《完整溶胶》PPT课件

1、第八章 胶体分散系统（第一、第二节）分散系统的分类分散系统：一些物质被分散到另一种物质中所形成的系统 分散相： 非连续形式存在的被分散的物质分散介质：连续相形式存在的物质分类：分散系统分散相半径/nm均相系统（真溶液）小分子溶液 100胶体：分散度为1100 nm的分散系统第一节 溶胶的分类和基本特征一. 溶胶分类按分散相与分散介质聚集状态分类（列举） 分散相的粒径100 nm时，属粗分散系统 本章主要讨论的是液溶胶，特别是液液溶胶和固液溶胶 气液固气溶胶液溶胶固溶胶介质：雾烟泡沫牛奶油漆沸石珍珠有色玻璃二. 基本特性溶胶是一定条件下形成的特殊状态，并非物质的本性，如 NaCl有机胶体NaCl

2、溶液 水硫磺水溶胶真溶液乙醇这种特殊状态，有三个基本特征 1. 特定分散度1100 nm 2. 相不均匀性（多相性） 对介质不溶憎液胶体 高分子溶液亲液胶体 3. 热力学不稳定性 高分散度，巨大表面积和比表面能，有自发聚集倾向，以降低表面能 高分子溶液：热力学稳定体系第二节 溶胶的制备和净化第二节 溶胶制备和净化二种途径： 溶胶1100 nm 小分子真溶液 100 nm 分散 凝聚 一. 分散法（物理的）研磨法（胶体磨）超声粉碎气流粉碎胶溶法 二凝聚法 1. 物理凝聚法 如钠的苯溶胶制备 接真空泵液态空气钠苯苯接受管点击此处演示二凝聚法 1. 物理凝聚法 2. 化学凝聚法 凡能有沉淀析出的化学

3、反应都可能用来制备相应溶胶 如水解反应制备Fe (OH)3溶胶 FeCl3 +3H2O Fe (OH)3 + 3HCl二凝聚法 1. 物理凝聚法 2. 化学凝聚法 3. 改变溶剂法 使溶解度骤变，如 松香在乙醇中：溶 水点击此处演示水中：不溶 溶胶 三. 溶胶净化 溶胶溶胶化学法制备的溶胶，往往含有过多的电解质 一定量电解质是溶胶稳定的必要条件 过量电解质使溶胶不稳定1 渗析法 普通渗析 半透膜电渗析 水+半透膜水水三. 溶胶净化 2 超虑法：小分子电解质滤去，再用介质重新分散 减压过滤 加压过滤 真空泵压缩空气半透膜半透膜四均匀分散胶体 均匀分散胶体是粒子大小基本一致的胶体，有广泛的应用 制

4、备需满足的条件： (1) 暴发性成核，使速率r晶核形成r晶体长大 (2) 同步长大 应用： (1) 验证基本理论 (2) 理想的标准材料 (3) 新材料 (4) 催化剂性能的改进 (5) 制造特种陶瓷 五. 纳米粒子和纳米技术 纳米粒子：尺度为1100 nm之间的粒子 1. 纳米粒子的结构和特性(1) 小尺寸效应 (2) 表面效应 (3) 量子尺寸效应 (4) 宏观量子隧道效应2纳米粒子的制备方法基本方法与制备憎液溶胶雷同 纳米组装材料的制备技术 自组织技术 模板合成法3纳米技术在药学中的应用 第三节 溶胶的动力性质第三节 溶胶的动力性质热运动扩散，布朗运动 重力场重力降沉和平衡 离心力场离心

5、降沉和平衡 电学性质 光学性质 动力性质溶胶性质 一. Browm运动与Einstein方程Browm运动：溶胶粒子在介质中无规则运动 一. Browm运动与Einstein方程Browm运动：溶胶粒子在介质中无规则的运动 原因：粒子受各个方向介质分子的撞击撞击的动量不能完全抵消而移动 分子热运动的宏观表现。 Einstein公式：Brown运动平均位移的计算 x其关系： 若在时间 t 内观察布朗运动位移 ，很容易在显微镜下观察，由此可求得溶胶粒子半径 二. 扩散和渗透 扩散：溶质从高浓度（大）向低浓度（小）移动的现象。 结果Gibbs能G，熵S，是自发进行的过程 。 扩散速度与浓梯关系Fic

6、k第一定律 mols1 扩散系数 面积 浓度梯度 1扩散 扩散系数与Brown运动平均位移关系：渗透压：半透膜两侧的压差 =p2p1平衡时两侧化学势相等可导出稀溶液的 = cRT( c: mol/m3 ) 二. 扩散和渗透2渗透 渗透：溶剂通过半透膜（对溶质不通透）向溶质高浓度区移动的现象 （对溶剂而言，浓度从高低） 溶剂溶液半透膜（只容许溶剂通过）渗透压p1p2渗透压 = p2 p1反渗透：施加外压，使溶剂分子从溶液一侧透过半透膜进入纯溶剂一侧 二. 扩散和渗透例 金溶胶浓度为2 gdm3,介质粘度为0.00l Pas。已知胶粒半径为1.3 nm，金的密度为19.3103 kgm3。计算金溶

