第十四章__胶体化学_

1、研究胶体分散体系和粗分散体系的物理化学性质。主要内容第十四章第十四章 胶体化学胶体化学14-1 引言引言 一、一、 研究对象研究对象 热力学不稳定的高度分散的多相体系热力学不稳定的高度分散的多相体系分散相：分散到其它物质中分散介质：用来分散其它物质的物质1. 分散体系2. 分散体系的分类(1) 按分散相粒子的大小分类：1rnm 1100rnm 100rnm a. 分子分散体系分散相粒子：分子、原子、离子分子溶液，真溶液，均相b. 胶体分散体系分散相粒子：分子、原子或离子的聚集体胶粒（棒、球、条、线、圆盘、椭球状等）透明、多相体系c. 粗分散体系分散相：粗颗粒混浊，不透明(2) 按聚集状态分类：

2、分散相分散相分散介质分散介质体系体系气液泡沫液乳状液固溶胶气固固体泡沫液固体乳状液固固溶胶液气雾、云固烟尘3. 胶体的分类(2) 按分散相和分散介质的亲和力分类（ i ）憎液溶胶 例：Fe(OH)3 溶胶， AgI 溶胶（i i）大分子溶液（亲液溶胶） 例：聚苯乙烯苯溶液， 蛋白质水溶液， 生物大分子水溶液（iii）胶束 （缔合胶体）(1) 按分散介质的聚集状态分类气溶胶、液溶胶、固溶胶 二、二、 研究内容研究内容 胶体体系的形成、性质、稳定和破坏 三、三、 研究方法研究方法胶体体系的特征（多相性、高度分散性、热力学不稳定性） 物理化学性质14-2 胶体的制备与净化胶体的制备与净化14-2-1

3、 制备制备1. 分散法凝聚法物理凝聚法化学凝聚法研磨法、电弧法、胶溶法、超声法蒸汽凝聚法过饱和法14-2-2 净化净化电渗析法 电电极极电电极极水水水水溶液溶液半透膜半透膜半透膜半透膜14-3 憎液溶胶的性质憎液溶胶的性质14-3-1 憎液溶胶的光学性质憎液溶胶的光学性质一、丁达尔效应（一、丁达尔效应（18691869）分散粒子的 反射（粗分散体系） 分散粒子的 散射（胶体体系） r r 散射光 乳光 二、二、Rayleigh散射定律散射定律（1871）2222222104222219()(1cos)22nnvVIIrnn I-散射光强度（乳光强度、浊度）； -入射光波长；v-单位体积内粒子数

4、，即粒子浓度；V-单个粒子的体积；1n-分散介质的折射率；2n-分散相的折射率；0I-入射光强度； -散射角；r-散射距离三、胶体粒子的观察（电镜）14-3-2 憎液溶胶的表面性质憎液溶胶的表面性质具有很高的比表面自由能分散度：比表面积S00SSV -单个胶体粒子的总面积-单个胶体粒子的总体积电子显微镜超显微镜边长为 的四方体胶粒：半径为 的球形胶粒：20366SlSVll 2034343SrSVlr lr14-3-3 憎液溶胶的动力学性质憎液溶胶的动力学性质一、布朗运动一、布朗运动12()3RTtxLr - -平均自由程：观测时间t内粒子沿x方向移 动的平均路程。二、扩散二、扩散16RTDL

5、r 扩散系数22xDt xLr 微微粒粒半半径径介介质质的的粘粘度度阿阿氏氏常常数数D的物理意义：单位浓度梯度下、单位时间内通过单位截面积的粒子数(或质量)。三、沉降和沉降平衡三、沉降和沉降平衡1. 沉降：分散相与分散介质分离的过程。2. 沉降平衡高度分散定律：3210214Lexp()() 3rnnxx gRT 扩散速度与沉降速度相等时，粒子的分布达平衡，形成一定的浓度梯度沉降平衡0-, - 粒粒子子密密度度分分散散介介质质的的密密度度14-3-4 憎液溶胶的电学性质憎液溶胶的电学性质一、电动现象一、电动现象1. 电泳 在外电场作用下，胶体粒子在分散介质中的定向移动称为电泳。 电泳速率与粒子

