第11章 胶体化学 - 复件(1)

1、Daqing Petroleum Institute物理化学多媒体课件物理化学多媒体课件上 页下 页主目录返 回2练习题思考题作 业2022-6-2811.1 胶体的基本特性及其制备胶体的基本特性及其制备第十一章第十一章 胶体化学胶体化学11.3 溶胶的动力性质溶胶的动力性质11.2 溶胶的光学性质溶胶的光学性质11.4 溶胶的电学性质溶胶的电学性质11.5 溶胶的稳定性与聚沉溶胶的稳定性与聚沉11.7 乳状液、泡沫、气溶胶乳状液、泡沫、气溶胶11.8 大分子概说大分子概说11.9 Donnan平衡平衡11.10 盐析与盐析与胶凝胶凝u 教学要求教学要求11.6 悬浮液悬浮液上 页下 页主目录

2、返 回3练习题思考题作 业2022-6-2811.1 胶体的基本特性及其制备胶体的基本特性及其制备形成胶粒的条件形成胶粒的条件 分散相与分散介质分散相与分散介质分散系统分类分散系统分类憎液溶胶的特性憎液溶胶的特性胶粒的形状胶粒的形状（1）按分散相粒子的大小分类）按分散相粒子的大小分类（2）按分散相和介质的聚集状态分类）按分散相和介质的聚集状态分类（3）按胶体溶液的稳定性分类）按胶体溶液的稳定性分类溶溶胶的制备胶的制备溶溶胶的净化胶的净化上 页下 页主目录返 回4练习题思考题作 业2022-6-28一、分散相与分散介质一、分散相与分散介质通常有三种分类方法：通常有三种分类方法：分子分散系统分子分

3、散系统胶体分散系统胶体分散系统粗分散系统粗分散系统按分散相粒子的大小：按分散相粒子的大小：按分散相和介质的聚集状态：按分散相和介质的聚集状态：液溶胶液溶胶固溶胶固溶胶气溶胶气溶胶按胶体溶液的稳定性：按胶体溶液的稳定性： 憎液溶胶憎液溶胶亲液溶胶亲液溶胶（大分子溶液）（大分子溶液）二、分散系统分类二、分散系统分类 把一种或几种物质分散在另一种物质中就构成分散系统。把一种或几种物质分散在另一种物质中就构成分散系统。其中，其中，被分散的物质称为分散相被分散的物质称为分散相（dispersed phase），），另一种另一种物质称为分散介质物质称为分散介质（dispersing medium)。上 页

4、下 页主目录返 回5练习题思考题作 业2022-6-281. 按分散相粒子大小分类按分散相粒子大小分类(1) 分子分散系统：分子分散系统： d10-9m， 单相，真溶液；单相，真溶液；(2) 胶体胶体(colloid)分散系统：分散系统：10-9md10-7m， 多相，高度分散，热力学不稳定。多相，高度分散，热力学不稳定。(3) 粗分散系统：粗分散系统：10-7md10-5m， 多相，热力学不稳定系统多相，热力学不稳定系统 如：乳状液如：乳状液emulsion；悬浮液悬浮液suspension10-6m上 页下 页主目录返 回6练习题思考题作 业2022-6-282. 按分散相和分散介质的聚集

5、状态分类：按分散相和分散介质的聚集状态分类：分散介质分散介质分散相分散相名名 称称 例例 子子 液体液体 固体固体 液体液体 气体气体 固体固体 固体固体 液体液体 气体气体 气体气体 固体固体 液体液体雾，云雾，云气溶胶气溶胶饼干，泡沫塑料饼干，泡沫塑料固体泡沫固体泡沫珍珠珍珠凝胶凝胶肥皂水肥皂水泡沫泡沫牛奶牛奶乳状液乳状液Fe(OH)3溶胶溶胶,泥浆泥浆溶胶，悬浮液溶胶，悬浮液烟，尘烟，尘气溶胶气溶胶有色玻璃有色玻璃固溶胶固溶胶上 页下 页主目录返 回7练习题思考题作 业2022-6-283. 按胶体溶液的稳定性分类按胶体溶液的稳定性分类(1). 憎液溶胶憎液溶胶 半径在半径在1nm100

6、 nm之间的难溶物固体粒子分散在液体介质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，中，有很大的相界面，易聚沉，是热力学上的不稳定系统。是热力学上的不稳定系统。 一旦将介质蒸发掉，再加入介质就无法再形成溶胶，是一旦将介质蒸发掉，再加入介质就无法再形成溶胶，是 一个一个不可逆系统不可逆系统，如氢氧化铁溶胶、碘化银溶胶等。，如氢氧化铁溶胶、碘化银溶胶等。 这是胶体分散系统中主要研究的内容。这是胶体分散系统中主要研究的内容。 半径落在胶体粒子范围内的大分子溶解在合适的溶剂中，半径落在胶体粒子范围内的大分子溶解在合适的溶剂中，一旦将溶剂蒸发，大分子化合物凝聚，再加入溶剂，又可形一旦将

7、溶剂蒸发，大分子化合物凝聚，再加入溶剂，又可形成溶胶，成溶胶，亲液溶胶是热力学上稳定、可逆的系统。亲液溶胶是热力学上稳定、可逆的系统。(2). 亲液溶胶亲液溶胶上 页下 页主目录返 回8练习题思考题作 业2022-6-28三、憎液溶胶的特性三、憎液溶胶的特性（1）高度分散）高度分散 大小大小10-9m10-7 m，扩散较慢，不能透过半透膜，扩散较慢，不能透过半透膜，渗透压低，但有较强的动力稳定性和乳光现象。渗透压低，但有较强的动力稳定性和乳光现象。（2）多相多相 具有纳米级的粒子是由许多离子或分子聚结而成，具有纳米级的粒子是由许多离子或分子聚结而成，结构复杂，结构复杂，与介质之间有明显的相界面

