胶体及表面化学1-5

1、胶体与表面化学第一章 绪论化学：无机化学、有机化学、物理化学、分析化学无机化学：（元素化学，研究无机物的制备、合成与性能）如：H2O 有机化学：（生命化学，研究C、O、P、S等少量元素形成的种类极多的化合物 ，就简单元素的复杂化学。） 小分子：甲烷如： 大分子：淀粉 杀虫剂： 医药： 液晶： 物理化学：（用物理模型、数学概念化的手段研究化学）物理：量子间的相互作用化学：是量子间结合与排列。 热力学：状态状态：能量转化的过程， 几千种状态方程。 动力学：物质间反应速度的问题（有时热力学分支极多： 能进行但动力学不能进行） 电化学：电池：Fe+HClFeCl2+H2电子转移 形成电池（Li+）高能

2、电池 Fe2+，Fe3+（提纯难99.99%99.9999%） 胶体与表面化学：气液固按不同形式混合， 泥土在水中分层，纳米材料，牙膏，原油，化妆品。理论化学：（非实验的推算来解释或预测化合物的各种现象。）如：用计算机模拟模型推算是否可以达到预期目的，在校正 合成。分析化学：（研究物质的组成、含量、结构和形态等化学信息的分析方法一门科学）如：三聚氰胺事件 分析手段差 蛋白质含量（N）一、基本概念v 相：体系中物理化学性质完全相同的均匀部分v 界面：相与相的交接面v 表面：一相为气相的界面v 比表面：单位体积或重量物体的表面积。 S0=S/V 对于立方体：S0=6L2/L3=6/L 对于球体 ：

3、S0=3/Rv 胶体化学：是研究胶体体系的科学。它是物理化学的一个重要分支。随着胶体化学的发展，它已经成为一门独立的学科。v 表面化学：研究发生在表面或界面上的物理和化学现象的一门科学。是胶体化学的分支。（原油催化裂化）二、胶体体系小实验：泥土置于水中沉降。1、分类及定义： 分散相粒子半径在1 100 nm 的分散体系。2、特 点（1）特有的分散程度多相项多分散体 粒子的大小在10-910-7 m之间，扩散较慢，不能透过半透膜。（2）多相不均匀性 由许多离子或分子聚结而成，结构复杂，有的保持了该难溶盐的原有晶体结构，而且粒子大小不一，与介质之间有明显的相界面，比表面很大。（3）热力学不稳定性

4、因为粒子小，比表面大，表面自由能高，是热力学不稳定体系，有自发降低表面自由能的趋势，即小粒子会自动聚结成大粒子。3、胶体常见体系气、固、液三相除气气外，形成8种胶体体系分散介质分散相状态气液云雾气固烟，高空灰尘液气泡沫液液乳状液液固墨汁、金溶胶固气泡沫塑料、固液水凝胶（超强吸水剂）固固合金、宝石沙尘暴：表面积大，吸附细菌病毒，净化空气。水凝胶：（尿不湿）1:300充气钻井液：气+液+固乳化钻井液：液+液+固乳化气相钻井液：气+液+液4、胶 体 分 类分散介质：气、液、固三种溶胶。分散相：非连续相； 分散介质：连续相与NaCl不同： 吸附大量水分子，降低势能，形成水化膜气溶胶：大城市的污浊天气，

5、气液固三相分散体。液溶胶：牛奶：蛋白质与奶油分散于水，分散剂，天然活性剂氨基酸类。油漆：染料+树脂（固化）+分散相（轻质油）+土类（提高粘度）金属漆（光亮、防腐）：金属颗粒，重金属离子吸光性需要。 固溶胶： 无机染料：透明性差有色玻璃： 有机染料：分子团队分散于玻璃，透明。 分子团队于另一种金属合金： 分子互溶，Si-C 强度极高大于金刚石。沸石分子筛：石分子筛是结晶铝硅酸金属盐的水合物。沸石分子筛活化后，水分子被除去，余下的原子形成笼形结构，孔径为310&Aring（0.1nm）。v 5、说 明v （1）胶体是物质存在的一种状态，不是特殊物质。Au ,Ag自然状态下存在于其他物质中（

6、Fe）v （2）胶体体系是两相或多相的不均匀分散体系。空气垂直分布差异 飞机起降、高空燃油不同v （3）高分子溶液在某些方面有，但已成为新学科高分子物理化学。不属于胶体范畴。聚合物（大分子）：M>10000 r：1100nm 性质类似于胶体，但与溶液无界面。三、胶体与石油工程的关系v 1、油田的发现 勘探：地磁变化、飞机遥感、声波传导。化探：根据地表C-H成分探测（Pt丝能强烈吸附C-H）v 2、钻井 钻井液 完井、固井 钻井液性能；固井液：硅酸盐水泥 凝胶 晶体（水泥石）要求水泥特性：抗温（徐家围子气井）：150180； 强度： 固含量（套外漏气着火，井塌） 三峡大坝：快速，速凝。 海

