色可见光的波长范围在700～400纳米之间。波长不同的电磁波，引起人眼的颜色感觉不同。

色光有互补色eg:植物叶子光合作用的叶绿素吸收可见光区的蓝紫光和红光，因而呈现这些光的互补色-绿色。8

溶胶的颜色散射，与观察方向有关吸收，与观察方向无关若吸收很弱，主要表现为散射，如AgCl，BaSO4溶胶：乳光若吸收较强，主要表现为其吸收光的补色， 如Au溶胶（红），As2S3溶胶（黄）粒子大小可改变吸收-散射相对比 如Au溶胶 高度分散时，吸收为主：红 放置后粒子增大，散射为主：兰二个因素9

光学方法测定粒子大小

1.超显微镜法

普通显微镜：明视野，分辩率10–7m，无法计数方法：计数：每mL中粒子数n称重：每mL中粒子重量m计算：m=n

V

由此式计算r2.激光散射法3.电镜

暗视野，观察散射光，一个粒子一个光点，可计数 （用血球计数器）超显微镜：10第五节溶胶的电学性质

11掌握：溶胶的电学性质。掌握：胶束（胶团）的结构。内容要求12电动现象—溶胶粒子因带电所表现出来的一些行为1.电泳：胶粒在电场中定向移动的现象。说明胶粒子带电。

泥土+–胶粒带负电荷2.电渗：介质在电场中定向运动的现象

介质带正电荷+–泥土半透膜13电动现象

由于胶粒带电，而溶胶是电中性的，则介质带与胶粒相反的电荷。在外电场作用下，胶粒和介质分别向带相反电荷的电极移动，就产生了电泳和电渗的电动现象，这是因电而动。胶粒在重力场作用下发生沉降，而产生沉降电势；带电的介质发生流动，则产生流动电势。这是因动而产生电。

以上四种现象都称为电动现象。14电动现象电泳：胶粒在电场中定向移动电渗：介质在电场中定向移动流动电势：使介质移动，产生电场沉降电势：使胶粒移动，产生电场电动现象说明：溶胶中胶粒与介质分别带电，在电场中发生移动，或移动时产生电场15

溶胶粒子带电原因吸附带电电离带电同晶置换摩擦带电16溶胶粒子带电原因吸附带电：胶粒通过吸附介质中的离子而带电。

吸附的原因：胶粒中的胶核有吸附其它物质而降低其界面能的趋势。选择性优先吸附

Fajans规则：胶粒在形成过程中，胶核优先吸附与其成分相同的离子

，使胶粒带电。例如：在AgI溶胶的制备过程中，如果AgNO3过量，则胶核优先吸附Ag+离子，使胶粒带正电；如果KI过量，则优先吸附I-离子，胶粒带负电。17溶胶粒子带电原因吸附带电：胶粒通过吸附介质中的离子而带电。非选择性吸附：若介质中没有与胶粒组成相同的离子时，吸附为非选择性吸附。

水化能力弱的离子易被吸附。水化能力：阳离子>阴离子；胶粒非选择性吸附往往吸附阴离子而带负电18溶胶粒子带电原因2.电离带电:离子型固体电解质形成溶胶时，由于正、负离子溶解量不同，使胶粒带电。

例如：将AgI制备溶胶时，由于Ag+较小，活动能力强，比I-容易脱离晶格而进入溶液，使胶粒带负电。例如：硅酸溶胶H2SiO3

（不同pH时）HSiO3–+H+碱性条件带负电HSiO2++OH–酸性条件带正电

19溶胶粒子带电原因3.同晶置换如晶格中高价离子被低价离子置换而带电4.摩擦带电

非水介质中无电离，胶粒与介质摩擦带电20Helmholtz于1879年提出：带电粒子的表面电荷与介质中反离子构成平行的双层（平行双电层）

1.平板双电层模型平板双电层模型溶胶粒子通过吸附和电离作用，胶粒和介质带有数量相等而符号相反的电荷，从而在相界面上形成了双电层结构。双电层理论—对溶胶粒子电性结构的描述模型过于简单不能区别表面电势与电动电势