8、，比表面很大与介质之间有明显的相界面，比表面很大。（3）热力学不稳定热力学不稳定 粒子小，比表面大，表面自由能高，是热力学不粒子小，比表面大，表面自由能高，是热力学不稳定系统，有自发降低表面自由能的趋势，即小粒子稳定系统，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。会自动聚结成大粒子。上 页下 页主目录返 回9练习题思考题作 业2022-6-28四、四、形成形成溶胶的溶胶的必要条件必要条件胶粒胶粒并非都是球形并非都是球形，胶粒的形状对胶，胶粒的形状对胶体性质有重要影响。体性质有重要影响。质点为球形流动性较质点为球形流动性较好；若为带状，则流动性较差，易产生好；若为带状，则流动性较差

9、，易产生触触变现象变现象。例如：例如： （1 1）聚苯乙烯胶乳是球形质点）聚苯乙烯胶乳是球形质点 （2 2）V2 2O5 5 溶胶是带状的质点溶胶是带状的质点 （3 3）Fe(OH)3 溶胶是丝状的质点溶胶是丝状的质点（1 1）分散相的溶解度要小；）分散相的溶解度要小； （2 2）还必须有稳定剂存在，否则胶粒易聚）还必须有稳定剂存在，否则胶粒易聚结而聚沉。结而聚沉。 五、胶粒的形状五、胶粒的形状上 页下 页主目录返 回10练习题思考题作 业2022-6-28六、溶胶的制备六、溶胶的制备 制备溶胶必须使分散相粒子的大小落在胶体分散制备溶胶必须使分散相粒子的大小落在胶体分散系统的范围之内，并加入适

10、当的稳定剂。制备方法可系统的范围之内，并加入适当的稳定剂。制备方法可分为两类：分为两类： （1 1）分散法分散法 用机械、化学等方法使固体的粒子变小。用机械、化学等方法使固体的粒子变小。（2 2）凝聚法）凝聚法 使分子或离子聚结成胶粒。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用这两种方法直接制出的粒子称为原级粒子。原级粒子。这些粒这些粒子又可以聚集成较大的子又可以聚集成较大的次级粒子次级粒子。通常溶胶中粒子通常溶胶中粒子大小大小不不一一，是一个，是一个多级分散系统多级分散系统。 10-9m10-7 m大变小小变大（2 2）凝聚法凝聚法 使分子或离子聚结成胶粒。使分子或离子聚结成

11、胶粒。 上 页下 页主目录返 回11练习题思考题作 业2022-6-281. 1. 分散法分散法用机械粉碎的方法将固用机械粉碎的方法将固体磨细。体磨细。这种方法适用于脆而易这种方法适用于脆而易碎的物质，对于柔韧性的物碎的物质，对于柔韧性的物质必须先硬化后再粉碎。例质必须先硬化后再粉碎。例如，将废轮胎粉碎，先用液如，将废轮胎粉碎，先用液氮处理，硬化后再研磨。氮处理，硬化后再研磨。 转速转速1万万 2 万万rpm。可得可得1000 nm左右的粒子左右的粒子。(1)(1). . 研磨法研磨法上 页下 页主目录返 回12练习题思考题作 业2022-6-28(2). (2). 胶溶法胶溶法胶溶法胶溶法又

12、称又称解胶法解胶法，是将新鲜的凝聚胶粒重新分散在介质，是将新鲜的凝聚胶粒重新分散在介质中形成溶胶，并加入适当的稳定剂。中形成溶胶，并加入适当的稳定剂。这种稳定剂又称这种稳定剂又称胶溶剂胶溶剂。用化学凝聚法制溶胶时，为了将多余的电解质去掉，先将用化学凝聚法制溶胶时，为了将多余的电解质去掉，先将胶粒过滤，洗涤，然后尽快分散在含有胶溶剂的介质中，形成胶粒过滤，洗涤，然后尽快分散在含有胶溶剂的介质中，形成溶胶。溶胶。 例如：例如：AgCl (新鲜沉淀）新鲜沉淀） AgCl(溶胶）溶胶）AgNOKCl3加加或或 Fe(OH)3（新鲜沉淀）新鲜沉淀） Fe(OH)3 ( (溶胶）溶胶）3FeCl加加上 页

13、下 页主目录返 回13练习题思考题作 业2022-6-28(3)(3). .超声分散法超声分散法只用来制备乳状液只用来制备乳状液将分散相和分散介质两种不混溶的将分散相和分散介质两种不混溶的液体放在样品管液体放在样品管4 4 中。样品管固定在变中。样品管固定在变压器油浴中。在两个电极上通电，使电压器油浴中。在两个电极上通电，使电极中间的石英片发生机械振荡，管中的极中间的石英片发生机械振荡，管中的两个液相均匀地混合成乳状液。两个液相均匀地混合成乳状液。 (4)(4). .电弧法电弧法 用于制备金、银等金属溶胶。用于制备金、银等金属溶胶。包括包括先分散后凝聚两个过程。先分散后凝聚两个过程。 将金属做

14、成电极，浸在有少量将金属做成电极，浸在有少量NaOH 作为稳定剂的水中。作为稳定剂的水中。 通电，使两电极间发生电火花，这通电，使两电极间发生电火花，这时表面金属蒸发，是分散过程，时表面金属蒸发，是分散过程，接着金接着金属蒸气立即被水冷却而凝聚为胶粒。属蒸气立即被水冷却而凝聚为胶粒。上 页下 页主目录返 回14练习题思考题作 业2022-6-282.2.凝聚法凝聚法(1)(1). .化学凝聚法化学凝聚法 通过化学反应使生成物呈过饱和状态，使初生成的难通过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，溶物微粒结合成胶粒，在少量稳定剂存在下形成溶胶，这这

15、种稳定剂一般是某一过量的反应物。种稳定剂一般是某一过量的反应物。例如：例如：A. .复分解反应制硫化砷溶胶复分解反应制硫化砷溶胶 2H3AsO3(稀稀)+ 3H2S As2S3(溶胶溶胶)+6H2OB. 水解反应制氢氧化铁溶胶水解反应制氢氧化铁溶胶 FeCl3 (稀稀)+3H2O(热热) Fe(OH)3 (sol) +3HCl上 页下 页主目录返 回15练习题思考题作 业2022-6-28 2H2S( (稀稀) )+ SO2( (g)2H2O +3S (sol) Na2S2O3 +2HCl2NaCl +H2O +SO2 +S (sol)E. 离子反应制氯化银溶胶离子反应制氯化银溶胶 AgNO3

