第十四章胶体与大分子ppt课件

1、第十四章第十四章 胶体分散系统和大分子溶液胶体分散系统和大分子溶液 14.1 胶体和胶体的根本特性胶体和胶体的根本特性 14.2 溶胶的制备和净化溶胶的制备和净化 14.3 溶胶的动力性质溶胶的动力性质 14.4 溶胶的光学性质溶胶的光学性质 14.5 溶胶的电学性质溶胶的电学性质 14.7 溶胶的稳定性和聚沉作用溶胶的稳定性和聚沉作用 14.8 乳状液乳状液 14.10 大分子溶液大分子溶液 14.11 Donnan平衡和聚电解质溶液的浸透压平衡和聚电解质溶液的浸透压 14.9 凝胶凝胶 14.6 双电层实际和双电层实际和电势电势 把一种或几种物质分散在另一种物质中就构成分散体系。其中，被分

2、散的物质称为分散相dispersed phase，另一种物质称为分散介质dispersing medium)。例如：云，牛奶，珍珠通常有三种分类方法：分子或离子分散体系胶体分散体系粗分散体系按分散相粒子的大小分：按分散相和介质的聚集形状分：液溶胶固溶胶气溶胶按胶体溶液的稳定性分： 憎液溶胶亲液溶胶缔合胶体1.分子分散体系 分散相与分散介质以分子或离子方式彼此混溶，没有界面，是均匀的单相，分子半径大小在10-9 m以下 。通常把这种体系称为真溶液，如CuSO4溶液。2.胶体分散体系 分散相粒子半径在1 nm100 nm之间。目测是均匀的，但实践是多相不均匀体系。3.粗分散体系 当分散相粒子大于1

3、00 nm,目测是混浊不均匀体系，放置后会分层或沉淀，如江河水。1.液溶胶 将液体作为分散介质所构成的溶胶。当分散相为不同形状时，那么构成不同的液溶胶：A.液-固溶胶 如油漆，金溶胶B.液-液溶胶 如牛奶，原油等乳状液C.液-气溶胶 如泡沫2.固溶胶 将固体作为分散介质所构成的溶胶。当分散相为不同形状时，那么构成不同的固溶胶：A.固-固溶胶 如有色玻璃，不完全互溶的合金B.固-液溶胶 如珍珠，白宝石C.固-气溶胶 如泡沫塑料，沸石分子筛3.气溶胶 将气体作为分散介质所构成的溶胶。当分散相为固体或液体时，构成气-固或气-液溶胶，但没有气-气溶胶，由于不同的气体混合后是单相均一体系，不属于胶体范围

4、.A.气-固溶胶 如烟，含尘的空气B.气-液溶胶 如雾，云1.憎液溶胶 半径在1 nm100 nm之间的难溶物固体粒子分散在液体介质中，有很大的相界面，易聚沉，是热力学上的不稳定体系。一旦将介质蒸发掉，再参与介质就无法再构成溶胶，是 一个不可逆体系，如氢氧化铁溶胶、碘化银溶胶等。2.亲液溶胶 半径落在胶体粒子范围内的大分子溶解在适宜的溶剂中，一旦将溶剂蒸发，大分子化合物凝聚，再参与溶剂，又可构成溶胶，亲液溶胶是热力学上稳定、可逆的体系。3.缔合胶体或胶体电解质 分散相是由外表活性剂缔合而成的胶束。通常以水作为分散介质，胶束中外表活性剂的亲油基团向里，亲水基团向外，分散相与分散介质之间有很好的亲

5、和性，因此也是一类均相的热力学稳定体系。1.不是物质的固有形状，而是一种特有的分散程度 粒子的大小在1100n m之间，因此分散较慢，不能透过半透膜，浸透压低，但有较强的动力稳定性和乳光景象等。2.多相不均匀性 粒子是由许多离子或分子聚结而成，构造复杂，有的坚持了该难溶盐的原有晶体构造，而且粒子大小不一，与介质之间有明显的相界面，比外表很大。3.热力学聚结不稳定性 粒子小，比外表大，外表自在能高，是热力学不稳定体系，有自发降低外表自在能的趋势，即小粒子自动聚成大粒子。 憎液溶胶构成的必要条件是： 分散相的溶解度要小； 还必需有稳定剂存在，否那么胶粒易聚结而沉降。 胶粒的构造比较复杂，先有一定量

6、的难溶物分子聚结构成胶粒的中心，称为胶核。 然后胶核选择性的吸附稳定剂中的一种离子，构成严密吸附层；由于正、负电荷相吸，在严密层外构成反号离子的包围圈，从而构成了带与严密层一样电荷的胶粒。胶粒与分散层中的反号离子，构成一个电中性的胶团。 胶核吸附离子是有选择性的，首先吸附与胶核中一样的某种离子，用同离子效应使胶核不易溶解。 假设无一样离子，那么首先吸附水化才干较弱的负离子，所以自然界中的胶粒大多带负电，如泥浆水、豆浆等都是负溶胶。 以AgI溶胶为例加以阐明。吸附原那么例1：AgNO3 + KI过量KNO3 + AgI 胶团的构造 ： (AgI)m n I (n-x)K+x xK+ 严密层 分散

7、层 |_| |_|胶核胶粒（带负电）胶团（电中性）胶核胶粒胶团胶团的图示：例2：AgNO3 过量+ KIKNO3 + AgI胶团的构造式： (AgI)m n Ag+ (n-x)NO3x+ x NO3 严密层 分散层|_|_|胶核胶粒（带正电）胶团（电中性）胶核胶粒胶团 胶团的图示式：1聚苯乙烯胶乳质点2 V2O5 溶胶质点 3 Fe(OH)3 溶胶质点 作为憎液溶胶根本质点的胶粒并非都是球形，而胶粒的外形对胶体性质有重要影响。质点为球形的如聚苯乙烯胶乳，流动性较好；假设为带状的，那么流动性较差，易产生触变景象如V2O5溶胶。而Fe(OH)3 溶胶是丝状的。溶胶的制备 1.分散法2.凝聚法溶胶的

