胶体化学胶体的基本性质PPT精选文档

1、1 溶胶的运动性质溶胶的运动性质 溶胶的光学性质溶胶的光学性质 溶胶的电学性质溶胶的电学性质 溶胶的稳定性质溶胶的稳定性质 溶胶的流变性质溶胶的流变性质23 胶体的运动性质主要表现在分散相粒子在分散介胶体的运动性质主要表现在分散相粒子在分散介质中的质中的（布（布朗朗运动是其微观表现，扩散作用是运动是其微观表现，扩散作用是其宏观表现）和在重力场中的其宏观表现）和在重力场中的。 有些电动现象和流变性质也是在一定条件下粒子运有些电动现象和流变性质也是在一定条件下粒子运动性质的表现。动性质的表现。在溶液中胶体粒子主要受三种力的作用：在溶液中胶体粒子主要受三种力的作用： 。粒子在重力作用下是下沉或是上浮

2、取决于。粒子在重力作用下是下沉或是上浮取决于其对溶剂的相对密度；其对溶剂的相对密度； 粒子运动时受到的粒子运动时受到的； 粒子和分子的固有粒子和分子的固有。4 1827年年,植物学家布朗植物学家布朗( Brown)在显微镜下在显微镜下,看到看到悬浮在水中的花粉粒子处悬浮在水中的花粉粒子处于不停息的无规则运动状于不停息的无规则运动状态。态。布朗运动即为悬浮于液体中的小粒子和布朗运动即为悬浮于液体中的小粒子和分子因液体分子热运动所引起的无规则分子因液体分子热运动所引起的无规则运动。运动。5 分散介质分子以大小不同和方向不同的力对胶体粒分散介质分子以大小不同和方向不同的力对胶体粒子不断撞击而产生的。

3、由于受到的力不平衡，连续地子不断撞击而产生的。由于受到的力不平衡，连续地以不同方向、不同速度作不规则运动。随着粒子增大，以不同方向、不同速度作不规则运动。随着粒子增大，撞击的次数增多，而作用力抵消的可能性也变大。撞击的次数增多，而作用力抵消的可能性也变大。6粒子越小，布朗运动越激烈。粒子越小，布朗运动越激烈。运动激烈的程度不随时间而改变，但随温度运动激烈的程度不随时间而改变，但随温度的升高而增加。的升高而增加。粒子半径大于粒子半径大于5m5m后，后，BrownBrown运动就会消失。运动就会消失。7Einstein布朗运动公式布朗运动公式DTx221平均位移平均位移球形粒子球形粒子rtNRTr

4、tkTx3620 介质的粘度，介质的粘度，Pas；r 粒子的半径，粒子的半径，m； L阿伏加德罗常数。阿伏加德罗常数。 在时间间隔在时间间隔 t 内粒子的平均位移，内粒子的平均位移，m；x8 SvedbergSvedberg用超显微镜用超显微镜, ,对金溶胶作不同时间间隔对金溶胶作不同时间间隔 t t 与平均与平均位移位移 测定的实验测定的实验, ,验证爱因斯坦验证爱因斯坦- -布朗平均位移公式：布朗平均位移公式：x9布朗运动是扩散的微观原因布朗运动是扩散的微观原因扩散理论 在有浓度梯度存在时，物质粒子因热运动而发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，称为生宏观上的定向迁

5、移，称为扩散扩散。也就是说粒子从。也就是说粒子从高浓度区向低浓度区迁移的高浓度区向低浓度区迁移的宏观现象宏观现象。10 单位时间通过某一截面的物质的量单位时间通过某一截面的物质的量d dn/n/d dt t与该处与该处的浓度梯度的浓度梯度d dc/c/d dx x及面积大小及面积大小A As s成正比，其比例系数成正比，其比例系数D D 称为称为，负号是因为扩散方向与浓梯方向相反。，负号是因为扩散方向与浓梯方向相反。Fick扩散定律扩散定律dxdcDAdtdm11D 扩散系数扩散系数 单位浓度梯度下，单位时间通过单位面单位浓度梯度下，单位时间通过单位面积的物质的量。积的物质的量。 单位：单位：

6、m2 s -1对于对于球形粒子球形粒子，D D 可由爱因斯坦斯托克斯方程计算：可由爱因斯坦斯托克斯方程计算：rLRTD6可见，可见，粒子越小粒子越小，扩散系数越大，扩散能力越强。，扩散系数越大，扩散能力越强。胶体粒子扩散速率要比胶体粒子扩散速率要比真溶液真溶液小几百倍。小几百倍。12D D 测量测量孔片法；自由交界法；光子相关谱法。孔片法；自由交界法；光子相关谱法。注注 意意 1)1)当胶体粒子为多级分散时，由公式求得的为粒子当胶体粒子为多级分散时，由公式求得的为粒子平均半径；平均半径； 2 2）若粒子非球形，则算得半径为表观半径；）若粒子非球形，则算得半径为表观半径； 3 3）若粒子有溶剂化

7、，算出半径为溶剂化粒子半径。）若粒子有溶剂化，算出半径为溶剂化粒子半径。13 在重力场中，分散相粒子和分散介质可因密度不同在重力场中，分散相粒子和分散介质可因密度不同而分离：而分离：在发生沉降作用时，分散相粒子的浓度随距体系上界在发生沉降作用时，分散相粒子的浓度随距体系上界面距离不同而不同，即有面距离不同而不同，即有。14 应用介质中粒子所受重力的作用应用介质中粒子所受重力的作用, ,得到了球形粒子得到了球形粒子沉降速度公式为沉降速度公式为9gr202在其他条件相同时，半径增大，沉降速度显著增加。在其他条件相同时，半径增大，沉降速度显著增加。粒子越小，沉降速度将很快降低。粒子越小，沉降速度将很

8、快降低。增加粘度，提高分散粒子的介质中的稳定性，加入增增加粘度，提高分散粒子的介质中的稳定性，加入增稠剂。稠剂。15(按按 =10g/cm3, 0=1g/cm3, =1.15mPa s时的计算值时的计算值)粒子半径粒子半径 /cm s-1沉降沉降1cm所需时间所需时间10-3cm1.710-15.9s10-4cm1.710-39.8min100nm1.710-516h10nm1.710-768d1nm1.710-919a16 在离心力场中，沉降公式仍可用，只是离心加速度在离心力场中，沉降公式仍可用，只是离心加速度 2x代替重力加速度。代替重力加速度。 同时，粒子在沉降过程中，同时，粒子在沉降过