16、( (稀稀) )+ KCl(稀稀) ) AgCl (sol) +KNO3D. 还原反应制金溶胶还原反应制金溶胶 2HAuCl4( (稀）稀）+ 3HCHO +11KOH 2Au( (溶胶溶胶) )+3HCOOK + 8KCl + 8H2O C. .氧化还原反应制备硫溶胶氧化还原反应制备硫溶胶上 页下 页主目录返 回16练习题思考题作 业2022-6-28A. . 更换溶剂法更换溶剂法 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，而且胶，而且两种溶剂要能完全互溶两种溶剂要能完全互溶。 例例1 1. .松香易溶于乙醇而难溶于水，将松香的乙醇溶液松香易

17、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滴入水中可制备松香的水溶胶 。 例例2 2. .将硫的丙酮溶液滴入将硫的丙酮溶液滴入 90左右的热水中，丙酮蒸左右的热水中，丙酮蒸发后，可得硫的水溶胶。发后，可得硫的水溶胶。 (2). (2).物理凝聚法物理凝聚法上 页下 页主目录返 回17练习题思考题作 业2022-6-28将汞的蒸气通入冷水中就可以得到汞的水溶胶。将汞的蒸气通入冷水中就可以得到汞的水溶胶。B. .蒸气骤冷法蒸气骤冷法罗金斯基等人利用下列装置，制备碱金属的苯溶胶。罗金斯基等人利用下列装置，制备碱金属的苯溶胶。 先将系统抽真空，然先将系统抽真空，然后适当加热管后适当

18、加热管2和管和管4，使，使钠和苯的蒸气同时在管钠和苯的蒸气同时在管5 外壁凝聚。除去管外壁凝聚。除去管5中的中的液氮，凝聚在外壁的混合液氮，凝聚在外壁的混合蒸气融化，在管蒸气融化，在管3中获得中获得钠的苯溶胶。钠的苯溶胶。2苯，苯， 4金属钠，金属钠，5液氮液氮上 页下 页主目录返 回18练习题思考题作 业2022-6-28七、溶胶的净化七、溶胶的净化 在制备溶胶的过程中，常生成一些多余的电解质，在制备溶胶的过程中，常生成一些多余的电解质，如制备如制备 Fe(OH)3溶胶时生成的溶胶时生成的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

19、使溶胶不稳定，容易聚沉，所以必的电解质存在会使溶胶不稳定，容易聚沉，所以必须除去。须除去。 净化的方法主要有净化的方法主要有渗析法渗析法和和超过滤法超过滤法。 上 页下 页主目录返 回19练习题思考题作 业2022-6-28电渗析电渗析 为加快渗析速度，在装为加快渗析速度，在装有溶胶的半透膜两侧外有溶胶的半透膜两侧外加一个电加一个电场场，使多余的电解质离子向相应，使多余的电解质离子向相应的电极作定向移动。这样可以提的电极作定向移动。这样可以提高净化速度。高净化速度。简单渗析简单渗析 将需要净化的溶胶将需要净化的溶胶放在羊皮纸或动物膀胱等半透放在羊皮纸或动物膀胱等半透膜制成的容器内，膜外放纯溶膜

20、制成的容器内，膜外放纯溶剂。剂。 多余的电解质离子不断向膜多余的电解质离子不断向膜外渗透，经常更换溶剂，就可以外渗透，经常更换溶剂，就可以净化半透膜容器内的溶胶。净化半透膜容器内的溶胶。1. 渗析法渗析法上 页下 页主目录返 回20练习题思考题作 业2022-6-28 用用半透膜作过滤膜半透膜作过滤膜，利用吸，利用吸滤或加压的方法使胶粒与含有杂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离。质的介质在压差作用下迅速分离。将半透膜上的胶粒迅速用含有稳将半透膜上的胶粒迅速用含有稳定剂的介质再次分散。定剂的介质再次分散。2. 超过滤法超过滤法电超过滤：电超过滤： 有时为了加快过滤速度，有时

21、为了加快过滤速度，在半透膜两边安放电极，施以在半透膜两边安放电极，施以一定电压，使电渗析和超过滤一定电压，使电渗析和超过滤合并使用，这样可以降低超过合并使用，这样可以降低超过滤压力。滤压力。上 页下 页主目录返 回21练习题思考题作 业2022-6-2811.2 溶胶的光学性质溶胶的光学性质光散射现象光散射现象Tyndall效应效应Rayleigh公式公式乳光计原理乳光计原理浊浊 度度超显微镜超显微镜上 页下 页主目录返 回22练习题思考题作 业2022-6-28一、光散射现象一、光散射现象 当光束通过分散系统时，一部分自由地通过，一部当光束通过分散系统时，一部分自由地通过，一部分被吸收、反射

22、或散射。可见光的波长在分被吸收、反射或散射。可见光的波长在400760 nm之之间。间。 （1）当光束通过当光束通过粗分散系统粗分散系统，由于粒子，由于粒子大于大于入射光入射光的波长，主要发生的波长，主要发生反射反射，使系统呈现混浊。，使系统呈现混浊。 （2）当光束通过当光束通过胶体溶液胶体溶液，由于胶粒直径，由于胶粒直径小于小于可见可见光波长，主要发生光波长，主要发生散射散射，可以看见乳白色的光柱。，可以看见乳白色的光柱。 （3）当光束通过当光束通过分子溶液分子溶液，由于溶液十分均匀，散，由于溶液十分均匀，散射光因相互干涉而完全抵消，射光因相互干涉而完全抵消，看不见散射光看不见散射光。1.