8、净化 1.渗析法2.超越滤法 制备溶胶必需使分散相粒子的大小落在胶体分散体系的范围之内，并参与适当的稳定剂。制备方法大致可分为两类： 1.分散法 用机械、化学等方法使固体的粒子变小。 2.凝聚法 使分子或离子聚结成胶粒用这两种方法直接制出的粒子称为原级粒子。 视详细制备条件不同，这些粒子又可以聚集成较大的次级粒子。 通常所制备的溶胶中粒子的大小不是均一的，是一个多级分散体系。1.研磨法 用机械粉碎的方法将固体磨细。 这种方法适用于脆而易碎的物质，对于柔韧性的物质必需先硬化后再粉碎。例如，将废轮胎粉碎，先用液氮处置，硬化后再研磨。 胶体磨的方式很多，其分散才干因构造和转速的不同而不同。转速约每分

9、钟1万 2万转。 A为空心转轴，与C盘相连，向一个方向旋转，B盘向另一方向旋转。 分散相、分散介质和稳定剂从空心轴A处参与，从C盘与B盘的狭缝中飞出，用两盘之间的应切力将固体粉碎，可得1000 nm左右的粒子。 胶溶法又称解胶法，仅仅是将新颖的凝聚胶粒重新分散在介质中构成溶胶，并参与适当的稳定剂。 这种稳定剂又称胶溶剂。根据胶核所能吸附的离子而选用适宜的电解质作胶溶剂。 这种方法普通用在化学凝聚法制溶胶时，为了将多余的电解质离子去掉，先将胶粒过滤，洗涤，然后尽快分散在含有胶溶剂的介质中，构成溶胶。 例如：AgCl (新颖沉淀 AgCl(溶胶AgNOKCl3加或 Fe(OH)3新颖沉淀 Fe(O

10、H)3 (溶胶3FeCl加 3.超声波分散法 这种方法目前多用来制备乳状液。 如下图，将分散相和分散介质两种不混溶的液体放在样品管4中。样品管固定在变压器油浴中。 在两个电极上通入高频电流，使电极中间的石英片发活力械振荡，使管中的两个液相均匀地混合成乳状液。 电弧法主要用于制备金、银、铂等金属溶胶。制备过程包括先分散后凝聚两个过程。4.电弧法 将金属做成两个电极，浸在不断冷却的水中，在水中参与少量NaOH 作为稳定剂。 制备时在两电极上施加 20-100V 左右的直流电，调理电极之间的间隔，使之发生电火花，这时外表金属蒸发，是分散过程，接着金属蒸气立刻被水冷却而凝聚为胶粒。 在惰性气氛中，用电

11、加热，高频感应，电子束或激光等热源，将要制备成纳米级粒子的资料气化，处于气态的分子或原子，按照一定规律共聚或发生化学反响，构成纳米级粒子，再将它用稳定剂维护。 1.化学凝聚法 经过各种化学反响使生成物呈过饱和形状，使初生成的难溶物微粒结合成胶粒，在少量稳定剂存在下构成溶胶，这种稳定剂普通是某一过量的反响物。例如：A.复分解反响制硫化砷溶胶 2H3AsO3稀+ 3H2S As2S3溶胶+6H2OB.水解反响制氢氧化铁溶胶 FeCl3 稀+3H2O 热 Fe(OH)3 溶胶+3HCl C.氧化复原反响制备硫溶胶 2H2S(稀+ SO2(g) 2H2O +3S (溶胶 Na2S2O3 +2HCl 2

12、NaCl +H2O +SO2 +S (溶胶 E.离子反响制氯化银溶胶 AgNO3稀+ KCl稀 AgCl (溶胶 +KNO3D.复原反响制金溶胶 2HAuCl4(稀+ 3HCHO +11KOH 2Au(溶胶+3HCOOK + 8KCl + 8H2O A. 改换溶剂法 利用物质在不同溶剂中溶解度的显著差别来制备溶胶，而且两种溶剂要能完全互溶。 例1.松香易溶于乙醇而难溶于水，将松香的乙醇溶液滴入水中可制备松香的水溶胶 。 例2.将硫的丙酮溶液滴入90左右的热水中，丙酮蒸发后，可得硫的水溶胶。 2.物理凝聚法 将汞的蒸气通入冷水中就可以得到汞的水溶胶。4金属钠，2苯,5液氮。 B.蒸气骤冷法罗金斯

13、基等人利用以下安装，制备碱金属的苯溶胶。 先将体系抽真空，然后适当加热管2和管4，使钠和苯的蒸气同时在管5 外壁凝聚。除去管5中的液氮，凝聚在外壁的混合蒸气熔化，在管3中获得钠的苯溶胶。 在制备溶胶的过程中，常生成一些多余的电解质，如制备 Fe(OH)3溶胶时生成的HCl。 少量电解质可以作为溶胶的稳定剂，但是过多的电解质存在会使溶胶不稳定，容易聚沉，所以必需除去。 净化的方法主要有渗析法和超越滤法。 1.渗析法1简单渗析 将需求净化的溶胶放在羊皮纸或动物膀胱等半透膜制成的容器内，膜外放纯溶剂。 利用浓差要素，多余的电解质离子不断向膜外浸透，经常改换溶剂，就可以净化半透膜容器内的溶胶。如将装有

14、溶胶的半透膜容器不断旋转，可以加快渗析速度。2电渗析 为了加快渗析速度，在装有溶胶的半透膜两侧外加一个电场，使多余的电解质离子向相应的电极作定向挪动。溶剂水不断自动改换，这样可以提高净化速度。这种方法称为电渗析法。 1简单超越滤法 用半透膜作过滤膜，利用吸滤或加压的方法使胶粒与含有杂质的介质在压差作用下迅速分别。2.超越滤法 将半透膜上的胶粒迅速用含有稳定剂的介质再次分散。2电超越滤 有时为了加快过滤速度，在半透膜两边安放电极，施以一定电压，使电渗析和超越滤合并运用，这样可以降低超越滤压力。 Brown 运动 分散 浸透压 沉降和沉降平衡 1827 年植物学家布朗Brown)用显微镜察看到悬浮