9、程中，x会改变，会改变， 也是一个变也是一个变值，将值，将 改成改成dx/dt。122012ttx/xln29rx1和和x2分别为离心时间分别为离心时间t1和和t2时界面和旋转轴之间的时界面和旋转轴之间的距离。距离。17沉降平衡计算公式沉降平衡计算公式)(1ln12012hhRTMgCC C1, C2在高度在高度h1, h2处粒子的数密度；处粒子的数密度； M 摩尔质量；摩尔质量； , 0 粒子、介质的密度。粒子、介质的密度。 平衡时粒子数密度随高度分布的分布定律平衡时粒子数密度随高度分布的分布定律1)该式只适用于粒子大小相等的体系，但形状不限；该式只适用于粒子大小相等的体系，但形状不限；2)

10、粒子越重（粒子越重（M大），随大），随 h 增加，浓度降低越快。增加，浓度降低越快。3)实际上达到沉降平衡需要很长时间实际上达到沉降平衡需要很长时间,温度波动引起对流温度波动引起对流会妨碍沉降平衡建立。会妨碍沉降平衡建立。18粒子浓度随高度的变化粒子浓度随高度的变化体系体系粒子直径粒子直径/nm粒子浓度降低一粒子浓度降低一半时的高度半时的高度氧气氧气0.275km高度分散的金溶高度分散的金溶胶胶1.86215cm粗分散金溶胶粗分散金溶胶186210-5cm藤黄悬浮体藤黄悬浮体230210-3cm19 沉降与沉降平衡沉降与沉降平衡沉降沉降 扩散扩散 分散相分布分散相分布真溶液真溶液 均相均相粗分

11、散系统粗分散系统 沉于底部沉于底部胶体系统胶体系统 平衡平衡 形成浓梯形成浓梯 当分散相粒子足够小时，扩散作用使粒子在介质中趋于均匀当分散相粒子足够小时，扩散作用使粒子在介质中趋于均匀分布：分布：。 在具体体系中，沉降与扩散哪种作用占优势视在具体体系中，沉降与扩散哪种作用占优势视而定。粒子粗大，力场强时，沉降作用占主导地位；粒子而定。粒子粗大，力场强时，沉降作用占主导地位；粒子小，力场弱，扩散作用起主导作用；这两种作用接近时，形成沉小，力场弱，扩散作用起主导作用；这两种作用接近时，形成沉降扩散平衡状态。降扩散平衡状态。.202 2、溶胶的光学性质、溶胶的光学性质21丁达尔效应丁达尔效应溶胶丁达

12、尔现象透镜光源丁达尔效应本质：分散粒子对光的散射作用本质：分散粒子对光的散射作用22光散射现象光散射现象I0I 1/4透射光透射光散射光散射光溶胶溶胶入射光入射光当光束通过分散体系时，一部分自由地通过，一部当光束通过分散体系时，一部分自由地通过，一部分被吸收、反射或散射。分被吸收、反射或散射。231 1、瑞利、瑞利(Rayleigh)(Rayleigh)散射定律散射定律基本假定：基本假定：（1 1） 粒子为点光源。（无内干涉）粒子为点光源。（无内干涉）20d（2 2）稀溶胶。（无外干涉）稀溶胶。（无外干涉）（3 3）颗粒不导电，且为球形（各向同性）颗粒不导电，且为球形（各向同性）R R观测距离

13、观测距离 观测角度观测角度2441II大气密度的涨落引起太阳光的散射，大气密度的涨落引起太阳光的散射，散射光呈淡蓝色散射光呈淡蓝色25散射光强度与入射光波长四次方成反比；散射光强度与入射光波长四次方成反比；散射光强度和粒子与介质的折射率差值有关；散射光强度和粒子与介质的折射率差值有关；散射光强度与粒子体积的平方成正比；散射光强度与粒子体积的平方成正比；散射光强度与散射角有关。散射光强度与散射角有关。.26271 1）当光束通过粗分散体系，由于粒子大于入射光的波）当光束通过粗分散体系，由于粒子大于入射光的波长，主要发生反射，使体系呈现长，主要发生反射，使体系呈现混浊混浊。2 2）当光束通过胶体溶

14、液，由于胶粒直径小于可见光波）当光束通过胶体溶液，由于胶粒直径小于可见光波长，主要发生散射，可以看见长，主要发生散射，可以看见乳白色乳白色的光柱。的光柱。3 3）当光束通过分子溶液，由于溶液十分均匀，散射光）当光束通过分子溶液，由于溶液十分均匀，散射光因相互干涉而完全抵消，看不见散射光。因相互干涉而完全抵消，看不见散射光。区别溶胶、真溶液区别溶胶、真溶液和悬浮体最简单而和悬浮体最简单而灵敏的方法。灵敏的方法。28 光波引起粒子中电子强迫震动，分子极化，产生光波引起粒子中电子强迫震动，分子极化，产生电偶极子。电偶极子振动频率与入射光相同，成为次电偶极子。电偶极子振动频率与入射光相同，成为次级光源

15、，向各方向发射光波。级光源，向各方向发射光波。均匀介质（真溶液或纯液体）均匀介质（真溶液或纯液体）散射光各向相同，完全干涉，入射光沿原方向传播散射光各向相同，完全干涉，入射光沿原方向传播透射透射非均匀介质（憎液溶胶）非均匀介质（憎液溶胶）胶粒大小为胶粒大小为1 1100nm100nm，具光学不均匀性，散射光不能完全，具光学不均匀性，散射光不能完全干涉，能见到散射光干涉，能见到散射光丁达尔效应丁达尔效应29粒子足够大，同一个粒子的不同部位产生的散射光会粒子足够大，同一个粒子的不同部位产生的散射光会发生干涉，使散射光减弱发生干涉，使散射光减弱内干涉内干涉浓度很大时，不同粒子产生的散射光会发生干涉，