23、光散射现象光散射现象上 页下 页主目录返 回23练习题思考题作 业2022-6-28 入射光波长入射光波长 分散粒子尺寸分散粒子尺寸散射散射（可见光波长（可见光波长 400 760 nm；胶粒胶粒 1 1000nm) 入射光频率入射光频率 = 分子固有频率分子固有频率 吸收吸收 无作用无作用 透过透过上 页下 页主目录返 回24练习题思考题作 业2022-6-282. 光散射的本质光散射的本质 光是一种电磁波，照射溶胶时，分子中的电子光是一种电磁波，照射溶胶时，分子中的电子分布发生位移而产生偶极子，这种偶极子像小天线分布发生位移而产生偶极子，这种偶极子像小天线一样向各个方向发射与入射光频率相同

24、的光，这就一样向各个方向发射与入射光频率相同的光，这就是是散射光散射光。 分子溶液分子溶液十分均匀，这种散射光因相互干涉而十分均匀，这种散射光因相互干涉而完全抵消，完全抵消，看不到散射光看不到散射光。 溶胶溶胶是多相不均匀系统，在胶粒和介质分子上是多相不均匀系统，在胶粒和介质分子上产生的散射光不能完全抵消，因而产生的散射光不能完全抵消，因而能观察到散射现能观察到散射现象象。上 页下 页主目录返 回25练习题思考题作 业2022-6-28二、二、Tyndall效应效应 Tyndall效应效应是判别溶胶与分子是判别溶胶与分子溶液的最简便的方溶液的最简便的方法。法。 1869年年Tyndall发现，

25、若令一束会聚光通过溶胶，从发现，若令一束会聚光通过溶胶，从侧面（即与光束垂直的方向）可以看到一个发光的圆锥侧面（即与光束垂直的方向）可以看到一个发光的圆锥体，这就是体，这就是Tyndall效应效应。其他分散系统也会产生一点散。其他分散系统也会产生一点散射光，但远不如溶胶显著。射光，但远不如溶胶显著。 上 页下 页主目录返 回26练习题思考题作 业2022-6-28三、三、Rayleigh公式公式对于粒子半径对于粒子半径C2。 由于分子的热运动和胶粒的布朗运动，胶粒从由于分子的热运动和胶粒的布朗运动，胶粒从C1区区向向C2区迁移的现象，这就是区迁移的现象，这就是胶粒的扩散作用胶粒的扩散作用。上

26、页下 页主目录返 回36练习题思考题作 业2022-6-28设通过设通过AB面面的的扩散质量为扩散质量为m, ,则扩则扩散速度为散速度为: :ddmt1. 斐克第一定律斐克第一定律（Ficks first law） 如图所示，设任一平行于如图所示，设任一平行于AB面的截面上浓度是均面的截面上浓度是均匀的，但水平方向自左至右浓度变稀，梯度为匀的，但水平方向自左至右浓度变稀，梯度为 。ddcx它与浓度梯度和它与浓度梯度和AB截面积截面积A成正比。成正比。上 页下 页主目录返 回37练习题思考题作 业2022-6-28 用公式表示为：用公式表示为：这就是这就是斐克第一定律斐克第一定律。 D为扩散系数

27、，其物理意义为：单位浓度梯度、为扩散系数，其物理意义为：单位浓度梯度、单位时间内通过单位截面积的质量。单位时间内通过单位截面积的质量。单位：单位：m2 s-1 式中负号表示扩散发生在浓度降低的方向。式中负号表示扩散发生在浓度降低的方向。18时金溶胶的扩散系数时金溶胶的扩散系数粒子半径粒子半径r/nmD 109/(m2 s-1)0.002130.02130.213100101 可见，粒子越小，扩可见，粒子越小，扩散系数越大，扩散能力越散系数越大，扩散能力越强。胶体粒子扩散速率要强。胶体粒子扩散速率要比真溶液小几百倍。比真溶液小几百倍。上 页下 页主目录返 回38练习题思考题作 业2022-6-2

28、8在在ABFE体积内粒子净增速率为体积内粒子净增速率为(1)-(2)(1)-(2)，即：，即： dd()d (3) ddcDAxxx离开离开EF面的扩散量为面的扩散量为dd()dd (d dd 2)cDxAxxcx 设单位时间设单位时间进入进入AB面的扩散量为：面的扩散量为： d d (1)cDAx 2. 斐克第二定律斐克第二定律斐克第二定律适用于浓度梯度变化的情况。斐克第二定律适用于浓度梯度变化的情况。上 页下 页主目录返 回39练习题思考题作 业2022-6-28这就是这就是斐克第二定律斐克第二定律。若考虑到扩散系数受浓度的影响，则若考虑到扩散系数受浓度的影响，则单体积单体积内粒子浓度随时

29、间的变化率为：内粒子浓度随时间的变化率为：这个斐克第二定律的表示式是扩散的普遍公式。这个斐克第二定律的表示式是扩散的普遍公式。上 页下 页主目录返 回40练习题思考题作 业2022-6-28将布朗运动公式将布朗运动公式123RTtxLr （）6RTDLr 从上式可以求粒子半径从上式可以求粒子半径 r。已知已知 r 和粒子密度和粒子密度，可以可以计算粒子的摩尔质量。计算粒子的摩尔质量。3. Einstein-Brown位移方程位移方程22xDt 代入代入得得对于球形粒子，对于球形粒子，D 可由爱因斯坦可由爱因斯坦斯托克斯方程计算。斯托克斯方程计算。16RTDLr 上 页下 页主目录返 回41练习

30、题思考题作 业2022-6-28三、溶胶的渗透压三、溶胶的渗透压 由于胶粒不能透过半透膜，而介质分子或外加的电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渗透的趋势。化学势低的一方自发渗透的趋势。 可以借用稀溶液渗透压公式计算：可以借用稀溶液渗透压公式计算：式中式中 c为胶粒的浓度。憎液溶液不稳定，浓度不能太为胶粒的浓度。憎液溶液不稳定，浓度不能太大，所以测出的渗透压及其它依数性质都很小。大，所以测出的渗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，可以配制高浓但是亲