7、底：4，冬天不施工，（低温早强水泥）v 3、采油：油气水、多孔介质与液相的相互作用。 一次采油 二次采油 三次采油 中石油在伊拉克的鲁迈拉油田：300口井 12000万吨 大庆 ： 30000口井 4000万吨海上潜力大于陆上：中海油南海油田1500m以上，越南，印尼，文莱：8000万吨三采（大庆）：10万吨HPAM 1000万吨油。 压裂 v 4、增产增注措施 酸化 王继刚 讲师石油工程负责国内外资料的调研、室内合成压裂：各种冻胶 泵入地层 传输能量 破岩 充入陶粒、支撑砂 人造渗流通道压裂液性能：滤失量、配伍性、不易陈砂、冻胶易水化（进得去，出得来）、携带能量。酸化：近井地带污染（钻井、固

8、井、射孔） 加酸（溶蚀） 骨架砂破坏 加入缓速剂（表活剂） 石蜡、胶质、沥青质 含量逐渐升高 污染 加入甲苯 防腊 防砂 v 5、油水井的正常维护 化学堵水 稠油降粘 腊：大庆蜡多（凝固点3845）：热洗、化学清蜡、电 化学防蜡： 聚乙烯：不让晶核长大，吸附蜡晶，长不大析不出剂 OP-20：在油管或抽油杆表面的强吸附剂砂：稠油 蒸汽吞吐 粘度高 携砂（砂埋、砂卡）人造井壁 凝胶 近井地带固砂。 堵水：由于无效水循环，含水上升，堵水调剖（冻胶、凝胶、泡沫）稠油降粘：化学降粘 乳化剂（分散到水中呈乳状液） 以往电加热（辽河着火） 破乳 v 6、油气集输 乳化油水分离：电脱：平行板电容，油不带电，水

9、带电（离子）重力沉降：大庆60年代以前，辽河不可用波场；空化作用油气分离：高效破乳剂：污水处理：低温输送：四、胶体化学的发展史v 1861年，英国科学家Graham系统研究，区分晶体和胶体的概念，提出名词，如：胶体 、溶胶、凝胶、胶溶、渗析等。五、胶体化学研究的对象v 研究对象： 溶胶、凝胶、乳状液、表面活性剂、界面现象等等。解决问题：(1)明矾净水(2)肥皂去污(3)人工降雨(4)鱼汤结“冻”(5)原油脱水(6)除草保熵六、胶体与表面化学的发展v 1、自然科学带动胶体与表面化学的提高： 现代物理化学，解决胶体化学中的基本理论问题； 现代精密仪器解决胶体化学许多悬而未决的问题； 胶体应用广泛，

10、丰富了科学内容，促进对知识的探索。 v 2、工农业飞跃发展对胶体表面化学提出新要求： 新产品开发：单分散溶胶制备，超细颗粒； 老产品升级：洗涤剂、化妆品、染料； 旧工艺更新：三采、血液流变学、正电荷溶胶。 用量子化学研究吸附与催化，用分形理论研究胶粒形状，用统计力学研究高分子。用不同力学显微镜研究胶粒间作用力及表面分子的形态、用能谱仪研究胶团等。#（八学时）#第二章 胶体的制备和性质第一节 胶体的制备和净化思路：溶胶质点 小分子溶液质点大小 分散法 （1nm 100nm） 粗分散颗粒 凝聚法 一、胶体制备的一般条件：溶解度（例）：S(乙醇中溶解)+水 硫磺的水溶胶 FeCl3+H2O+OH-

11、Fe(OH)3 形成溶胶稳定剂（例）：胶体制备过程 比表面积增大 体系表面能增大 热力学不稳定体系。使体系稳定 加入稳定剂 改变颗粒表面性质 降低体系能量。 例： TiO2+树脂+油+金属皂（稳） 油漆 金属皂：硬脂酸金属盐（NaCaMgAl）,在TiO2和油表面吸附，类似于表面活性剂分散油滴形成乳状液。 水+油+乳化剂 （稳） 乳状液 AgNO3+KCl AgCl（其中一种盐类过量） 若KCl，AgNO3 过量，在晶体表面上吸附，起到稳定的作用。二、胶体的制备方法1、分散法：（1）机械分散：选用不同类型的机械设备，磨制出不同分散程度的物质颗粒。（搅拌磨、振动磨、转筒式球磨、胶体磨、行星球磨、