16、浓度很大时，不同粒子产生的散射光会发生干涉，使散射光减弱使散射光减弱外干涉外干涉当当 时时10 d30 在金属溶胶中，散射光强与粒子大小和波长有关。在金属溶胶中，散射光强与粒子大小和波长有关。 由于金属胶粒对光有强的选择吸收作用，所以有鲜由于金属胶粒对光有强的选择吸收作用，所以有鲜艳的颜色。艳的颜色。RayleighRayleigh定律不适用。定律不适用。 例如，红色的金溶胶是对例如，红色的金溶胶是对500-600nm500-600nm波长的绿色光波长的绿色光有较强的吸收，而透过金溶胶后，光的颜色为其补有较强的吸收，而透过金溶胶后，光的颜色为其补色，所以呈红色。色，所以呈红色。.31The L

17、ycurgus Cup in (a) reflected and (b) transmitted light. 32 电子显微镜：可测小于电子显微镜：可测小于100nm100nm颗粒，观察其形状、颗粒，观察其形状、大小、厚度；大小、厚度； 电子能谱：测定内层电子的结合能。从而得知表面电子能谱：测定内层电子的结合能。从而得知表面元素的定性、定量分析以及化合物的价态；元素的定性、定量分析以及化合物的价态； 扫描隧道显微镜扫描隧道显微镜 近场光学显微镜近场光学显微镜33 人们用肉眼所能辨别的物体，最小极限为人们用肉眼所能辨别的物体，最小极限为0.2mm0.2mm。有了显微镜，所能辨别的极限可以小到有

18、了显微镜，所能辨别的极限可以小到200nm200nm，视，视野扩大了一千倍。物体再小，显微镜也看不到了，野扩大了一千倍。物体再小，显微镜也看不到了，这是光的这是光的干涉和衍射干涉和衍射的关系。的关系。 要观察溶胶粒子就需要用要观察溶胶粒子就需要用超显微镜超显微镜。34 超显微镜的原理是：在暗室内，将一束强光侧向射超显微镜的原理是：在暗室内，将一束强光侧向射入观察体系内，在入射光的垂直方向上用普通显微入观察体系内，在入射光的垂直方向上用普通显微镜观察，这样就避免了光直接照射物镜，也消除了镜观察，这样就避免了光直接照射物镜，也消除了光的干涉。光的干涉。 但是看到的是粒子但是看到的是粒子散射光点散射

19、光点，不是粒子的，不是粒子的像像。因此。因此在超显微镜下看整个体系，是以黑暗为背景，闪烁在超显微镜下看整个体系，是以黑暗为背景，闪烁出一个亮点，尤如在黑夜太空中的星光。出一个亮点，尤如在黑夜太空中的星光。 换言之，超显微镜是用显微镜观察胶体中的换言之，超显微镜是用显微镜观察胶体中的TyndallTyndall现象。现象。35 狭缝式狭缝式 照射光从碳弧光源照射光从碳弧光源射出，经可调狭缝后，射出，经可调狭缝后，由透镜会聚，从侧面射由透镜会聚，从侧面射到盛胶体溶液的样品池到盛胶体溶液的样品池中。中。 超显微镜的目镜看超显微镜的目镜看到的是胶粒的到的是胶粒的散射光散射光。如果溶液中没有胶粒，如果溶

20、液中没有胶粒，视野将是一片黑暗。视野将是一片黑暗。36 测定溶胶粒子大小；测定溶胶粒子大小； 布朗运动和涨落现象的观察；布朗运动和涨落现象的观察； 确定胶体粒子的形状；确定胶体粒子的形状； 胶体溶液分散度的估计；胶体溶液分散度的估计； 研究聚沉动力学过程；研究聚沉动力学过程； 沉降平衡的研究；沉降平衡的研究； 配合电泳仪，测定胶体粒子的电泳速率，可得出胶配合电泳仪，测定胶体粒子的电泳速率，可得出胶粒带电性质。粒带电性质。3738 溶胶中的分散相与分散介质之间存在着界面。因此，按溶胶中的分散相与分散介质之间存在着界面。因此，按，可以设想出溶胶的胶团结构。，可以设想出溶胶的胶团结构。胶核胶粒胶团胶

21、核胶粒胶团39 以以KIKI溶液滴加至溶液滴加至AgNOAgNO3 3溶液中形成的溶液中形成的AgIAgI溶胶溶胶( (正溶胶）为正溶胶）为例，胶团结构式为：例，胶团结构式为：反之，将反之，将AgNOAgNO3 3溶液滴加至溶液滴加至KIKI溶液中形成的溶液中形成的AgIAgI胶团结构式为：胶团结构式为：40 滑动面和滑动面和 电势电势 是当固液两相发生相对移动时呈现在固液交是当固液两相发生相对移动时呈现在固液交界处的一个高低不平的曲面，它位于紧密层之外，扩界处的一个高低不平的曲面，它位于紧密层之外，扩散层之中且距固体表面的距离约为分子直径大小处。散层之中且距固体表面的距离约为分子直径大小处。

22、滑动面与溶液本体之间的电势差称为滑动面与溶液本体之间的电势差称为 。有时也。有时也称为电动电势，这是因为只有当固液两相发生相对移称为电动电势，这是因为只有当固液两相发生相对移动时才有动时才有 电势，可见，电势，可见， 电势是滑动面存在的结果电势是滑动面存在的结果，而滑动面是，而滑动面是 电势产生的基础。电势产生的基础。41 （1 1）吸附）吸附 胶粒在形成过程中，胶核优胶粒在形成过程中，胶核优先吸附某种离子，使胶粒带电。先吸附某种离子，使胶粒带电。33KNOAgBrKBrAgNO42化学吸附化学吸附 同晶格离子，溶解度低者，优先吸附。由于同晶格离子，溶解度低者，优先吸附。由于AgI的溶解度小于

23、的溶解度小于AgBr，而，而AgBr的溶解度小于的溶解度小于AgCl，故卤素离子在故卤素离子在AgX上的吸附能力是：上的吸附能力是：I-Br-Cl-。物理吸附物理吸附 如吸附表面活性剂，极性基团吸附到极性如吸附表面活性剂，极性基团吸附到极性( (亲水亲水) )表面，非极性基团吸附到非极性（疏水）表面表面，非极性基团吸附到非极性（疏水）表面。当非极性基团吸附到疏水表面时，疏水表面变为。当非极性基团吸附到疏水表面时，疏水表面变为亲水，而且带电。亲水，而且带电。43 （2）电离 对于可能发生电离的大分子的溶胶而言，则胶粒带电主要是其本身发生电离引起的。 例如蛋白质分子，当它的羧基或胺基在水中解离时，