212.扩散双电层模型Gouy－Chapman于1913年提出：静电作用（吸引）和热运动两种效应使之形成扩散双电层反离子排布形成内多外少的扩散状分布

(符合Boltzman分布)静电吸力，向内集中热运动，向外扩散滑动面电动电势

滑动面处电势两者分界面称滑动面胶体粒子移动时紧密层反离子跟随移动扩散层反离子不跟随移动22紧密层滑动面AB电势（电动电势）：

0表面电势/热力学电势差：固体表面与溶液本体间的电势差滑动面与溶液本体间的电势差。电动电势的数值可由电泳或电渗实验确定，电动电势决定着胶粒在电场中的运动速度。2.扩散双电层模型-区分了表面电势和电动电势233.Stern吸附扩散双电层模型Stern认为：反离子通过特性吸附紧紧吸附在固体表面上，形成1～2个分子层厚的紧密层。紧密层中，反离子的电性中心构成了Stern平面。提出更精细的结构，能解释更多的实验事实。24双电层的Stern

模型当固体(胶粒)移动时，紧密层随固体一起移动。外层——扩散层，紧密层与扩散层的界面叫滑动面。25

溶胶表面双电层理论电解质对双电层影响

(1)外加电解质，反离子进入stern层和扩散层 结果：双电层厚度

，

δ

，

(2)高价反离子可使

δ电势反转(3)同号大离子（如表面活性剂）吸附，可使

δ

>

0

x高价反离子x吸附同号大离子Stern模型在数学定量处理上还有困难，一般仍用扩散双电层模型处理，只是用

δ代替

0

0

δ

0

δ262.电动电势：固液两相发生相对运动时滑动面与溶液本体间的电势差。与双电层的结构状态有关，外加电解质的种类、浓度对其影响大。讨论：1.表面电势/热力学电势：固体表面与溶液本体间的电势差，它与电极/溶液界面的双电层总电势相似，是体系的热力学性质，一定T、p下，只与胶粒吸附(或电离产生)的离子有关，而与其它离子的存在与否无关。27a.

胶粒带正电时

>0反离子是负电荷胶粒带负电时

<0反离子是正电荷

电动电势的绝对值的大小与反号离子在双电层中的分布状态有关，扩散层中的反号离子越少，|

|越小，反之，|

|越大。28c.

外加电解质中异性电荷离子价数很高或吸附能力特别强时，则在紧密层内可能吸附了过多的异电离子，会使电动电势反号。电解质对

的影响+

-

b.

电动电势极易受外加电解质的影响外加电解质浓度增大时，|

|减小，达到一定浓度时

＝0(等电状态)29电动电势的计算溶胶电动电势的大小决定其在电场中运动速度，因而可通过测定电泳速度求得平衡力：F阻=F电

F电=q

E

（电量

电场强度）F阻=6

r

v

qE=6

r

v

F电F阻带电体表面电势

与带电量q关系：

0真空介电常数=8.82

10–12C2

m–2

N–1

r相对介电常数（无单位），水

r=81rq1.电泳速度求算电动电势30电泳的测定带电体表面电势

与电泳速度v关系：

球形动电位计算式：

受粒子大小和形状的影响棒形电动电势v：电泳速度（m/s）E：电场强度（V/m）K：形状参数球形K=6,棒形K=431第六节溶胶的稳定性与聚沉

32掌握：胶束（胶团）的结构；掌握：电解质的聚沉作用和聚沉规律。熟悉：憎液溶胶相对稳定的原因。了解：溶胶的物理稳定性。大分子化合物对溶胶的保护。内容要求33胶束结构式：[(胶核)m

n定位离子

（n–x）内层反离子]

x外外反离子

胶束（胶团）结构定位离子按Fajans规则确定定位离子Stern面

滑动面

胶核

吸附层

扩散层胶粒

胶团

34胶核例1：AgNO3+

KI（KI过量稳定剂）KNO3+AgI↓胶团的结构表达式滑动面扩散层紧密层·xK+(AgI)mnI–·(n-x)K+[]x–35胶核胶粒胶团胶团的图示式·xK+(AgI)mnI–·(n-x)K+[]x–36例1AgI溶胶

制备1：AgNO3+KI(过量)

