《胶体分散系统》ppt课件

1、第八章第八章 胶体分散系统胶体分散系统Chapter 8 Colloid 一种或几种物质高度分散在另一种物质中所构一种或几种物质高度分散在另一种物质中所构成的系统称为分散系成的系统称为分散系disperse system 被分散的物质称为分散相被分散的物质称为分散相dispersed phase 包容分散相的物质称为分散介质包容分散相的物质称为分散介质dispersion medium分散系概念分散系概念分散系分散系均相分散系均相分散系非均相分散系非均相分散系小分子、离子溶液小分子、离子溶液高分子溶液高分子溶液胶体胶体粗分散系粗分散系广义的胶体广义的胶体分散系，是分散系，是胶体化学的胶体化学的

2、研讨对象。研讨对象。第一节第一节 溶胶的分类和根本特性溶胶的分类和根本特性分散相分散相 分散介质分散介质 分散系称号分散系称号 实例实例 气气 空气空气 液液 气气 气溶胶气溶胶 雾雾 固固 烟、尘烟、尘 气气 泡沫泡沫 液液 液液 液溶胶液溶胶 牛奶、原油牛奶、原油 固固 浑浊的河水、油漆浑浊的河水、油漆 气气 泡沫塑料、面包泡沫塑料、面包 液液 固固 固溶胶固溶胶 珍珠珍珠 固固 合金、有色玻璃合金、有色玻璃胶体的根本特性胶体的根本特性1.高分散性高分散性2.多相性多相性3.聚结不稳定性聚结不稳定性第二节第二节 溶胶的制备与净化溶胶的制备与净化 1将大块物体粉碎，使之到胶体范围，称为分散法

3、将大块物体粉碎，使之到胶体范围，称为分散法2使小的分子、离子凝聚成胶体分散相，称为凝聚使小的分子、离子凝聚成胶体分散相，称为凝聚法。法。一、溶胶的制备一、溶胶的制备 用化学凝聚法制备的溶胶通常含有分子、离子等用化学凝聚法制备的溶胶通常含有分子、离子等杂质，过量的电解质会影响溶胶的稳定性，需求净化杂质，过量的电解质会影响溶胶的稳定性，需求净化除去。除去。 常用的溶胶净化方法有两种：渗析常用的溶胶净化方法有两种：渗析dialysis包括电渗析和超滤包括电渗析和超滤ultrafiltration 。 二、溶胶的净化二、溶胶的净化三、均匀分散胶体三、均匀分散胶体 在严厉控制的条件下有能够制备出粒子外形

4、一在严厉控制的条件下有能够制备出粒子外形一样、尺寸相差不大的胶体，称为均匀分散胶体。样、尺寸相差不大的胶体，称为均匀分散胶体。 制备时需满足的条件：在极短的时间内迅速生制备时需满足的条件：在极短的时间内迅速生成大量晶核，之后确保晶核同步长大。成大量晶核，之后确保晶核同步长大。 重要运用：重要运用：1验证根本实际；验证根本实际；2理想的理想的规范资料；规范资料；3新资料；新资料；4催化剂性能的改动；催化剂性能的改动；5制造特种陶瓷。制造特种陶瓷。四、纳米粒子和纳米技术四、纳米粒子和纳米技术第三节第三节 溶胶的动力性质溶胶的动力性质 在显微镜下察看到的胶体粒子在介质中的无规在显微镜下察看到的胶体粒

5、子在介质中的无规那么的运动称为布朗运动。那么的运动称为布朗运动。Brown运动运动 Brown运动的实践途径虽然杂乱无章，但在一运动的实践途径虽然杂乱无章，但在一定时间内，粒子挪动的平均投影位移却具有一定的定时间内，粒子挪动的平均投影位移却具有一定的数值。数值。 XrL3RTt=式中，式中， 为时间为时间t内粒子在内粒子在x轴方向的平均位移；轴方向的平均位移；为介质的粘度；为介质的粘度；L为为Avogadro常数；常数；T为绝对温度；为绝对温度；R为气体常数。为气体常数。X 溶胶粒子在介质中由高浓度区自发地向低浓溶胶粒子在介质中由高浓度区自发地向低浓度区迁移的景象称为分散度区迁移的景象称为分散

6、diffusion。 分散分散 dtdndxdC= DA 式中，式中，dn / dt为在一定的浓度梯度为在一定的浓度梯度dC / dx下，单位时下，单位时间内粒子经过截面积间内粒子经过截面积A的物质的量。比例系数的物质的量。比例系数D称为称为分散系数分散系数diffusion coefficient。 Einstein推导了粒子在推导了粒子在t时间内的平均位移与分散系时间内的平均位移与分散系数数D之间的关系式：之间的关系式： r61LRTD = 悬浮在介质中的固体颗粒下降，而与介质分别的悬浮在介质中的固体颗粒下降，而与介质分别的过程称为沉降过程称为沉降sedimentation 。沉降与沉降平