15、在液面上的花粉粉末不断地作不规那么的运动。 后来又发现许多其它物质如煤、 化石、金属等的粉末也都有类似的景象。人们称微粒的这种运动为布朗运动。 但在很长的一段时间里，这种景象的本质没有得到阐明。 1903年发明了超显微镜，为研讨布朗运动提供了物质条件。 用超显微镜可以察看到胶粒不断地作不规那么“之字形的运动，从而可以测出在一定时间内粒子的平均位移。 大量察看结论：粒子越小，布朗运动越猛烈。其运动猛烈的程度不随时间而改动，但随温度的升高而添加。 1905年和1906年爱因斯坦Einstein)和斯莫鲁霍夫斯基Smoluchowski)分别论述了Brown运动的本质。以为Brown运动是分散介质分

16、子以不同大小和不同方向的力对胶体粒子不断撞击而产生的，由于遭到的力不平衡，所以延续以不同方向、不同速度作不规那么运动。随着粒子增大，撞击的次数增多，而作用力抵消的能够性亦大。当半径大于5 m，Brown运动消逝。 Einstein以为，溶胶粒子的Brown运动与分子运动类似，平均动能为 。并假设粒子是球形的，运用分子运动论的一些根本概念和公式，得到Brown运动的公式为：32kT式中 是在察看时间t内粒子沿x轴方向的平均位移；xr胶粒的半径；介质的粘度；L阿伏加德罗常数。 213rtLRTx 这个公式把粒子的位移与粒子的大小、介质粘度、温度以及察看时间等联络起来。 胶粒也有热运动，因此也具有分

17、散和浸透压。只是溶胶的浓度较稀，这种景象很不显著。 如图，在CDFE的桶内盛溶胶，在某一截面AB的两侧溶胶的浓度不同，C1C2。 由于分子热运动和胶粒的布朗运动，可以察看到胶粒从C1区向C2区迁移的景象，这就是胶粒的分散作用。设经过AB面的分散质量为m，那么分散速度为 ，它与浓度梯度和AB截面积A成正比。ddmt 如下图，设任一平行于AB面的截面上浓度是均匀的，但程度方向自左至右浓度变稀，梯度为 。ddcx这就是斐克第一定律。 式中D为分散系数，其物理意义为：单位浓度梯度、单位时间内经过单位截面积的质量。 式中负号表示扩分发生在浓度降低的方向， 0。ddcxddmtdd= -ddmcDAtx

18、用公式表示为：22xDt)(321rtLRTx16RTDLr这就是Einstein-Brown 位移方程。从布朗运动实验测出 ，就可求出分散系数D。x343MrL从上式可以求粒子半径 r。知 r 和粒子密度 ，可以计算粒子的摩尔质量。 由于胶粒不能透过半透膜，而介质分子或外加的电解质离子可以透过半透膜，所以有从化学势高的一方向化学势低的一方自发浸透的趋势。 溶胶的浸透压可以借用稀溶液浸透压公式计算：cRT式中c为胶粒的浓度。由于憎液溶液不稳定，浓度不能太大，所以测出的浸透压及其它依数性质都很小。 但是亲液溶胶或胶体的电解质溶液，可以配制高浓度溶液，用浸透压法可以求它们的摩尔质量。 溶胶是高度分

19、散体系，胶粒一方面遭到重力吸引而下降，另一方面由于布朗运动促使浓度趋于均一。 当这两种效应相反的力相等时，粒子的分布到达平衡，粒子的浓度随高度不同有一定的梯度，如下图。 这种平衡称为沉降平衡。 到达沉降平衡时，粒子随高度分布的情况与气体类似，可以用高度分布定律。 如下图，设容器截面积为A，粒子为球型，半径为r，粒子与介质的密度分别为 和 ，在 x1和x2处单位体积的粒子数分别N1，N2， 为浸透压，g为重力加速度。 0304d()3NA xrg 在高度为dx的这层溶胶中，设单位体积内粒子的个数为N，使粒子下降的重力为：dddNAART cARTL 该层中粒子所受的分散力为 ，负号表示分散力与重

20、力相反。 ，那么cRTdA30d4d()3NRTN xrgL到达沉降平衡时，这两种力相等，得 这就是高度分布公式。粒子质量愈大，其平衡浓度随高度的降低亦愈大。积分得：)()(34ln120312xxgLrNNRT32021141exp()()3NrgL xxNRT或：从上式中可以看出：从上式中可以看出：胶粒胶粒 越大，平衡浓度随高度降低越快；越大，平衡浓度随高度降低越快；小粒子溶胶，小粒子溶胶，r 小，分散强，体系均匀分小，分散强，体系均匀分布布 动力学稳定性；动力学稳定性；粗粒子溶胶，粗粒子溶胶， r 大，大，Brown 运动弱，沉降为运动弱，沉降为主主 动力学不稳定性。动力学不稳定性。 光

21、散射景象 Tyndall效应 Rayleigh公式 乳光计原理 浊度 当光束经过分散体系时，一部分自在地经过，一部分被吸收、反射或散射。可见光的波长约在400700 nm之间。 1当光束经过粗分散体系，由于粒子大于入射光的波长，主要发生反射，使体系呈现混浊。 2当光束经过胶体溶液，由于胶粒直径小于可见光波长，主要发生散射，可以看见乳白色的光柱。 3当光束经过分子溶液，由于溶液非常均匀，散射光因相互关涉而完全抵消，看不见散射光。 Tyndall效应实践上成为判别溶胶与分子溶液的最简便的方法。 1869年Tyndall发现，假设令一束会聚光经过溶胶，从侧面即与光束垂直的方向可以看到一个发光的圆锥体

22、，这就是Tyndall效应。其他分散体系也会产生一点散射光，但远不如溶胶显著。 Rayleigh研讨了大量的光散射景象，对于粒子半径在47nm以下的溶胶，导出了散射光总能量的计算公式，称为Rayleigh公式：222222122212424()2A VnnInn式中：A 入射光振幅， 单位体积中粒子数 入射光波长， 每个粒子的体积 分散相折射率， 分散介质的折射率1n2nV1.适用条件：粒子不导电，且r47nm的系统3. 散射光总能量与入射光波长的四次方成反比。入 射光波长愈短，散射愈显著。所以可见光中，蓝、 紫色光散射作用强。4.分散相与分散介质的折射率相差愈显著，那么散射作 用亦愈显著。5