24、例如蛋白质分子，当它的羧基或胺基在水中解离时，整个大分子就带负电或正电荷。当介质的整个大分子就带负电或正电荷。当介质的pHpH较低时，较低时，蛋白质分子带正电，蛋白质分子带正电，pHpH较高时，则带负电荷。较高时，则带负电荷。 44(3)(3)离子的不等量溶解离子的不等量溶解 主要是黏土矿物，在成矿时有些主要是黏土矿物，在成矿时有些AlAl3+3+的位置被的位置被CaCa2+2+，MgMg2+2+所取代，从而使黏土晶格带负电。所取代，从而使黏土晶格带负电。 为了维持电中性，黏土表面必然要吸附某些正离子，为了维持电中性，黏土表面必然要吸附某些正离子，这些正离子又因水化而离开表面，形成双电层。晶格

25、取这些正离子又因水化而离开表面，形成双电层。晶格取代是造成黏土颗粒带电的主要原因。代是造成黏土颗粒带电的主要原因。45在非极性介质中，颗粒也会带电。在非极性介质中，颗粒也会带电。 Coehn Coehn规则：规则：两相接触时，具有较大介电常数两相接触时，具有较大介电常数D D的的一相带正电，另一相带负电。一相带正电，另一相带负电。 玻璃玻璃(D=5-6)(D=5-6)与水与水(D=81)(D=81)接触时，玻璃带负电，水接触时，玻璃带负电，水带正电；玻璃带正电；玻璃(D=5-6)(D=5-6)与苯与苯(D=2)(D=2)接触时，玻璃带正电，接触时，玻璃带正电，苯带负电。苯带负电。玻璃在二氧杂环

26、己烷（D=2.2）中带负电，不符合该规则。46电动现象电动现象 18071807年，列斯（年，列斯（PeiicPeiic）曾用两支无底的玻璃管插在曾用两支无底的玻璃管插在潮湿的黏土上，管底垫上一潮湿的黏土上，管底垫上一层洗净的沙，管中加上蒸馏层洗净的沙，管中加上蒸馏水，使两管水面相平。在将水，使两管水面相平。在将电源的两个电极分别插入两电源的两个电极分别插入两管时，发现负电极管中的水管时，发现负电极管中的水位上升，正电极管中水位下位上升，正电极管中水位下降；正电极管的底部呈现浑降；正电极管的底部呈现浑浊状态，而负电极管中则清浊状态，而负电极管中则清亮如初。亮如初。 47任何溶胶中的胶粒都有这样

27、的现象：带任何溶胶中的胶粒都有这样的现象：带负电的胶粒向正极移动，带正电的胶粒负电的胶粒向正极移动，带正电的胶粒向负极移动，人们把这种现象称为向负极移动，人们把这种现象称为。如如Fe(OH)Fe(OH)3 3溶胶粒子向负极（阴极）溶胶粒子向负极（阴极）迁移，说明胶粒带正电；迁移，说明胶粒带正电；AsAs2 2S S3 3胶粒胶粒向阳极移动，胶粒带负电。向阳极移动，胶粒带负电。应用应用静电除尘，黏土提纯，电泳镀漆静电除尘，黏土提纯，电泳镀漆48利用界面移动距离计算。无色的利用光散射利用界面移动距离计算。无色的利用光散射可观察出界面移动。可观察出界面移动。实验测出在一定时间内界面移动的实验测出在一

28、定时间内界面移动的距离，可求得粒子的电泳速度，由电泳速度可求出胶体距离，可求得粒子的电泳速度，由电泳速度可求出胶体粒子的粒子的 电势。电势。正电溶胶：氢氧化铁、氢氧化铝、次甲基蓝等。正电溶胶：氢氧化铁、氢氧化铝、次甲基蓝等。负电溶胶：金、银、铂、硫、三硫化砷，硅胶。负电溶胶：金、银、铂、硫、三硫化砷，硅胶。49（2）纸上电泳）纸上电泳 后来人们使用在电解溶液中浸湿的滤后来人们使用在电解溶液中浸湿的滤纸条来代替纸条来代替U型管，在纸条上滴以待测的溶胶，此法型管，在纸条上滴以待测的溶胶，此法中溶胶的用量少，避免扩散和对流的影响，广泛用于中溶胶的用量少，避免扩散和对流的影响，广泛用于分离和鉴定。分离

29、和鉴定。(3)凝胶电泳凝胶电泳用乙酸纤维膜、淀粉凝胶，聚丙烯酰胺凝胶代替滤纸，用乙酸纤维膜、淀粉凝胶，聚丙烯酰胺凝胶代替滤纸，可调节厚度、孔度与材料适应性，效率更高。例如血可调节厚度、孔度与材料适应性，效率更高。例如血清在纸上电泳时，一般能分离出清在纸上电泳时，一般能分离出6-7个组分，而在淀个组分，而在淀粉凝胶上则可分离出粉凝胶上则可分离出20-30 个组分。个组分。50(4)(4)高效毛细管电泳高效毛细管电泳 在上述基础上，发展了一种毛细管区带电泳。毛细管和电极在上述基础上，发展了一种毛细管区带电泳。毛细管和电极槽内充有相同组分和相同浓度的背景电解质缓冲溶液。样品从毛槽内充有相同组分和相同

30、浓度的背景电解质缓冲溶液。样品从毛细管一端导入，在一定电压下进行电泳而分离。各组分将按其速细管一端导入，在一定电压下进行电泳而分离。各组分将按其速度大小顺序，依次到达检测器放出检出，得到按时间分布的电泳度大小顺序，依次到达检测器放出检出，得到按时间分布的电泳谱图。谱图。 由于毛细管内径很小，对内径由于毛细管内径很小，对内径5050 m m和长度为和长度为50cm50cm的毛细管，的毛细管，其容积不足其容积不足1 1 L L，进样体积在纳升级，样品浓度可低于，进样体积在纳升级，样品浓度可低于1010-4 -4mol/Lmol/L，其分离效率极高，成为生物化学和分析化学中发展得最快的一，其分离效率

