《胶体的制备和性质》PPT课件

胶体与界面化学ColloidandInterfaceChemistry,2胶体的制备和性质,2.1胶体的制备和净化,胶体颗粒的大小在1100nm之间，故原则上可由分子或离子凝聚而成胶体，也可由大块物质分散成胶体。用第一种方法制备胶体称凝聚法；用第二种方法制备胶体称分散法。,2.1胶体的制备和净化,一、胶体制备的一般条件1、分散相在介质中的溶解度须极小硫在乙醇中的溶解度较大，能形成真溶液。但硫在水中的溶解度极小，故以硫磺的乙醇溶液滴加入水中，便可获得硫磺水溶胶。分散相在介质中有极小的溶解度，是形成溶胶的必要条件之一。此外，还要具备反应物浓度很稀、生成的难溶物晶粒很小而又无长大条件时才能得到胶体。,2.1胶体的制备和净化,2、必须有稳定剂存在分散过程中颗粒的比表面积增大，故体系的表面能增大，体系是热力学不稳定的。如欲制得稳定的溶胶，必须加入第三种物质，即所谓的稳定剂。制造白色油漆，是将白色颜料(分散相)等在油料(分散介质)中研磨，同时加入表面活性剂作稳定剂来完成的。用凝聚法制备胶体，同样需要有稳定剂存在，只是在这种情况下稳定剂不一定是外加的，往往是反应物本身或生成的某种产物。,2.1胶体的制备和净化,二、胶体制备的方法1分散法分散法有机械分散、电分散、超声波分散和胶溶等各种方法。根据制备对象和对分散程度的不同要求，可选用不同类型的机械设备。,2.1胶体的制备和净化,机械分散：用机械粉碎的方法将固体磨细。这种方法适用于脆而易碎的物质，对于柔韧性的物质必须先硬化后再粉碎。例如，将废轮胎粉碎，先用液氮处理，硬化后再研磨。工业上常用的粉碎设备有气流磨、高速机械冲击式粉碎机、搅拌磨、振动磨、转筒式球磨、胶体磨等。在粉碎过程中，随着粉碎时间的延长，颗粒比表面积增大，颗粒团聚的趋势增强，除了添加分散剂（助磨剂）外，重要的是要及时地分出合格颗粒的产品，提高粉碎效率。一般在分散工艺中设置高效率的精细分级设备。,2.1胶体的制备和净化,盘式胶体磨,转速约每分钟1万2万转。A为空心转轴，与C盘相连，向一个方向旋转，B盘向另一方向旋转。分散相、分散介质和稳定剂从空心轴A处加入，从C盘与B盘的狭缝中飞出，用两盘之间的应切力将固体粉碎，可得1000nm左右的粒子。,2.1胶体的制备和净化,胶溶法胶溶法是将新生成的沉淀中加入适量的电解质，或置于某一温度下，使沉淀重新分散在介质中形成溶胶。这种方法一般用在化学凝聚法制溶胶时，为了将多余的电解质离子去掉，先将胶粒过滤，洗涤，然后尽快分散在含有胶溶剂的介质中，形成溶胶。如在一定比例的氯化铝和氯化镁混合溶液中加入稀氨水，形成混合金属氧化物沉淀，经多次洗涤以控制氯离子的浓度，然后置于80下恒温，凝胶逐渐形成正电荷溶胶。如在新生成的Fe(OH)3沉淀中，加入适量的FeCl3，可制成Fe(OH)3溶胶。,2.1胶体的制备和净化,超声分散法在分散及乳化方面应用较广。将分散相和分散介质两种不混溶的液体放在样品管4中，样品管固定在变压器油浴中。在两个电极上通入高频电流，使电极中间的石英片发生机械振荡，使管中的分散相均匀地分散，形成分散体系。,2.1胶体的制备和净化,电分散法主要用于制备金、银、铂等金属溶胶。制备过程包括先分散后凝聚两个过程。,以金属为电极，通以直流电（电流为510A，电压40100V），使产生电弧，在电弧的作用下，电极表面的金属气化，遇水冷却而成胶粒，水中加入少量的碱可形成稳定的溶胶。,2.1胶体的制备和净化,2、凝聚法用物理或化学方法使分子或离子聚集成胶体粒子的方法叫凝聚法。凝聚法原则上形成分子分散的过饱和溶液，然后从此溶液中沉淀出胶体分散度大小的物质。按照过饱和溶液的形成过程，凝聚法又可分为化学法和物理法两大类,2.1胶体的制备和净化,物理凝聚法更换溶剂法：利用物质在不同溶剂中溶解度的显著差别来制备溶胶，且两种溶剂要能完全互溶。例1.松香易溶于乙醇而难溶于水，将松香的乙醇溶液滴入水中可制备松香的水溶胶。例2.将硫的丙酮溶液滴入90左右的热水中，丙酮蒸发后，可得硫的水溶胶。,2.1胶体的制备和净化,更换溶剂法,2.1胶体的制备和净化,蒸气骤冷法例如，将汞的蒸气通入冷水中就可以得到汞的水溶胶。,罗金斯基等人利用左边的装置，制备碱金属的苯溶胶。先将体系抽真空，然后适当加热管2和管4，使钠和苯的蒸气同时在管5外壁凝聚。除去管5中的液氮，凝聚在外壁的混合蒸气融化，在管3中获得钠的苯溶胶。