23、.散射光强度与单位体积中的粒子数成正比。2.散射光强度与粒子的体积平方成正比。 当分散相和分散介质等条件都一样时，Rayleigh公式可改写成：42VKI 当入射光波长不变， ， ，)/(Vc334rV323121rrII 坚持浓度一样2121ccII 坚持粒子大小一样 假设知一种溶胶的散射光强度和粒子半径或浓度，测定未知溶胶的散射光强度，就可以知道其粒径或浓度，这就是乳光计原理。334443cVKcIKrK cr 物理意义：l1 浊度的定义为：0ltI /IetI0Il 透射光强度 入射光强度 样品池长度 浊度/e/IIt10当 胶粒带电的本质 电动景象2电渗电渗3流动电势流动电势4沉降电势

24、沉降电势1 1电泳电泳 胶粒在重力场作用下发生沉降，而产生沉降胶粒在重力场作用下发生沉降，而产生沉降电势；带电的介质发生流动，那么产生流动电势。电势；带电的介质发生流动，那么产生流动电势。这是因动而产生电。这是因动而产生电。 以上四种景象都称为电动景象。 由于胶粒带电，而溶胶是电中性的，那么介质带与胶粒相反的电荷。在外电场作用下，胶粒和介质分别向带相反电荷的电极挪动，就产生了电泳和电渗的电动景象，这是因电而动。 影响电泳的要素有：a.带电粒子的大小、外形；b.粒子外表电荷的数目；c.介质中电解质的种类、离子强度，pH值和粘度；d.电泳的温度和外加电压；e.外加电解质会影响电泳速度，还可以改动胶

25、粒带电的符号。 带电胶粒或大分子在外加电场的作用下向带带电胶粒或大分子在外加电场的作用下向带相反电荷的电极作定向挪动的景象称为电泳。相反电荷的电极作定向挪动的景象称为电泳。 从电泳景象可以获得胶粒或大分子的构造、大小和外形等有关信息。 首先在漏斗中装上待测溶胶，U型管下部活塞内径与管径一样。 实验开场时，翻实验开场时，翻开底部活塞，使溶胶开底部活塞，使溶胶进入进入U型管，当液面型管，当液面略高于左、右两活塞略高于左、右两活塞时即关上，并把多余时即关上，并把多余溶胶吸走。在管中参溶胶吸走。在管中参与分散介质，使两臂与分散介质，使两臂液面等高。液面等高。 小心翻开活塞小心翻开活塞 ，接通电源，察看

26、液面的变化。假设，接通电源，察看液面的变化。假设是无色溶胶，必需用紫外吸收等光学方法读出液面的变是无色溶胶，必需用紫外吸收等光学方法读出液面的变化。化。 根据通电时间根据通电时间和液面升高或下降和液面升高或下降的刻度计算电泳速的刻度计算电泳速度。度。 另外要选择适宜的介质，使电泳过程中坚持液面明晰。 在外加电场作用下，带电的介质经过多孔膜或半径为110 nm的毛细管作定向挪动，这种景象称为电渗。 外加电解质对电渗速度影响显著，随着电解质浓度的添加，电渗速度降低，甚至会改动电渗的方向。 电渗方法有许多实践运用，如溶胶净化、海水淡化、泥炭和染料的枯燥等。 在U型管1,2中盛电解质溶液，将电极5,6

27、接通直流电后，可从有刻度的毛细管 4中，准确地读出液面的变化。 图中，3为多孔膜，可以用滤纸、玻璃或棉花等构成；也可以用氧化铝、碳酸钡、AgI等物质构成。 假设多孔膜吸附阴离子，那么介质带正电，通电时向阴极挪动；反之，多孔膜吸附阳离子，带负电的介质向阳极挪动。电泳与电渗的异同：电泳与电渗的异同：a) 一样点：电场作用下，相接触的固一样点：电场作用下，相接触的固体与液体间发生相对运动体与液体间发生相对运动的景象；的景象；b) 不同点：电泳察看到质点的运动；不同点：电泳察看到质点的运动；电渗固体不动而液体运动。电渗固体不动而液体运动。 含有离子的液体在加压或重力等外力的作用下，流经多孔膜或毛细管时

28、，在膜的两边会产生电势差。 这种因流动而产生的电势称为流动电势。 在重力场的作用下，带电的分散相粒子，在分散介质中迅速沉降时，使底层与外表层的粒子浓度悬殊，从而产生电势差，这就是沉降电势。 贮油罐中的油内常会有水滴，水滴的沉降会构成很高的电势差，有时会引发事故。通常在油中参与有机电解质，添加介质电导，降低沉降电势。 电泳、电渗、流动电势、沉降电势统称电泳、电渗、流动电势、沉降电势统称为电动景象为电动景象 电动景象阐明胶体粒电动景象阐明胶体粒子是带电的。子是带电的。 那么，胶粒外表的电荷从何而来呢？那么，胶粒外表的电荷从何而来呢？ 1. 电离作用：电离作用：有些溶胶粒子本身就是一个可离有些溶胶粒

29、子本身就是一个可离解的基团。解的基团。例例1：蛋白质类的高分子中有可离：蛋白质类的高分子中有可离子化的羧基与胺基：子化的羧基与胺基： 在低在低 pH酸性：酸性： 胺基离子化占优势胺基离子化占优势 RNH3+， 蛋白质分子带正电；蛋白质分子带正电； 在高在高 pH碱性：碱性： 羧基离解占优势羧基离解占优势 RCOO， 蛋白质分子带负电；蛋白质分子带负电； 在适当的在适当的 pH 值：值： 蛋白质分子的净电荷为零，此蛋白质分子的净电荷为零，此 pH 值称为该值称为该蛋白质的等电点蛋白质的等电点 pH 值。值。例例 2：肥皂一类外表活性剂肥皂一类外表活性剂R-COO Na+，由于在水中生成胶束，由于

30、在水中生成胶束憎液基团在内，亲液基团在外，憎液基团在内，亲液基团在外，又由于又由于R-COO Na+的离解，那的离解，那么整个胶束外表带负电荷。么整个胶束外表带负电荷。例例 3：无机溶胶如硅溶胶粒无机溶胶如硅溶胶粒 (SiO2)，随溶液，随溶液中中pH值的变化，胶粒可以带正电、值的变化，胶粒可以带正电、负电：负电： 3222SiOHOHSiO H2SiOHHSiO23pH3pH更更高高高高 OHHSiO2pH低低 有些物质虽然不能解离如石墨、纤有些物质虽然不能解离如石墨、纤维，但可以从水中吸附维，但可以从水中吸附 H+、OH 或其他离子而带电。通常阳离子如或其他离子而带电。通常阳离子如 H+的

