第五章-胶体的稳定性(精心制作)分解课件

1、第五章 胶体的稳定性5.1 电解质的聚沉作用5.2 高分子化合物的絮凝作用5.3 高分子化合物的稳定作用秦可欣 哈尔滨商业大学10/14/2022第五章 胶体的稳定性5.1 电解质的聚沉作用秦可欣 哈胶体的稳定性概论 胶体溶液的稳定性实指其某种性质（如分散相浓度、颗粒大小、体系黏度和密度等）在一定程度的不变性。包括热力学稳定性、动力稳定性和聚结稳定性。1热力学稳定性 胶体是高度分散的多相体系，有巨大的界面能，因而是热力学不稳定体系。10/14/2022胶体的稳定性概论 胶体溶液的稳定性实指其某种性胶体的稳定性概论 由于胶粒很小，强烈的Brown运动能阻止其在重力场中的沉降，因而具有动力稳定性。

2、如Farady制备的金溶胶放置了几十年才沉下来。3聚结稳定性 粒子间有相互聚结而降低其界面能的趋势，称为聚结不稳定性。 稳定的溶胶必须同时兼备聚结稳定性和动力稳定性，其中聚结稳定性更为重要，一旦失去聚结稳定性，粒子相互聚结变大，最终将导致失去动力学稳定性。2动力稳定性 10/14/2022胶体的稳定性概论 由于胶粒很小，强烈的Brow胶体的稳定性概论两者可统称为聚集作用把无机电解质使溶胶沉淀的作用称为聚沉作用 把高分子使溶胶沉淀的作用称为絮凝作用 无机电解质和高分子都能对溶胶的稳定性产生重大影响，但其机理不同。为加以区别，通常：10/14/2022胶体的稳定性概论两者可统称为把无机电解质使溶胶

3、沉淀的作用称为第一节 电解质的聚沉作用10/14/2022第一节 电解质的聚沉作用10/11/20225.1 电解质的聚沉作用 胶体的离子有很大的比表面，体系的表面能也很高，所以粒子有自动聚集以降低其表面能的趋势。粒子由小变大的过程称为聚集过程（aggregation），由胶体粒子聚集而成的大粒子称为聚集体（aggregate），如聚集的最终结果导致粒子从溶液中沉淀析出则称为聚沉过程。为了加速聚集，可以外加其他物质作聚沉剂，如电解质等。10/14/20225.1 电解质的聚沉作用 胶体的离子有很大的比表 表征电解的聚沉能力的参数是聚沉值。聚沉值是指在规定条件下使溶胶聚沉所需电解质的最低浓度，常

4、以mmol/L为单位。聚沉值的倒数为聚沉率。 聚沉值越小，该电解质的聚沉作用越强，聚沉能力越大。聚沉值与测定条件有关，所以只能对相同条件的结果进行对比。 下面的表给出了一些体系的聚沉值。5.1 电解质的聚沉作用聚沉值10/14/2022 表征电解的聚沉能力的参数是聚沉值。聚沉值是指在规定条5.1 电解质的聚沉作用As2S3（负电）AgI(负电)Al2O3（正电）LiCl 58NaCl 51KCl 49.5KNO3 50LiNO3 165NaNO3 140KNO3 136RbNO3 126NaCL 43.5KCl 46KNO3 60CaCl2 0.65MaCl2 0.72MaSO4 0.81Ca

5、(NO3)2 2.40Ma(N03)2 2.60Pb(NO3)2 2.43K2SO4 0.30K2Cr2O7 0.63草酸钾 0.69AlCl3 0.0931/2Al(SO4)3 0.096Al(NO3) 0.095Al(NO3)3 0.067La(NO3)3 0.069 Ce(NO3)3 0.069K3Fe(CN)6 0.08 表5-1 电解质对溶胶聚沉浓度 （单位：mmol/L）10/14/20225.1 电解质的聚沉作用As2S3（负电）AgI(负电)Al 起聚沉作用的主要是反离子，反离子的价数越高，聚沉效率也越高。由表5-1可粗略的估计出。对于给定溶胶来说，聚沉值与反离子的价数的六次方

6、成反比。即：聚沉作用规律1 叔尔采哈迪（Schulze-Hardy）规则5.1 电解质的聚沉作用 上式括号中的分母就相当于反离子的价数，这个规则称为Schulze-Hardy规则。10/14/2022 起聚沉作用的主要是反离子，反离子的价数越高， 5.1 电解质的聚沉作用 一价离子的聚沉值：25150mmol/L之间 二价离子的聚沉值：0.52mmol/L之间 三价离子的聚沉值：0.010.1mmol/L之间2 异号离子大小（感胶离子序） 聚沉值的大小与水合离子半径有一定关系，同价离子、水合离子半径越小，越容易靠近胶体粒子，聚沉能力就越大；水合离子半径越大，越不易被胶粒吸附（静电引力越弱），聚

