胶体的电学性质

1、§1.3胶体的电学性质、电动现象 1803年，俄国科学家PeHcc发现：带负电的粒土颗粒在水中在外加电场的作用下向正极移动; 1961年，Quincke发现：在一定压力下将液体挤过毛细管时，则在毛细管两端产生电势差 电动现象：在外电场作用下使分散相分散介质固液两相发生相对运动或在外力作用下使固液两相 发生相对运动而产生电场的现象。 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。 3流动电势在外力作用下，流体流过毛

2、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。二、胶体表面电荷的来源 电动现象表明胶粒在液体中是带电的。电荷来源大致有: 1、电离作用有些胶粒带有可电离的基团，则在分散介质中电离而带电。 如丙烯酸酯乳液粒子带负电:阴离子水分散聚丙烯酰胺胶粒带负电:QH/mCONH2CH2-CH/nCOONa阳离子淀粉胶粒带正电:StOH+CHfCH-CH2N+(CH3)3CI- - StOCH2CHCH2N(CH3)310OH Cl2、离子吸附作用胶粒可通过对介质中阴、阳离子的不等量吸附而带电。如：金属氢氧化物通过吸附H+或OH而带正电荷或负电

3、荷。判断优先吸附离子的规律有两个:(a)水化能力弱的离子易被优先吸附。水化能力强的留在溶液中，通常阳离子的水化能力比阴离子强，所以胶粒带负电的可能性比较大.(b) Fajans规则：即能与胶粒组成离子形成不溶物的离子将优先被吸附。如AgN)3与KI溶液反应制备Agl胶体o 当AgNC)3过量，胶粒将优先吸附Ag+带正电；当KI过量，则优先吸附而带负电。 “电势决定离子”：被吸附离子是胶粒表面电荷的来源，其溶液中的浓度 直接影响胶粒的表面电势。 零电荷点（PZO ：当胶粒表面净电荷为零时，电势决定离子的浓度。3、离子的溶解作用离子型胶粒含有两种电荷相反的离子，如果这两种离子的溶解是不等量的，则胶

4、粒表面上也可以带上电荷。例:若直接将Agl分散于蒸储水中时，胶粒表面将带负电，水化能力较大的Ag+易溶解，而I-易滞留于胶粒表面。4、晶格取代例：(1)粘土由铝氧八面体和硅氧四面体的晶格组成。晶格中的AP+、Si4+往往有一部分被低价的Mg2+或CM+取代(同晶置换),使粘土晶格带负电。为保持体系的稳定(电中性)，粘土胶粒表面吸附一些正离 子。例：(2)分子筛骨架的基本结构是硅氧四面体和铝氧四面体，相当于AP+取代了Si中的SW+,所以分子 筛在水性体系中也带负电。5、摩擦带电在非水介质中（或非极性介质），胶粒的 电荷来源于分散相（胶粒）与分散介质的 运动摩擦。三、双电层理论反离子概念:胶粒表

5、面带电时，由于整个分散体系是电中性的，为了维持体系的电中性，在分散介质中必然存在与胶粒表面电荷数量相等而符号相反的离子.同离子概念：与固体表面带电符号相同的离子。反离子两种运动趋势:静电吸附作用，向胶粒表面靠近;(2)热扩散作用，使反离子向液相本体扩散均匀分布。两种趋势的作用结果:达成平衡分布。越靠近胶粒表面的反离子浓度高，越远离界面的浓度低，直到某一距离处反离子与胶粒的同号离子浓度相等。双电层的Stem模型双电层：胶粒表面的电荷与周围介质中的反离子电荷就构成双 电层。表面电势：带电粒子表面与液体内部的电势差称为粒 子的表面电势外关于双电层的内部结构，即电荷与电势的分布有多种模型如：1879年

6、，Helmholtz模型;19101913年，Gouy-Chapman模型;1924年，Stern模型。扩散层Stern面Stem层：在胶体表面因静电引力和van der Waals引力而吸附的一层反离子, 紧贴在胶体表面形成一个紧密固定的吸附层。Stem层的厚度有反离子的大 小而定。Stem面；吸附反离子的中心构成的面。Stern电势：Stern平面与液体内部的电势差为Stern电势ip 6 ts在Stern层内， 电势由胶体表面电势中°直线下降到以o扩散层:Stern层以外，反离子成扩散态分布，扩散层中的电势呈曲线下降。在胶粒的固体表面中有一定数量的溶剂分子与它紧密结合；在电动现

7、象中，这些溶剂分子及其内部的反 离子与粒子将作为一个紧密的整体运动，由此固-液 两相产生相对运动时存在一个界面，称为“滑动面” ° 滑动面确切位置不详，但一般认为它在Stern层之外， 并深入到扩散层中。电动电势。滑动面上的电势称为电动电势，或Zeta电Stcm-T 而 ,切动面Slerr屡“散层装电层的Stem模型2 扩散层中的电荷与电势分布采用Gouy-Chapman的处理方法。假设不存在Stern层,扩散层从固体表面开始。 GouyChapmari模型假设:胶粒平面是无限大平面，表面电荷分布均匀;(2)扩散层中的反离子为点电荷，服从Boltzmann分布；(3)溶剂的介电常数到

8、处相同。负离子价数相同Z.为了方便，假设溶液中只有一种对称型电解质，正、CD电荷分布根据Boltzmann分布规律，跖表面x且电势为qj处的正 负离子浓度分别为：(1.42)n+=noexp (-ze l|J /kT) n_=noexp ( +ze l|J /kT)+Boltzmann常数；e为一个电子的电量。:距表面x处单位体积中正离子的数；为为体相离子浓度；k为扩散层中的离子分布:22任一点的体积电荷密度P为：(L43)q=ze (n+-nJ=-2n0ze sinli(ze p /kT) (2)电势分布：可用Poisson方程描述：Zqju.q/G (1.44) 式中：Laplace算符，Q：任一点的体积电荷密 度；”介质的介电常数对于平板粒子：d2 ip /dx2=- p/£(1.45)带入公式(1.43)得d2 ip /dx2=-2n0ze sinli(ze ip /kT) /£(1.46)Piosson-Boltzmann 方程 若中0很低，zeiPo/kT1时, qj/kT,则(1.46)变为 k= (2n0z2e2/skT)ly/2(1.48)sinh(ze ip /kT) - ze