31、水化才干比阴离子大得多。因的水化才干比阴离子大得多。因此胶粒容易吸附阴离子而带负电。此胶粒容易吸附阴离子而带负电。 对于由难溶离子晶体构成的胶体对于由难溶离子晶体构成的胶体粒子，如粒子，如 (AgI)m，能与晶体的，能与晶体的组成离子如组成离子如 Ag +、I 构构成不溶物的离子将优先被吸附。成不溶物的离子将优先被吸附。Fajans 吸附规那么：吸附规那么：胶胶粒粒带带负负电电过过量量 x)()(KxnnIAgImKI)(AgIKIAgNO3溶溶胶胶 胶胶粒粒带带正正电电过过量量 xNOxnnAgAgI3mAgNO3)()(阐明：阐明：AgI 溶胶的等电点并不是：溶胶的等电点并不是： p Ag

32、 = p I = 8 ( Ksp, AgI = 10 16 )而是在而是在 p Ag = 5.5、p I = 10.5 处。处。这是由于这是由于 Ag+ 的水化作用较的水化作用较 I 大，大，要使水合要使水合 Ag+ 吸附到胶核上需比吸附到胶核上需比 I 更大的浓度。更大的浓度。即只需当即只需当 Ag+ = 10 5.5， I = 10 10.5 时时, Ag+、 I 在在 (AgI )m 上的吸附才干一样。上的吸附才干一样。 如粘土由铝氧如粘土由铝氧 (Al-O) 八面体、硅氧八面体、硅氧 (Si-O) 四面四面体的晶格组成，粘土中的体的晶格组成，粘土中的 Al3+ ( 或或 Si4+ )

33、往往被往往被一部分低价的一部分低价的 Mg2+、Ca2+ 取代，结果使粘土取代，结果使粘土晶格带负电。晶格带负电。 为维持电中性，粘土外表吸附了一些正离子，而为维持电中性，粘土外表吸附了一些正离子，而这些正离子在水中因水化而分开外表，于是粘土这些正离子在水中因水化而分开外表，于是粘土带负电电泳时胶粒向正极挪动。带负电电泳时胶粒向正极挪动。 胶粒由于晶格取代带电的情况不常见。胶粒由于晶格取代带电的情况不常见。 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，在界面上构成了双电层的构造。 对于双电层的

34、详细构造，一百多年来不同窗者提出了不同的看法。最早于1879年Helmholtz提出平板型模型； 1910年Gouy和1913年Chapman修正了平板型模型，提出了分散双电层模型；后来Stern又提出了Stern模型。 亥姆霍兹以为固体的外表电荷与溶液中带相反电荷的离子即反离子构成平行的两层，好像一个平板电容器。整个双电层厚度为。 固体外表与液体内部的电位差称为质点的外表电势0(即热力学电势)，在双电层内，热力学电势呈直线下降。 在电场作用下，带电质点和溶液中的反离子分别向相反方向运动。 这模型过于简单，由于离子热运动，不能够构成平板电容器。 Gouy和Chapman以为，由于正、负离子静电

35、吸引和热运动两种效应的结果，溶液中的反离子只需一部分严密地排在固体外表附近，相距约一、二个离子厚度称为严密层； 另一部分离子按一定的浓度梯度分散到本体溶液中，离子的分布可用玻兹曼公式表示，称为分散层。双电层由严密层和分散层构成。挪动的切动面为AB面。 Stern对分散双电层模型作进一步修正。 他以为吸附在固体外表的严密层约有一、二个分子层的厚度，后被称为Stern层； 由反号离子电性中心构成的平面称为Stern平面。 由于离子的溶剂化作用，胶粒在挪动时，严密层会结合一定数量的溶剂分子一同挪动，所以滑移的切动面由比Stern层略右的曲线表示。1固体外表电势热力学电势固体外表电势热力学电势0：固体

36、外表与：固体外表与液体内部的电势差；液体内部的电势差；2严密层电势严密层电势 ：严密层与液体内部的电势差；：严密层与液体内部的电势差；3电动电势电动电势：切动面与液体内部的电势差。：切动面与液体内部的电势差。 固体与溶液之间固体与溶液之间的三种电势的三种电势( (差差) )， 如下图：如下图： 在Stern模型中，带有溶剂化层的滑移界面与溶液之间的电位差称为 电位。电动电势亦称为 电势。 在分散双电层模型中，切动面AB与溶液本体之间的电位差为 电位； 电位总是比热力学电位低，外加电解质会使 电位变小甚至改动符号。只需在质点挪动时才显示出 电位，所以又称电动电势。 带电的固体或胶粒在挪动时，挪动

37、的切动面与液体本体之间的电位差称为电动电势。1 电势比电势比 略低，假设离子浓度不是略低，假设离子浓度不是很高，分散层中随间隔很高，分散层中随间隔 x 的添加，电势的的添加，电势的改动较缓慢，所以可以把改动较缓慢，所以可以把 与与 等同等同对待；对待；由图：由图：2当溶液内部的离子浓度或价数增大，必定当溶液内部的离子浓度或价数增大，必定有更多的反离子进入严密层，导致有更多的反离子进入严密层，导致 电电势下降，甚至可以改动符号如图。势下降，甚至可以改动符号如图。 d 为没有外加电解质时分散双电层的厚度，为没有外加电解质时分散双电层的厚度，随着电解质浓度的添加，更多反离子进入随着电解质浓度的添加，

38、更多反离子进入严密层，分散双电层厚度变薄严密层，分散双电层厚度变薄 d d d，相应地电动电势下降：，相应地电动电势下降： 。 某些外加高价反某些外加高价反离子或大的反离子离子或大的反离子如 外 表 活 性 离如 外 表 活 性 离子，其吸附才干子，其吸附才干特别 强 ， 吸 附 层特别 强 ， 吸 附 层严密层内过多严密层内过多的反 离 子 能 够 使的反 离 子 能 够 使 电势改动符号。电势改动符号。1.电渗：分析毛细管中发生的电渗流电渗：分析毛细管中发生的电渗流动动 在外加电场作用下，固体及外表溶剂化层不在外加电场作用下，固体及外表溶剂化层不动，分散层中的反离子作定向挪动，由于离动，分