31、极高，成为生物化学和分析化学中发展得最快的一种分离分析技术。种分离分析技术。51(5)(5)显微电泳仪显微电泳仪 利用光散射，在通电情况下，可看到颗粒的移动。测利用光散射，在通电情况下，可看到颗粒的移动。测 电位时应注意沿壁处的电渗现象所引起的管内液体电位时应注意沿壁处的电渗现象所引起的管内液体的对流。要在管径内找到一个电渗流与反向流正好抵的对流。要在管径内找到一个电渗流与反向流正好抵消的静止层。只有在静止层内测出的电泳速度才是正消的静止层。只有在静止层内测出的电泳速度才是正确有。确有。52应用：电渗去水，电渗切砖和静电复印等应用：电渗去水，电渗切砖和静电复印等53 在重力场的作用下，带电的分

32、散在重力场的作用下，带电的分散相相粒子粒子，在分散介质中，在分散介质中迅速沉降迅速沉降时，时，使底层与表面层的粒子浓度悬殊，使底层与表面层的粒子浓度悬殊，从而产生电势差，这就是从而产生电势差，这就是沉降电势沉降电势。 贮油罐中的油内常会有水滴，贮油罐中的油内常会有水滴，水滴的沉降会形成很高的电势水滴的沉降会形成很高的电势差，有时会引发事故。通常在差，有时会引发事故。通常在油中加入油中加入有机电解质有机电解质，增加介，增加介质电导，降低沉降电势。质电导，降低沉降电势。 沉降电势沉降电势+V54流动电势流动电势 含有离子的含有离子的液体在加压或重液体在加压或重力等力等外力外力的作用的作用下，流经下

33、，流经多孔膜多孔膜或毛细管或毛细管时会产时会产生电势差，这种生电势差，这种因液体流动而产因液体流动而产生的电势称为生的电势称为流流动电势动电势。气体气体V V压力压力毛细管毛细管 流动电势流动电势55 由于胶粒带电，而溶胶是电中性的，则介质带与由于胶粒带电，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，就产生了向带相反电荷的电极移动，就产生了电泳电泳和和电渗电渗的电的电动现象，这是因电而动。动现象，这是因电而动。 胶粒在重力场作用下发生沉降，而产生胶粒在重力场作用下发生沉降，而产生沉降电势沉降电势

34、；带电的介质发生流动，则产生带电的介质发生流动，则产生流动电势流动电势。这是因动而。这是因动而产生电。产生电。 以上四种现象都称为电动现象。56外加电外加电场引起场引起运动运动电泳电泳质点移动，介质静止质点移动，介质静止沉降电势沉降电势电渗电渗质点静止，液体移动质点静止，液体移动流动电势流动电势相对运相对运动产生动产生电位差电位差四种电现象的相互关系：四种电现象的相互关系：57 当固体与液体接触时，可以是固体从溶液中选择性当固体与液体接触时，可以是固体从溶液中选择性吸附某种离子，也可以是固体分子本身发生电离作用吸附某种离子，也可以是固体分子本身发生电离作用而使离子进入溶液，以致使固液两相分别带

35、有不同符而使离子进入溶液，以致使固液两相分别带有不同符号的电荷，号的电荷，在界面上形成了双电层的结构。在界面上形成了双电层的结构。 对于双电层的具体结构，一百多年来不同学者提出了对于双电层的具体结构，一百多年来不同学者提出了不同的看法。最早于不同的看法。最早于18791879年年HelmholzHelmholz提出提出平板型模型平板型模型； 1910 1910年年GouyGouy和和19131913年年ChapmanChapman修正了平板型模型，修正了平板型模型，提出了提出了扩散双电层模型扩散双电层模型；后来后来SternStern又提出了又提出了SternStern模型模型。58 表面电势

36、与表面电荷密度表面电势与表面电荷密度 及介质及介质介电常数介电常数 间的关系：间的关系：0 亥姆霍兹认为固体的表面电荷与溶液中带相反电荷亥姆霍兹认为固体的表面电荷与溶液中带相反电荷的（即反离子）构成平行的两层，如同一个平板电容器。的（即反离子）构成平行的两层，如同一个平板电容器。 在电场作用下，带电质点和在电场作用下，带电质点和溶液中的反离子分别向相反溶液中的反离子分别向相反方向运动。方向运动。 这模型过于简单，由于离这模型过于简单，由于离子热运动，不可能形成平板电子热运动，不可能形成平板电容器。容器。59紧密层与扩散层的界面叫切动面紧密层与扩散层的界面叫切动面( (滑动面滑动面) )。滑动面

37、滑动面 由于正、负离子由于正、负离子静电吸静电吸引引和和热运动热运动两种效应的结果，两种效应的结果，溶液中的反离子只有一部溶液中的反离子只有一部分紧密地排在固体表面附近，分紧密地排在固体表面附近，相距约一、二个离子厚相距约一、二个离子厚度称为度称为紧密层紧密层； 另一部分离子按一定的浓度梯度扩散到本体溶液另一部分离子按一定的浓度梯度扩散到本体溶液中，离子的分布可用玻兹曼公式表示，称为中，离子的分布可用玻兹曼公式表示，称为扩散层扩散层。60 溶胶相对静止时，整个溶胶体系是电中性的。当分散相粒溶胶相对静止时，整个溶胶体系是电中性的。当分散相粒子和液体介质相对运动时，就会产生电位差，这种电位差叫子和

38、液体介质相对运动时，就会产生电位差，这种电位差叫电电动电势动电势。电势（电动电势）电势（电动电势） -滑动面与溶液本体间的电势差可滑动面与溶液本体间的电势差可由电泳或电渗实验测定由电泳或电渗实验测定0 0表面热力学电势表面热力学电势， 固体表面与溶液本体间的电势差固体表面与溶液本体间的电势差区分了区分了0 0和和。解释了动电现象。解释了动电现象扩散双电层模型扩散双电层模型61数数学学关关系系基本假定：基本假定：质点表面是无限大平面，表面电荷均匀分布质点表面是无限大平面，表面电荷均匀分布扩散层内反离子是服从扩散层内反离子是服从BoltzmannBoltzmann分布的点电荷分布的点电荷溶剂介电常