12、离心磨、分级器）（2）电分散法：电分散法主要用于制备金、银、铂等金属溶胶。制备过程包括先分散后凝聚两个过程。v 以金属做电极 直流电 电弧 金属气化 水冷却 金属溶胶（3）超声波分散法：这种方法目前只用来制备乳状液。 微波炉：使水分子运动加速，物质变热。（4）胶溶分散法：在某些新生成的沉淀中，加入电解质或置于某一温度下，使沉淀分散成溶胶。2、凝聚法：凝聚法：用物理或化学方法使分子或离子聚集成胶体粒子 的方法。 物理凝聚： 化学凝聚：物理凝聚法：将蒸气状态的物质或溶解状态的物质凝聚为胶体状态的方法。蒸气骤冷、更换溶剂蒸气骤冷：利用蒸汽凝华成固态小颗粒的方法制备溶胶。H2S+O2 S(新相)气变固

13、：PtAgAu 电弧 原子聚并（控制长大条件） 更换溶剂：利用物质在不同溶剂中溶解度差别来制备溶胶的方法（两种溶剂要能完全互溶）。化学凝聚法：通过各种化学反应使生成物呈过饱和状态，使初生成的难溶物微粒结合成胶粒，在少量稳定剂存在下形成溶胶，这种稳定剂一般是过量的反应物。氧化法H2S还原法单宁酸：水解法复分解法三、凝聚法的原理v 物质在凝聚过程中，决定粒子大小的因素是什么?一个核心：控制哪些因素可以获得一定分散度的溶胶。两个阶段（速度）：第一阶段是形成晶核，第二阶段是晶体成长。1、形成晶核的速度A+A 2A (最初的单元聚集体)2、晶体的成长速度： K2：与分子结晶的能垒有关 D：扩散系数，与碰

14、撞到晶核表面几率有关 3、相互制约V1>>V2：成核多 晶体小 分散度大 溶胶V1<<V2： 成核少 晶体大 沉淀图：BaSO4（重晶石），浓度大 晶体形态大小不一相互交接 凝胶。四、 溶胶的净化1、溶胶净化的原因： 多分散性：（机械、电、超声波、凝聚）大小、形状（棒柱球饼）、结构都不同。多电解质：AgNO3+KI AgI+K+NO3-(各种离子)2、溶胶净化方法（1）渗析法主要是利用半透膜（羊皮纸或由火棉胶），将溶胶与纯介质隔开，仅能让小分子或离子通过，而胶粒不能通过。利用浓度差，多余的电解质离子向膜外渗透，经常更换溶剂，就可以净化溶胶。搅拌溶胶或适当加热可加快渗析。

15、（2）电渗析法为了加快渗析速度，在装有溶胶的半透膜两侧接入直流电源，电解质离子在外电场的作用下作定向移动，可以提高净化速度。这种方法称为电渗析法。 海水淡化：（3）超过滤法在半透膜两端施压，将胶粒与介质分开，达到净化的方法称为超过滤法。 净化后的胶粒要立即分散到新介质中，以免聚结成块。若在半透膜的两边施加一定的电场，则为电超过滤法。电渗析与电超过滤法联合使用，可降低超过滤的压力，并可以较快除去多余的电解质。（4）渗透和反渗透 渗透是借半透膜将溶液和溶剂(水)隔开，只允许溶剂分子通过，而胶粒或溶质不能通过，称为渗透 。（不同于渗析，溶质和离子液不能通过）五、 单分散溶胶1、单分散溶胶定义：指胶粒

16、尺寸、形状和组成皆相同的溶胶。 理论模型 理想状态 加以边界条件 不断修正（修正系数） 2、应用： v （1）稳定性的研究：DLVO理论前提是单分散的体系。因此，有了单分散溶胶，就有可能开拓多分散溶胶稳定性理论的研究。 v (2)光散射研究 ：溶胶的光散射研究是以单分散体系为前提套用于多分散体系的。 v (3)流变学研究 使微观流变学以实验为基础，丰富宏观流变学的内涵。 v (4)标准粒子 可用以校核粒度仪、电子显微镜、光散射仪等。 v (5)生物膜等研究 可确定生物膜的孔径大小与分布。 催化剂：太阳能电池中，Rh(铑)的应用。3、制备理论模型多分散性原因：新核的生成与晶核的长大同时进行（V1

17、,V2），最终得到的颗粒是由不同时刻形成的核长大而成的。LaMer的“成核扩散控制”模型（爆发式成核理论）：a、控制溶质的过饱和浓度（c-S），使之略高于成核浓度，短时间内成核，即爆发式成核。b、晶核形成后，溶液浓度迅速低于成核浓度，不再生成新晶核，但浓度仍略高于饱和浓度（S），已有的核以相同的速度长大，形成单分散溶胶。（1）金属盐水溶液高温水解法 KCr(SO4)2（2）金属络合物高温水解法RhCl3聚乙烯醇(3)微乳液法 CdS溶胶(4)溶胶-凝胶转变法：Fe3O4溶胶六、超细颗粒表面分子数比例巨大，表面分子配位数增多 强大的剩余力场 各种性质（光、电、磁、强度）异常。 100分子， 10

