胶体化学物理化学

关于胶体化学物理化学第1页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六2022/11/222概论分散系统：一种或几种物质分散在另一种物质之中,所构成的系统；分散相：被分散的物质；分散介质：另一种连续分布的物质；胶体是一种分散系统第2页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六2022/11/223真溶液（d<10-9m

)(氢原子半径0.05nm)胶体系统（10-9~10-6m)粗分散系统(d>10-6m

)分散系统第3页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六2022/11/224(1)溶胶：分散相不溶于分散介质，有很大相界面，是热力学不稳定系统。(憎液溶胶)(2)高分子溶液:高分子以分子形式溶于介质，分散相与分散介质间无相界面，是热力学稳定系统。(亲液溶胶)(3)缔合胶体.：分散相为表面活性分子缔合形成的胶束，在水中，表面活性剂分子的亲油基团向里，亲水基团向外，分散相与分散介质亲和性良好，是热力学稳定系统。胶体系统第4页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六2022/11/225憎液溶胶:

分散相与分散介质之间有相界面

溶胶亲液溶胶:

均相，无相界面高分子溶液第5页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六2022/11/226高度分散的多相性和热力学不稳定性是胶体系统的主要特点第6页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六2022/11/227第7页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六

溶胶质点大小

1-9m~1-6m粗分散系统质点大小>1-6m大变小分散法研磨法电弧法超声分散法小分子溶液质点大小<1-9m小变大凝聚法更换溶剂法物理凝聚法化学反应法§1

胶体系统的制备：第8页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六2022/11/229凝聚法：

(1)物理凝聚法：

a.蒸气凝聚法；例：固态苯与钠,在真空下气化,到冷却的器壁上冷凝。

b.过饱和法：改变溶剂法；例:硫的酒精溶液倒入水中，形成硫在水中的溶胶

冷却法：用冰骤冷苯在水中的饱和溶液，得到苯在水中的溶胶

松香乙醇溶液+水松香水溶胶第9页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六10(2)化学凝聚法：利用生成不溶性物质的化学反应，控制析晶过程，使其停留在胶核尺度的阶段，而得到溶胶。所谓控制析晶过程，系指采用有利于大量形成晶核，减缓于晶体生长的条件，例：采用较大的过饱和浓度，较低的操作温度。例：在不断搅拌条件下，将FeCl3稀溶液，滴入沸腾的水中水解，即可生成棕红色透明的Fe(OH)3溶胶。

FeCl3(稀水溶液)+3H2O→Fe(OH)2溶胶+3HCl为了获得稳定的溶胶，还需满足两个条件：一是分散相在介质中的溶解度要小；二是需要加入第三者作为稳定剂。第10页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六2022/11/2211三.溶胶的净化:常用渗析法，利用胶体粒子不能透过半透膜的特点，分离出溶胶中多余的电解质或其它杂质。

一般用羊皮纸，动物膀胱膜，硝酸或醋酸纤维素，等作为半透膜，将溶胶装于膜内，再放入流动的水中，经过一段时间的渗透作用，即可达到净化的目的。若加大渗透面积，适当提高温度，或加外电场，可加速渗透。

第11页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六2022/11/2212§2胶体系统的性质一.胶体系统的光学性质---、Tyndall（丁铎尔）效应丁铎尔效应：在暗室里，将一束聚集的光投射到胶体系统上，在与入射光垂直的方向上，可观察到一个发亮的光柱，其中并有微粒闪烁。1869年Tyndall发现胶体系统有光散射现象第12页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六2022/11/2213第13页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六2022/11/2214

入射光波长<分散粒子尺寸——反射

入射光波长>

分散粒子尺寸——散射（可见光波长400~760nm；胶粒10-9~10-6m)

入射光波长=

分子固有尺寸——吸收

无作用———透过

丁达尔现象的实质是溶胶对光的散射作用。第14页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六2022/11/2215丁铎尔效应可用来区分胶体溶液小分子真溶液系统完全均匀，所有散射光相互抵销，看不到散射光；系统不均匀，散射光不会被相互抵销，可看到散射光。第15页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六第16页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六2022/11/2217二.胶体系统的动力性质1.Brown运动

1827年,植物学家布朗(Brown)在显微镜下,看到悬浮在水中的花粉粒子处于不停息的无规则运动状态。第17页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六2022/11/2218布朗运动是分子热运动的必然结果。