,2.1胶体的制备和净化,化学凝聚法通过各种化学反应使生成物呈过饱和状态，使初生成的难溶物微粒结合成胶粒，在少量稳定剂存在下形成溶胶，这种稳定剂一般是某一过量的反应物。,2.1胶体的制备和净化,A.复分解反应制硫化砷溶胶2H3AsO3（稀）+3H2SAs2S3（溶胶）+6H2O,B.水解反应制氢氧化铁溶胶FeCl3（稀）+3H2O（热）Fe(OH)3（溶胶）+3HCl,C.还原反应制金溶胶2HAuCl4(稀）+3HCHO+11KOH2Au(溶胶）+3HCOOK+8KCl+8H2O,D.离子反应制氯化银溶胶AgNO3（稀）+KCl（稀）AgCl(溶胶）+KNO3,2.1胶体的制备和净化,三、凝聚法原理物质在凝聚过程中，溶胶制备的核心问题是：决定粒子大小的因素是什么?控制哪些因素可以获得一定分散度的溶胶？研究认为，由溶液中析出胶粒的过程，与结晶过程相似，可以分为两个阶段。第一个阶段是晶核形成，第二个阶段是晶体的成长。,2.1胶体的制备和净化,韦曼(Weimarn,1908)认为晶核的生成速度v1，与晶体的溶解度和溶液的过饱和度(degreeofsupersaturation)有如下关系：,式中t为时间；n为产生晶核的数目；c为析出物质的浓度，即过饱和浓度；S为在温度T时的溶解度，故(c-S)为过饱和度；(c-S)/S为相对过饱和度；K1为比例常数。,2.1胶体的制备和净化,此式表明单位时间内形成晶核的数目与相对过饱和程度成正比。浓度c越大，溶解度S越小，则生成晶核的速度越大。由于体系中物质的数量一定，要生成大量的晶核，就只能得到极小的粒子。,2.1胶体的制备和净化,晶体(晶核)的成长速度v2可用下式表示：由此式可见，v2也与过饱和度成正比，但v2受(c-S)的影响较v1为小。,式中，D为溶质分子的扩散系数；(c-S)为过饱和度；K2为另一比例常数。,2.1胶体的制备和净化,在凝聚过程中，当时vlv2溶液中会形成大量晶核，故所得粒子的分散度较大，有利于形成溶胶；当vlCs+Rb+NH4+K+Na+Li+对带正电的胶粒，一价阴离子的钾盐的聚沉能力次序为：F-Cl-Br-NO3-I-这种次序称为感胶离子序（lyotropicseries)。它与水化离子的半径由小到大的顺序大体一致，这可能是因为水化离子的半径越小，就越容易靠近胶体粒子，从而越易进入吸附层去抵消定位离子的缘故。,2.5胶体的稳定性和聚沉,当与胶粒带相反电荷的离子相同时，则另一同性离子的价数也会影响聚沉值，价数愈高，聚沉能力愈低。这可能与这些同性离子的吸附作用有关。有机化合物的离子都有很强的聚沉能力，这可能与其具有强吸附能力有关。,2.5胶体的稳定性和聚沉,3溶胶的相互聚沉作用当两种带相反电荷的溶胶所带电量相等时，相互混合也会发生聚沉。明矾净水原理：水中含有泥沙等污物的负溶胶，加入KAl(SO4)2在水中水解生成Al(OH)3正溶胶。在适当量下，发生相互聚沉。与加入电解质情况不同的是，当两种溶胶的用量恰能使其所带电荷的量相等时，才会完全聚沉，否则会不完全聚沉，甚至不聚沉。,2.5胶体的稳定性和聚沉,4高分子溶液对溶胶的作用在憎液溶胶中加入某些高分子溶液，加入的量不同，会出现两种情况：敏化作用和保护作用,2.5胶体的稳定性和聚沉,敏化作用（sensitization）如果高分子化合物的加入量很少，不足以将胶粒表面完全覆盖，则不仅对溶胶起不到保护作用，反而会降低溶胶的稳定性，使溶胶更容易发生聚沉，这种现象称为高分子化合物对溶胶的敏化作用。例如，对SiO2进行重量分析时，在SiO2的溶胶中加入少量明胶，使SiO2的胶粒粘附在明胶上，便于聚沉后过滤，减少损失，使分析更准确。,2.5胶体的稳定性和聚沉,保护作用（protectiveeffect）在溶胶中加入足够数量的高分子溶液，由于高分子被吸附在胶粒的表面上，提高了胶粒对分散介质的亲和力，增加了溶胶的稳定性，即使加入少量的电解质也不至于引起聚沉，这种作用称为高分子对溶胶的保护作用。一般用“金值”作为大分子化合物保护金溶胶能力的一种量度，金值越小，保护剂的能力越强。为了保护10ml0.006%的金溶胶，在加入1ml10%NaCl溶液后不致聚沉，所需高分子的最少质量(mg)称为金值（goldnumber)。,乳光计原理,当分散相和分散介质等条件都相同时，Rayleigh公式可改写成：,当入射光波长不变，,若有两个浓度相同的溶胶,设粒子为球形，代入上式可得：,2.3溶胶的光学性质,乳光计原理,若胶体粒子大小相同，而浓度不同,如果已知一种溶液的散射光强度和粒子半径(或浓度)，测定