18、亿分子10分子于表面。 10000分子于表面。1、超细颗粒的特性2、超细颗粒的应用催化剂：高表面，表面反应温度降低500 100CdS：对光的感应性特别强。药物载体：七、纳米材料 (六学时)第二节 胶体的运动性质一、布朗运动:1、定义：1827 年植物学家布朗（Brown)用显微镜观察到悬浮在液面上的花粉粉末不断地作不规则的运动。 3、对布朗运动的研究得出结论：粒子越小，布朗运动越激烈。其运动激烈的程度不随时间而改变，但随温度的升高而增加。4、本质：颗粒在分子包围之中 分子热运动撞击悬浮粒子 粒子大则瞬时各方向撞击抵消 粒子小 撞击不均匀，各方向冲量不等 产生运动。5、 EinsteinBro

19、wn运动公式X：平均位移，：阿伏伽德罗常数，：8.314：温度， ：粘度 ：半径 t ：时间二、胶粒的扩散1、定义：由于分子的热运动和胶粒的布朗运动，有浓度梯度存在时，可以观察到胶粒从高浓度区向低浓度区定向迁移的现象，这就是胶粒的扩散作用。浓度梯度：胶体粒子浓度随距离的变化率dc/dx（熵驱动能力）。2、Fick第一扩散定律D为扩散系数，物理意义：单位浓度梯度、单位时间内通过单位横截面积的质量（物质的量）。 D越大，胶粒质点的扩散能力越大。式中负号表示扩散发生在浓度降低的方向。（粒子运动能力的量度，不具加和性。）3、 Einstein第一扩散公式Einstein指出，扩散系数D与胶体粒子在介质

20、中运动时阻力系数 f 之间，有如下关系： Stokes定律：若颗粒为球形，可确定阻力系数 f 为：Stokes：工程：粘滞流体力学，定律； 数学：向量分析； 原理； 物理：光学， 效应； 地质学：地球重力场研究。4、公式的相关研究孔片法：自由交界法：光子相关谱法：是测量亚微米及纳米级颗粒尺寸的一种有效方法。此方法通过对悬浮颗粒的随机涨落光散射信号进行相关分析，并利用各种算法反演求得悬浮颗粒的粒径等信息。一般用超纯水作颗粒物的载体介质。计算球形胶粒半径 测D求r，流体力学半径 平均半径。计算非球形胶粒的轴比值：a：其他方法测M(分子量，摩尔质量)求出等效球体的等效半径r，再由Stokes定律 求

21、出fo 。b：利用 ，算出实际f 。 c：f/fo 推算a/b；f/fo=1 为球体，比值越大，胶粒越不对称。估算最大溶剂化量 动力稳定性依据电动性质（电泳）、扩散系数D，测量溶剂化量。布朗运动与扩散的关系：扩散是布朗运动的宏观表现，而布朗运动是扩散的微观基础。四、沉降平衡v 沉降：悬浮在液态介质中的密度比介质大的粒子受重力作用下沉的现象。 v 沉降平衡：各高度上的粒子浓度不随时间的变化而变化的状态。 （一）大气分布（二）胶体粒子分布 用浓度代大气压力：即 v 修正： M摩尔质量： h：浓度为为n1和n2层间距离 可写成：图：2-9，不同粒子浓度下降一半时所需的高度：体 系粒子直径nm粒子浓度

22、降低一半时的高度氧气高度分散的金溶胶粗分散金溶胶藤黄悬浮体0.271.861862305km215cm2×105cm2×103cm（三）在重力作用下的沉降v 1、沉降速度运动之初：mg>>f，f=6r v 有一定向下加速度 v大 f 最后mg=f 及平衡。建立等式后：得出方程 或： V正比于r2 r 体系稳定性弱； V正比于 体系稳定性弱。V反比于 体系稳定性强 ；所以，配制钻井液时加入增稠剂，可提高钻井液的稳定性。伽利略：两个铁球实验。应用：落球粘度计，（早期测压裂液粘度的工具）已知：r，v 求 实验室测压裂液悬砂能力，填石英砂 （悬砂性能评价） 稠油分离，辽