6、所带电量、电场梯度成正比。与分散介质的粘度、粒子大小成反比。2. 电渗 在外电场作用下，分散介质通过多孔膜或极细的毛细管而移动，这种现象称电渗。3. 流动电势 在外加压情况下，使液体流经多孔膜时，在膜的两边会产生电势差，称之为流动电势，它是电渗作用的反面现象。4. 沉降电势 若使分散相粒子在分散介质中迅速下降，则在液体的表面层与底层之间会产生电势差，称为沉降电势，它是电泳作用的反面现象。 二、胶体粒子带电的原因二、胶体粒子带电的原因1. 吸附法扬斯规则法扬斯规则：胶体粒子优先吸附与胶体有相同化学元素的离子。例：用AgNO3与KI制备 AgI溶胶： 若：KI过量，AgI粒子吸附I-而带负电； A

7、gNO3过量，AgI粒子吸附Ag+而带正电。33AgNOKIAgIKNO2. 电离2222332SiOH OH SiOSiOH3. 摩擦带电介电常数大的物质带正电，介电常数小的物质带负电。三、胶体粒子的双电层三、胶体粒子的双电层（1）Helmholtz平板型模型（1879）1、双电层结构（2） Gouy 和和 Chapman的扩散双电层模型（的扩散双电层模型（1910-1913）（3） Stern双电层模型双电层模型（4） Stern-Grapame双电层模型（双电层模型（1947）（1）热力学电势 ，Stern电势 和电动电势 0 s 滑移面：分散相与分散介质作相对运动时的滑动面。2. 电动

8、电势 （ -电势） -固体表面与本体溶液之间的电势差0 -距固体表面 处，即紧密层与扩散层分界 处与本体溶液之间的电势差 s -滑动面与本体溶液之间的电势差 4K vE ：V（伏）E：电场强度V/m ：粘度，Pa.Sv：胶粒运动速度m/s ：介质的介电常数，F/mr ：介质的相对介电常数0 ：真空介电常数，8.854x10-12F/m胶体粒子为球状：K=6胶体粒子为棒状：K=4032rvE 0rvE ro 大学化学，1998，13(5)，48-50。（2）热力学电势 与电动电势 的关系 0 0| | （3） 与电动电势 的关系s 稀溶液：s 浓溶液：|s a. b. 只和与固体平衡的溶液的离子

9、的浓度有关 随紧密层溶剂化离子的浓度而改变，对其 它离子非常敏感。 0 14-3-5 憎液溶胶的胶团结构憎液溶胶的胶团结构例：AgI 溶胶的胶团结构33AgNOKIAgIKNO 法扬斯经验规则： 优先吸附与胶粒有相同元素的粒子若KI 过量：（1）整个胶团是电中性的。（2）胶粒带电的符号取决于被吸附离子的符号。（3）外加电解质浓度增加， 下降，当 ， 胶粒结构： 胶体不稳定， 当 时，胶体稳定。 x0 =0 时时，+1m(AgI)nInK 0.03v 14-4 憎液溶胶的稳定和聚沉憎液溶胶的稳定和聚沉14-4-1 憎液溶胶的稳定性憎液溶胶的稳定性溶胶能够稳定存在的主要原因：1. 动力学稳定作用动

10、力学稳定作用2. 带电的稳定作用带电的稳定作用0.03V 3. 溶剂化的稳定作用溶剂化的稳定作用胶粒的布朗运动和扩散作用影响因素分散度分散介质的粘度14-4-2 憎液溶胶的聚沉憎液溶胶的聚沉聚沉：憎液溶胶中分散相颗粒相互凝结、颗粒 变大，以致最后出现沉降现象。原因：浓度、温度、光作用、搅拌和外加电解质等。1. 电解质的作用电解质的作用聚沉值：指定条件下，引起溶胶明显聚沉 所需电解质的最小浓度。聚沉能力：聚沉值的倒数。电解质聚沉能力经验规则：（1）反离子的价数愈高，聚沉能力愈强；Sohulze-Hardy经验价数规则：聚沉能力：+2+3+666Me :Me:Me1 :2 :31:64:729 聚

