胶体的制备及性质ppt课件

1、12.7 胶体系统的制备和性质胶体系统的制备和性质12.7.1 胶体系统的制备胶体系统的制备原理胶体分散度大于粗分散系统，小于真溶液。胶原理胶体分散度大于粗分散系统，小于真溶液。胶体制备总体可分为将粗分散系统分散，或将溶液中的溶质体制备总体可分为将粗分散系统分散，或将溶液中的溶质凝聚两种方法凝聚两种方法 分散法分散法 凝聚法凝聚法粗分散系统粗分散系统 胶体系统胶体系统 分子分散系统分子分散系统 100nm 大变小大变小 1001nm 小变大小变大 1nm 1分散法分散法(1)胶体磨胶体磨(2)气流粉碎机气流粉碎机(又称放射磨又称放射磨)(3)电弧法电弧法 2. 凝聚法凝聚法(1)物理凝聚法物理

2、凝聚法(2)化学凝聚法例，化学凝聚法例，TiCl4aq+2H2O(g)= TiO2(s)+4HCl(aq)3 溶胶的净化溶胶的净化目的除去过量电解质，提高溶胶的稳定性目的除去过量电解质，提高溶胶的稳定性方法渗析法。原理：胶体粒子不能透过半透膜，方法渗析法。原理：胶体粒子不能透过半透膜，电解质可透过。外电场作用下，可加速正、负离子定向电解质可透过。外电场作用下，可加速正、负离子定向浸透的速度，称电渗析浸透的速度，称电渗析12.7.2 胶体系统的光学性质胶体系统的光学性质1丁达尔丁达尔(Tyndall)效应效应景象暗室里，一束光投射到胶体系统，在与入射景象暗室里，一束光投射到胶体系统，在与入射光垂

3、直的方向上，可察看到一个发亮的光锥，称丁达尔光垂直的方向上，可察看到一个发亮的光锥，称丁达尔效应效应缘由分析光束投射到分散系统，可发生吸收、反缘由分析光束投射到分散系统，可发生吸收、反射、散射或透过。入射光频率与分子固有频率一样，吸射、散射或透过。入射光频率与分子固有频率一样，吸收；光束与系统无生任何作用，透过；入射光波长小于收；光束与系统无生任何作用，透过；入射光波长小于分散粒子尺寸，反射；入射光波长大于分散相粒子尺寸，分散粒子尺寸，反射；入射光波长大于分散相粒子尺寸，散射。可见光波长散射。可见光波长400nm760nm，大于胶体粒子尺寸，大于胶体粒子尺寸(1nm100nm)，散射，散射散射

4、光又称乳光。乳光的强度，可用雷利公式计算散射光又称乳光。乳光的强度，可用雷利公式计算2 雷利公式雷利公式1871(Rayleigh) 方式方式式中，I0及为入射光强度及波长；V为单个粒子体积；C为单位体积粒子数；n及n0为分散相及介质折射率；为察看方向与入射光方向夹角；L为察看者与散射中心间隔讨论(1)IV2鉴别分散系统种类(2) I1/4白光照溶胶，入射光垂直方向呈淡蓝色，透过光橙红色(3)分散相与介质的折射率相差愈大，散射光愈强。区别高分子溶液与溶胶。纯气、液态物质的乳光主要由于密度的涨落(4)IC散射光强度与粒子的数浓度成正比。I1I2=C1C2，浊度计和超显微镜的原理022202202

5、2422cos1229InnnnLCVI12.7.3 胶体系统的动力性质胶体系统的动力性质1 布朗运动布朗运动1827年，年，Brown景象线度小于景象线度小于410-6m的粒子，在分散介质中皆的粒子，在分散介质中皆呈现永不停顿、杂乱无章的运动，称布朗运动呈现永不停顿、杂乱无章的运动，称布朗运动成因分散介质分子热运动不停撞击分散相的粒子的成因分散介质分子热运动不停撞击分散相的粒子的结果结果意义引起分散；证明了分子运动论的正确性意义引起分散；证明了分子运动论的正确性2 分散有浓度梯度时，粒子因热运动发生宏观定向迁分散有浓度梯度时，粒子因热运动发生宏观定向迁移景象，称为分散移景象，称为分散(dif