7、衡沉降与沉降平衡重力沉降速率重力沉降速率gr343 F重 =F浮浮 =gr3403g)(r3403F沉沉 = F重重 F浮浮 = F阻阻 = 6rV g)(r3403 6rV 9g)(r202当当=时，时， V=重力沉降平衡与高度分布重力沉降平衡与高度分布 34RTL C = C0exp r30gh 12CC34RTL= exp r3= exp r300g gh2h1h2h1 第四节第四节 溶胶的光学性质溶胶的光学性质光的散射光的散射Tyndall景象景象 Tyndall景象是由于溶胶粒子对光的散射引起的。景象是由于溶胶粒子对光的散射引起的。Rayleigh散射公式散射公式2202202423

8、)n2nnn(V24I = I0 式中式中I、I0分别为散射光和入射光的强度，分别为散射光和入射光的强度，n、n0分别分别为分散相和分散介质的折射率，为分散相和分散介质的折射率，为入射光的波长，为入射光的波长，V为单个粒子的体积，为单个粒子的体积，为单位体积内的粒子数。为单位体积内的粒子数。超显微镜测定粒子大小超显微镜测定粒子大小第五节第五节 溶胶的电学性质溶胶的电学性质1电电 泳泳一、溶胶的电动景象一、溶胶的电动景象2电电 渗渗3流动电势流动电势 在外力作用下，液体沿着固体外表流动时，在外力作用下，液体沿着固体外表流动时，会产生一个电势，称为流动电势。会产生一个电势，称为流动电势。 4沉降电

9、势沉降电势 在外力作用下，带电粒子相对于液体介质运在外力作用下，带电粒子相对于液体介质运动时产生的电势称为沉降电势。动时产生的电势称为沉降电势。 动动 电电 现现 象象 电泳、电渗、流动电势和沉降电势统称为动电泳、电渗、流动电势和沉降电势统称为动电景象。电景象。 二、溶胶粒子外表电荷的来源二、溶胶粒子外表电荷的来源一电离一电离二吸附二吸附三同晶置换三同晶置换四摩擦带电四摩擦带电三、胶粒的双电层构造三、胶粒的双电层构造 从粒子外表到本体溶液之间存在着三种电势：从粒子外表到本体溶液之间存在着三种电势：1 1从粒子外表到本体溶液之间的电势称为外表从粒子外表到本体溶液之间的电势称为外表电势或热力学电势

10、电势或热力学电势 。2从斯特恩平面到本体溶液之间的电势称为斯特从斯特恩平面到本体溶液之间的电势称为斯特恩电势恩电势 ；3从粒子的滑动界面到本体溶液之间的电势称为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动电势或电势电势zeta potential。电势只是斯特电势只是斯特恩电势的一部分。恩电势的一部分。 普通情况下，外表电势与溶液中的外加普通情况下，外表电势与溶液中的外加电解质无关，而电解质无关，而电势却对外加电解质非常电势却对外加电解质非常敏感。敏感。 某些高价反离子或大的反离子由于吸附性能很强某些高价反离子或大的反离子由于吸附性能很强而大量进入吸附层，牢牢地贴近在固体外表，可以使

11、而大量进入吸附层，牢牢地贴近在固体外表，可以使斯特恩层构造发生明显改动，甚至导致斯特恩电势和斯特恩层构造发生明显改动，甚至导致斯特恩电势和电势改动符号；同样，某些同号大离子也可因其剧电势改动符号；同样，某些同号大离子也可因其剧烈的范德华引力而进入吸附层，使斯特恩电势电势增烈的范德华引力而进入吸附层，使斯特恩电势电势增大，甚至使其高于外表电势。大，甚至使其高于外表电势。 某些高价反离子或同号大离子对双电层的影响某些高价反离子或同号大离子对双电层的影响四、胶团构造四、胶团构造AgImn Ag+n xNO3x+ xNO3AgImnIn xK+x x K+五、电泳测定五、电泳测定 = =r4qr0E4

12、Kr0第六节第六节 胶体的稳定性和聚沉作用胶体的稳定性和聚沉作用溶胶的稳定性溶胶的稳定性 1. 动力稳定性动力稳定性 溶胶粒子具有剧烈的溶胶粒子具有剧烈的Brown运动，以致胶粒运动，以致胶粒可以不因重力而下沉。可以不因重力而下沉。2. 胶粒带电的稳定作用胶粒带电的稳定作用 在胶粒的周围存在着反离子的分散层，使每个在胶粒的周围存在着反离子的分散层，使每个胶粒周围构成了离子氛。当胶粒相互接近到一定程胶粒周围构成了离子氛。当胶粒相互接近到一定程度时，分散层会相互重叠，产生静电斥力，坚持了度时，分散层会相互重叠，产生静电斥力，坚持了胶体的稳定性。因此，胶粒具有足够大的胶体的稳定性。因此，胶粒具有足够