7、沉能力越弱。对一价离子犹其明显。 正离子：HCs+ Rb+NH4+ K+Na+Li+ 负离子：FC1ClO3 BrNO3ISCNOH10/14/2022 5.1 电解质的聚沉作用 同价离子聚沉能力的次序称为感胶离子序。 对于高价离子的聚沉能力，电荷作用是主要的，离子大小的影响相对的就不那么显著了。而大的有机离子，如表面活性剂，由于与胶粒间有较强的范德华引力，容易在胶体粒子上吸附，所以聚沉能力比同价小离子要大得多。 与胶粒所带电荷相同的离子称为同号离子，一般来说他们对胶体有一定的稳定作用，特别是高价离子或有机离子，在胶粒表面特性吸附后可降低反离子的聚沉作用。5.1 电解质的聚沉作用3 同号离子的

8、影响10/14/2022 同价离子聚沉能力的次序称为感胶离子序。 与胶粒4 不规则聚沉 有时少量的电解质使溶胶聚沉，电解质浓度高时沉淀又重新分散成溶胶，并使胶粒所带电荷符号改变，浓度再高时，又使溶胶再次聚沉。这种现象称为不规则聚沉。此时，电解质的浓度已经很高，再增加电解质也不能使沉淀再分散。多发生在高价反离子或有机反离子为聚沉剂的情况。 不规则聚沉可通过反离子对电势的影响来解释，见下页图。5.1 电解质的聚沉作用10/14/20224 不规则聚沉 有时少量的电解质使溶胶聚沉，电解质浓 当电势绝对值低于临界值（一般为30mv）时，溶胶就聚沉，高于此值，体系稳定。 不规则聚沉示意图聚沉区稳定区稳定

9、区 +30mv 030mv5.1 电解质的聚沉作用10/14/2022 当电势绝对值低于临界值（一般为30mv）时5 溶胶相互聚沉 两种电性相反的溶胶混合时可发生相互聚沉作用，聚沉的程度与两胶体的比例有关，比例相差很大时，聚沉不完全或不发生聚沉，在等电点附近沉淀最完全。 相互聚沉的原因可能有两种： 两种胶粒电性中和； 两种胶粒的稳定剂相互发生破坏（如沉淀）。 5.1 电解质的聚沉作用6 Burton-Bishop规则溶胶的浓度也影响电解质的聚沉值。10/14/20225 溶胶相互聚沉 两种电性相反的溶胶混合时可发5.1 电解质的聚沉作用 通常对一价反离子来说，溶胶稀释时聚沉值增加；对二价反离子

10、：不变；对三价反离子：降低。这就是BurtonBishop规则。7 法扬斯（Fajans)规则 能与胶体的组成离子形成不溶物或难电离化合物的异电离子优先被吸附，具有强的聚沉能力。10/14/20225.1 电解质的聚沉作用 通常对一价反离子来说，溶胶稀5.1 电解质的聚沉作用 胶体粒子表面带有双电层，由双电层模型知道其周围是离子氛。当粒子相互靠近，离子氛发生重叠，粒子之间因静电作用而相互排斥，当粒子之间的斥力大于引力时，粒子之间相互接触的机会就比较小，而阻止粒子的聚集，使其具有一定的聚集稳定性。聚沉作用机理10/14/20225.1 电解质的聚沉作用 胶体粒子表面带有双电层，由双 离子氛示意图

11、（大圆圈表示正电荷的作用范围） 离子氛靠近、重叠5.1 电解质的聚沉作用 而当向溶胶中加入电解质时，电解质就会使胶体粒子表面的双电层受到压缩，而降低电动势，使粒子间静电斥力减小，从而使得粒子之间的引力大于斥力，而使溶胶失去聚集稳定性，胶体粒子之间相互接触，而产生聚沉。10/14/2022 离子氛示意图离子氛靠近、重叠5.1 电解质的5.1 电解质的聚沉作用DLVO理论 是由前苏联学者Derjajuin和Landan（1941年）与荷兰学者Verwey和Overbeek（1948年）四人提出的。是目前对胶体稳定性和电解质的影响，解释的比较完善的理论。这个理论是以溶胶粒子间的相互吸引力和相互排斥力

