胶体的电学性质与胶体的结构.doc

48.3 胶体的电学性质与胶体的结构胶体物系的主要特征是多相性、高度分散性和热力学不稳定性，粒子有聚结变大而下沉的趋势。但实际上很多胶体物系可以在相当长的时间内稳定存在而不聚结。研究表明，这与胶体粒子带电有直接关系，胶体粒子带电是溶胶稳定存在的重要原因。KCl溶液Fe(OH)3溶 胶电泳8.3.1 电泳在外电场影的作用下，胶体粒子在分散介质中定向移动的现象称为电泳。中性粒子不可能在外电场中定性移动，所以电泳现象的存在，说明胶体粒子是带电的。电泳的实验装置如图。胶体粒子的电泳速度与粒子所带电量及外加电势梯度成正比,而与介质粘度及粒子的大小成反比。胶体粒子要比离子大得多，而实验表明胶体粒子的速度与离子的速度的数量基本相同。这说明胶体粒子所带的电量是相当大的。实验表明，溶胶中加入电解质会使电泳速度降低，直至为零，甚至可改变胶粒的带电符号。胶体的动电势为：（11）因此只要测出和及体系的和，就可算出。为分散介质的粘度，单位为Pas。溶胶的电动电势绝对值只有几十毫伏。电渗8.3.2 电渗在毛细管的两端施加一定电压时，毛细管中的液体或溶液产生定向移动的现象叫电渗。电渗的实验装置如图。液体或溶液中加入电解质会使电渗速度降低，直至为零，甚至可以改变电渗的方向VN2流动电势8.3.3 流动电势当外力迫使液体或溶液流经毛细管时，在毛细管两端将产生电势差，这个电势差叫流动电势。用泵输送碳氢化合物时，在流动过程中产生流动电势，高压下易于产生火花。由于此类液体易燃，固应采取相应的防护措施，如油管接地或加入油溶性的电解质，增加介质的电导等。沉降电势 8.3.4 沉降电势在重力或离心离力的作用下，分散相粒子在分散介质中迅速沉降而在沉降方向产生的电势差称沉降电势。储油罐中的油内常含有水滴，水滴的沉降常形成很高的沉降电势，消除的办法是加入有机电解质，以增加介质的电导。电泳电渗流动电势沉降电势外电场引起固液相相对运动外电场或外力使固相运动外电场或外力使液相运动外力使固液相相对运动而产生电场电泳、电渗、流动电势和沉降电势，其电学性质都与固液相之间的相对运动有关，故统称为电动现象。其中电泳和电渗最为重要。通过对电泳和电渗现象的研究，可进一步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。而电动现象产生的原因，直到建立了双电层理论以后才得到了解释。8.3.5 胶团的结构根据双电层理论，就可以设想溶胶的胶团结构。我们把构成胶粒的分子和原子的聚集体称为胶核。一般情况下，胶核具有晶体结构。胶核不带电。由于胶核有很大的比表面，故易于在界面上有选择性的吸附某种与胶核有相同的组分而容易建成胶核晶格的那些离子。由胶核和紧密层所组成的部分称为胶粒。胶粒带电。胶粒和扩散层一起称为胶团。胶团不带电。在电场中，胶粒向某一电极移动，扩散层内的异电离子向另一极移动，这就是电泳的实质。以AgI溶胶为例，当AgNO3的稀溶液与KI的稀溶液作用时，就能制得稳定的AgI溶胶。实验表明，胶核由m个AgI分子构成，当AgNO3过量时，它的表面就吸附Ag+，因而可制得带正电的AgI胶粒；而当KI过量时，它的表面就吸附I，因而制得带负电的AgI胶粒。这两种情形的胶团结构可表示为胶核胶粒胶团紧密层扩散层固相滑动面胶核胶粒胶团紧密层扩散层固相滑动面K+K+K+K+K+K+(AgI)mK+I-I-I-I-I-I-I-I-K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+m表示胶核中物质的分子数，一般来说它是一个很大的数目，约为左右；n表示胶核所吸附的离子数，n的数字要小得多；（n-x）是包含在紧密层中过剩异电离子数。教材对胶核的定义同这有点差别。胶团结构也可用右边图形表示。胶核胶粒胶团紧密层扩散层固相滑动面第二个例子是硅酸的溶胶。这种溶胶粒子的电荷不是因吸附离子，而是由于胶核本身的表面层电离而形成的。胶核表面的SiO2分子与水分子作用先生成H2SiO3，它是弱酸，能按下面方式电离：H2SiO3SiO322H形成的胶团如图。8.3.6 胶体结构的双电层理论胶粒与液体介质之间带有电性不同的电荷，因此在固-液界面上形成双电层（double layer）结构。从粒子表面到本体溶液之间存在着三种电势：（1）从粒子表面到本体溶液之间的电势称为表面电势或热力学电势，其符号和大小由定位离子所决定。（2）从斯特恩平面到本体溶液之间的电势称为斯特恩电势 ；（3）从粒子的滑动界面到本体溶液之间的电势称为电动电势或电势（zeta potential）