13、大的电势是溶电势是溶胶稳定的主要缘由。胶稳定的主要缘由。3. 溶剂化的稳定性溶剂化的稳定性 胶团中的离子都是溶剂化的；假设溶剂为水，胶团中的离子都是溶剂化的；假设溶剂为水，就称为水化。水溶液中的胶粒周围都构成了水化层。就称为水化。水溶液中的胶粒周围都构成了水化层。水化层具有弹性，可呵斥胶粒接近时的机械阻力，水化层具有弹性，可呵斥胶粒接近时的机械阻力，从而阻止了溶胶的聚沉。从而阻止了溶胶的聚沉。溶胶的聚沉溶胶的聚沉 溶胶的分散度降低，分散相颗粒变大，最后从介质溶胶的分散度降低，分散相颗粒变大，最后从介质中沉淀析出的景象，称为溶胶的聚沉中沉淀析出的景象，称为溶胶的聚沉coagulation。 不同

14、的电解质对溶胶的聚沉才干不同，电解质不同的电解质对溶胶的聚沉才干不同，电解质的聚沉才干可用聚沉值来表示。的聚沉才干可用聚沉值来表示。 聚沉值是在一定条件下，使一定量的溶胶在一聚沉值是在一定条件下，使一定量的溶胶在一定时间内完全聚沉所需电解质溶液的最小浓度。定时间内完全聚沉所需电解质溶液的最小浓度。 1. 电解质的聚沉作用电解质的聚沉作用 使溶胶聚沉的主要是反离子；而且，反离子使溶胶聚沉的主要是反离子；而且，反离子的价数越高，其聚沉值就越小，聚沉才干越大。的价数越高，其聚沉值就越小，聚沉才干越大。1Schulze-Hardy规那么规那么 对于给定的溶胶，反离子的价数分别为对于给定的溶胶，反离子的

15、价数分别为1、2、3时，时，其聚沉值与反离子的价数的六次方成反比。其聚沉值与反离子的价数的六次方成反比。 M +M 2+M 3+ = 1 / 161 / 261 / 36 此规那么是一个近似规那么。此规那么是一个近似规那么。 同价反离子对溶胶的聚沉才干虽然相近，但同价反离子对溶胶的聚沉才干虽然相近，但仍有差别，特别是一价离子表现得最为明显。仍有差别，特别是一价离子表现得最为明显。一价正电反离子的聚沉才干由大到小的顺序为：一价正电反离子的聚沉才干由大到小的顺序为：H+Cs+Rb+NH4+K+Na+Li+一价负电反离子聚沉才干由大到小的顺序为：一价负电反离子聚沉才干由大到小的顺序为：FIO3H2P

16、O4BrO3ClClO3BrICNS 同价反离子的聚沉才干的这一顺序称为感胶离子同价反离子的聚沉才干的这一顺序称为感胶离子序序lyotropic series。 起聚沉作用的虽然是反离子，但与溶胶所带电起聚沉作用的虽然是反离子，但与溶胶所带电荷同号的离子也具有一定的影响。普通来说，同号荷同号的离子也具有一定的影响。普通来说，同号离子可以降低反离子的聚沉作用，其规律是：同号离子可以降低反离子的聚沉作用，其规律是：同号离子的价数越高，或离子越大，它对溶胶的稳定性离子的价数越高，或离子越大，它对溶胶的稳定性就越显著。就越显著。2同号离子的影响同号离子的影响 有时少量的电解质可以使溶胶聚沉，随着电解有

17、时少量的电解质可以使溶胶聚沉，随着电解质浓度的逐渐添加，沉淀又重新分散成溶胶，并使质浓度的逐渐添加，沉淀又重新分散成溶胶，并使胶粒所带的电荷改动符号；电解质浓度继续添加时，胶粒所带的电荷改动符号；电解质浓度继续添加时，溶胶再次发生聚沉，这种景象称为不规那么聚沉。溶胶再次发生聚沉，这种景象称为不规那么聚沉。 3不规那么聚沉不规那么聚沉 假设将两种带相反电荷的溶胶相互混合，那么会假设将两种带相反电荷的溶胶相互混合，那么会发生聚沉，称为相互聚沉景象。相互聚沉的程度与两发生聚沉，称为相互聚沉景象。相互聚沉的程度与两种溶胶的相对量有关，当两种溶胶粒子所带的电荷全种溶胶的相对量有关，当两种溶胶粒子所带的电荷全部被中和时聚沉最完全。部被中和时聚沉最完全。 2. 异电溶胶的相互聚沉景象异电溶胶的相互聚沉景象1维护作用维护作用2絮凝作用絮凝作用3. 高分子溶液对溶胶的作用高分子溶液对溶胶的作用第七节第七节 乳状液、泡沫和气溶胶乳状液、泡沫和气溶胶一、乳状液一、乳状液 液液分散的系统为乳状液，有液液分散的系统为乳状液，有O/W型和型和W/O型两种，制备乳状液需运用乳化剂。型两种，制备乳状液需运用乳化剂。 普通乳状液为粗分散系统，液滴半径小于普通乳状液为粗分散系统，液滴半径小于100 nm时称为微乳，微乳是热力学稳定系统，在时称为微乳，微乳是热力学稳定