12、为基础，当粒子相互接近时，这两种相反的作用力就决定了溶胶的稳定性。当吸引力表现的大时则发生聚沉，排斥力表现的大则可保持胶体稳定存在。胶体与界面化学 陈宗淇 高等教育出版社10/14/20225.1 电解质的聚沉作用DLVO理论 是由前苏联学者D5.1 电解质的聚沉作用聚沉作用举例卤水点豆腐： 卤水中Ca2+、Mg2+等离子使带负电的大豆蛋白胶体聚沉。黄河三角洲的形成： 海水中的盐类使江河中带负电的土壤胶体聚沉。明矾KAl(SO4)212H2O净水： 明矾在水中水解成带正电的Al(OH)3溶胶，使带负电的胶体污物(土壤胶体)聚沉。10/14/20225.1 电解质的聚沉作用聚沉作用举例卤水点豆腐

13、：黄河三角洲的 第二节 高分子化合物的絮凝作用10/14/2022 第二节 高分子化合物的絮凝作用10/11/20225.2 高分子化合物的絮凝作用 溶胶中加入极少量的可溶性高分子化合物，可导致溶胶迅速沉降，沉淀呈疏松的棉絮状，这类沉淀称为絮凝物。这种现象称为絮凝作用，产生絮凝作用的高分子称为絮凝剂。絮凝作用高分子絮凝作用与电解质聚沉作用的区别 高分子絮凝剂与电解质的聚沉作用完全不同，由电解质引起的聚沉过程比较缓慢，得到的颗粒比较紧密，这是由于电解质压缩了胶粒的双电层而引起的。10/14/20225.2 高分子化合物的絮凝作用 溶胶中加入极少量的5.2 高分子化合物的絮凝作用 而高分子是由于吸

14、附了胶粒后，由于链段的运动将粒子聚集在一起，因而高分子起着架桥的作用，也称为“桥联作用”。 下表对高分子絮凝作用与电解质聚沉作用的区别进行了总结：10/14/20225.2 高分子化合物的絮凝作用 而高分子是由于吸附5.2 高分子化合物的絮凝作用絮凝作用与聚沉作用区别过 程聚沉过程絮凝过程作用物质电解质高分子沉淀特点缓慢、颗粒紧密体积小迅速、沉淀疏松、过滤快、絮凝剂用量少原 因电解质压缩了溶胶粒子的扩散双电层高分子吸附了溶胶粒子后，利用本身的链段旋转和运动，通过“桥联作用”将溶胶粒子聚集在一起而产生沉淀。10/14/20225.2 高分子化合物的絮凝作用絮凝作用与聚沉作用区别过 5.2 高分子

15、化合物的絮凝作用高分子絮凝剂的分类高分子絮凝剂按其结构可分为四类：非离子型：聚丙烯酰胺、聚氧乙烯以及淀粉等；阴离子型：水解聚丙烯酰胺，聚丙烯酸钠等；阳离子型：聚胺、聚苯乙烯三甲基氯化铵等；两性型：动物胶、蛋白质等。用得最多的是聚丙烯酰胺类。约占全部絮凝剂用量的70%以上。10/14/20225.2 高分子化合物的絮凝作用高分子絮凝剂的分类高分子絮凝剂5.2 高分子化合物的絮凝作用可逆絮凝 对于水溶液的分散体系，要求暂时絮凝（如过滤、运输或储存）时，这是一个有用的技术，但条件是可以迅速解絮。溶胶粒子首先用一种离子型高分子化合物处理，这种化合物可以提高粒子之间的斥力势能，以达到使其分散的目的。然后

16、再用极易溶解的电解质处理，目的是压缩粒子表面的双电层，使其达到可以发生絮凝的位置。在需要的时候稀释絮凝物（并降低电解质的浓度）将其重新分散。10/14/20225.2 高分子化合物的絮凝作用可逆絮凝 对于水溶液5.2 高分子化合物的絮凝作用高分子化合物絮凝作用的特点1 絮凝剂的分子结构 起絮凝剂作用的高分子化合物一般要具有链状结构，凡是分子构型是交联的，或者支链结构的，其絮凝效果就差，甚至没有絮凝能力。2 絮凝剂的浓度 任何絮凝剂的加人量都有一最佳量，此时的絮凝效果最好，超过此值絮凝效果就下降，若超出很多，反而起了保护作用。高分子的絮凝作用和保护作用 10/14/20225.2 高分子化合物的