以后发现，线度小于10-6m的粒子，在分散介质中都有这种运动。（胶体尺度10-9~10-6m)

这种现象产生的原因是，分散介质分子处于不断的热运动中，从四面八方断的撞击分散相粒子。对于大小在胶体尺度下的分散相粒子，粒子受到撞击次较小,从各个方向受到的撞击力不能完全互相抵消,.在某一时刻,粒子从某一方向到的冲量即可发生位移。此即布朗运动。第18页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六2022/11/2219Einstein-Brown

平均位移公式：x

:t

时间间隔内粒子的平均位移r

:粒子半径

T：热力学温度

：分散介质粘度L：阿伏加德罗常数该公式也可用于分散相粒子大小的测定，及阿伏加德罗常数的测定。第19页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六2022/11/22202.扩散定义：在有浓度梯度存在时，物质粒子因热运动而发生宏观上的定向迁移，称为扩散。浓度梯度的存在，是扩散的推动力第20页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六2022/11/2221胶体系统的扩散与溶液中溶质扩散一样，可用Fick扩散第一定律来描述：

单位时间通过某一截面的物质的量dn/dt与该处的浓度梯度dc/dx及面积大小As成正比，其比例系数D

称为扩散系数，负号是因为扩散方向与浓梯方向相反D

扩散系数单位浓度梯度下，单位时间通过单位面积的物质的量。单位：m2s--1第21页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六D

可用来衡量扩散速率。下表给出不同半径金溶胶的扩散系数。

可见，粒子越小，扩散系数越大，扩散能力越强。胶体粒子扩散速率要比真溶液小几百倍。对于球形粒子，D可由爱因斯坦－斯托克斯方程计算：

第22页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六将上式结合，可得：

由测量一定时间间隔t内的粒子平均位移，可求出D

。第23页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六由D，和，可求出一个球形胶体粒子的质量：球形粒子扩散系数计算式:第24页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六2022/11/2225而1mol胶体粒子的摩尔质量为：注意：

1)当胶体粒子为多级分散时，求得的为粒子平均半径；

2）若粒子非球形，则算得半径为表观半径；

3）若粒子有溶剂化，算出半径为溶剂化粒子半径。第25页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六2022/11/22263.沉降与沉降平衡

多相分散系统中的粒子，因受重力作用而下沉的过程，称为沉降。沉降与布朗运动所产生的扩散为一对矛盾的两个方面。沉降扩散

分散相分布真溶液均相粗分散系统沉于底部胶体系统平衡形成浓梯第26页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六2022/11/2227其中：

C1，C2

为高度h1,h2

处粒子的数密度；

M为粒子的摩尔质量；g

重力加速度；

0分散介质密度；

粒子密度；

贝林(Perrin)导出重力场中，沉降平衡时粒子浓度随高度的分布：……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………第27页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六2022/11/2228三.

溶胶系统的电学性质

溶胶是一个高度分散的非均相系统。分散相粒子与分散介质间有明显的相界面。实验发现，在外电场下，固、液两相可发生相对运动；反之，若迫使固、液两相作相对运动时，又可产生电势差。溶胶的这种与电势差有关的相对运动称为电动现象。

电动现象说明，溶胶粒子表面带有电荷。而溶胶粒子带有电荷也正是它能长期存在的原因第28页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六2022/11/22291.溶胶带电的原因：

a）固体的溶胶粒子，可从溶液中选择性地吸附某种离子而带电。其规则是：离子晶体表面从溶液中优先吸附能与它晶格上离子生成难溶或电离度很小化合物的离子。

例：AgI溶胶：

溶液中I－过量时，可吸附I－而带负电，溶液中Ag+过量时，可吸附Ag+而带负电。

第29页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六

溶液中带电溶胶粒子表面，必然要吸引相反电荷离子，使它们围绕在溶胶粒子周围，这样就在固液两相间形成了双电层。以下就来介绍双电层理论，b）溶胶粒子表面上的某些分子、原子可发生电离。

例：蛋白质中的氨基酸分子:

在pH低时氨基形成－NH3+而带正电；在pH高时羧基形成－COO－而带负电。第30页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六2022/11/2231１)斯特恩(Stern)双电层模型