31、液溶胶或胶体的电解质溶液，可以配制高浓度溶液，用渗透压法可以求它们的摩尔质量。度溶液，用渗透压法可以求它们的摩尔质量。上 页下 页主目录返 回42练习题思考题作 业2022-6-28四、沉降平衡四、沉降平衡（sedimentation equilibrium） 溶胶是高度分散系统，胶粒一方面溶胶是高度分散系统，胶粒一方面受到重力吸引而下降，另一方面由于布受到重力吸引而下降，另一方面由于布朗运动促使浓度趋于均一。朗运动促使浓度趋于均一。 当这两种效应相反的力相等时，粒当这两种效应相反的力相等时，粒子的分布达到平衡，粒子的浓度随高度子的分布达到平衡，粒子的浓度随高度不同有一定的梯度，如图所示。不同

32、有一定的梯度，如图所示。这种平衡称为这种平衡称为沉降平衡沉降平衡。系统系统 沉降沉降 扩散扩散 分散相分布分散相分布真溶液真溶液 均相均相粗分散系统粗分散系统 沉于底部沉于底部胶系统统胶系统统 平衡平衡 形成浓梯形成浓梯上 页下 页主目录返 回43练习题思考题作 业2022-6-28其中：其中： C1，C2 为高度为高度h1, ,h2 处粒子的数密度；处粒子的数密度； M为粒子的摩尔质量；为粒子的摩尔质量；g 重力加速度；重力加速度； 0 0 分散介质密度；分散介质密度； 粒子密度；粒子密度；1)1)该式只适用于粒子大小相等的系统，但形状不限；该式只适用于粒子大小相等的系统，但形状不限；2)2

33、)粒子越重（粒子越重（M大），随大），随h增加，浓度降低越快。增加，浓度降低越快。3)3)实际上达到沉降平衡需要很长时间实际上达到沉降平衡需要很长时间, ,温度波动引起对流会妨温度波动引起对流会妨碍沉降平衡建立碍沉降平衡建立。若为理想气体，温度不随高度变化，则：若为理想气体，温度不随高度变化，则：重力场中，沉降平衡时粒子浓度重力场中，沉降平衡时粒子浓度随高度的贝林随高度的贝林(Perrin)分布：分布：所以式成为：所以式成为：可用于计算气体的分压力可用于计算气体的分压力 p 与高度与高度h 的关系。的关系。上 页下 页主目录返 回44练习题思考题作 业2022-6-28 达到沉降平衡时，粒子随

34、高度分布的情况达到沉降平衡时，粒子随高度分布的情况与气体类似，可以用高度分布定律。与气体类似，可以用高度分布定律。五、高度分布定律五、高度分布定律 如图所示，设容器截面积为如图所示，设容器截面积为A，粒子粒子为球型，半径为为球型，半径为r，粒子与介质的密度分别粒子与介质的密度分别为为 和和 0，在，在x1和和x2处单位体积的粒子数分处单位体积的粒子数分别别N1，N2， 为渗透压，为渗透压，g为重力加速度。为重力加速度。 30(d4)3NArxg 在高度为在高度为 dx 的这层溶胶中，使的这层溶胶中，使N个粒个粒子下降的重力为：子下降的重力为：ddAART c 该层中粒子所受的扩散该层中粒子所受

35、的扩散力为力为-Ad ，负号表示扩散力负号表示扩散力与重力相反。与重力相反。 =cRT ，则，则 dNARTL 上 页下 页主目录返 回45练习题思考题作 业2022-6-28沉降平衡时，沉降平衡时，两种力相等两种力相等30d4d()3NRTN xrgL 得得 这就是这就是高度分布公式高度分布公式。粒子质量愈大，其平衡浓度随。粒子质量愈大，其平衡浓度随高度变化的亦愈大。高度变化的亦愈大。积分：积分：3202114ln()()3NRTrgxxNL 320211431ln() ()Ng xxr LNRT 或：或：221130d4() d3NxNxRTrNg xLN 3022114ln(1) ()3

36、Cr Lg xxCRT 02211ln(1)() CgxxCRTM 上 页下 页主目录返 回46练习题思考题作 业2022-6-28定义定义: : 不溶性固体粒子分散在液体中所形成的不溶性固体粒子分散在液体中所形成的粗粗分散分散系统称为系统称为悬浮液。悬浮液。 它的粒子线度它的粒子线度 1000 nm。不存在布朗运动，不产生。不存在布朗运动，不产生扩散与渗透现象，容易沉降析出。光学性质方面，散射光扩散与渗透现象，容易沉降析出。光学性质方面，散射光强度十分微弱。强度十分微弱。 但是它仍有很大相界面，能选择性吸附溶液中某种离但是它仍有很大相界面，能选择性吸附溶液中某种离子而带电。某些高分子化合物对

37、悬浮液也有保护作用。所子而带电。某些高分子化合物对悬浮液也有保护作用。所以它能暂时稳定存在。以它能暂时稳定存在。 胶系统统胶系统统1000 nm d 1 nm分子分散系统分子分散系统 d 1000nm六、六、悬浮液悬浮液上 页下 页主目录返 回47练习题思考题作 业2022-6-28大多数悬浮液是由大小不等的粒子构成的多级大多数悬浮液是由大小不等的粒子构成的多级分散系统。分散系统。大小不等粒子在试样中的含量即为粒度大小不等粒子在试样中的含量即为粒度分布。分布。测定粒度分布的常用方法是沉降分析。测定粒度分布的常用方法是沉降分析。 设设分散介质密度分散介质密度 0，粘度，粘度 ，分散相为球，分散相

38、为球形，半径形，半径r，粒子无溶剂化现象，其密度为纯，粒子无溶剂化现象，其密度为纯固体固体 。因悬浮液的分散相粒子比胶体大，粒因悬浮液的分散相粒子比胶体大，粒子布朗运动可忽略不计。沉降主要是重力的子布朗运动可忽略不计。沉降主要是重力的作用。作用。grF0334重重粒子受到重力：粒子受到重力：当当粒子速度粒子速度 v 时，受到阻力时，受到阻力vrF6阻阻 随着粒子沉降速度加随着粒子沉降速度加快，阻力增加，在快，阻力增加，在某一某一速速度，重力等于阻力：度，重力等于阻力：vrgr63403上 页下 页主目录返 回48练习题思考题作 业2022-6-282029vrg粒子达到匀速沉降所需时间极短，一