39、数各处相同溶剂介电常数各处相同电势很小时：电势很小时：xe021022kTINe波尔兹曼常数波尔兹曼常数BBCZI221离子强度离子强度表面电荷密度：表面电荷密度：00对比：对比：1扩散双电层厚度扩散双电层厚度62缺陷：缺陷： 很大很大, , 很小时很小时, ,计算结果不合理。计算结果不合理。0 x不能解释不能解释大于大于0 0或二者不同号现象或二者不同号现象63双电层模型双电层模型a a斯特恩（斯特恩（Stern)Stern)模型模型对古依对古依查普曼模型的修正：查普曼模型的修正：模模型型紧密层分为两部分：部分反紧密层分为两部分：部分反离子由静电引力和范德华力离子由静电引力和范德华力共同作用

40、下紧密吸附在固体共同作用下紧密吸附在固体表面，约有一、二个分子层表面，约有一、二个分子层的厚度，称为的厚度，称为“特性吸附离特性吸附离子子”，构成，构成SternStern层；由反层；由反离子电性中心构成的平面称离子电性中心构成的平面称为为SternStern平面。平面。64滑动面滑动面由于离子的溶剂化作用，胶粒在移动由于离子的溶剂化作用，胶粒在移动时，紧密层会结合一定数量的溶剂分时，紧密层会结合一定数量的溶剂分子一起移动，所以滑动面由比子一起移动，所以滑动面由比SternStern层层略右的曲线表示。略右的曲线表示。热力学电势热力学电势由固体表面至溶液本体间的电势差由固体表面至溶液本体间的电

41、势差e e；斯特恩电势斯特恩电势由紧密层与扩散层之间的分界处至溶由紧密层与扩散层之间的分界处至溶液本体间的电势差液本体间的电势差 ； 电势电势( (动电电势动电电势)由滑动面至溶液本体间的电势差。由滑动面至溶液本体间的电势差。65离子有体积，表面附近反离子数不能超过最大吸附量。离子有体积，表面附近反离子数不能超过最大吸附量。反离子进入斯特恩层，可使反离子进入斯特恩层，可使SternStern电势下降。某些高价电势下降。某些高价反离子或大反离子（如表面活性剂离子），由于高吸附反离子或大反离子（如表面活性剂离子），由于高吸附能而大量进入斯特恩层，可使能而大量进入斯特恩层，可使SternStern电

42、势反号。电势反号。同号大离子因强烈的范德华吸引可克服静电斥力而进同号大离子因强烈的范德华吸引可克服静电斥力而进入入SternStern层，使层，使SternStern电势高于表面电势电势高于表面电势。66SternStern层内按层内按HelmholzHelmholz平行板模型计算。平行板模型计算。扩散层可按古依扩散层可按古依查普曼模型计算。查普曼模型计算。双电层模型双电层模型b b博克里斯模型博克里斯模型IHPIHP 由特性吸附离子构成的由特性吸附离子构成的内紧密层。内紧密层。OHPOHP 由水化离子构成的紧密由水化离子构成的紧密层。层。674 4、溶胶的稳定性质、溶胶的稳定性质68溶胶是高

43、度分散的、多相的、热力学不稳定体系，溶胶是高度分散的、多相的、热力学不稳定体系，但在一定条件下又能相对稳定地存在相当长的时间，但在一定条件下又能相对稳定地存在相当长的时间，如：如：半径为半径为1.51.51010-9 -9m m的金质点下降的金质点下降0.01m0.01m需需3.53.5年。年。 溶胶的稳定性实指某种性质（如分散相浓度、颗粒溶胶的稳定性实指某种性质（如分散相浓度、颗粒大小、体系黏度和密度等）有一定程度的不变性。大小、体系黏度和密度等）有一定程度的不变性。 主要是用主要是用热力学稳定性、动力学稳定性和聚集稳定热力学稳定性、动力学稳定性和聚集稳定性性三者来表征。三者来表征。69 溶

44、胶有动力学的稳定性质。溶胶有动力学的稳定性质。原因：原因：Brown Brown 运动运动 双电层结构双电层结构水化层，水化膜的存在。水化层，水化膜的存在。某些物质某些物质的存在改变了胶粒的表面性能。的存在改变了胶粒的表面性能。溶胶的聚集稳定性质。溶胶的聚集稳定性质。 聚集稳定性差；聚集稳定性差； 聚集稳聚集稳定性高。定性高。溶胶的热力学稳定性溶胶的热力学稳定性 溶胶有巨大的比表面，是热力学不稳定系统，胶粒迟溶胶有巨大的比表面，是热力学不稳定系统，胶粒迟早要发生聚沉。早要发生聚沉。70胶体电解质稳定理论胶体电解质稳定理论DLVODLVO理论理论由由D Darjaguin(arjaguin(德查

45、金德查金) )、 L Landau(andau(朗道朗道) )和和 V Verweyerwey( (维韦维韦) )、 O Overbeek(verbeek(奥弗比可奥弗比可) )提出，要点如下：提出，要点如下： 溶胶在一定条件下是稳定存在还是聚沉，取决于溶胶在一定条件下是稳定存在还是聚沉，取决于粒子间的粒子间的。在胶粒之间，存在。在胶粒之间，存在着两种相反作用力所产生的势能。着两种相反作用力所产生的势能。斥力势能斥力势能U UR R 由扩散双电层由扩散双电层相互重叠相互重叠时而产生。时而产生。吸力势能吸力势能U UA A 由分子存在的由分子存在的远程范德华力远程范德华力而产生。而产生。71 胶

46、粒间的引力是胶粒中所有分子引力的总和。胶粒间的引力是胶粒中所有分子引力的总和。 一般分子间的引力与分子间距离的一般分子间的引力与分子间距离的6 6次方成反次方成反比，而胶粒间的吸引力与胶粒的距离的比，而胶粒间的吸引力与胶粒的距离的3 3次方次方成反比，这说明胶粒间的远距离的范德华力。成反比，这说明胶粒间的远距离的范德华力。 介质的存在使粒子彼此间的吸引力减弱，且介介质的存在使粒子彼此间的吸引力减弱，且介质的性质与质点的越接近，粒子间的吸引力越质的性质与质点的越接近，粒子间的吸引力越弱，越有利于该胶体的稳定。弱，越有利于该胶体的稳定。72 根据扩散双层模型，胶粒是带电的，其周围为离子根据扩散双层

