第六章 分子间力和长程力.doc

第六章 分子间力和长程力要求：掌握分子间力和长程力的含义，范德华力的构成；理解长程力的计算公式和影响因素；掌握溶胶稳定理论DLVO理论及其应用；理解影响微颗粒凝聚与分散的各种因素。6.1 分子间力与长程力及其之间的关系1、分子间力构成任何物质的分子之间都存在着固有引力，将此引力称之为范德华力，该力的作用范围不超过几个分子直径的距离，大约35。分子间的相互作用能大约0.11千卡摩尔。 2、长程力 胶体粒子或微颗粒之间，当相隔一定距离时，相互之间也要产生一种固有引力，这种力的作用范围比范德华力大得多，例如：平板Fe2O3胶粒层间距离可为8000 ，玻璃表面吸附水蒸汽膜的厚度约为100 以上，故叫长程力或长程范德华力。3、分子间力与长程力之间的关系长程力分为长程范德华引力和长程电场引力或斥力。长程范德华引力：构成胶粒或微颗粒的分子之间的范德华力的加和。长程电场引力或斥力：胶粒或微颗粒表面上电层之间的作用力。6.2 分子间力 1、分子的种类（1）偶极分子水分子：强偶极子 + +H 1053 H O （2）非极性分子气体分子： （3）异极性分子表面活性物质：2、分子间力范德华力的构成（1）永久偶极子与永久偶极子之间的相互作用力（Keeson公式）取向静电力： （2）永久偶极子与诱导偶极子之间的相互作用力（Debye公式）诱导力： （3）诱导偶极子与诱导偶极子之间的相互作用力（London公式）色散力： 3、范德华力的起因 无论是哪种类型的分子间力，其产生的根本原因均是：一个偶极子产生的电场，对另一个偶极子产生的作用力的结果。（1） 偶极矩 d电荷q偶极矩=dq（2）范德华力的大小x -6式中：为两个偶极子之间的作用力；负号表示偶极子之间的作用力为引力；为分子间范德华引力的强度；x为两个分子之间的距离。6.3 长程力长程力包括长程引力和长程斥力。1、尺寸无限的两块平板之间单位面积的吸引势能与两个平板双电层的相斥位能相近似。 以分子间力公式x -6为基础，对两平板中的所有分子与分子间的作用力进行叠加积分，积分结果便是两个宏观体之间的长程引力。2、胶体粒子（球形粒子）之间单位面积的吸引势能公式以分子间力公式x -6为基础，对胶粒中的所有分子与分子间的作用力进行叠加积分，积分结果便是胶体离子之间的长程引力：HHamaker常数（哈马克常数），在描述胶粒之间范德华引力所起的作用，相当于单个分子中所起的作用。越大，分子间的范德华引力越大；H越大，胶粒之间的长程范德华引力越大。 3、介质对范德华引力的影响 212211+ 2为溶质（分散相）；1为溶剂。 伴随以上过程的势能变化为: 上式中各ij，就的通式而言，各项距离参数和尺寸参数的依赖方式完全相等，只是分子参数不同，而分子参数又完全包括在Hamaker常数中，故有：质点2被介质1隔开的哈马克常数。而 则 H212越小，介质越容易将质点隔开，即溶质越易分散。若H212为零，则质点间的引力消失，溶质溶于溶剂中。结论：（1） 无论是在真空中，还是在介质中，由于范德华力存在，分散质点间总是要产生一个净引力；（2） 将质点置于介质中，一般减弱质点间范德华引力，当质点的Hamaker常数与介质的Hamaker常数相等时，质点间引力消失，溶质完全溶于介质中。相似相溶原理6.4 势能曲线与DLVO理论（溶胶稳定理论） 1、球形颗粒之间的引力势能、斥力位能及净势能（1）球形颗粒间范德华引力势能表达式：（2）球形颗粒间双电层斥力位能表达式：（3）球形颗粒间的的净势能：2、势能曲线及DLVO理论（1）势能曲线斥引净能垒b第一极小值第二极小值+-X(2)DLVO溶胶稳定性理论 对球形颗粒净对x求导，导数为零的点为极值点。一般情况下有三个极值点：第一极小值、能垒和第二极小值。 胶体颗粒的稳定性判断： 当能垒b热运动能第二极小值时：胶体稳定分散； 当热运动能第二极小值，同时能垒b时，胶体颗粒在第一极小值处凝聚，形成较为紧密的凝聚体。（3）搅拌对凝聚的作用弱搅拌可能有助于凝聚（在第二极小值处凝聚）；适当增大搅拌强度，可能有助于分散（能量大于第二极小值，但小于能垒）；继续增大搅拌强度，可能有助于凝聚（能量大于能垒，在第一极小值处凝聚）。3、讨论 （1）表面电位0小，电介