23、河稠油：（0.980.99） 水分离乳状液 T ； ；膨胀系数不一2、沉降分析称重法 粗粒子：由v（沉降）与r关系 测r求v。 理由： 胶体（悬浮体）：多分散体系（r1， r2，rn）；无法求v（沉降），但可求粒度分布（某一大小粒子所占质量分数），即沉降分析。步骤： （1） 由沉降天平测不同时间，盘上净沉降量，做Pt曲线；（2） 做（1）图的不同点截距得Q-r积分分布曲线；（3） 做微分分布曲线，既得不同半径r所占比例。（四）离心力场中的沉降1、溶胶：1100nm，重力场v（沉降）极小忽略 动力学稳定性。离心机：转速3000r/min（50r/s）=100，x=0.2m离心加速度：2x=（50

24、×2）2×0.2=1.974×104（m/s2） 是g的2000倍。1924年，瑞典Swedberg，发明超离心机 1016万转/min 是g的100万倍。 或：已知t1、t2时刻粒子位置x1、x2，可求r 3、超离心机中粒子沉降(四学时)第三节 溶胶的光学性质一、光散射现象(1) 实质(2) 意义(3) 无色：吸收非可见光 溶液一束光 有色：吸收一部分可见光 溶胶 一部分通过 吸收：化学组成 反射： 质点 散射： 大小光：具有波粒二象性，E=hv（布拉德常数*频率）每种物质的电子具有各种能级 E（跃迁能）=E=hv时吸收光 （1）粗分散体系：r；反射，混浊三种现

25、象： （2）胶体溶液：r；散射，乳白色光柱 （3）分子溶液：r；散射光相互干涉抵消，无散射光二、Tyndall效应1、 Tyndall效应定义实例：探照灯、电影机Tyndall效应是胶粒对光散射作用的宏观表现；散射是在光前进方向之外也能观察到光的现象。本质：光是电磁波 分子中的电子跃迁 产生受迫震动（偶极子） 像小天线一样向各个方向发射与入射光频率相同的光 散射光。 分子 散射光因相互干涉 抵消 看不到散射光 溶胶 多相不均匀 射光不能完全抵消 粗粒子 r大 主要以反射光为主 散射光微弱三、Rayleigh散射定律（1）I与4成反比；光波越短越易散射。光波：紫外、紫、蓝、青、绿、黄、橙、红、红

26、外（ 380740nm）紫色是人眼的偏见，在可见光比例少（天空蓝）日出日落，太阳呈红色（散射少，透过多）白光照溶胶，侧观察呈蓝色，正视呈浅红色。（2）I与c成正比：浊度仪： I 粒子多 浓度高 测定两分散度相同，浓度不同的溶胶的散射光强度，可知另一溶胶浓度（测污水杂质含量）（3）I与V2成正比 R大：粗分散体系，无乳光，反射（不适用此公式大于47nm） R小：真溶液，散射光极弱，R1nm V 0 I 0 R胶粒：鉴别溶胶与真溶液，Tyndall效应（4）I与n1 n2差值有关，差越大 I越大（介质与胶粒散射率的差异）当n1=n2（纯液体，气体应无散射），但也有微弱的散射Einstein：分子热

27、运动引起的局部区域密度不同 体系内部折射率的变化 体系光学不均匀性。所以散射是普遍现象，只是胶体更强烈。四、溶胶的颜色（1）溶胶呈现不同颜色原因 无色：对可见光（400740nm）吸收弱；溶胶 有色： 选择性吸收：Fe(OH)3红、CdS黄； 金属Au、Ag（吸收，散射）取决于rAg： r（nm） 透过光 散射光 1020 黄 蓝 2535 红 暗绿 3545 蓝紫 黄 7080 蓝 棕红（2）选择性吸收的原因（化学结构） E=hv：光子能量=分子跃迁能（基态 高能态）则吸收 AgCl:不吸收可见光（白色）每种分子都有自己 AgI、AgBr：吸收蓝色光（黄、深黄）特征的吸收波长（3）Beer定

28、律： 真溶液： C：溶液浓度； E：吸光系数； d：吸收层厚度 溶胶：（修正） A：散射光系数； E+A：消光系数；物质对光的选择性吸收波长，以及相应的吸收系数是该物质的物理常数。当已知某纯物质在一定条件下的吸收系数后,可用同样条件将该供试品配成溶液，测定其吸收度,即可由上式计算出供试品中该物质的含量。钨灯的发射光谱:钨灯光源所发出的400760nm波长的光谱,可作为可见光分光光度计的光源. 氢灯（或氘灯）的发射光谱:氢灯能发出185400 nm波长的光谱,可作为紫外光光度计的光源.（4）金溶胶颜色 R小：吸收占优势（散射弱），长不易被吸收， 透过光呈红色。 R大：散射占优势（吸收弱），长不易