7、胶在25C时(1) 扩散系数,(2) 布朗运动移动0.5 mm的时间,(3) 渗透压。解 (1) 扩散系数(2) 二. 扩散和渗透例 金溶胶浓度为2 gdm3,介质粘度为0.00l Pas。已知胶粒半径为1.3 nm，金的密度为19.3103 kgm3。计算金溶胶在25C时(1) 扩散系数,(2) 布朗运动移动0.5 mm的时间,(3) 渗透压。解 (1) (2) (3) 将浓度2 gdm3转换为体积摩尔浓度，molm-3=cRT=0.018708.314298.16=46.34 Pa三. 重力沉降与沉降平衡溶胶粒子在外力场定向移动称沉降 沉降粒子浓集 扩散粒子分散 粒子小，力场小扩散 粒子大

8、或力场大沉降 扩散沉降相当平衡 沉降与扩散是两个相对抗的运动 两者对抗有三种形态 三. 重力沉降与沉降平衡1. 重力沉降 重力场：不强的力场，粗分散系（104m）可有明显沉降 平衡力： F沉 = F阻 F沉 = F重 F浮= Vg V0g F沉 F阻F阻= 6rv 6rv 沉降速度 沉降分析法，测v求粒径r (2) 落球式粘度计，测v求 应用 三. 重力沉降与沉降平衡2. 沉降平衡 如果粒径不太大时 平衡力： F沉 = F扩 平衡浓度：F沉 F扩三. 重力沉降与沉降平衡2. 沉降平衡 平衡浓度：此式表明相同粒度r，h，c 相同高度h，r，c2/c1 小粒h1h2大粒h1c1h2c2第四节 溶胶

9、的光学性质一溶胶的光散射现象光通过分散系统时基本现象 真溶液粗分散溶胶透明有色(补色)混浊乳光透射吸收反射散射吸收：取决于化学组成 反射：粒径 波长散射：粒径 x过量反离子x吸附同号大离子Stern模型在数学定量处理上还有困难，一般仍用扩散双电层模型处理，只是用d代替0 0d0d胶团结构式：(胶核)m n定位离子（nx）内反离子 x外反离子 四. 胶团结构定位离子按Fajans规则确定 定位离子 Stern面 滑动面 胶核 吸附层 扩散层胶粒 胶团 四. 胶团结构例1 Fe (OH)3溶胶 结构式：例2 AgI 溶胶 制备1：AgNO3 + KI (过量) AgI + KNO3 结构式：(Ag

10、I)m制备2：AgNO3 (过量) + KI AgI + KNO3 结构式：(AgI)m制备：FeCl3 + H2O Fe (OH)3 + H+ + ClFe (OH)3 (部分) + H+ FeO+ +H2O( Fe (OH)3 )mn FeO+ (n-x) Cl xClK+ + I n I (n-x) K+ x K+（负溶胶）Ag+ + NO3 n Ag+ (n-x) NO3 x NO3（正溶胶)五. 电泳的测定溶胶电动电势的大小决定其在电场中运动速度，因而可通过测定电泳速度求得 平衡力： F阻= F电 F电= qE （电量电场强度） F阻= 6rv qE= 6rv F电F阻球形带电体表面

11、电势 与电量 q 关系： 0真空介电常数= 8.821012 C2m2N1 r相对介电常数（无单位），水r=81 rq1. 电泳速度求算电动电势五. 电泳的测定球形带电体表面电势 与电量 q 关系： 动电位计算式： 受粒子大小和形状的影响 球形较大，或平板形，或棒形作校正 v：电泳速度（m/s）E：电场强度（V/m）五. 电泳的测定2. 电泳实验方法界面移动电泳：观测溶胶界面在电场中的移动 显微电泳：显微镜下直接对粒子的运动进行测定 +dPt电极溶胶辅助液第六节 溶胶的稳定性和聚沉作用一、胶体稳定性稳定溶胶的因素 ：动力稳定性（扩散力）：扩散，Brown运动，有利稳定粒径越小、介质粘度越大，越

12、使溶胶稳定2. 表面带电（静电斥力）：带电后的电性斥力，是溶胶稳定的主要原因3. 溶剂化（水化膜斥力 ）：降低表面能，有利稳定4. 添加高分子保护热力学因素：高分散度，比表面能大，有自发聚集倾向 二、 溶胶的聚沉电解质影响溶胶电性，溶胶对其十分敏感 适量电解质是溶胶稳定必要条件 适量定位离子使溶胶荷电而稳定（制备时不可净化过度） 过多电解质使溶胶发生聚沉 聚沉原因：反离子压缩双电层，使 d，= 0时最不稳定 聚沉值：使溶胶聚沉所加的电解质的最低浓度 不同电解质聚沉能力(聚沉值)不同，其规律 聚沉：溶胶聚结沉降现象 1电解质对溶胶稳定性的影响二、 溶胶的聚沉聚沉值： 使溶胶聚沉所加的电解质的最低