11、沉值比例：666111100:1.6:0.14=:123（2）相同价数的反离子的聚沉能力同一阴离子（NO3-）的一价盐，其阳离子对带负电的溶胶的聚沉能力顺序：HCsRbNHKNaLi 同一阳离子（K+）的一价盐，其阴离子对带正电的溶胶的聚沉能力顺序：324333FIOH POBrOClClONOBrICNS （3）同号离子的影响； 价数愈高,聚沉能力愈抵（4）有机化合物的离子都具有很强的聚沉能力。2. 胶体的相互作用胶体的相互作用3. 高分子化合物的作用高分子化合物的作用（1）加入少量-敏化作用（2）加入大量-稳定作用4. 溶胶浓度的影响溶胶浓度的影响14-5 粗分散体系粗分散体系14-5-1

12、 乳状液乳状液1. 乳状液的分类及鉴别乳状液的分类及鉴别分类：（1）水包油型 O/W 例：杀虫乳剂 （2）水包油型 O/W 例：青霉素油剂鉴别：（1）染色法 （2）冲淡法2. 乳化剂的作用乳化剂的作用 （1）降低表面张力 （2）形成坚固的界面薄膜（3）形成双电层3. 乳状液的转化与破坏乳状液的转化与破坏（1）乳状液的转化（2）乳状液的破乳与去乳化14-5-2 泡沫泡沫不溶性气体分散在液体或熔融固体中形成的分散体系。液体泡沫 例：肥皂沫、啤酒沫、汽水沫固体泡沫 例：泡沫塑料、泡沫橡胶、泡沫玻璃、 泡沫金属等。起泡剂：表面活性剂消泡剂：乙醇等14-5-3 气溶胶气溶胶14-5-4 悬浮体悬浮体 例

13、: 泥沙悬浮体例：云、雾、烟、粉尘等。14-6 大分子溶液大分子溶液一、大分子溶液与憎液溶液的性质比较一、大分子溶液与憎液溶液的性质比较比较项目比较项目大分子溶液大分子溶液憎液溶胶憎液溶胶相相同同点点颗粒的大小1100nm，分子1100nm，胶团透过半透膜不能不能扩散速度慢慢不不同同点点溶剂-溶质间的亲和力强弱稳定性稳定体系不稳定体系加入电解质稳定聚沉体系性质热力学平衡体系，可用热力学函数描述非热力学平衡体系，只能用动力学研究丁达尔效应均相体系，弱多相体系，强粘度大小描述分子分散均相体系，热力学稳定的平衡体系非分子分散的多相体系，热力学不稳定的非平衡体系二、大分子溶液的性质二、大分子溶液的性质

14、1. 渗透压和唐南平衡渗透压和唐南平衡i）渗透压：1CRT 1CRTM 3/Cmol dm 3/Ckg dm ii）唐南平衡：当有蛋白质一类大分子存在时，半透膜两边达平衡时，膜两边电解质浓度并不相等，该平衡称唐南平衡。唐南平衡产生附加渗透压。平衡时：,NaCl LNaCl R 即：,lnlnNaCl LNaCl RRTaRTa , NaCl LNaCl Raa+-+-.( ).( )NaClNaClaaLaaR 在稀溶液中：( )( )NaClLNaClR ()()()zcx xbx bx 解得：22bxzcb 2()()czcxxbxbx RT 将 带入上式，得：22bxzcb 22222()2zcz ccbRTzcb (i) bzc2cRT (iii) 膜电势lnmNaRTEzFNa 膜膜膜膜2. 大分子化合物的溶解和溶胀过程大分子化合物的溶解和溶胀过程大分子化