39、散层中的反离子作定向挪动，由于离子的溶剂化，带动液体介质的一同挪动。子的溶剂化，带动液体介质的一同挪动。 AgI 溶胶，以溶胶，以 KI 为稳定剂。为稳定剂。 外加电场作用下，胶粒带电，电动电势外加电场作用下，胶粒带电，电动电势 作定向挪动，实验证明外加电解质添作定向挪动，实验证明外加电解质添加，电动电势加，电动电势 绝对值减小，电泳速度会绝对值减小，电泳速度会降低直至变为零。降低直至变为零。 Hckel公式：公式： /Eu 电电泳泳胶胶粒粒的的移移动动速速度度： KEu SI 制：制： 介质的介电常数单位介质的介电常数单位 C / VmE 电场强度电场强度 (电位梯度电位梯度)V / m 介

40、质粘度介质粘度 (Pas = Nm2 s = kgms2m2 s = kg/ms) 电动电势电动电势VK 常数常数 球形粒子：球形粒子：K = 6；棒形粒子：；棒形粒子：K = 4 溶胶的稳定性 影响聚沉作用的要素 聚沉值与聚沉才干 Schulze-Hardy规那么 电解质对溶胶稳定性的影响 温度的影响 胶体系统的相互作用敏化作用金值2抗聚结稳定性 胶粒之间有相互吸引的能量Va和相互排斥的能量Vr，总作用能 为Va+Vr。如下图：1动力学稳定性 由于溶胶粒子小，布朗运动猛烈，在重力场中不易沉降，使溶胶具有动力稳定性。 当粒子相距较大时，主要为吸力，总势能为负值；当接近到一定间隔，双电层重叠，排

41、斥力起主要作用，势能显著升高。但与此同时，粒子之间的吸引力也随间隔的缩短而增大。当间隔缩短到一定程度后，吸引力 又 占 优 势 ， 势 能 又 随 之 下 降 。 所以从图中可以看出粒子要相互聚结在一同，必需抑制一定的势垒，这是稳定的溶胶中粒子不相互聚结的缘由。3溶剂化层的影响 研讨溶胶稳定性问题要思索的另外一个要素是溶剂化层的影响。 胶粒外表因吸附某种离子而带电，并且此种离子及反离子都是溶剂化的，这样在胶粒周围就好似构成了一个溶剂化膜水化膜，水化膜对粒子的彼此接近起到机械阻力的作用。1外加电解质的影响 溶胶对电解质的影响非常敏感，通常用聚沉值来表示电解质的聚沉才干。所谓聚沉值使一定量的溶胶在

42、一定时间内完全聚沉所需电解质的最小浓度。 聚沉才干是聚沉值的倒数。聚沉值越大的电解质，聚沉才干越小；反之，聚沉值越小的电解质，其聚沉才干越强。 聚沉才干主要决议于与胶粒带相反电荷的离子的价数。聚沉值与异电性离子价数的六次方成反比，这就是Schulze-Hardy规那么。 例如，对于给定的溶胶，异电性离子分别为一、二、三价，那么聚沉值的比例为： 100 1.6 0.14 即为： 666111 123 :Schulze-Hardy规那么1与胶粒带相反电荷的离子的价数影响最大，价数越高，聚沉才干越强。2与胶粒带相反电荷的离子就是价数一样，其聚沉才干也有差别。如，对胶粒带负电的溶胶，一价阳离子硝酸盐的

43、聚沉才干次序为：H+Cs+Rb+NH4+K+Na+Li+ 对带正电的Fe2O3溶胶，一价阴离子的钾盐的聚沉才干次序为： F-Cl-Br-NO3-I- 同价离子聚沉才干的这种次序称为感胶离子序。普通规律：3有机化合物的离子都有很强的聚沉才干，这能够与其具有强吸附才干有关。4当与胶体带相反电荷的离子一样时，那么另一同性离子的价数也会影响聚沉值，价数愈高，聚沉才干愈低。 例如，对亚铁氰化铜溶胶的聚沉值： KBr 为 27.5 。而 K4Fe(CN)6 为 260.0 。 3mol m3mol m5电解质浓度添加，粒子碰撞时机增多，稳定性下降。2温度的影响。3胶体体系的相互作用。 温度升高，粒子碰撞时

44、机增多，碰撞强度添加。稳定性下降。 将胶粒带相反电荷的溶胶相互混合，也会发生聚沉。 与参与电解质情况不同的是，当两种溶胶的用量恰能使其所带电荷的量相等时，才会完全聚沉，否那么会不完全聚沉，甚至不聚沉。 在憎液溶胶中参与某些大分子溶液，参与的量不同，会出现两种情况： 1参与大分子溶液太少时，会促使溶胶的聚沉，称为敏化作用； 2当参与大分子溶液的量足够多时，会维护溶胶不聚沉，常用金值来表示大分子溶液对金溶胶的维护才干。 当参与的大分子物质的量缺乏时，憎液溶胶的胶粒粘附在大分子上，大分子起了一个桥梁作用，把胶粒联络在一同，使之更容易聚沉。 1敏化作用絮凝作用 例如，对SiO2进展分量分析时，在SiO

45、2的溶胶中参与少量明胶，使SiO2 的胶粒粘附在明胶上，便于聚沉后过滤，减少损失，使分析更准确。 齐格蒙弟提出的金值含义： 为了维护10cm3 0.006%的金溶胶，在参与1 cm310% NaCl溶液后不致聚沉，所需高分子的最少质量称为金值，普通用mg表示。 当憎液溶胶中参与足量大分子溶液后，大分子吸附在胶粒周围起到维护溶胶的作用。用“金值作为大分子化合物维护金溶胶才干的一种量度，金值越小，维护剂的才干越强。 2 维护作用空间稳定性 以下说法中正确的选项是： ( )A 溶胶在热力学和动力学上都是稳定体系B 溶胶和真溶液一样是均相系统C 溶胶能产生丁铎尔效应D 经过超显微镜能看到胶体粒子的大小