47、模型，胶粒是带电的，其周围为离子氛所包围。氛所包围。 当两个胶粒趋近而离子氛尚未接触时，胶粒间并无排当两个胶粒趋近而离子氛尚未接触时，胶粒间并无排斥作用。斥作用。 当胶粒相互接近到离子氛重叠时，处于重叠区中的离当胶粒相互接近到离子氛重叠时，处于重叠区中的离子浓度显然较大，破坏了原来电荷分布的对称性，引子浓度显然较大，破坏了原来电荷分布的对称性，引起了离子氛的电荷重新分起了离子氛的电荷重新分布，使带正电的胶粒受到斥力布，使带正电的胶粒受到斥力而相互脱离。而相互脱离。73影响溶胶稳定性的因素影响溶胶稳定性的因素2. 2.浓度的影响。浓度的影响。浓度增加，粒子碰撞机会增多。浓度增加，粒子碰撞机会增多

48、。3. 3.温度的影响。温度的影响。温度升高，粒子碰撞机会增多，碰撞强度增加。温度升高，粒子碰撞机会增多，碰撞强度增加。4. 4.胶体体系的相互作用。胶体体系的相互作用。带不同电荷的胶粒互吸而聚沉。带不同电荷的胶粒互吸而聚沉。1. 1.外加电解质的影响。外加电解质的影响。这影响最大，主要影响胶粒的带电情况，使这影响最大，主要影响胶粒的带电情况，使 电电 位下降，促使胶粒聚结。位下降，促使胶粒聚结。74电解质的聚沉作用电解质的聚沉作用1 1、沉淀、老化与聚沉、沉淀、老化与聚沉沉淀沉淀不溶物形成大颗粒，因密度差而沉降。不溶物形成大颗粒，因密度差而沉降。老化老化小颗粒溶解，大颗粒长大的过程。小颗粒溶

49、解，大颗粒长大的过程。聚沉聚沉使用试剂或其它方法使小颗粒聚并以至沉降的过程使用试剂或其它方法使小颗粒聚并以至沉降的过程 聚沉过程中质点形成附聚体，其中聚沉过程中质点形成附聚体，其中原来各质点仍保持独立性，加入溶剂或原来各质点仍保持独立性，加入溶剂或除去聚沉剂可重新将其分散。除去聚沉剂可重新将其分散。752 2、电解质的聚沉作用、电解质的聚沉作用实验现象：实验现象：电解质浓度小时体系无变化；浓度达到一电解质浓度小时体系无变化；浓度达到一定值时，发生完全聚沉。定值时，发生完全聚沉。聚沉值聚沉值使一定量的溶胶在一定时间内完全聚沉使一定量的溶胶在一定时间内完全聚沉所需电所需电解质的最小浓度解质的最小浓

50、度。从已知的表值可见，对同一。从已知的表值可见，对同一溶胶，外加电解质的离子价数越低，其聚沉值溶胶，外加电解质的离子价数越低，其聚沉值越大。越大。聚沉能力聚沉能力是是聚沉值的倒数聚沉值的倒数。聚沉值越大的电解质，。聚沉值越大的电解质，聚沉能力越小；反之，聚沉值越小的电解聚沉能力越小；反之，聚沉值越小的电解质，其聚沉能力越强。质，其聚沉能力越强。76 等术语在物理意义上没等术语在物理意义上没有严格明确的区别。有严格明确的区别。 习惯上一般认为习惯上一般认为形成的聚集体较为紧密，易分形成的聚集体较为紧密，易分离，不易重新分散；离，不易重新分散； 形成的聚集体较松散，不易分离，易重新分散。形成的聚集

51、体较松散，不易分离，易重新分散。在一定时间内引起疏液胶体有明显变化（如在一定时间内引起疏液胶体有明显变化（如等）所需加入的惰性电解质的最小等）所需加入的惰性电解质的最小浓度称为该胶体的临界聚沉浓度或聚沉值，单位常用浓度称为该胶体的临界聚沉浓度或聚沉值，单位常用mmol/L表示。表示。773 3、电解质聚沉的实验规律、电解质聚沉的实验规律（1 1）叔尔采）叔尔采哈迪（哈迪（Schulze-HardySchulze-Hardy）规则）规则 （符号与价数法则）（符号与价数法则）a.a.符号法则：引起溶胶聚沉的是异电荷离子符号法则：引起溶胶聚沉的是异电荷离子b.b.价数规则：反离子价数越高，聚沉能力越

52、强价数规则：反离子价数越高，聚沉能力越强如如AgIAgI负溶胶负溶胶聚沉能力顺序聚沉能力顺序 NaClMgClNaClMgCl2 2FeClCs+Rb+K+Na+Li+具有相同阳离子的阴离子对正溶胶的聚沉能力为：具有相同阳离子的阴离子对正溶胶的聚沉能力为：F -Cl-Br-NO3 -I -原原因因 离子水化半径越小，越容易进入斯特恩离子水化半径越小，越容易进入斯特恩层，聚沉能力越大。正离子半径小的水化层，聚沉能力越大。正离子半径小的水化能力强，水化半径大。负离子反之。能力强，水化半径大。负离子反之。79（3 3）法扬斯（）法扬斯（Fajans)Fajans)规则规则 能与晶体的组成离子形成不溶

53、物或难电离化合物的异电能与晶体的组成离子形成不溶物或难电离化合物的异电离子优先被吸附，具有强的聚沉能力。离子优先被吸附，具有强的聚沉能力。（4 4）不规则聚沉）不规则聚沉 有时，少量电解质使溶胶聚沉，电解质浓度高时，又重有时，少量电解质使溶胶聚沉，电解质浓度高时，又重新分散，浓度再高又聚沉，此为不规则聚沉，多发生在以大新分散，浓度再高又聚沉，此为不规则聚沉，多发生在以大离子或高价离子为聚沉剂的情况离子或高价离子为聚沉剂的情况大离子或高价离子引起大离子或高价离子引起电动电位反号。电动电位反号。（5 5）有机离子一般具有较强聚沉能力）有机离子一般具有较强聚沉能力特殊吸附力特殊吸附力（6 6）同号离