39、般只需粒子达到匀速沉降所需时间极短，一般只需 10 6 10 3 s 由此可见：由此可见：（1） 沉降速度与粒子半径的平方成正比，粒子半径小一半，沉降速度与粒子半径的平方成正比，粒子半径小一半，沉降速度就成为原来的沉降速度就成为原来的 。此即沉降分析的依据。此即沉降分析的依据。 （2）用不同密度与粘度的介质，可以调节与控制沉降速度。）用不同密度与粘度的介质，可以调节与控制沉降速度。这在实用上很重要。这在实用上很重要。此时粒子作匀速运动，沉降速度为：此时粒子作匀速运动，沉降速度为：（3）若在时间）若在时间t内，粒子沉降高度为内，粒子沉降高度为h，因为，因为v=h/t，代入，得，代入，得粒子半径：

40、粒子半径： 所以对于不同半径的粒子下降同样高度，需用不同的时间。所以对于不同半径的粒子下降同样高度，需用不同的时间。上 页下 页主目录返 回49练习题思考题作 业2022-6-28 沉降分析可使用右图所示沉沉降分析可使用右图所示沉降天平来进行。通过悬挂在分散降天平来进行。通过悬挂在分散系统中的托盘及扭力天平，可测系统中的托盘及扭力天平，可测出不同时间出不同时间 t 的沉降量的沉降量P 。以以P对对t 作图，可得沉降曲线如下：作图，可得沉降曲线如下：七、沉降分析七、沉降分析tP(a)粒子单级分散粒子单级分散tP(b)粒子二级分散粒子二级分散tP(c)粒子多级分散粒子多级分散 沉降曲线沉降曲线若为

41、单级分散，即所有粒子半径相同，它们以相同速度沉降，则沉降量随若为单级分散，即所有粒子半径相同，它们以相同速度沉降，则沉降量随时间直线增加。粒子全部沉降后，沉降量不再随时间而变化。时间直线增加。粒子全部沉降后，沉降量不再随时间而变化。若为二级分散，即有两种不同半径粒子，则沉降量随时间呈折线若为二级分散，即有两种不同半径粒子，则沉降量随时间呈折线(b) (b) 。若为多级分散，粒子具有不同的半径时，则沉降量随时间呈曲线若为多级分散，粒子具有不同的半径时，则沉降量随时间呈曲线(c) (c) 。上 页下 页主目录返 回50练习题思考题作 业2022-6-28 选某一时刻选某一时刻t，作，作P-t曲线的

42、切线，使它与曲线的切线，使它与纵坐标相交，求得截距纵坐标相交，求得截距R。截距对应的。截距对应的值为半径大于值为半径大于r的粒子全部沉降时的沉降的粒子全部沉降时的沉降量。量。tPR求不同半径范围的粒子占全部粒子的质量分数的方法：求不同半径范围的粒子占全部粒子的质量分数的方法：1/2029tghr Q = R/P 即为半径大于此即为半径大于此 r 的粒子占全的粒子占全部粒子的质量分数。部粒子的质量分数。 作作Q - r曲线，即得到粒子积分分布曲线。曲线，即得到粒子积分分布曲线。QrrQddr 由由Q - r 曲线作曲线作 - r 曲线曲线 即得粒子的即得粒子的微分分布曲线微分分布曲线。它表示不同

43、半径范围。它表示不同半径范围的粒子占全部粒子的质量分数。的粒子占全部粒子的质量分数。rQdd上 页下 页主目录返 回51练习题思考题作 业2022-6-2811.4 溶胶的电学性质溶胶的电学性质胶粒带电的本质电动现象电 渗流动电势沉降电势双电层电动电位电 泳胶粒的结构上 页下 页主目录返 回52练习题思考题作 业2022-6-28一、电动现象一、电动现象 胶粒在重力场作用下发生沉降，而产生胶粒在重力场作用下发生沉降，而产生沉降电沉降电势势；带电的介质发生流动，则产生；带电的介质发生流动，则产生流动电势流动电势。这是。这是因动而产生电。因动而产生电。电电动动现现象象 在外电场作用下，胶粒和介质分

44、别向带相反电在外电场作用下，胶粒和介质分别向带相反电荷的电极移动，就产生了荷的电极移动，就产生了电泳电泳和和电渗电渗的电动现象，的电动现象，这是因电而动。这是因电而动。电泳电泳电渗电渗沉降电势沉降电势流动电势流动电势上 页下 页主目录返 回53练习题思考题作 业2022-6-281. 电泳电泳（electrophoresis） 影响电泳的因素：带电粒子的大小、形状；影响电泳的因素：带电粒子的大小、形状；粒子表面电荷的数目；介质中电解质的种类、离子粒子表面电荷的数目；介质中电解质的种类、离子强度，强度，pH值和粘度；电泳的温度和外加电压等。值和粘度；电泳的温度和外加电压等。 带电带电胶粒胶粒或大

45、分子在外加电场的作用下向带相或大分子在外加电场的作用下向带相反电荷的电极作反电荷的电极作定向移动定向移动的现象称为的现象称为电泳电泳。 从电泳现象可以获得胶粒或大分子的结构、大从电泳现象可以获得胶粒或大分子的结构、大小和形状等有关信息。小和形状等有关信息。电泳现象表明电泳现象表明胶体粒子是带电的胶体粒子是带电的。 上 页下 页主目录返 回54练习题思考题作 业2022-6-28 沿沿aa,bb和和cc都可以水平滑移。实验开始时，从都可以水平滑移。实验开始时，从bb处将上处将上部移开，下面部移开，下面A，B部分装上溶胶，然后将上部移到原处，在部分装上溶胶，然后将上部移到原处，在C部装上超滤液，在