1924年，斯特恩提出扩散双电层模型。他认为：

1)离子有一定的大小；

2)质点与表面除静电作用外，还有范德华作用;因此表面可形成一固定吸附层,或称为Stern层(包括一些溶剂分子);其余反离子扩散分布在溶液中,构成扩散部分。Stern层距离Stern面滑动面++++++++++++++++++++

固体表面扩散层2.带电界面的双电层结构-------Stern模型第31页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六2022/11/2232距离0Stern面

电势的大小，反映了胶粒带电的程度。

电势越高，表明：胶粒带电越多，滑动面与溶液本体之间的电势差越大，

扩散层厚度越厚热力学电势

—

由固体表面至溶液本体间的电势差0；

斯特恩电势

—由紧密层与扩散层之间的分界处至溶液本体间的电势差；

电势(电动电势)—

由滑动面至溶液本体间的电势差。第32页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六2022/11/2233

当固液两相发生相对移动时，紧密层（Stern层）中的反离子及溶剂分子与质点一起运动。滑动面以外的部分不移动。滑动面与溶液本体之间的电位差为。也只有在固液两相发生相对移动时，才呈现电势。距离0Stern面第33页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六2022/11/2234当电解质浓度足够大，(c4态),可使＝0，该状态称为等电态，此时胶体不带电，，不会发生电动现象，溶胶极易聚沉

当溶液中电解质浓度增加时，介质中反离子的浓度加大，将压缩扩散层使其变薄，把更多的反离子挤进滑动面以内，使电势在数值上变小，如下图。0滑动面c4>

c3>

c2>

c1距离反离子浓度斯特恩模型:

给出了

电势明确的物理意义，

解释了溶胶的电动现象,

定性地解释了电解质浓度对溶胶稳定性的影响，使人们对双电层的结构有了更深入的认识。２）电解质溶液浓度对的影响第34页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六2022/11/2235（1）电泳

在外电场的作用下，胶体粒子在分散介质中定向移动的现象，称为电泳。2.溶胶的电动现象

首先，在U形管中加入NaCl溶液，然后，从下方支管缓慢压入棕红色Fe(OH)3溶胶，以使其与NaCl溶液间有清晰的界面存在。通入直流电后，可观察到，电泳管中阳极一端界面下降，阴极一端界面上升。Fe(OH)3溶胶＋－NaCl溶液界面法测电泳装置示意图+–第35页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六2022/11/2236

实验测出在一定时间内界面移动的距离，可求得粒子的电泳速度，由电泳速度可求出胶体粒子的

电势。Fe(OH)3溶胶＋－NaCl溶液界面法测电泳装置示意图+–第36页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六2022/11/2237（2）电渗

在多孔膜（或毛细管）两端施加一定电压，液体通过多孔膜而定向流动的现象，称为电渗。＋－电渗示意图L1、L2

—导线管；E1、E2—

电极；M

—

多孔塞；M

及C

间的循环管路—

充水或其它溶液；

T

—

向毛细管C充气，使在毛细管中形成一个小气泡管路。第37页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六2022/11/2238（3）流动电势定义：在外力作用下，迫使液体通过多孔隔膜（或毛细管）定向流动，在多孔隔膜两端所产生的电势差，称为流动电势。该过程可认为是电渗的逆过程液槽气体加压多孔塞电位差计第38页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六2022/11/2239定义：分散相粒子在重力场或离心力场的作用下迅速移动时，在移动方向的两端所产生的电势差，称为沉降电势。（可视为电泳的逆过程）（4）沉降电势:第39页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六2022/11/2240（固相不动，液体移动）

电渗外加电场引起相对运动四种电现象的相互关系：

电泳流动电势（液体静止，固体粒子运动）沉降电位相对运动产生电位差第40页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六2022/11/22413.溶胶的胶团结构

由吸附及扩散双电层理论可以想象溶胶的结构为:1)由分子、原子或离子构成的,具有晶体结构的,固态微粒–胶核。2）过剩反离子，一部分在滑动面内，一部分在滑动面外，呈扩散状态分布于分散介质中。若分散介质是水，反离子应当是水化的。3）被包围在滑动面内的胶核+反离子=胶体粒子。4）整个扩散层