54、子的影响）同号离子的影响 大的同号有机离子因与质点强烈的大的同号有机离子因与质点强烈的van der Waalsvan der Waals引力而被吸附，引力而被吸附，从而改变质点的表面性质。一般说来，大的或高价的负离子对于负溶从而改变质点的表面性质。一般说来，大的或高价的负离子对于负溶胶有一定稳定作用，大的或高价正离子对于正溶胶有一定稳定作用。胶有一定稳定作用，大的或高价正离子对于正溶胶有一定稳定作用。80实实例例卤水点豆腐：卤水点豆腐：卤水中卤水中CaCa2+2+、MgMg2+2+等离子使带负电的大豆蛋白胶体聚沉。等离子使带负电的大豆蛋白胶体聚沉。黄河三角洲的形成：黄河三角洲的形成：海水中的

55、盐类使江河中带负电的土壤胶体聚沉。海水中的盐类使江河中带负电的土壤胶体聚沉。流速减慢利于颗粒沉降。流速减慢利于颗粒沉降。3 3、胶体的相互聚沉、胶体的相互聚沉 两种电性不同的溶胶混合，可以发生相互聚沉作用。电两种电性不同的溶胶混合，可以发生相互聚沉作用。电荷完全中和时达到荷完全中和时达到等电态等电态，完全聚沉。，完全聚沉。如明矾如明矾KAl(SO4)212H2O净水：净水：明矾在水中水解成明矾在水中水解成带正电的带正电的Al(OH)3溶胶，使带负电的胶体污物溶胶，使带负电的胶体污物(土壤土壤胶体胶体)聚沉。聚沉。81 一般来说，聚合物一般来说，聚合物，稳定效果越好。这种因聚合物吸附，稳定效果越

56、好。这种因聚合物吸附而使疏液胶体稳定性提高的作用称为而使疏液胶体稳定性提高的作用称为。吸附聚合物的粒子相互碰撞，吸附吸附聚合物的粒子相互碰撞，吸附层被压缩。若各粒子吸附层中的分子互不交叉。只是层被压缩。若各粒子吸附层中的分子互不交叉。只是接触处分子发生变形，聚合物构型数减少，构型熵降接触处分子发生变形，聚合物构型数减少，构型熵降低，体系自由能增加，粒子间排斥作用增强。低，体系自由能增加，粒子间排斥作用增强。82当向疏液胶体中加入低于能使其稳定所需的聚合物当向疏液胶体中加入低于能使其稳定所需的聚合物数量时，聚合物不仅不能使胶体稳定，而且能使体系数量时，聚合物不仅不能使胶体稳定，而且能使体系的临界

57、聚沉浓度降低。这种作用称为的临界聚沉浓度降低。这种作用称为。有时。有时少量聚合物的加入直接引起疏液胶体的聚沉（称为少量聚合物的加入直接引起疏液胶体的聚沉（称为）。）。 若带有吸附层的粒子接触时，聚合物分子互相渗若带有吸附层的粒子接触时，聚合物分子互相渗透、交叉，类似于不同浓度聚合物的混合。如果这一过程透、交叉，类似于不同浓度聚合物的混合。如果这一过程、引起的自由能增大，粒子将互相排斥，使体系稳定，聚合引起的自由能增大，粒子将互相排斥，使体系稳定，聚合物吸附层起保护作用；若自由能减少，粒子相互吸引，稳定性物吸附层起保护作用；若自由能减少，粒子相互吸引，稳定性破坏，发生破坏，发生。83 能使固体易

58、于分散成小粒子，或使粒子易于分散能使固体易于分散成小粒子，或使粒子易于分散于液体（主要是水）介质中形成有一定稳定性的于液体（主要是水）介质中形成有一定稳定性的的外加物质称为分散剂。的外加物质称为分散剂。u有助于固体粒子表面被分散介质润湿，都是良好的有助于固体粒子表面被分散介质润湿，都是良好的润湿剂。润湿剂。u在固体表面形成阻止粒子聚集、絮凝的表面结构在固体表面形成阻止粒子聚集、絮凝的表面结构（吸附层）。（吸附层）。84 在较低的浓度能使分散体系失去稳定性形成絮凝在较低的浓度能使分散体系失去稳定性形成絮凝体或沉淀物的外加物质称为体或沉淀物的外加物质称为。l电性中和作用电性中和作用l桥连絮凝作用桥

59、连絮凝作用855 5、溶胶的流变性质、溶胶的流变性质86胶体体系的流变性质胶体体系的流变性质是指在外力作用下该体系的是指在外力作用下该体系的流动与变形的性质。流动与变形的性质。 液体流动时表现出液体流动时表现出粘性粘性；固体变形时显示；固体变形时显示弹性弹性。原油的储运及加工，钻井泥浆、橡胶塑料、原油的储运及加工，钻井泥浆、橡胶塑料、油漆、涂料等的生产工艺设计、产品控制、油漆、涂料等的生产工艺设计、产品控制、使用等。使用等。意意 义义方方 法法1 1、数学描述，不追究其内在原因；、数学描述，不追究其内在原因；2 2、从物质的内部结构和实验现象研究流变、从物质的内部结构和实验现象研究流变性质。性

60、质。87一一 粘粘 度度粘度是物质流动时分子间内摩擦力大小的反映粘度是物质流动时分子间内摩擦力大小的反映定义定义设：平行板面积设：平行板面积 A A 作用力作用力 F F 运动速度运动速度 切变速率切变速率dydD切应力切应力AFAFdydD牛顿公式牛顿公式粘度，单位粘度，单位Pa.sPa.sD和是表征液体体系的基本力学性质是表征液体体系的基本力学性质88 说说 明明符合牛顿公式者为牛顿流体符合牛顿公式者为牛顿流体 粘度只与温度有关，不受切变速度的影响。粘度只与温度有关，不受切变速度的影响。不符合此式者为非牛顿流体，粘度随速度梯度而不符合此式者为非牛顿流体，粘度随速度梯度而变。变。牛顿流体层流