46、和外形C当溶胶中参与大分子化合物时： ( )A 一定使溶胶更稳定B 一定使溶胶更容易为电解质所聚沉C 对溶胶稳定性影响视参与量而定 D 对溶胶稳定性没有影响C胶体粒子的 电势是指： ( ) A 固体外表处与本体溶液之间的电位降 B 严密层、分散层分界处与本体溶液之间的电位降 C 分散层处与本体溶液之间的电位降 D 固液之间可以相对挪动处与本体溶液之间的电位降 D运用瑞利 (Reyleigh) 散射光强度公式，在以下问题中可以处理的问题是： ( ) A 溶胶粒子的大小 B 溶胶粒子的外形 C 丈量散射光的波长 D丈量散射光的振幅 A 乳状液类型及鉴别 乳化剂 乳状液的分层转化与破乳 简单的乳状液

47、通常分为两大类。习惯上将不溶于水的有机物称油，将不延续以液珠方式存在的相称为内相，将延续存在的液相称为外相。1)水包油乳状液，用O/W表示。内相为油，外相为水，这种乳状液能用水稀释，如牛奶等。(2)油包水乳状液，用W/O表示。内相为水，外相为油，如石油中的原油。 一种或几种液体以大于10-7m直径的液珠分散在另一不相混溶的液体之中构成的粗分散体系称为乳状液。鉴别方法： (1)稀释法；凡是性质与乳状液外相一样的液体就能稀释乳状液。如牛奶能被水稀释所以它是“O/W型乳状液，(2)染色法；将极微量的油溶性染料加到乳状液中，假设整个乳状液带有染料颜色的是W/O型乳状液，假设只需液滴带色的是O/W型乳状

48、液。假设用水溶性染料其结果恰好相反。常用的油溶性染料有红色的苏丹等，水溶性的燃料有荧光红、亚甲基蓝。(3)电导法；W/O型乳状液的电导率既与含水量有关，也与温度有关。以水为外相的O/W型乳状液有较好的导电性能，而W/O型乳状液的导电件能却很差。但是假设水相含量很高的W/O型乳状液，或用离子型乳化剂所生成的W/O型乳状液，有时也会有较高的导电性能。 乳化剂的作用是使由机械分散所得的液滴不相互聚结，坚持乳状液的稳定性。1在分散相液滴周围构成巩固维护膜2降低界面张力3构成双电层 乳化剂使乳状液稳定，可以是上述一种或几种同时起作用。 乳状液的不稳定性表现为分层、絮凝、转化变型和破乳。1.分层 分层是破

49、乳的前导。分层之后，在各层中乳状液的组成不同。2.转化变型 乳状液的转化是指O/W型乳状液变成W/O乳状液，或者相反的过程。通常这种转化是由于改动乳化剂、变卦两相的体积比、改动温度以及电解质的影响等。 例如：用钠肥皂可以构成O/W型的乳状液，但如参与足量的氯化钙，那么可以生成钙肥皂而使乳状液成为W/O型。3.破乳破乳是指参与破乳剂，使乳化剂的两相分别。方法：(1) 用不能生成结实的维护膜的外表活性物质来替代原来的乳化剂。(2)用试剂破坏乳化剂。(3) 参与适当数量起相反效应的乳化剂，也可以起破坏作用。(4) 升高温度。(5) 外加电场、加压、离心力场，也可以使乳状液遭到破坏。凝胶的根本特征和凝

50、胶的分类凝胶的制备凝胶的性质1. 根本特征 凝胶是一种特殊的分散系统，其中胶体颗粒或高聚物分子相互聚结，构成空间网状构造，在网状构造的空隙中充溢了液体或气体。由此可见，凝胶是胶体的一种存在方式。 凝胶的性质介于固体和液体之间，和溶胶相比，失去了流动性缘由是凝胶系统中粒子构成网状构造，液体包在其中；但是显示固体的力学性质，如具有一定弹性、强度等，但强度往往有限，易于破坏。2.分类刚性凝胶弹性凝胶(1) 根据分散相质点是刚性还是柔性，可分为冻胶干胶(2)根据凝胶中含液量的多少，将凝胶分为(3) 根据可逆性，可分为可逆凝胶不可逆凝胶1. 从固体制备凝胶 从固体制备凝胶比较简单，干胶吸收液体膨胀即成，

51、通常为弹性凝胶。2. 从液体制备凝胶(1) 两个根本条件ab. 降低溶解度，使固体物质在溶液中形成胶体分散系统. 析出的固体质点，既不沉降，也不能自由移动，而是形成连续的网状骨架结构。2制备方法 冷却胶体溶液，使之成为过饱和的溶液。 参与非溶剂。 将适量的电解质参与胶粒亲水性较强的憎液溶胶中，即可构成凝胶。 利用化学反响产生不溶物，并控制反响条件可得凝胶。1. 凝胶的膨胀作用 弹性凝胶由线型高分子构成，因分子链有柔性，故吸附液体或气体时本身体积明显添加的景象，称为凝胶的膨胀。 膨胀可以使有限的，也可以是无限的，即膨胀到凝胶完全溶解，构成均相溶液。膨胀过程中产生膨胀压，膨胀压的数值很大。古埃及人

52、利用膨胀压开采建造金字塔的石料，即所谓的“湿木裂石。2. 凝胶的脱水收缩作用 凝胶在老化的过程中发生的特殊的分层景象，称为脱水收缩或离浆。析出的一层仍为凝胶，只是浓度比原来大；另一层不是纯溶剂，而是稀溶液或大分子溶液。 3.触变景象凝胶溶胶搅动发生触变作用静止发生胶凝作用4. 吸附作用 非弹性凝胶的干胶都是有多孔性的毛细管构造，因此外表积较大，表现出较强的吸附才干，而弹性凝胶枯燥时，由于高分子 链收缩，构成严密堆积，故其干胶根本上是无孔的。 凝胶中发生化学反响，由于没有对流存在，化学反响中构成的不溶物根本上存在于原位而难以挪动。最早研讨此景象的是Liesegang(里斯根)，发现Liesega