29、被散射， 透过光呈蓝色。五、超显微镜1. 狭缝式v 照射光从碳弧光源射出，经可调狭缝后，由透镜会聚，从侧面射到盛胶体溶液的样品池中。 超显微镜的目镜看到的是胶粒的散射光。如果溶液中没有胶粒，视野将是一片黑暗。 2. 心形聚光器超显微镜有一个心形腔，上部视野涂黑， 强烈的光通入心形腔 后不能直接射入目镜，而是在腔壁上几经反射，最后从侧面会聚在试样上。目镜在黑暗的背景上看到的是胶粒发出的的散射光。3、超显微镜的应用（1） 可以测定球状胶粒的平均半径。镜下粒子平均数 每毫升胶粒数n 每毫升胶粒质量 m 胶粒密度 （定量分析：离心机净化，过滤）m = n v （2） 间接推测胶粒的形状和不对称性。例如

30、，球状粒子不闪光，不对称的粒子在向光面变化时有闪光现象。（3） 判断粒子分散均匀的程度。粒子大小不同，散射光的强度也不同。（4） 观察胶粒的布朗运动 、电泳、沉降和凝聚等 现象。第四节 溶胶的电学性质和胶团结构1、电泳：在外电场的作用下，带电粒子在介质中定向迁移的现象。影响因素：离子强度（离子电性强弱，）说明：胶体颗粒带电与制备条件与PH值有关： 电泳仪：（1）Tiselius电泳仪：沿aa, bb 和cc都可以水平滑移。实验开始时，从bb处将上部移开，下面A，B部分装上溶胶，然后将上部移到原处，在C部装上分散介质，在bb处有清晰界面。接通直流电源，在电泳过程中可以清楚的观察到界面的移动。（2

31、）界面移动电泳仪：首先在漏斗中装上待测溶胶，U型管下部活塞内径与管径相同。实验开始时，打开底部活塞，使溶胶进入U型管，当液面略高于左、右两活塞时即关上，并把多余溶胶吸走。在管中加入分散介质，使两臂液面等高。小心打开活塞 ，接通电源，观察液面的变化。 注意：1、若是无色溶胶，必须用紫外吸收等光学方法读出液面的变化。2、另外要选择合适的介质，使电泳过程中保持液面清晰。（3）显微电泳仪：装置中用的是铂黑电极，观察管用玻璃制成。电泳池是封闭的，电泳和电渗同时进行。该方法简单、快速，胶体用量少，可以在胶粒所处的环境中测定电泳速度和电动电位。但只能测定显微镜可分辨的胶粒，一般在20nm以上。 （4）区带电

32、泳A、纸上电泳：将一厚滤纸条在一定pH的溶液中浸泡，取出后两端夹上电极，在滤纸中央滴少量待测溶胶，电泳速度不同的各组分即以不同速度沿纸条运动。经一段时间后，在纸条上形成距起点不同距离的区带，区带数等于样品中的组分数。将纸条干燥并加热，将蛋白质各组分固定在纸条上，再用适当方法进行分析。B、凝胶电泳：凝胶电泳的分辨率极高。例如，纸上电泳只能将血清分成五个组分，而用聚丙烯酰胺凝胶作的凝胶电泳可将血清分成25个组分。 应用：钻井液的电位：分离、检测氨基酸：电泳电镀:静电除尘：实际为烟雾气溶胶电泳现象。带尘粒的气溶胶在高压直流电场（3060KV）下因电机放电而使气体电离，尘粒吸附阴离子带电而正极（集尘极

33、）移动，放电下落，效率99%，但成本高。2、电渗析(1)定义：在外加电场作用下，带电的介质通过多孔膜或毛细管作定向移动，这种现象称为电渗析应用 3、流动电势：这种因带电介质流动而产生的电势称为流动电势。4、沉降电势：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，使底层与表面层的粒子浓度悬殊，从而产生电势差，这就是沉降电势。 二、质点表面电荷的来源1、电离： 当PH等电点：荷负电蛋白质（-COOH；-NH2） 当PH等电点：不带电当PH等电点：荷正电2、离子吸附3、晶格取代:4、非水介质中质点带电的原因:三、胶团结构胶核：组成胶粒核心部分的固态微粒称为胶核。（晶体易吸附离子而带电，

34、故胶核包括表层离子？） 胶粒 ： 胶核与吸附层组成“胶粒” 胶团 ： 胶粒与扩散层中的负离子组成“胶团”溶胶 ： 胶团分散于液体介质中便是“溶胶”。四、双电层理论和电动电位z双电层的形成：当固体与液体接触时，固体可以从溶液中选择性吸附某种离子，固体分子本身也可以发生电离作用而使离子进入溶液，以致使固液两相带有不同符号的电荷，在界面上形成了双电层的结构。双电层的发展：一百多年来不同学者提出了不同的看法。最早于1879年Helmholz提出平板型模型；1910年Gouy和1913年Chapman修正了平板型模型，提出了扩散双电层模型；后来Stern又提出了Stern模型。1、平板型模型（Helmh