+被包围的胶体粒子=胶团（电中性）第41页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六

固相[(AgI)mnAg+紧密层（n-x）NO3-]x+胶核胶粒滑动面胶团扩散层xNO3-溶液本体例：胶团结构式见图例：AgNO3(稀aq)

+KI(稀aq)AgI+KNO3KI为少量，：AgI溶胶吸附Ag＋带正电(正溶胶），NO3－为反离子，AgNO3为稳定剂。第42页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六2022/11/2243KI

过量：AgI溶胶吸附I－带负电，K＋为反离子；

KI为稳定剂。例：KI(稀aq)+AgNO3(稀aq)

AgI+KNO3胶团结构表示：

例：Ag+少量，生成带负电的胶粒，K＋为反离子

胶粒{[AgI]mnI–

(n-x)K+}x

–

·

x

K+

胶核

胶团可滑动面

m及n

对每个胶粒可以大小不等第43页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六2022/11/2244胶核：首先吸附过量的成核离子，然后吸附反离子形成胶粒，包在滑动层内；2)胶团整体为电中性，在扩散层内。KI为稳定剂的胶团剖面图：K＋K＋K＋K＋[AgI]mI－I－I－I－I－I－I－I－I－I－I－I－I－I－I－I－I－I－I－I－I－I－I－I－K＋K＋K＋K＋K＋K＋K＋K＋K＋K＋K＋K＋K＋K＋K＋K＋K＋K＋K＋K＋胶核

滑动面（内部为胶粒）

扩散层边缘（包括整个胶团）特点：第44页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六2022/11/22

以上是由于吸附离子使胶核带电的情况。以下讨论由于产生电离产物使胶核带电的情况。当SiO2

微粒与水接触时，生成弱酸，H2SiO3，它的电离产物SiO32–

有一部分仍固定在SiO2

上，未扩散到溶液中去。这就形成了带负电的胶核。反离子是H+。SiO2溶胶的胶团结构为：

{[SiO2]m

nSiO32–·2(n-x)H+}2x

·2xH+第45页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六2022/11/22

所以，要使溶胶聚沉也要从中和粒子电荷、降低溶剂化作用等入手。溶胶稳定的原因：

1)胶粒带电

增加胶粒间的排斥作用；

2)溶剂化作用

形成弹性水化外壳，增加溶胶聚合的阻力；

3)Brown运动

使胶粒受重力的影响而不下沉。一.§3

溶胶的稳定与聚沉

第46页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六2022/11/222.溶胶的聚沉：定义：溶胶中分散相微粒互相聚结，颗粒变大，进而发生沉淀的现象称为聚沉。

通过加热、辐射或加入电解质都可导致溶胶聚沉。以下主要讨论电解质对溶胶的作用。（1）电解质的聚沉作用：适量的电解质对溶胶起到稳定剂的作用。但过量的电解质，特别是含高价反离子的电解质，往往会使溶胶聚沉。第47页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六2022/11/22其原因是：

1）因为电解质的浓度或价数增加时，会压缩扩散层，扩散层变薄，斥力势能降低。当电解质浓度足够大时，即使溶胶聚沉。距离0Stern面斯特恩层扩散层第48页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六2022/11/222）若加入的反离子发生特性吸附时，斯特恩层内的反离子数增加，使胶粒带电量降低，而导致碰撞聚沉。距离0Stern面斯特恩层扩散层第49页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六聚沉值使溶胶发生明显的聚沉所需该电解质的最小浓度聚沉能力聚沉值的倒数。1)反离子的价数起主要作用：反离子价数越高，聚沉能力越大。粗略估计：聚沉值1/Z6，聚沉能力Z6

舒尔策-哈迪（Schultz-Hardy）规则电解质对溶胶的聚沉规律：

电解质中使溶胶发生聚沉的离子，是与胶体粒子带电符号相反的离子，即反离子。Me+:Me2+:Me3+=16:26:36=1:64:729例外：H+虽为一价，却有很强聚沉能力。电解质对溶胶的聚沉作用第50页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六2)同价正离子，半径越小，水化能力越强，水化层越厚，进入斯特恩层数量越少，聚沉能力减弱。同价负离子，水化能力不起主要作用，半径越小，吸附能力越强，聚沉能力越强。对某些一价正、负离子，按聚沉能力的大小，可以排成所谓的“感胶离子序”：