46、部装上超滤液，在bb处有清晰界面。处有清晰界面。2. 电泳仪电泳仪 接通直流电源，接通直流电源，在电泳过程中可以清在电泳过程中可以清楚的观察到界面的移楚的观察到界面的移动。从而可以判断胶动。从而可以判断胶粒所带电荷和测定电粒所带电荷和测定电泳速度等。泳速度等。(1). Tiselius电泳仪电泳仪上 页下 页主目录返 回55练习题思考题作 业2022-6-28(2). 界面移动电泳仪界面移动电泳仪接通电源，观察液面的变化。要选择合适的介质，使电泳接通电源，观察液面的变化。要选择合适的介质，使电泳过程中保持液面清晰。根据通电时间和液面升高或下降的刻度过程中保持液面清晰。根据通电时间和液面升高或下

47、降的刻度计算电泳速度。计算电泳速度。NaCl溶液溶液Fe(OH)3 溶胶溶胶+电泳示意图电泳示意图 图中图中Fe(OH)3 溶胶在电场作用下向阴极溶胶在电场作用下向阴极方向移动方向移动, 证明证明Fe(OH)3胶体粒子带正电。胶体粒子带正电。 对于半径对于半径r 较大较大, 双电层厚度较小的质点双电层厚度较小的质点, 其表面可作为平面表面处理其表面可作为平面表面处理, 此时电泳速度此时电泳速度 与与 电势的关系为电势的关系为斯莫鲁科夫斯基公式斯莫鲁科夫斯基公式: = E / 式中式中E 为电场强度为电场强度, 为介质的介电常数为介质的介电常数, 为介质的粘度。为介质的粘度。 当粒子半径小当粒子

48、半径小, 双电层较厚时双电层较厚时, 则有则有休克尔公式休克尔公式: = E /1.5 上 页下 页主目录返 回56练习题思考题作 业2022-6-28(3). 显微电泳仪显微电泳仪 该方法简单、快速，胶体用量少，可以在胶粒所处的环境该方法简单、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，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，一般在一般在200nm以上。以上。用铂黑电极，观察管用铂黑电极，观察管用玻璃制成。电泳池是封用玻璃制成。电泳池是封闭的，电泳和电渗同时进闭的，电泳和电渗同时进行。行。 物镜观察位置选在静止层处（即电渗流动

49、与反流动刚好相物镜观察位置选在静止层处（即电渗流动与反流动刚好相消），这时观察到的胶粒运动速度可以代表真正的电泳速度。消），这时观察到的胶粒运动速度可以代表真正的电泳速度。上 页下 页主目录返 回57练习题思考题作 业2022-6-28 常用的区带电泳有：纸上电泳，圆盘电泳和板上电泳等。常用的区带电泳有：纸上电泳，圆盘电泳和板上电泳等。(4). 区带电泳区带电泳 将惰性的固体或凝胶作为支持物，两端接正、负电极，在其将惰性的固体或凝胶作为支持物，两端接正、负电极，在其上面进行电泳，从而将电泳速度不同的各组成分离。区带电泳实上面进行电泳，从而将电泳速度不同的各组成分离。区带电泳实验简便、易行，样品

50、用量少，分离效率高，是分析和分离蛋白质验简便、易行，样品用量少，分离效率高，是分析和分离蛋白质的基本方法。的基本方法。 a. .纸上电泳纸上电泳用滤纸作为支持物的电泳称为纸上电泳。用滤纸作为支持物的电泳称为纸上电泳。 先将一厚滤纸条在一定先将一厚滤纸条在一定pH的缓冲溶的缓冲溶液中浸泡，取出后两端夹上电极，在滤液中浸泡，取出后两端夹上电极，在滤纸中央滴少量待测溶液，电泳速度不同纸中央滴少量待测溶液，电泳速度不同的各组分即以不同速度沿纸条运动。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

51、分数。将纸条干燥并加热，将蛋白质各组分固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。定在纸条上，再用适当方法进行分析。上 页下 页主目录返 回58练习题思考题作 业2022-6-28健康人健康人肝硬变患者肝硬变患者清蛋白清蛋白健康人和肝硬变患者的血清蛋白电泳图健康人和肝硬变患者的血清蛋白电泳图上 页下 页主目录返 回59练习题思考题作 业2022-6-28 用淀粉凝胶、琼胶或聚丙烯酰胺等凝胶用淀粉凝胶、琼胶或聚丙烯酰胺等凝胶作为载体，则称为凝胶电泳。作为载体，则称为凝胶电泳。 将凝胶装在玻管中，电泳后各组分在管将凝胶装在玻管中，电泳后各组分在管中形

52、成圆盘状，称为圆盘电泳；中形成圆盘状，称为圆盘电泳； 凝胶电泳的分辨率极高。例如，纸上电凝胶电泳的分辨率极高。例如，纸上电泳只能将血清分成泳只能将血清分成5 5个组分，而用聚丙烯酰胺个组分，而用聚丙烯酰胺凝胶作的圆盘电泳可将血清分成凝胶作的圆盘电泳可将血清分成25个组分。个组分。b. .凝胶电泳凝胶电泳c.c.板上电泳板上电泳如果将凝胶铺在玻板上进行的电如果将凝胶铺在玻板上进行的电泳称为平板电泳。泳称为平板电泳。上 页下 页主目录返 回60练习题思考题作 业2022-6-28 在外加电场作用下，带电的在外加电场作用下，带电的介质介质通过多孔膜或通过多孔膜或半径为半径为110 nm 的毛细管作的

53、毛细管作定向移动定向移动，这种现象称，这种现象称为为电渗电渗。 外加电解质对电渗速度影响显著，随着电解质外加电解质对电渗速度影响显著，随着电解质浓度的增加，电渗速度降低，甚至改变方向。浓度的增加，电渗速度降低，甚至改变方向。 电渗方法有许多实际应用，如溶胶净化、海水电渗方法有许多实际应用，如溶胶净化、海水淡化、泥炭和染料的干燥等。淡化、泥炭和染料的干燥等。2. 电渗电渗（electro-osmosis)上 页下 页主目录返 回61练习题思考题作 业2022-6-28 在在U型管型管1, 2中盛电中盛电解质溶液，将电极解质溶液，将电极5, 6接通直流电后，可从有接通直流电后，可从有刻度的毛细管刻