35、olz）:说明：随增大而下降。溶液中=0，无法解释溶胶电泳。2、（GouyChapman）模型v 双电层由紧密层和扩散层构成。移动的切动面为AB面。v 滑动面：当固液两相发生相对移动时呈现在固液交界处的一个高低不平的曲面，它位于紧密层之外，扩散层之中且距固体表面距分子直径大小处。两 表面电势（热力学电位）：粒子表面到均匀液相总电位差。个电位 流动电势（电位，电动电位）：滑动面处与溶液内部的电位差 。 为一部分进滑动面内离子多小 进滑动面内离子少大意义：解释了电动现象，区分 与 。但不能解释电位变号，或高于表面电位的问题。理解要点：1：溶液中的反离子受两个相互对抗的力的作用；静电引力使反离子趋于

36、表面，热扩散运动使反离子均匀分布，反离子的平衡分布是两种对抗作用的总结果。 2：溶液中反离子分为两部分（扩散双电层）：a：紧密层、其厚度不随外界条件变化而变，粒子运动亦运动。b：扩散层、在外电场作用下与胶粒运动反向，厚度随外界变化。3、Stern模型对GouyChapman 1：Stenn层（紧密层）：吸附在固体 修正 表面的紧密层约1、2个分子厚；电势 直线下降。 2：扩散层：电势曲线下降，厚度由体相溶液的浓度决定。特性吸附：当溶液中含有高价反离子或表面活性剂离子，质点将对他们发生强烈的选择性吸附。 反号：特吸高价反离子， s与 o相反。高位：克服静电斥力吸附大量同号离子（表活剂离子），使s

37、高于 o 。4、 电位计算（八学时）第五节 胶体的稳定性前言：溶胶多相、分散、热力学不稳定，但却能稳定存在。 胶粒带电 聚结稳定性原因： 溶剂化作用 布朗运动 动力稳定性一、溶胶的稳定性与DLVO原理胶体的稳定性：指胶体的某种性质（如：分散相浓度、颗粒大小、体系粘度和密度）有一定程度的不变性。（1）热力学稳定性：胶体颗粒微小（1100nm）比表面积大表面能大热力学上不稳定：稳定剂：乳状液（乳化剂）；AgI（AgNO3;KI） （2）动力学稳定性：胶体高度分散沉降、布朗运动强阻边下沉稳定（）增粘剂：XC生物聚合物（黄原胶）； HEC（羟乙基纤维素）：聚合物钻井液的增粘剂；降滤失剂：CMC（钠羧甲

38、基纤维素）：应用广泛，酸奶牙膏。 电离，吸附于粘土表面，水化膜增厚，（3）聚集稳定性：胶体数量大小胶粒团聚能大团聚成大粒子分散度降低稳定性差：加入分散剂分散剂（解絮凝剂、降粘剂） 分散型：单宁类，木质素磺酸盐类 聚合物型：低分子量烯类单体聚合物泥浆稠化原因：（由于固相含量提高，电解质，增粘剂），使钻井液中的网架结构束缚包裹自由水不能移动，使钻井液中自由水大量减少，导致变稠。1、 改性丹宁：丹宁碱液（NaT）：抗盐抗温性差磺甲基单宁（SMT）：抗温强、抗盐差机理：通过配位键（阴离子）吸附在粘土颗粒上，增加负电荷和水化层，使颗粒间的斥力（静电、水化膜）增加，削弱或拆散网架结构。、下降。2、 铁铬木

39、质磺酸盐（FCLS） 热稳好（150）特点 抗盐、钙强 铬、毒、污染、易发泡替代品：Ti（钛）Zr（鋯）木质素磺酸盐降粘机理： （1）吸附 负电荷、水膜增 斥力增 削弱网 、下降 （2）具有一定抑制作用，防止底层泥页岩分散造浆、上升3、 低分子量烯类单体聚合物X-A40：聚丙烯酸钠热稳好（150）不抗盐、钙X-B40：丙烯酸钠和丙烯磺酸钠的共聚物热稳好抗盐优于X-A40XY-27：两性复合离子聚合物。M=2000：抑制作用强降粘机理： （1）吸附 负电荷、水膜增 弱网架结构 （2）低分子吸附能力高分子，优先吸附 顶替原已吸附在粘土颗粒上的高分子 拆散高分子与粘土网架；降粘剂易可与高分子聚合物发