正离子的聚沉能力：H+>Cs+>Rd+>NH4+>K+>Na+>Li+

负离子的聚沉能力：F－

>Cl－

>Br－

>NO3－

>I－

>OH－第51页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六③与溶胶电性同号的离子也有一定的作用，大的或高价的负（或正）离子对负（或正）电性胶体有一定的稳定作用。？若将AgNO3溶液滴加至过量KI溶液中，形成的AgI溶胶中加入下列不同电解质溶液，则使溶胶在一定时间内完全聚沉所需电解质的量最少者为（）。(A)La(NO3)3(B)Mg(NO3)2(C)NaNO3(D)KNO3A第52页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六2022/11/2253(2)高分子化合物的聚沉作用

在溶胶中加入高分子化合物既可使溶胶稳定，也可使溶胶聚沉。好的聚沉剂应当是相对分子质量很大的线性聚合物。1）搭桥效应一个长碳链高分子化合物，通过吸附在许多胶粒上，从而把胶粒联结起来，变成较大的聚集体而聚沉。它们的聚沉作用主要有三个方面：第53页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六2022/11/22542）脱水效应高分子对水有更强的的亲合力，由于它的溶解与水化，使胶粒脱水，失去水化外壳而聚沉。3）电中和效应离子型的高分子，吸附到带电胶粒上，中和了胶粒表面电荷，使粒子间斥力降低，进而聚沉。第54页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六2022/11/2255

但是，若在溶胶中加入较多的高分子化合物，同一个分散相粒子表面吸附了多个高分子，如左图。或许多高分子线团环绕在分散相粒子周围，形成水化外壳，包围了分散相粒子，则对溶胶起到保护作用。（3）异号溶胶的聚沉作用第55页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六2022/11/2256一乳状液1.定义：由两种不互溶或部分互溶的液体所形成的粗分散系统，称为乳状液。

例：牛奶、炼油厂的废水、乳化农药……。若一为水，可用“W”表示；另一相为有机物，如苯、煤油……，习惯上称之为“油”，可用“O”表示。

乳状液可分为两大类型水包油，O/W，油分散在水中油包水，W/O，水分散在油中§4粗分散系统

第56页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六（a）水包油型（O/W）（b）油包水型（W/O）乳状液的分散相被称为内相，分散介质被称为外相。若某相体积分数大于74%，它只能是乳状液的外相。第57页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六2022/11/2258乳化剂的种类表面活性物质某些固体粉末O＋W＋乳化剂

乳状液要得到比较稳定的乳状液，必须加入乳化剂。乳化剂能使乳状液比较稳定存在的作用—乳化作用

乳化剂使乳状液比较稳定的原因：

①降低油-水的界面张力，

②形成坚固的界面膜，

③液滴双电层的排斥作用，

第58页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六2022/11/22592．乳状液类型的鉴别

(1)染色法：将油溶性染料滴入乳状液，振荡后在显微镜下观察，鉴别乳状液是O/W型，还是W/O型的方法主要有：若内相被染色，则为O/W型；若外相染色，则为W/O型。(也可用水溶性染料做试验)。第59页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六2022/11/2260(3)导电法：因为水导电性强于油，O/W型乳状液的导电性能

远好于W/O型乳状液，通过测电导可区别两者。（但若乳状液中有离子型乳化剂，也有较好导电性。）(2)稀释法：取少量乳状液滴入水中或油中，若乳状液在水中能稀释，即为O/W型；在油中能稀释，即为W/O型。3.乳状液的稳定

添加少量的添加剂就能使乳状液比较稳定的存在，解释这种现象的理论就是乳状液的稳定理论，它大致有以下几个方面：第60页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六2022/11/22611)降低界面张力：乳状液系统的相界面面积比构成它的纯液体要大得多，是不稳定分散系统。加入少量表面活性剂，表面活性剂在两相界面产生正吸附，明显降低界面张力，使表面吉布斯函数降低，稳定性增加。

表面活性剂的HLB值可决定形成乳状液的类型：

HLB2～6:

形成W/O型乳状液；

HLB12～18:形成O/W型乳状液。

IIIIII第61页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六2022/11/2262附:乳化剂的选择可根据HLB值选择乳化剂：

HLB，亲油性，<8亲油；

HLB，亲水性，>8亲水。HLB值可以从手册查出，也可以估算第62页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六2022/11/222）形成定向楔的界面