6、fusion)。对胶体系统，分散相的粒。对胶体系统，分散相的粒子总是由浓度较高处向浓度较低处分散子总是由浓度较高处向浓度较低处分散3 沉降与沉降平衡沉降与沉降平衡定义粒子受重力作用下沉的过程称为沉降(sedimentation)。胶体分散相粒子受两种不同作用力：一是沉降：在重力场的作用下沉至底部；二是布朗运动产生的分散：力图使粒子趋于均匀分布。分散速率等于沉降速率，系统达沉降平衡贝林(Perrin)公式粒子浓度随高度而变化的分布定律式中，C1及C2为高度h1和h2截面粒子浓度；及0为粒子及介质的密度；M为粒子的摩尔质量；R为摩尔气体常数；g为重力加速度。运用不受粒子外形限制，要求粒子大小相等。

7、对多级分散，可分别计算大小不等粒子的分布。分散系统常含大小不等粒子，平衡时粒子愈大，浓度梯度也愈大。留意沉降与分散速率皆很慢，要达沉降平衡，需很长时间120121lnhhRTMgCC12.7.4 胶体系统的电学性质胶体系统的电学性质1. 电动景象电动景象electrokinetic phenomena1电泳电泳(electrophoresis) 在外电场的作用下，胶体在外电场的作用下，胶体粒子在分散介质中定向挪动的景象粒子在分散介质中定向挪动的景象实验证明，胶粒电泳速度与离子挪动速度几乎有相等的实验证明，胶粒电泳速度与离子挪动速度几乎有相等的数量级。胶粒质量为离子的数量级。胶粒质量为离子的10

8、00倍，胶粒所带电量相当多倍，胶粒所带电量相当多2电渗电渗(electro-osmosis) 在外电场的作用下，分散在外电场的作用下，分散介质朝着与粒子相反方向运动的景象介质朝着与粒子相反方向运动的景象公式亥姆霍兹：带电粒子电泳或电渗速度公式亥姆霍兹：带电粒子电泳或电渗速度u与电势与电势梯度梯度E关系关系 式中式中r及及分别为分质的介电常数及粘度，分别为分质的介电常数及粘度，为电势为电势差，称动电势或差，称动电势或电势。粒子外表带正电，电势。粒子外表带正电，为正，反之为正，反之为负为负4Eur沉降电势和流动电势带电胶粒或液体快速挪动时，两端产生的电势差，称为沉降电势和流动电势电动动电景象电泳、

9、电渗、沉降电势、流动电势统称电动景象2. 胶粒带电的缘由1离子吸附规律：组成胶核的离子或能与胶核组成离子构成不溶物的离子被优先吸附。例，AgNO3与KI反响制备AgI溶胶，AgNO3过量，胶粒优先吸附Ag+带正电；KI过量时，带负电2电离作用固体可电离基团可在介质中电离带电。例硅溶胶带负电SiO2十H2O=H2SiO3=HSiO3-十H+=SiO32-十2H+3晶格取代粘土A13+或Si4+部分被Mg2+或Ca2+取代带负电作业P63913,143. 分散双电层实际分散双电层实际平板双电层实际简介平板双电层实际简介1879年，亥姆霍兹年，亥姆霍兹(Helmholtz)分散双电层实际分散双电层实

10、际1909古依古依(Gouy)，1924斯特恩斯特恩(Stern) 0滑动滑动面面电势电势 严密层严密层 分散层分散层1胶核外表因吸附或其它缘由带某种电荷，外表与胶核外表因吸附或其它缘由带某种电荷，外表与介质本体零电点处的电势差即为热力学电势介质本体零电点处的电势差即为热力学电势 0 2介质中等量反离子受静电引力和热运动相反作用介质中等量反离子受静电引力和热运动相反作用影响，分布于两层，一部分严密层，余下的于分散层。分影响，分布于两层，一部分严密层，余下的于分散层。分散层的厚度与其中反离子的数量呈顺变关系散层的厚度与其中反离子的数量呈顺变关系3严密层与粒子一道运动，滑动面在严密、分散层严密层与

11、粒子一道运动，滑动面在严密、分散层接界处接界处4滑动面处与介质本体零电点处的电势差称动电势，或电势。胶粒与介质相对运动时才表现。该电势是固体外表电荷被严密层中的反离子中和了一部分之后余下的，必然0 5外加电解质对电势的影响可将更多的反离子“挤入严密层中，导致下降，分散层变薄，对热力学电势0无影响。电解质浓度足够大，可使电势为零。此时相应的形状，称等电态。等电态粒子不带电，电泳、电掺的速度为零，溶胶易聚沉12.7.5 憎波溶胶的胶团构造憎波溶胶的胶团构造 根本概念根本概念胶核胶核(nucleus of colloidal particle)由分子、原子或由分子、原子或离子聚集体构成的固态微粒。吸