40、生交联作用阻碍高分子与粘土形成网架结构。DLVO理论认为：溶胶在一定条件下稳定存在还是聚沉，取决于粒子间的相互吸引力和静电斥力。若斥力大于吸引力则溶胶稳定，反之不稳定。（1）胶粒间的相互吸引：A：Hamaker常数。注：对于分散在介质中的粒子，用有效的A121（Hamaker常数）A121=（-）A11 ，A22：粒子和介质的Hamaker常数。介质与质点的性质越接近，粒子间的吸引力越弱，有利于胶体稳定。（2）胶粒间的相互排斥：由扩散的电层理论，胶体带电，四周为离子氛所包围。胶粒带正电 外围反离子作用（屏蔽） 离子氛未接触（未重叠） 无排斥作用。离子氛重叠时 重叠区离子浓度大 破坏了电荷的对称

41、性 电荷重新分布 离子扩散 胶粒受斥力相互脱离（3）胶粒间总相互作用能0EREAEmax距离远时，离子氛未重叠，吸力起作用，总未能为负；距离变近，离子氛重叠，斥力起作用，总位能为正；（一定距离时，总位能最大，峰值E。如越过此峰值，位能下降）距离很近，EA激增，引力占优势，总位能为负；（意味胶粒易发生聚集）再接近，ER激增，意味着不能无限接近（重合）结论：要使胶粒聚集，必须通过能峰E0，也就是胶体一定时间内具有“聚集稳定性”，E0是保持胶体分散度不易自行降低的性质。DLVO理论的要点（1）胶团之间存在斥力势能ER和引力势能EA。 引力：Van der Waals力斥力 重叠后离子的渗透斥力 静电

42、斥力（2）系统总位能ET= ER+EA。变化决定着系统的稳定性，是距离x的函数。（3）电解质的加入影响斥力位能，调解电解质浓度，可稳定胶体。（4）胶体的溶剂化作用引起聚结稳定性，也是稳定的重要原因，分散相粒子周围有水化外壳（水化膜斥力），增加溶胶聚合的机械阻力。（5）Brown运动克服重力场的影响而不下沉，动力学稳定性。二、溶胶的聚沉聚沉定义：溶胶的“稳定”是有条件的，一旦稳定条件被破坏，溶胶中的粒子就合并（聚集）长大，最后从介质中沉淀析出，这种现象为聚沉。1、电解质的聚沉作用：电解质C小：反离子一部分压入吸附层，带电，E0，易聚沉。电解质C一定值：反离子全部压入吸附层，带电0，=0，E0最小

43、，最不稳定。电解质C过量（高价）：全部压入+部分电解质，带异电，反号。1：加电解质前（1>0）2，3：加电解质后（减小）4：等电状态5：再带电（5<0）SchulzeHardy规则电解质对溶胶稳定性的影响 反离子价数影响最大，价数越高，聚沉能力越强。 反离子价数相同，聚沉能力也有差异。排序：（感胶离子序：同号同价离子按聚沉能力排序） H+>Cs+（铯）>Rb+（铷）>K+>Na+>Li+ F->Cl->Br->NO3->I- 反离子相同时，与溶胶同性离子也会影响聚沉值，价数逾高，聚沉能力愈低。 有机化合物的离子都有很强聚沉能力，

44、与其具强吸附性有关。（聚合物、高分子表面活性剂）2、溶胶的相互聚沉明矾净水：KAl（SO4）2 12H2O水解生产正电荷Al（OH）3与土壤胶体聚沉。不同牌号墨水，利用血液能否聚沉判断血型。3、大分子对溶胶的作用明胶 定义：水溶性蛋白质混合物，皮肤、韧带、肌腱中的胶原经酸或碱部分水解或在水中煮沸而产生，无色或微黄透明的脆片或粗粉状，在3540水中溶胀形成凝胶(含水为自重510倍)。是营养不完全蛋白质，缺乏某些必需氨基酸，尤其是色氨酸，广泛用于食品和制作黏合剂、感光底片、滤光片等。 增液溶胶：分散相与分散介质没有亲和力或只有很弱亲和力的溶胶。 例如金、氢氧化铁等分散在水中的溶胶。 性质比较不稳定，必须含有稳定剂（保护胶体）才能存在，遇着微量电解质就会凝聚而生成沉淀，并且一般不能复原注： 憎液溶胶：易聚沉，不稳定，介质蒸发后加入介质不再形成溶胶，亲液溶胶：大分子溶胶，价值蒸发后再加入又可形成溶胶， 热力学稳定体系。4、微波对溶胶稳定性的影响微波炉：微波是一种电磁波。这种电磁波的能量不仅比通常的无线电波大得多，而且还很有"个性"，微波一碰到金属就发生反射，金属根本没有办法吸收或传导它；微波可以穿过玻璃、陶瓷、塑料等绝缘材料，但不会消耗能量；而含有水分的食物，微波不但不能透过，其能量反而会被吸收。v