53、ng环。5.分散作用和化学反响 凝胶和液体一样，可作为一种介质，在其中进展物理和化学过程，物理过程主要是电导和分散作用。大分子溶液的界定大分子分类大分子的平均摩尔质量 Staudinger 把相对分子质量大于104的物质称之为大分子Macromolecular)，主要有： 天然大分子： 如淀粉、蛋白质 、纤维素、核酸、天然橡胶和各种生物大分子等。 人工合成大分子： 如合成橡胶、聚烯烃、树脂和合 成纤维等。 合成的功能高分子资料：光敏高分子、导电性高 分子、医用高分子和高分子膜等。 数均摩尔质量 由于聚合过程中，每个分子的聚合程度可以不一样，所以聚合物的摩尔质量只能是一个平均值。而且，测定和平均

54、的方法不同，得到的平均摩尔质量也不同。常用有四种平均方法，因此有四种表示法： 有一高分子溶液，各组分的分子数分别为N1，N2，, NB ,其对应的摩尔质量为M1，M2，MB。那么数均摩尔质量的定义为：BBBNNNMNMNMN212211nMBBBNMNBBBmmMmM 设B组分的分子质量为mB，那么质均摩尔质量的定义为： 质均摩尔质量BBBzZMZMBBBMmZBBBMNm Z均摩尔质量的定义是： 式中：Z均摩尔质量 用粘度法测定的摩尔质量称为粘均摩尔质量。它的定义是：/1) 1(BBBBvMNMNM1/BBBm Mm 式中 为与溶剂、大分子化合物和温度有关的阅历常数。 ，为分子的质量。BBB

55、MNm 粘均摩尔质量nmzMMMzmnMMM 对于单分散系统分子大小是均匀的，那么各平均方法都一样， ；而普通的大分子化合物分子大小是不均匀的，这三种平均值得大小为 。分子愈不均匀，这三种平均值的差别就愈大。习惯上用 的比值来表示聚合物的不均匀情况，单分子系统此比值为1， 比值愈大，阐明分子大小分布范围越宽。 /mnMM 大分子电解质的膜平衡 膜平衡的三种情况 1不电离的大分子溶液 2能电离的大分子溶液 3外加电解质时的大分子溶液 在大分子电解质中通常含有少量电解质杂质，即使杂质含量很低，但按离子数目计还是很可观的。 在半透膜两边，一边放大分子电解质，一边放纯水。大分子离子不能透过半透膜，而离

56、解出的小离子和杂质电解质离子可以。 由于膜两边要坚持电中性，使得到达浸透平衡时小离子在两边的浓度不等，这种平衡称为膜平衡或唐南平衡。 由于离子分布的不平衡会呵斥额外的浸透压，影响大分子摩尔质量的测定，所以又称之为唐南效应，要设法消除。1不电离的大分子溶液 12c RT 其中 是大分子溶液的浓度。 2c 由于大分子P不能透过半透膜，而H2O分子可以，所以在膜两边会产生浸透压。浸透压可以用不带电粒子的范霍夫公式计算，即： 由于大分子物质的浓度不能配得很高，否那么易发生凝聚，如等电点时的蛋白质，所以产生的浸透压很小，用这种方法测定大分子的摩尔质量误差太大。2能电离的大分子溶液 蛋白质分子Pz-不能透

57、过半透膜，而Na+可以，但为了坚持溶液的电中性，Na+也必需留在Pz-同一侧 。zNa PNaPZz 以蛋白质的钠盐为例，它在水中发生如下离解： 这种Na+在膜两边浓度不等的形状就是唐南平衡。由于浸透压只与粒子的数量有关，所以： 22(1)zc RT 由于大分子中z的数值不确定，就是测定了 也无法正确地计算大分子的摩尔质量。2 在蛋白质钠盐的另一侧参与浓度为 的小分子电解质，如上图。1c 虽然膜两边NaCl的浓度不等，但到达膜平衡时NaCl在两边的化学势应该相等，即：3外加电解质时的大分子溶液 (NaCl,NaCl,左） （右） 到达膜平衡时如以下图，为了坚持电中性，有一样数量的Na+ 和Cl

58、-分散到了左边。(N aC l,(N aC l,aa左 ）右 ）所以：由于浸透压是由于膜两边的粒子数不同而引起的，所以：3221(2 )2()czcxcx RT+-+-Na Cl =Na Cl 左左右右设活度系数均为1，得：212)()xcxxzc（即12212czccx解得即右左)()(ClNaClNaaaaaA当参与电解质太少， ，与(2)的情况类似：21zcc 3222(1)()czc RcTzRT将 代入 计算式得：x322222 1232122zcc cz cRTzccB当参与的电解质足够多， ，那么与(1)的情况类似 ： 21zcc 32c RT 这就是参与足量的小分子电解质，消除

59、了唐南效应的影响，使得用浸透压法测定大分子的摩尔质量比较准确。对于Donnan平衡，以下哪种说法是正确的： ( )A 膜两边同一电解质的化学势一样B 膜两边带电粒子的总数一样C 膜两边同一电解质的浓度一样D 膜两边的离子强度一样 ADonnan平衡产生的本质缘由是： ( )A 溶液浓度大，大离子迁移速度慢B 小离子浓度大，影响大离子透过半透膜C 大离子不能透过半透膜，且因静电作用使小离子在膜两边的浓度不同D 大离子浓度大，妨碍小离子经过半透膜C外加直流电场于胶体溶液，向某一电极作定向挪动的是： ( )A 胶粒 B 胶核C 胶团 D 严密层A在Fe(OH)3、As2S3、Al(OH)3和AgI(

60、含过量AgNO3)四种溶胶中, 有一种不能与其它溶胶混合，否那么会引起聚沉。该种溶胶是 Fe(OH)3 ； (B)As2S3 ；(C)Al(OH)3 ； (D)AgI(含过量AgNO3) 。D1.1.掌握法拉第定律、了解在外电场作用下溶液中的迁移情况。掌握法拉第定律、了解在外电场作用下溶液中的迁移情况。2.2.明确电导、电导率、摩尔电导率、极限摩尔电导率等概念。明确电导、电导率、摩尔电导率、极限摩尔电导率等概念。3.3.明确离子迁移数和离子淌度的概念。明确离子迁移数和离子淌度的概念。4.4.掌握离子独立挪动定律，熟习电导测定的原理及其运用。掌握离子独立挪动定律，熟习电导测定的原理及其运用。5.