乳化剂分子的一端极性基团亲水，一端非极性基团亲油，在界面层中,“大头”向外，“小头”密集钉在分散相小液滴上,使它表面积最小,界面吉布斯函数最低，界面膜更牢固。

一价碱金属皂类，形状是：亲水端为大头，作为乳化剂时，容易形成O/W型乳状液：油水第63页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六2022/11/2264

二价碱金属皂类，极性基团为小头，作为乳化剂，容易形成W/O型乳状液：油水

大头朝外，小头向内，表面活性剂可紧密排列，形成厚壁，使乳状液稳定。例外：一价银肥皂，作为乳化剂形成W/O型乳状液第64页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六2022/11/22653）形成扩散双电层---双电层的排斥作用离子型表面活性剂在水中电离，若正离子在水中的溶解度大于负离子，则水带正电，油带负电。带电的一端指向水，正离子在在水中呈扩散状分布，形成扩散双电层。它有较大的热力学电势及较厚的双电层，使乳状液处于较稳定的状态。第65页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六2022/11/22664）界面膜的稳定作用--形成坚固的界面膜乳化过程也是分散相液滴表面界面膜的成膜过程，界面膜的强度、韧性和厚度，对乳状液的稳定性起重要作用。配制特定组成的乳化剂，以形成较牢固的界面膜，可增加乳状液的稳定性。例水溶性的十六烷基磺酸钠+油溶性的乳化剂异辛甾烯醇，可形成带负电荷的稳定的O/W乳状液。第66页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六2022/11/22675）固体粉末的稳定作用：

分布在乳状液界面层的固体微粒,也能起到稳定剂的作用。光滑球形粒子，若不考虑重力，在油-水界面上的分布情况，油根据Young方程有：

os–ws

=

owcos固

soow水

sw

为油水界面与水固界面的夹角。cos=（

os–ws

）/

ow

第67页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六2022/11/2268固

soow水

swa.

os>ws，<900

水能润湿固体，大部分粒子浸入水中；有如下三种情况：固

osow水

ws油b.

os<ws，>900

油能润湿固体，大部分固体粒子在油中。第68页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六2022/11/2269ow

ws固

os水油c.

os=ws，=900，

粒子在油水之间。第69页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六2022/11/2270

所以，容易被水润湿的固体，如粘土、Al2O3，，可形成O/W乳状液。油水

若要使固体微粒在分散相周围排列成紧密固体膜，固体粒子大部分应当在分散介质中。第70页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六2022/11/2271

容易被油润湿的炭黑、石墨粉等，可作为W/O型乳状液的稳定剂。水油第71页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六2022/11/22724.乳状液的去乳化定义：使乳状液破坏的过程称为破乳或去乳化。其过程分为两步：第一，分散相小液滴絮凝成团；第二，凝聚，即分散相结合成更大的液滴，在重力场下自动分层。

乳状液稳定存在的主要原因是乳化剂的存在，所以，要破乳就要消除或削弱乳化剂的保护能力。第72页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六2022/11/2273常用方法为：1)用不能形成牢固膜的表面活性物质代替原来的乳化剂。

例如，异戊醇，表面活性强而碳氢链短，不能形成牢固的界面膜。2）加入能与乳化剂发生反应的物质，将它变成无乳化作用的物质。例如，油酸钠可使乳状液稳定，加无机酸，可使油酸钠变为不具有乳化作用的油酸，而达到破乳的目的。3）加入类型相反的乳化剂，如向O/W型的乳状液，加入W/O型乳化剂第73页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六2022/11/22745）物理方法：离心分离，电泳破乳，超声波破乳……4）加热。温度升高，可降低乳化剂在油-水界面的吸附量，削弱保护膜对乳状液的保护作用，降低介质的粘度。第74页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六5、泡沫

气体分散在液体或固体中所形成的分散系统称之为泡沫。

泡沫浮选

6、悬浮液

不溶性固体粒子分散在液体中所形成的分散系统称为悬浮液。

第75页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六2022/11/2276§7

高分子化合物溶液的渗透压

这里，所谓的高分子化合物是指其摩尔质量M>1~104

kg/mol的大分子化合物。在适当的溶剂中，它们可自动分散为高分子（或大分子）溶液。在这种溶液中，高分子化合物以分子或离子状态均匀分布在溶液中，分散质与分散介质之间并无相界面存在。所以高分子溶液是均匀分布的真溶液，是热力学平衡系统，与溶胶有本质的不同。