12、附离子是胶核的一部分离子聚集体构成的固态微粒。吸附离子是胶核的一部分胶粒胶粒( colloidal particle) 滑动面包围的带电体滑动面包围的带电体胶团胶团(ball of colloidal particle) 整个分散层及其所整个分散层及其所包围的胶体粒子，胶团电中性包围的胶体粒子，胶团电中性例如稀例如稀AgN03溶液加溶液加KI稀液，得稀液，得AgI溶胶，溶胶，m个个AgI分子构成的固体微粒的外表上吸附分子构成的固体微粒的外表上吸附n个个Ag+，得带正电的，得带正电的AI胶粒胶粒胶团3胶体粒子x3胶核mxNONOxnnAgAgI扩散层滑动面阐明阐明同一种溶胶，每个微粒所含同一种溶

13、胶，每个微粒所含“分子个数分子个数m可不等，可不等，吸附离子个数吸附离子个数n也不同，但滑动面外侧过剩的反离子所带也不同，但滑动面外侧过剩的反离子所带电量应与固体微粒外表所带的电量大小相等、符号相反电量应与固体微粒外表所带的电量大小相等、符号相反SiO2溶胶溶胶SiO2与水生成弱酸与水生成弱酸H2SiO3，电离产物，电离产物SiO32-的一部分吸附在的一部分吸附在SiO2外表，成负电荷胶核，反离子外表，成负电荷胶核，反离子为为H+SiO2+H2O=H2SiO3=2H+SiO32-胶团构造式胶团构造式 书写胶团构造时，应留意电量平衡：胶团中反离子书写胶团构造时，应留意电量平衡：胶团中反离子(H+

14、)所带正电荷数所带正电荷数(2n)应等于胶核外表上的电荷数，即整应等于胶核外表上的电荷数，即整个胶团电中性个胶团电中性xH2Hxn2nSiOSiOx223m212.8 胶体系统的稳定与聚沉胶体系统的稳定与聚沉12.8.1 胶体系统的稳定胶体系统的稳定DLV0实际实际1. 实际要点实际要点1941，德查金，德查金(Darjaguin)和朗道和朗道(Landau)；1948，维韦，维韦(Verwey)和奥弗比克和奥弗比克(Overbeek)：带电胶粒稳定实际，简：带电胶粒稳定实际，简称称DLV0实际实际(1)胶团间既存在斥力势能，也存在吸引力势能胶团间既存在斥力势能，也存在吸引力势能两胶团相隔较远

15、，分散层未重叠时，无斥力；分散层两胶团相隔较远，分散层未重叠时，无斥力；分散层重叠，产生静电斥力，重叠区加大，斥力势能添加重叠，产生静电斥力，重叠区加大，斥力势能添加分子或原子间范德华引力与两者间隔分子或原子间范德华引力与两者间隔6次方反比：近次方反比：近程范德华力。微粒间引力势能，本质上仍是范德华力，但程范德华力。微粒间引力势能，本质上仍是范德华力，但为远程范德华力为远程范德华力(2)胶体稳定或聚沉取决于斥力势能或吸力势能相对大小：斥力势能大于吸力势能，足以阻止由于布朗运动使粒子碰撞而粘结时，胶体相对稳定；反之，粒子相互靠拢而聚沉(3)斥力势能、吸力势能和总势能都随粒子间距而变，但斥力势能及

16、吸力势能与间隔关系不同，必会出现某一间隔范围吸力势能占优；在另一范围内斥力势能占势的景象(4)参与电解质，对吸力势能影响不大，对斥力势能影响明显，会导致系统总势能发生变化 EP=ER+EA ER Emax b a EA2. 溶胶相对稳定的缘由溶胶相对稳定的缘由 1胶粒带电的稳定作用一对分散相微粒相互作用总胶粒带电的稳定作用一对分散相微粒相互作用总势能势能Ep，可用斥力势能，可用斥力势能(repellent energy)ER及吸力势能及吸力势能(attractive energy)EA表示表示Ep=ER+EA以以ER、EA及及Ep对粒子间距对粒子间距x作图，得势能曲线。间隔远，作图，得势能曲线

17、。间隔远，EA和和ER皆趋于零；较短间隔，皆趋于零；较短间隔，EA比比ER陡；间隔陡；间隔x趋于零，趋于零，ER和和EA趋于正、负无穷大；两粒子从远处接近，趋于正、负无穷大；两粒子从远处接近， EA先先起作用，起作用，a点以前点以前EA主导；主导；a与与b之间之间ER主导，总势能曲主导，总势能曲线线(实线实线)出现极大值出现极大值Emax。以后。以后EA迅速添加，构成最小迅速添加，构成最小值。两粒子再接近，强大静电斥力使值。两粒子再接近，强大静电斥力使Ep急剧加大急剧加大Emax代表溶胶发生聚沉时必需抑制的代表溶胶发生聚沉时必需抑制的“势垒，迎面相势垒，迎面相碰的一对胶体粒子所具有的平动能足以