54、度的毛细管 4 中准确中准确地读出液面的变化。地读出液面的变化。 电渗实验电渗实验 多孔膜可以用氧化铝、碳多孔膜可以用氧化铝、碳酸钡、滤纸、玻璃、棉花及酸钡、滤纸、玻璃、棉花及AgI等物质构成。等物质构成。若多孔膜吸附阴离子，则介若多孔膜吸附阴离子，则介质带正电，通电时向阴极移动；质带正电，通电时向阴极移动；反之，多孔膜吸附阳离子，反之，多孔膜吸附阳离子，带负电的介质向阳极移动。带负电的介质向阳极移动。导线管导线管多孔塞多孔塞+电极电极毛细管毛细管气泡气泡吹吹入入一一个个气气泡泡水或溶液水或溶液上 页下 页主目录返 回62练习题思考题作 业2022-6-28 含有离子的液体在外力的作含有离子的

55、液体在外力的作用下，流经多孔膜时会产生电势用下，流经多孔膜时会产生电势差。差。这种因流动而产生的电势称这种因流动而产生的电势称为为流动电势流动电势。3. 流动电势流动电势（streaming potential)因为管壁会吸附某种离子，使固因为管壁会吸附某种离子，使固体表面带电，电荷从固体到液体有个体表面带电，电荷从固体到液体有个分布梯度。分布梯度。当外力使扩散层移动时，流动层当外力使扩散层移动时，流动层与固体表面之间会产生电势差，流速与固体表面之间会产生电势差，流速很快时，有时会产生电火花。很快时，有时会产生电火花。 在用泵输送原油或易燃化工原在用泵输送原油或易燃化工原料时，要使管道接地或加

56、入油溶性料时，要使管道接地或加入油溶性电解质，增加介质电导，防止流动电解质，增加介质电导，防止流动电势可能引发的事故。电势可能引发的事故。液槽液槽气体气体加压加压多多孔孔塞塞电位电位差计差计上 页下 页主目录返 回63练习题思考题作 业2022-6-28 在重力场的作用下，带电的分散相在重力场的作用下，带电的分散相粒子粒子，在分散介，在分散介质中质中迅速沉降迅速沉降时，使底层与表面层的粒子浓度悬殊，从时，使底层与表面层的粒子浓度悬殊，从而产生电势差，这就是而产生电势差，这就是沉降电势沉降电势。 贮油罐中的油内常会有水贮油罐中的油内常会有水滴，水滴的沉降会形成很高的滴，水滴的沉降会形成很高的电势

57、差，有时会引发事故。通电势差，有时会引发事故。通常在油中常在油中加入有机电解质加入有机电解质，增，增加介质电导，降低沉降电势。加介质电导，降低沉降电势。 4. 沉降电势沉降电势 (sedimentation potential)沉降电势测量示意图沉降电势测量示意图上 页下 页主目录返 回64练习题思考题作 业2022-6-28 在四种电动现象中，以电泳和电渗最为在四种电动现象中，以电泳和电渗最为重要。通过电动现象的研究，可以进一步了重要。通过电动现象的研究，可以进一步了解胶体粒子的结构以及外加电解质对溶胶稳解胶体粒子的结构以及外加电解质对溶胶稳定性的影响。定性的影响。 电泳涂漆、高岭土的精炼、

58、天然石油乳状电泳涂漆、高岭土的精炼、天然石油乳状液中油水的分离以及不同蛋白质的分离等。当液中油水的分离以及不同蛋白质的分离等。当前工业上的静电除尘，实际上就是烟尘气溶胶前工业上的静电除尘，实际上就是烟尘气溶胶的电泳现象。的电泳现象。 使橡胶的乳状液汁凝结而使其浓缩，可以使橡胶的乳状液汁凝结而使其浓缩，可以使橡胶电镀在金属、布匹或木材上，这样镀出使橡胶电镀在金属、布匹或木材上，这样镀出的橡胶容易硫化，可以得到拉力很强的产品。的橡胶容易硫化，可以得到拉力很强的产品。 电电泳泳的的应应用用上 页下 页主目录返 回65练习题思考题作 业2022-6-28二二、胶粒带电的本质、胶粒带电的本质 （1）胶核

59、优先吸附某种离子，使胶粒带电。胶核优先吸附某种离子，使胶粒带电。（2） 离子型固体电解质形成溶胶时，由于正、负离子溶解离子型固体电解质形成溶胶时，由于正、负离子溶解量不同，使胶粒带电。量不同，使胶粒带电。如如AgI溶胶，如果溶胶，如果AgNO3过量过量，则胶核优先吸附，则胶核优先吸附Ag+，使，使胶粒胶粒带正电带正电；如果；如果KI过量过量，则优先吸附，则优先吸附I -，胶粒，胶粒带负电带负电。 （3） 可电离的大分子溶胶，由于大分子本身发生电离，而可电离的大分子溶胶，由于大分子本身发生电离，而使胶粒带电。使胶粒带电。 例如例如蛋白质分子蛋白质分子，有许多羧基和胺基，在，有许多羧基和胺基，在p

60、H较高较高的溶液的溶液中，离解生成中，离解生成PCOO-离子而离子而负带电负带电；在；在pH较低较低的溶液中，的溶液中，生成生成P-NH3+离子而离子而带正电带正电。 在特定的在特定的pH条件下，生成的条件下，生成的-COO-和和-NH3+数量相等，蛋数量相等，蛋白质分子的白质分子的净电荷为零净电荷为零，该，该pH称为蛋白质的称为蛋白质的等电点等电点 。如将如将AgI制备溶胶时，由于制备溶胶时，由于Ag+较小，活动能力强，比较小，活动能力强，比I-容易脱离晶格而进入溶液，使胶粒带负电。容易脱离晶格而进入溶液，使胶粒带负电。上 页下 页主目录返 回66练习题思考题作 业2022-6-28 当固体