AgI+KNO3

结构式：[(AgI)m

制备2：AgNO3(过量)+KI

AgI+KNO3

结构式：[(AgI)m

K++I–

nI–

(n-x)K+]

xK+（负溶胶）Ag++NO3–

nAg+

(n-x)NO3–]

xNO3–

（正溶胶)例1AgI溶胶胶团的结构37

胶团结构例2Fe(OH)3溶胶

部分Fe(OH)3与HCl作用：38

1.m个Fe(OH)3分子聚成的固体粒子---胶核。

[Fe(OH)3]m2.胶核选择性吸附：nFeO+离子，带正电。

3.静电作用，吸附少量Cl-,(n-x)Cl-

吸附层：

nFeO+·(n-x)Cl-

胶核与吸附层组成胶粒。

n﹥x，胶粒带x正电荷。

4.据呈电中性的要求，胶粒仍然要吸附Cl-

这部分Cl-借助于扩散作用分布于离胶核较远处形成扩散层:

xCl-例2Fe(OH)3溶胶

39｛[Fe(OH)3]m胶核胶粒胶团吸附层扩散层·nFeO+(n-x)Cl-

｝x+·xCl-40溶胶的稳定相对的稳定溶胶的因素：动力稳定性（扩散力）：扩散，Brown运动，有利稳定。粒径越小、介质粘度越大，越使溶胶稳定表面带电（静电斥力）：带电后的电性斥力，是溶胶稳定的主要原因溶剂化（水化膜斥力）：胶粒表面的水化膜犹如一层弹性膜，阻碍胶粒相互碰撞合并变大。水化膜层愈厚，胶粒愈稳定。热力学因素：高分散度，比表面能大，有自发聚集倾向

41溶胶稳定的DLVD理论(1)VanderWalls引力（远程力）(2)静电斥力（近程力）两者总结果，形成能垒，是溶胶的稳定点1.胶粒之间的作用力和势能曲线

H势能VVb42溶胶稳定的DLVD理论H势能VVb过量电解质压缩双电层，

值

，斥力势能

，不利于稳定(2)表面电势对稳定性影响

增加表面电势，斥力势能

，势垒高度

，有利于稳定(3)电解质对稳定性影响

(4)反离子价数对稳定性影响

总势能V=0时电解质的浓度c与其价数z的关系：(1)溶胶稳定性原因：需克服势垒2．DLVO理论对溶胶稳定性的解释势垒Vb：15~20kJ

mol

1

热运动平均动能：常温下，3.7kJ

mol

1

43溶胶的聚沉电解质影响溶胶电性，溶胶对其十分敏感适量电解质是溶胶稳定必要条件

适量定位离子使溶胶荷电而稳定（∵吸附，制备时不可净化过度）过多电解质使溶胶发生聚沉

聚沉原因：吸附饱和，紧密层中反离子，反离子压缩双电层，使

，

=0时最不稳定聚沉：溶胶聚结沉降现象1．电解质对溶胶稳定性的影响44聚沉值：使溶胶聚沉所加的电解质的最低浓度不同电解质聚沉能力不同，可用聚沉值来衡量，其规律有(1)反离子：价数：1价:2价:3价=同价反离子：水化半径越小，越易靠近质点，聚沉能力越强。--感胶离子序。例如：F->Cl->Br->NO3->I-

1．电解质对溶胶稳定性的影响舒尔茨-哈代规则：聚沉值与反离子价数的六次方成反比。例如：As2S3溶胶的胶体粒子带负电荷，起聚沉作用的是电解质的阳离子

聚沉值

KClMgCl2AlCl3（mol.m-3）49.50.70.093452．溶胶的相互聚沉作用1．电解质对溶胶稳定性的影响带相反电荷的溶胶互相混合发生聚沉(3)有机化合物的离子：通常有强吸附能力，有很强的聚沉能力(4)不规则聚沉：溶胶对高价反离子强烈吸附的结果(2)同号离子：对溶胶有稳定作用，价数越高作用越强46溶胶的聚沉(1)保护作用：有足量的大分子化合物原因：高分子覆盖溶胶表面形成水化层应用：如墨汁，油漆，照相乳剂(2)絮凝作用：少量大分子化合物原因：大分子的搭桥效应、脱水效应、电中和效应应用：如污水处理，选矿，土壤改造，造纸优点：效率高，絮块大，沉降快，具选择性停靠基团稳定基团3．大分子化合物的作用絮凝：疏松的棉絮状沉淀47第七节乳状液及微乳状液