13、浓度 不同电解质聚沉能力不同，可用聚沉值来衡量，其规律有 (1) 反离子：价数： 1价: 2价: 3价 = 同价：水化半径越小，越易靠近质点，聚沉能力越强 (2) 同号离子：对溶胶有稳定作用，价数越高作用越强 (3) 有机化合物的离子：通常有强吸附能力，有很强的聚沉能力 (4) 不规则聚沉：溶胶对高价反离子强烈吸附的结果 2溶胶的相互聚沉作用1电解质对溶胶稳定性的影响带相反电荷的溶胶互相混合发生聚沉 二、 溶胶的聚沉(1) 保护作用：有足量的大分子化合物 原因：高分子覆盖溶胶表面可起保护作用 应用：如墨汁，油漆，照相乳剂(2) 絮凝作用：少量大分子化合物 原因：大分子的搭桥效应、脱水效应、电中

14、和效应 应用：如污水处理，选矿，土壤改造，造纸 优点：效率高，絮块大，沉降快，具选择性 停靠基团稳定基团3大分子化合物的作用絮凝：疏松的棉絮状沉淀 三. 溶胶稳定的DLVD理论(1) Van der Walls 引力（远程力） (2) 静电斥力（近程力） 两者总结果，形成能垒，是溶胶的稳定点 H势能VVb1. 胶粒之间的作用力和势能曲线 三. 溶胶稳定的DLVD理论(1) 溶胶稳定性原因：需克服势垒 (2) 表面电势对稳定性影响 H势能VVb2DLVO理论对溶胶稳定性的解释势垒Vb：1520 kJmol1 增加表面电势，斥力势能，势垒高度，有利于稳定 (3) 电解质对稳定性影响 过量电解质压缩

15、双电层，值，斥力势能 ，不利于稳定 (4) 反离子价数对稳定性影响 总势能V=0时电解质的浓度c与其价数z的关系：热运动：常温下 ，3.7kJmol1 第七节 乳状液、泡沫和气溶胶一、 乳状液鉴别类型方法:稀释法 ：能被水相稀释，为O/W型；能被油相稀释，为W/O型 染色法 ：外相被油性染料染色，为W/O型； 外相被水性染料染色，为O/W型；电导法：电导大，为O/W型；电导小，为W/O型 类型：水包油（O/W）、油包水（W/O） 1乳状液的类型乳状液：不相溶的液体相互分散形成的系统 内相：被分散相外相：分散介质水油水油一、 乳状液稳定乳剂(1) 降低界面张力：处于较低能量状态 (2) 形成界面

16、膜：形成一定机械强度 (3) 形成双电层：电性斥力 (4) 固体粉末的稳定作用：形成良好界面膜 2乳化剂的作用一、 乳状液(1) 乳化剂的界面张力：膜水 大，膜向水相弯曲，易形成W/O型膜油 大，膜向油相弯曲，易形成O/W型(2) 乳化剂的溶解度油水分配系数大，易形成O/W型油水分配系数小，易形成W/O型(3) 乳化剂的分子构型如非极性的双碳氢链，空间障碍大，易形成W/O型(4) 油水的相体积比：体积分数大的液体倾向于作外相 3决定乳状液类型的因素一、 乳状液微乳与普通乳状液有二个显著不同： (1) 微乳是热力学稳定系统 (2) 微乳外观均匀透明 4微乳状液微乳：粒径880 nm，制备时乳化剂

17、用量占2030， 并需加入了一些极性有机物作辅助剂 普通乳状液：粒径0.110 m，制备时乳化剂用量占110 一、 乳状液方法：(1) 电解质：破坏双电层起 (2) 改变乳化剂的类型：类型转变过程中的不稳定性使之破坏 (3) 破坏保护膜：用机械强度弱的表面活性剂取代之(4) 破坏乳化剂：加入反应的试剂，使乳化剂破坏或沉淀 (5) 其他：加热，高压电，离心，过滤等 5乳状液的破坏破乳：乳状液的破坏过程：分层、转相、破乳等不同阶段原理：破坏乳化剂的保护作用，使油、水分离 二、泡沫粒径：较大类型:相当于O/W稳定结构：三泡结构1. 泡沫的形成发泡剂：表面活性剂，如肥皂泡沫：气体为分散相的分散系统，属粗分散系统 2泡沫的稳定性(1) 增加液膜的粘度 (2) 增加液膜的电荷 (3