17、絮凝作用高分子化合物絮凝作用的特点1 5.2 高分子化合物的絮凝作用用聚丙烯酰胺 絮凝3 5目硅胶悬浮体 据研究分析，最佳值大约为固体粒子表面吸附高分子化合物达到饱和时的一半吸附量。因为这时高分子在固体粒子上架桥的给予最大。10/14/20225.2 高分子化合物的絮凝作用用聚丙烯酰胺 据研究分析5.2 高分子化合物的絮凝作用3 絮凝剂的分子量 絮凝剂的分子质量越大则架桥能力越强，絮凝效率也越高。 絮凝剂分子量一般大于一百万左右，但分子量太大，溶解困难，且吸附的胶粒距离太远，不易聚集，絮凝效果变差。4 高分子化合物的基团性质 有良好絮凝作用的高分子化合物具有能吸附于固体表面的基团，同时这种基团

18、还能溶解于水中。 常见的基团有：-COONa，-CONH2，-OH，-SO3Na等。10/14/20225.2 高分子化合物的絮凝作用3 絮凝剂的分子量4 高分子化5.2 高分子化合物的絮凝作用5 混合要均匀，搅拌缓慢，不可太剧烈，投药速率较慢为好，以免打散絮凝物，又形成稳定溶胶。10/14/20225.2 高分子化合物的絮凝作用5 混合要均匀，搅拌缓慢，不可 第三节 高分子化合物的稳定作用造墨汁时加入动物胶古埃及壁画上的颜色用酪素来使之稳定10/14/2022 第三节 高分子化合物的稳定作用造墨汁时加入动物胶古埃及5.3 高分子化合物的稳定作用 在溶胶中加人一定量的高分子化合物或缔合胶体，能

19、显著提高溶胶对电解质的稳定性，这种现象称为保护作用，近年来又称之为空间稳定性(steric stability)。高分子化合物的空间稳定性产生稳定作用的原因 产生稳定作用的原因是高分子化合物吸附在溶胶粒子的表面上，形成一层高分子保护膜，包围了胶体粒子，把亲液性基团伸向水中，并具有一定厚度，所以当胶体质点在相互接近时的吸引力就大为削弱，而且有了这一层粘稠的高分子膜，还会增加相互排斥力，因此增加了胶体的稳定性。10/14/20225.3 高分子化合物的稳定作用 在溶胶中加人一定量的高5.3 高分子化合物的稳定作用高分子化合物对溶胶的稳定性规律 1 具有最少量的能盖住溶胶粒子固体表面的高分子化合物才

20、有稳定作用。显然溶胶粒子的固体含量越多，比表面越高，所需要的高分子化合物的量也相应增加。但是一旦在胶粒表面上形成了一个高分子薄层以后，过多的高分子化合物也不能增加它的稳定性。 2 溶胶被保护后，它的一些物理化学性质，例如电泳、对电解质的敏感性等会产生显著的变化。这时体系的物理化学性质与所加入高分子物质的性质相近。10/14/20225.3 高分子化合物的稳定作用高分子化合物对溶胶的稳定性规律5.3 高分子化合物的稳定作用 3 因为高分子在溶胶表面上吸附要有一定时间所以加入的方法和混合次序对溶胶稳定性有影响。例如，先把明胶加到Fe(OH)3溶胶内再加NH4OH，不会有聚沉现象。如果将NH4OH加

21、到明胶溶液内，再将明胶加到Fe(OH)3溶胶内，则立即发生聚沉，这说明明胶在Fe(OH)3溶胶粒子上的吸附需要一定时间。衡量高分子化合物对溶胶的稳定能力的方法有两种方法，一种是“金数”法，一种是“红数”法。10/14/20225.3 高分子化合物的稳定作用 3 因为高分子在溶胶表面金数法： 为了保护10mL的0.0006%的金溶胶，在加入1mL10%的NaCl溶液后，要求在18h内不聚沉所需要的高分子化合物最少毫克称为金数，聚沉是指金溶胶由红变蓝。红数法： 100mL0.001%的刚果红溶胶，在0.16molKC1作用下，10min内仍不变色所需要的高分子化合物的最少毫克称为红数。5.3 高分子化合物的稳定作用10/14/2022金数法：5.3 高分子化合物的稳定作用10/11/2022影响空间稳定作用的因素5.3 高分子化合物的稳定作用1 高分子的结构 能有效稳定胶体的高分子是嵌段共聚物或接枝共聚物，其分子结构中有良好亲合力，能充分伸展形成厚的吸附层，产生较高的斥力势能。2 高分子的分子量和浓度 一般分子量越高，形成的吸附层越厚，稳定效果越好。许多高分子有一临界分子量，低于此分子量时无稳定作用。高分子浓度的影响比较复杂，一般浓度较高时，在胶粒表面形成吸附层就稳定作用。浓度再大，过多的高分子也不能进一步增加稳定性，但浓度太小时，形