第四章--分散体系的物理化学性质.ppt

4 1动力性质 4 1 1布朗运动 4 1 1布朗运动与扩散 4 1 1 1Brown运动定义 1827年 植物学家布朗 Brown 在显微镜下 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 4 1 1 2产生的原因 以后发现 线度小于4000nm的粒子 在分散介质中都有这种运动 胶体尺度1 1000nm 布朗运动产生的主要原因 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 对于大小在胶体尺度下的分散相粒子 粒子受到撞击次数较小 从各个方向受到的撞击力不能完全互相抵消 在某一时刻 粒子从某一方向得到的冲量即可发生位移 此即布朗运动 布朗运动分子热运动的必然结果 4 1 1 3爱因斯坦 布朗平均位移公式 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 大师的验证是极好的 可是俺理解不上去 Svedberg用超显微镜 对金溶胶作不同时间间隔t与平均位移测定的实验 验证爱因斯坦 布朗平均位移公式 4 1 2扩散运动 4 1 2扩散 1 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 称为扩散 浓度梯度的存在 是扩散的推动力 4 1 2 2Fick第一扩散律 胶体系统的扩散与溶液中溶质扩散一样 可用Fick扩散第一定律来描述 D 比例系数称为扩散系数As 面积大小dc dx 该处的浓度梯度dn dt 单位时间通过某一截面的物质的量负号是因为扩散方向与浓梯方向相反 D扩散系数 D可用来衡量扩散速率 单位浓度梯度下 单位时间通过单位面积的物质的量 单位 m2 s 1 D可由爱因斯坦 斯托克斯方程计算 我数学最差了 大家见谅 实在掰扯不明白 4 1 3沉降与沉降平衡 4 1 3 1沉降平衡的产生及条件 4 1 3 1沉降平衡的产生及条件 定义 多相分散系统中的粒子 因受重力作用而下沉的过程 称为沉降 沉降与布朗运动所产生的扩散为一对矛盾的两个方面 条件 沉降 扩散分散相分布 真溶液 均相粗分散系统 沉于底部胶体系统 平衡 形成浓梯 4 1 3 2产生原因 胶体粒子在重力或离心力作用下发生沉降 而扩散作用又使体系浓度趋于均匀 在适当条件下沉降与扩散的作用彼此抵消 体系达到平衡的浓度分布 体系内各处的粒子浓度不再随时间而变 此即沉降平衡 4 1 3 3沉速率计算公式 Stokes沉降公式对球形粒子下沉的重力 若粒子以速度v下沉 按Stokes定律 所受阻力F2 沉降速度V 当F1 F2时 粒子是以匀速下降 则 4 2胶体的电学性质 电动现象 电动现象 溶胶是一个高度分散的非均相系统 分散相粒子与分散介质间有明显的相界面 实验发现 在外电场下 固 液两相可发生相对运动 反之 若迫使固 液两相作相对运动时 又可产生电势差 溶胶的这种与电势差有关的相对运动称为电动现象 电动现象说明 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 4 2 1电泳和电渗 1电泳在外加电场作用下 分散相胶粒相对于静止介质作定向移动的电动现象 在电子显微镜下 恰像小蝌蚪在水中游动的景象 2电渗在外加电场作用下 分散介质相对于静止的带电固体表面做定向移动的现象 固体可以是毛细管或多孔性滤板 4 2 2流动电势沉降电势 3流动电势在外力作用下 流体流过毛细管或多孔塞时 两端产生的电势差 4沉降电势在外力作用下 带电胶粒作相对于相对于液相的运动时 两端产生电势差 胶粒的扩散双电层结构 4 2 3胶团结构 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 原子或离子构成的 具有晶体结构的 固态微粒 胶核 2 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 若分散介质是水 反离子应当是水化的 3 被包围在滑动面内的胶核 反离子 胶体粒子 4 整个扩散层 被包围的胶体粒子 胶团 电中性 KI为稳定剂的胶团剖面图 胶核 首先吸附过量的成核离子 然后吸附反离子形成胶粒 包在滑动层内 2 胶团整体为电中性 在扩散层内 特点 4 2 4双电层理论 扩散双电层理论 1910年 古依和查普曼提出了扩散双电层理论 1 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 静电力 使反离子趋向表面 热运动 使反离子趋于均匀分布 总结果 反离子平衡分布 2 离固体表面越远 反离子浓度越小 形成一个反离子的扩散层 太难了 这块儿 讲不好大家见谅阿 若假设 1 质点表面看作无限大的平面 2 表面电荷分布均匀 3 溶剂介电常数处处相同 则 距表面x处的电势 与表面电势 0的关系为 玻耳兹曼定律 oe x 扩散双电层理论 式中 的倒数 1具有双电层厚度的意义 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 古依 查普曼模型的缺点 1 没有给出 电位的具体位置及意义2 没有考虑胶粒表面上的固定吸附层 3 斯特恩 Stern 双电层模型 斯特恩模型 给出了 电势明确的物理意义 解释了溶胶的电动现象 定性地解释了电解质浓度对溶胶稳定性的影响 使人们对双电层的结构有了更深入的认识 斯特恩 Stern 双电层模型简图 1在Stern面内 电势变化与亥姆霍兹平板模型相似 电势由表面的 0降到斯特恩面的 Stern电势 2在扩散层中 电势由 降到零 可用古依 查普曼的公式描述只需将式中的 o换成 称为斯特恩电势 为滑动面与溶液本体之间的电位差 Stern模型 固定层 扩散层 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 使 电势在数值上变小 如下图 当电解质浓度足够大 c4态 可使 0 该状态称为等