只是由于高分子化合物分子的大小，恰好在胶体范围内(1nm~103nm)，而且它具有某些胶体的特性，所以又称高分子溶液为亲液溶胶。它与溶胶性质上的比较，列于下表。第76页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六2022/11/2277

分散相粒子尺寸1~103nm

扩散慢不能通过半透膜相同之处高分子溶液溶胶不同之处具有可逆性：蒸发除去溶剂，可得干燥的高分子化合物；再加入溶剂，又可自动溶解成溶液。具有不可逆性：蒸发除去溶剂，可得干燥的沉淀物；若再加入溶剂，不能复原成溶胶

热力学稳定系统热力学不稳定系统稳定原因主要是溶剂化稳定原因主要是分散相粒子带电均相系统，丁铎尔效应微弱多相系统，丁铎尔效应强

对电解质稳定性大加入少量电解质就会聚沉粘度大粘度小，与纯溶剂粘度相似第77页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六2022/11/22781.高分子溶液的渗透压

在第四章讨论稀溶液的依数性时，曾推导出理想稀溶液的渗透压与溶质浓度cB

的关系式：它对高分子溶液也适用。

由于在高分子溶液中，分散质与分散介质之间存在较强的亲和力，所以有明显的溶剂化效应。这样就影响渗透压，对以上公式产生偏差。若B

为溶质的质量浓度，M为溶质的摩尔质量，上式成为：第78页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六2022/11/2279

在恒温下，/B

应当是常数，但是实验表明，在恒温下，/B

随B

变化而变化。所以以用维里(virial)方程来表示与B

的关系为好。

式中的A2

、A3……均为常数，称为维里系数。若质量浓度B

很小，可以忽略高次项，上式成为：第79页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六由可见

在恒温下，若以/B

对B

作图，应得一直线，由直线的斜率可得A2

，由直线的截距可得高分子化合物的摩尔质量M

。

渗透压法测定高分子摩尔质量M

的范围是：10~103kg/mol。摩尔质量太小时，高分子化合物容易通过半透膜，摩尔质量M太大时，渗透压很小，测量误差大。对于能电离的高分子稀溶液，(12.10.3)并不适用。对于蛋白质水溶液，只有在等电状态时，才适用。这个问题，在下一节中，还要详尽讨论。第80页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六2.唐南平衡

在第四章中讨论稀溶液依数性时，只讨论了非电解质溶液。一个溶质分子在溶液中只是一个质点。但对于电解质溶液，一个强电解质分子可以电离出++-个质点，所以依数性的公式要作相应的修改。

许多高分子化合物是电解质，例如蛋白质NazP在水中发生如下电离：h溶剂蛋白质溶液半透膜第81页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六

若隔开蛋白质水溶液与纯水的半透膜只能透过溶剂与小的电解质离子，不能透过Pz-

，而且NazP浓度为c。因为半透膜两侧均为电中性的，所以溶液中一个NazP分子产生z+1个离子，而纯溶剂中无离子。所以，溶液的渗透压为：h纯水蛋白质溶液半透膜第82页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六h

NaCl水溶液蛋白质溶液半透膜

若半透膜右侧是NaCl水溶液，不是纯水。由于Na+

与Cl–均可通过半透膜，在达到渗透压平衡时，不仅两侧溶液达到平衡，电解质也要达到平衡。此即唐南平衡

。Na+zc

Na+c’P

z–c

Cl–c’

设在开始时情况如右图：左侧NazP水溶液浓度为c，右侧NaCl水溶液浓度为c’。

由于Cl–可由右侧通过半透膜到达左侧，而为了维持电中性，每通过一个Cl–到左侧，同时必有一个Na+透过半透膜到左侧。第83页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六

设平衡时有浓度为x的NaCl从右侧到达左侧。情况如右图。这时，两侧溶液的NaCl的化学势为：Na+zc+xNa+c´-xCl–xCl–c´-x

P

z–c因为达到渗透平衡时，膜两侧化学势相等，所以有：第84页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六Na+zc+xNa+c´-xCl–xCl–c´-x

