第5章-胶体分散体系的稳定与聚沉课件

第5章胶体分散体系的稳定与聚沉导言稳定与聚沉举例雷雨交加江河入海处三角洲的形成化妆品、日用品分散体系的稳定污水处理中胶体粒子的聚沉豆浆失稳成豆腐第5章胶体分散体系的稳定与聚沉胶体是热力学不稳定体系原因：胶体是高分散多相体系，分散相的巨大的比表面和表面能。降低表面能是其热力学自发的趋势。表现形式：表面吸附、聚集沉降等。胶体分散体系是稳定和聚沉的矛盾统一体稳定是相对、暂时、有条件的：动力学分析不稳定（聚沉）是绝对的：热力学分析第5章胶体分散体系的稳定与聚沉溶胶稳定因素动力稳定作用带电稳定作用溶剂化稳定作用扩散层未重叠,两胶团之间不产生斥力扩散层重叠,产生渗透性斥力和静电斥力第5章胶体分散体系的稳定与聚沉5-1经典稳定理论—DLVO理论带电胶体粒子稳定理论，由1941年苏联德查金(Derjaguin)和朗道(Landau)及1948年荷兰维韦(Verwey)和奥弗比克(Overbeek)分别独立提出。

带电胶粒间存在双电层重叠时的静电斥力和粒子间的长程范德华吸力，两种力的相互作用决定胶体的稳定性。双电层：固定层和扩散层第5章胶体分散体系的稳定与聚沉5-1经典稳定理论—DLVO理论DLVO理论要点：(1)在胶团之间，既存在着斥力势能，又存在着引力势能。(2)胶体系统的相对稳定或聚沉取决于斥力势能和吸力势能的相对大小。(3)斥力势能、吸力势能以及总势能都随粒子间距离的变化而变化。(4)加入电解质对吸力势能影响不大，但对斥力势能的影响却十分明显。第5章胶体分散体系的稳定与聚沉1胶粒双电层重叠时的静电斥力斥力位能UR（1）两平面粒子双电层重叠时的斥力位能第5章胶体分散体系的稳定与聚沉第5章胶体分散体系的稳定与聚沉影响因素：1）电解质浓度

2）电解质溶液中反号离子价数

3）粒子间的距离讨论:如何影响?第5章胶体分散体系的稳定与聚沉影响规律：1）有一最佳电解质浓度使斥力位能达到最大，过高或过低都不利于胶体的稳定。2）斥力位能随电解质溶液中反号离子价数的增加而减小。3）粒子间的距离增大导致斥力位能迅速减少。第5章胶体分散体系的稳定与聚沉（2）两球形粒子双电层重叠时的斥力位能第5章胶体分散体系的稳定与聚沉（2）两球形粒子双电层重叠时的斥力位能主要影响因素：1）球粒大小（大，稳定）

2）双电层厚度（厚，稳定）第5章胶体分散体系的稳定与聚沉2胶粒间长程范德华吸力吸力位能UA

（短程范德华力）两永久偶极分子间吸引位能永久偶极和诱导偶极间吸引位能两非极性分子间吸引位能第5章胶体分散体系的稳定与聚沉(1)两平面粒子的范德华吸力位能第5章胶体分散体系的稳定与聚沉(1)两平面粒子的范德华吸力位能第5章胶体分散体系的稳定与聚沉A:哈梅克（Hamaker）常数，与物质的性质有关（如物质单位体积的分子数和极化率）第5章胶体分散体系的稳定与聚沉（2）两球形粒子的范德华吸力位能

第5章胶体分散体系的稳定与聚沉（2）两球形粒子的范德华吸力位能

第5章胶体分散体系的稳定与聚沉

第5章胶体分散体系的稳定与聚沉（3）分散介质对吸力位能的影响通过Hamaker常数描述第5章胶体分散体系的稳定与聚沉（3）分散介质对吸力位能的影响讨论：吸力位能的相互关系

(参看112页1）2）3）4）5）)

第5章胶体分散体系的稳定与聚沉第5章胶体分散体系的稳定与聚沉第5章胶体分散体系的稳定与聚沉第5章胶体分散体系的稳定与聚沉第5章胶体分散体系的稳定与聚沉第5章胶体分散体系的稳定与聚沉3DLVO理论及其应用（1）DLVO理论要点在胶团之间，既存在着斥力势能，又存在着引力势能。胶体系统的相对稳定或聚沉取决于斥力势能和吸力势能的相对大小。斥力势能、吸力势能以及总势能都随粒子间距离的变化而变化。加入电解质对吸力势能影响不大，但对斥力势能的影响却十分明显。斥力势能、吸力势能及总势能曲线位能曲线图第5章胶体分散体系的稳定与聚沉问题：通常“位垒”高度多大，可以阻止粒子由于热运动碰撞而聚沉？

15κT”落在第二最小值的粒子会发生聚沉吗？

理论上聚沉，实际上稳定，“可逆聚沉”，“聚集”落在第一最小值的粒子会发生聚沉吗？“不可逆聚沉”“永久聚沉”（2）影响位能的因素

A值的影响当κ、ψ0不变时：A↑，吸力位能↑，势垒↓（2）影响位能的因素

Ψ0值的影响ψ0↑，斥力位能↑，势垒↑（2）影响位能的因素电解质浓度的影响通过κ影响：n0↑，

κ↑，势垒↓有一最佳稳定值n0↑，势垒↑第5章胶体分散体系的稳定与聚沉(3)聚沉理论1900年舒尔兹一哈迪（Schulze-Hardy）发现：电解质中的反号离子才影响分散体系的稳定性。电解质的聚沉值与胶粒的异电性离子的价数的6次方成反比。第5章胶体分散体系的稳定与聚沉