18、抑制这一势垒，才碰的一对胶体粒子所具有的平动能足以抑制这一势垒，才干进一步靠拢聚沉。假设势垒足够高，胶粒热运动无法抑干进一步靠拢聚沉。假设势垒足够高，胶粒热运动无法抑制，溶胶相对稳定；假设很小或者不存在，溶胶易聚沉制，溶胶相对稳定；假设很小或者不存在，溶胶易聚沉 2溶剂化的稳定作用胶团双电层构造离子都是水化溶剂化的稳定作用胶团双电层构造离子都是水化的，在粒子周围构成弹性水化外壳。布朗运动使胶团接近的，在粒子周围构成弹性水化外壳。布朗运动使胶团接近时，水化外壳受挤压而变形，但每个胶团都力图恢复其原时，水化外壳受挤压而变形，但每个胶团都力图恢复其原来的外形而又被弹开，故水化外壳的存在添加了溶胶聚合

19、来的外形而又被弹开，故水化外壳的存在添加了溶胶聚合的机械阻力，利于溶胶的稳定性的机械阻力，利于溶胶的稳定性3动力稳定作用粒子的布朗运动足够强时，可以分动力稳定作用粒子的布朗运动足够强时，可以分散到达沉降平衡，抑制重力场影响而不下沉，这种性质称散到达沉降平衡，抑制重力场影响而不下沉，这种性质称动力稳定性。分散相与分散介质密度差愈小，介质粘度愈动力稳定性。分散相与分散介质密度差愈小，介质粘度愈大，分散相的颗粒愈小，布朗运动愈剧烈，溶胶的动力稳大，分散相的颗粒愈小，布朗运动愈剧烈，溶胶的动力稳定就愈强定就愈强分散相粒子带电、溶剂化作用及动力稳定是胶体系统三个分散相粒子带电、溶剂化作用及动力稳定是胶体

20、系统三个重要的稳定缘由。中和粒子所带电荷，不但降低重要的稳定缘由。中和粒子所带电荷，不但降低Emax，而且降低溶剂化作用，布朗运动引起的胶粒间碰撞只能够而且降低溶剂化作用，布朗运动引起的胶粒间碰撞只能够加速粒子间相互聚结。因此，使胶体系统得以相对稳定的加速粒子间相互聚结。因此，使胶体系统得以相对稳定的三个要素中，胶粒带电是决议性的三个要素中，胶粒带电是决议性的12.8.2 胶体系统的聚沉胶体系统的聚沉胶体系统中的分散相微粒相互聚结，颗粒变大，进而发生胶体系统中的分散相微粒相互聚结，颗粒变大，进而发生沉降的景象，称为聚沉沉降的景象，称为聚沉coagulation1. 电解质的聚沉作用电解质的聚沉

21、作用适量电解质可稳定胶体，假设量过多，尤其含高价反离子适量电解质可稳定胶体，假设量过多，尤其含高价反离子电解质的参与，往往使溶胶发生聚沉。缘由：电解质浓度电解质的参与，往往使溶胶发生聚沉。缘由：电解质浓度或价数添加，将更多反离子挤入严密层，使或价数添加，将更多反离子挤入严密层，使 电势降低，电势降低，分散层变薄，分散层变薄，ER降低，使降低，使Emax变小，当电解质浓度足够变小，当电解质浓度足够大时，会使溶胶大时，会使溶胶 EP发生聚沉发生聚沉 c1 c2 c3使溶胶发生明显聚沉所需电解质的最小浓度，称该电解质使溶胶发生明显聚沉所需电解质的最小浓度，称该电解质的聚沉值的聚沉值(coagulation value)。聚沉值愈小，聚沉才干愈。聚沉值愈小，聚沉才干愈大，聚沉值的倒数定义为聚沉才干大，聚沉值的倒数定义为聚沉才干1舒尔采哈迪(Schulze-Hardy)价数规那么使溶胶聚沉的离子，是与胶粒带电符号相反的离子，即反离子。反离子的价数愈高，聚沉才干愈大。例，As2S3粒子带负电，起聚沉作用的是阳离子。KCl、MgCl2、A1C13的聚沉值分别为49.5、0.7、0.093mo1m-3，假