P

z–c代入右图中的浓度值，得到：

所以渗透压为：第85页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六代入x的解，得到：

当盐的浓度远远小于蛋白质的浓度时，即c´<<c

时：此式与假设半透膜一侧为纯水时相同。(x

0)

当盐的浓度远远大于蛋白质的浓度时，即c´>>c

时：第86页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六此时即几乎有一半浓度的盐透过了半透膜。

所以在半透膜另一侧加入不同量的电解质NaCl时，可使蛋白质的渗透压在(z+1)cRT

到cRT

之间变化。

唐南平衡的最重要功能是控制物质的渗透压，这对医学、生物等研究细胞膜内外的渗透平衡有重要意义。第87页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六§8

气溶胶

以气体为分散介质，固体或液体为分散相，所形成的胶体系统，称为气溶胶。在气溶胶中，以粉尘的分散度最低，线度103~106nm，烟（固–气分散系统）和雾（液–气分散系统）为10~103nm。

粗分散系统100nm101nm102nm103nm104nm105nm106nm

粉尘

烟和雾

胶体系统

泡沫悬浮液粒子真溶液第88页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六气溶胶的实际应用：在矿山开采、机械加工、金属冶炼等工艺过程中，会产生大量烟雾及粉尘，污染环境，危害健康。例如长期吸入含有硅酸盐的粉尘会引起矽肺病。在煤烟表面，也有致癌的碳氢化合物，如3,4-苯并芘等。此外还有As2S3、Sb2S3、Cu、Pb、Zn、……。这些物质粒子随煤烟排入大气，严重污染空气，危害人类健康，而且也是一种浪费。所以如何除尘，也是一个重要的课题。而另一方面，气溶胶在科学技术上的应用也十分广泛。例如将液体燃料喷成雾状，或将固体燃料以粉尘形式进行燃烧，都可以提高燃烧效率，减少污染。又如，将催化剂分散为颗粒状，悬浮于气流中的流态化技术，可以加大气-固传质速率，提高催化效果；军事上也常用烟雾，来掩蔽自已。以下，我们以粉尘为代表，来研究气溶胶的性质。第89页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六1.粉尘的分类分类法按化学性质分按有无毒性分按沉降性质分(1)尘埃—

直径104~105nm，在静止空气中加速沉降。(2)尘雾—

直径250

~104nm，在静止空气中等速沉降。(3)尘云—

直径<102nm，在静止空气中处于无规则布朗运动状态，不能自动下降。第90页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六

粗分散系统100nm101nm102nm103nm104nm105nm106nm

粉尘

烟和雾

胶体系统

泡沫悬浮液粒子真溶液

尘埃

尘雾

尘云

气溶胶第91页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六2.粉尘的性质（1）润湿性：粉尘被水润湿的容易与否，与粉尘的化学性质、颗粒大小、带电情况、温度及接触时间的长短等因素有关。新产生的粉尘具有很强的吸附能力，易于吸附空气中的粒子，在表面上形成一层较牢固的气膜。粉尘的颗粒越小，吸附力越强，形成的气膜越牢固，越不容易被水润湿，甚至可使亲水的大块固体变成憎水性粉末。悬浮在空气中的粉尘质量很小，遇到净化水幕的雾滴时，会产生环绕作用，使粉尘不易与水滴接触。这也会影响水对粉尘的润湿效果。若能提高水滴的分布密度，增加粉尘与水滴相对运动的速度，则有利于水对粉尘的润湿。第92页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六（2）粉尘沉降的速度：该速度与粉尘颗粒的大小、形状、密度等因素有关。直径>104nm的尘粒，（>103nm为粗分散系统，已经为尘埃部分），在静止的空气中表现为加速沉降。

粗分散系统100nm101nm102nm103nm104nm105nm106nm

粉尘

烟和雾

胶体系统真溶液

尘埃

尘雾

尘云

气溶胶第93页，共101页，2022年，5月20日，6点15分，星期六

直径小于该值的，在静止的空气中表现为等速沉降的尘粒，才可用斯托克斯方程计算其沉降速度：

上式中，0为空气密度，因为它远小于粉尘密度，所以可忽略不计。为静止空气的粘度，g为重力加速度，r为球形粒子半径。下表列出不同大小球形石英粒子在常温下的静止空气中的沉降速度：尘粒的直径d/m沉降速度v/(m·h-1)10.2841028.4507105