48掌握：乳状液的基本性质。熟悉：乳状液的制备方法和应用。内容要求49乳状液（emulsions）：一种或几种液体分散在另一种与之不相溶的液体中所形成的非均相分散系统。普通乳状液：0.1－10μm，热力学（聚集）和动力学（沉降、漂浮）都不稳定非均相体系-粗分散体系。分散非均相分散相/内相分散介质/外相乳剂乳状液50基本型O/WW/O复合型W/O/WO/W/O内相外相内相外相水包油油包水水包油包水油包水包油乳状液的类型51稀释法：能被水相稀释，为O/W型；能被油相稀释，为W/O型染色法：外相被油性染料（如苏丹红）染色，为W/O型；外相被水性染料（亚甲基蓝）染色，为O/W型；电导法：电导大，为O/W型；电导小，为W/O型 乳状液类型的鉴别52稀释法：取乳剂少许，加水稀释，如能用水稀释的为O/W型，否则为W/O型。染色法：将乳剂样品涂在载玻片上，用油溶性染料苏丹红以及水溶性染料亚甲蓝各染色一次，在显微镜下观察，苏丹红均匀分散的乳剂则为W/O型，亚甲蓝均匀分散的为O/W型。乳状液类型的鉴别53

O/W型乳剂W/O型乳剂外观乳白色油状色近似稀释可用水稀释可用油稀释导电性导电不导电或几乎不导电水溶性颜料外相染色内相染色油溶性颜料内相染色外相染色O/W型乳剂和W/O型乳剂的区别54

——稳定乳剂降低界面张力：处于较低能量状态形成界面膜：形成一定机械强度形成双电层：电性斥力固体粉末的稳定作用：形成良好界面膜 乳化剂的作用55乳剂属于热力学不稳定分散系统。形成乳剂的水相与油相之间存在界面张力。

分散

---表面积

---表面自由能

乳化剂---表面张力

---表面自由能

---稳定适宜的乳化剂，是形成稳定乳剂的必要条件。

∆F=δs.L∆A1、降低界面张力56乳化剂能被吸附于液滴的周围，在降低油、水两相表面张力和表面自由能同时，有规律地排列在液滴表面形成乳化剂膜，阻止液滴合并。2、形成界面膜水油水油57

通用原则大多有良好的表面活性，能降低表面张力，在形成乳状液外相中有良好的溶解能力。乳化剂在油水界面上能形成稳定的和紧密排列的凝聚膜水溶性和油溶性乳化剂的混合使用有更好的乳化效果乳化剂应能适当增大外相粘度，以减小乳滴的聚集速度满足乳化系统的特殊要求，如食品类要求无毒等能用最小浓度和最低成本达到乳化效果，乳化工艺简单。 乳化剂的选择58合成表面活性剂（主要应用乳化剂，第八章已介绍）聚合物乳化剂，如:PVA、CMC-Na天然产物，如：磷脂类、植物胶固体粉末，如：粘土、二氧化硅 乳化剂的种类59增加粘度，防止液滴的合并，提高稳定性。⑴增加水相粘度：

如PVA、CMC－Ｎa等⑵增加油相粘度：如鲸蜡醇、单硬脂酸甘油酯、硬脂酸等聚合物乳化剂---辅助乳化剂60亲水性强(O/W)，乳化能力弱（用量较大）;粘度大（稳定剂);毒性低,可内服;需加防腐剂.

阿拉伯胶(acacia)

西黄蓍胶(tragacanth)

明胶(gelatin)

磷脂(lecithin)

杏树胶(almond)

天然产物61细微不溶性固体粉末，可聚集在油-水界面形成固体微粒膜。固体粉末固体粉末与水相的接触角决定乳剂型！θ<90°时形成O/W型乳剂；

氢氧化镁、氢氧化铝、二氧化硅、硅皂土、白陶土等；θ>90°则形成W/O型乳剂：

氢氧化钙、氢氧化锌、硬脂酸镁、炭黑等。62单分子乳化膜（表面活性剂类乳化剂）多分子乳化膜（高分子化合物类乳化剂）固体粉末乳化膜（固体微粒类乳化剂）乳化膜有三种类型63(1)乳化剂的界面张力：

膜－水大，膜向水相弯曲，易形成W/O型

膜－油大，膜向油相弯曲，易形成O/W型(2)乳化剂的溶解度 油水分配系数大，易形成O/W型 油水分配