Schulze-Hardyrule纯实验规律的总结。

DLVO理论的辉煌成就之一就是从理论上证实了Schulze-Hardyrule。

实验规律和理论结果的一致性，充分证明了DLVO理论具有一定程度的正确性。第5章胶体分散体系的稳定与聚沉聚沉浓度的理论推导由“总位能=吸力位能+斥力位能=0”计算对平面离子

对球形离子第5章胶体分散体系的稳定与聚沉讨论:聚沉浓度的影响因素

第5章胶体分散体系的稳定与聚沉第5章胶体分散体系的稳定与聚沉

DLVO理论和Schulze-Hardyrule的近似性和局限性不同种的同价反号离子的聚沉值并不相同。第5章胶体分散体系的稳定与聚沉5-2空间稳定理论1DLVO理论的局限性适用：电解质稳定的憎液溶胶等原因：DLVO理论-稳定因素-双电层重叠产生的静电斥力

Ψ0越大、ζ越大、ν0越大、VR越大不适用：高聚物等胶体体系原因：忽略了其它因素，如吸附聚合物作用第5章胶体分散体系的稳定与聚沉5-2空间稳定理论2吸附聚合物层如何对胶体产生稳定作用？静电斥力位能减少Hamaker常数空间斥力位能第5章胶体分散体系的稳定与聚沉5-2空间稳定理论3空间斥力位能的构成第5章胶体分散体系的稳定与聚沉5-2空间稳定理论3空间斥力位能的构成（1）熵效应（？）（2）弹性效应（？）（3）渗透效应（？）（4）焓效应（？）第5章胶体分散体系的稳定与聚沉5-2空间稳定理论3空间斥力位能的构成（1）熵效应高分子伸展受限制，混乱度降低，

ΔS<0。（2）弹性效应吸附层被压缩，产生弹性斥力位能。第5章胶体分散体系的稳定与聚沉5-2空间稳定理论（3）渗透效应吸附高分子浓度增大，重叠区出现过剩化学势、过剩渗透压产生渗透斥力。（4）焓效应重叠区高分子浓度增大，相当于溶液浓缩过程，有热焓变化ΔH<0

，产生焓斥力位能。第5章胶体分散体系的稳定与聚沉4影响空间稳定性的因素（1）吸附聚合物分子结构的影响（？）（2）相对分子质量及吸附层厚度的影响（？）（3）分散介质可溶解度的影响（？）第5章胶体分散体系的稳定与聚沉5-3空缺稳定理论1高聚物对胶体的稳定可分为哪两种类型?

“空间稳定”和“空位稳定”2什么是负吸附？空位层？3空位稳定的吸力效应和斥力效应

吸力效应如何产生？浓度差渗透压吸力

斥力效应如何产生？分离过程非自发过程吉布斯函数增大斥力位能第5章胶体分散体系的稳定与聚沉吸力效应和斥力效应与聚合物浓度的关系

低浓度：吸力效应占优势空位聚沉高浓度：斥力效应占优势空位稳定4影响空缺稳定的因素（1）聚合物相对分子质量（2）胶粒大小（3）溶剂第5章胶体分散体系的稳定与聚沉5-4DLVO、空间、空位稳定理论比较（1）稳定剂性质

电解质、高分子化合物、高分子化合物（2）吸附性质

正吸附、正吸附、负吸附（3）稳定本质

热力学亚稳定、稳定、亚稳定

第5章胶体分散体系的稳定与聚沉5-4DLVO、空间、空位稳定理论比较（4）微粒间相互作用

长程范德华力、扩散双电层静电斥力；空间斥力位能、长程范德华力；空位层产生渗透吸附能、ΔG增大过程。

三种溶胶聚沉.(左)Al(OH)3;(中)Fe(OH)3;(右)Cu(OH)2第5章胶体分散体系的稳定与聚沉第5章胶体分散体系的稳定与聚沉5-4胶体分散体系的聚沉1电解质聚沉（1）聚沉的原因（2）“盐析”效应势垒高度随电解质浓度增大而降低c1c2c30Ex电解质浓度对胶粒势能的影响吸力斥力第5章胶体分散体系的稳定与聚沉5-4胶体分散体系的聚沉2高聚物聚沉（1）吸附聚合物聚沉原因

搭桥效应:一个长碳链的高聚物分子可以同时吸附在许多个分散相微粒上,通过“搭桥”把胶粒联结在一起,引起聚沉.脱水效应:高聚物分子由于亲水作用强,其溶解与水化作用使胶粒脱水,失去水化外壳而聚沉.电中和效应:离子型高聚物吸附在带电的胶粒上而中和了胶粒的表面电荷,使粒子间的斥力势能降低,而使溶胶聚沉.高分子化合物对溶胶聚沉和保护作用示意图(a)聚沉作用(b)保护作用第5章胶体分散体系的稳定与聚沉第5章胶体分散体系的稳定与聚沉

（2）自由聚合物的聚沉作用

吸力效应和斥力效应3快速聚沉的概念

胶粒间不存在斥力位能或远小于胶粒布郎运动的动能。4慢速聚沉