第十四章-胶体化学

第十四章胶体化学(jiāotǐhuàxué)第一页，共42页。第十四章胶体化学(jiāotǐhuàxué)§14-1引言(yǐnyán)一、研究对象热力学不稳定的高度(gāodù)分散的多相体系分散相：分散到其它物质中的物质分散介质：用来分散其它物质的物质1.

分散体系2.

分散体系的分类(1)按分散相粒子的大小分类：第二页，共42页。a.分子分散(fēnsàn)体系分散相粒子(lìzǐ)：分子、原子、离子分子溶液，真溶液，均相b.胶体(jiāotǐ)分散体系分散相粒子：分子、原子或离子的聚集体胶粒（棒、球、条、线、圆盘、椭球状等）透明、多相体系c.

粗分散体系分散相：粗颗粒混浊，不透明第三页，共42页。(2)按聚集(jùjí)状态分类：分散相分散介质体系气液泡沫液乳状液固溶胶气固固体泡沫液固体乳状液固固溶胶液气雾、云固烟尘第四页，共42页。3.胶体(jiāotǐ)的分类(2)按分散相和分散介质的亲和力分类(fēnlèi)（i）憎液溶胶例：Fe(OH)3溶胶，AgI溶胶（ii）大分子溶液(róngyè)（亲液溶胶）例：聚苯乙烯苯溶液(róngyè)，蛋白质水溶液(róngyè)，生物大分子水溶液(róngyè)（iii）胶束（缔合胶体）(1)按分散介质的聚集状态分类气溶胶、液溶胶、固溶胶第五页，共42页。二、研究内容胶体体系的形成、性质、稳定(wěndìng)和破坏三、研究(yánjiū)方法胶体体系的特征（多相性、高度分散性、热力学不稳定性）物理化学(wùlǐhuàxué)性质第六页，共42页。§14-2胶体(jiāotǐ)的制备与净化14-2-1制备(zhìbèi)1.分散(fēnsàn)法凝聚法物理凝聚法化学凝聚法研磨法、电弧法、胶溶法、超声法蒸汽凝聚法过饱和法第七页，共42页。14-2-1净化(jìnghuà)电渗析法电极电极水水溶胶(róngjiāo)半透膜半透膜§14-3憎液溶胶(róngjiāo)的性质14-3-1憎液溶胶的光学性质一、丁达尔效应（1869）第八页，共42页。（2）加入大量----稳定作用溶胶(róngjiāo)高分子化合物对溶胶的作用所需电解质的最小浓度。固体泡沫例：泡沫塑料、泡沫橡胶(xiàngjiāo)、泡沫玻璃、细的毛细管而移动，这种现象称电渗。法扬斯规则(guīzé)：起泡(qǐpào)剂：表面活性剂14-2-1制备(zhìbèi)Sohulze-Hardy经验(jīngyàn)价数规则：§14-4憎液溶胶的稳定和聚沉（2）胶粒带电的符号(fúhào)取决于被吸附离子的符号(fúhào)。变大，以致最后(zuìhòu)出现沉降现象。（4）Stern-Grapame双电层模型(móxíng)（1947）不溶性气体分散在液体或熔融固体中形成的§14-3憎液溶胶(róngjiāo)的性质粒子的分布达平衡，形成一分散(fēnsàn)粒子的反射（粗分散(fēnsàn)体系）分散粒子(lìzǐ)的散射（胶体体系）散射光乳光(rǔɡuānɡ)第九页，共42页。二、Rayleigh散射(sǎnshè)定律（1871）---散射光强度(qiángdù)（乳光强度(qiángdù)、浊度）；---入射光波长(bōcháng)；---单位体积内粒子数，即粒子浓度；---单个粒子的体积；---分散介质的折射率；---分散相的折射率；---入射光强度；---散射角；---散射距离第十页，共42页。三、胶体粒子(lìzǐ)的观察（电镜）14-3-2憎液溶胶的表面(biǎomiàn)性质具有(jùyǒu)很高的比表面自由能分散度：比表面积S0---单个胶体粒子的总面积---单个胶体粒子的总体积电子显微镜超显微镜边长为的四方体胶粒：半径为的球形胶粒：第十一页，共42页。14-3-3憎液溶胶(róngjiāo)的动力学性质一、布朗运动(bùlǎnɡyùndònɡ)-平均自由(zìyóu)程：观测时间t内粒子沿x方向移动的平均路程。二、扩散扩散系数第十二页，共42页。D的物理意义：单位(dānwèi)浓度梯度下、单位(dānwèi)时间内通过单位(dānwèi)截面积的粒子数。三、沉降(chénjiàng)和沉降(chénjiàng)平衡1.沉降(chénjiàng)：分散相与分散介质分离的过程。第十三页，共42页。2.沉降(chénjiàng)平衡：高度分布(fēnbù)定律：扩散速度(sùdù)与沉降速度(sùdù)相等时，粒子的分布达平衡，形成一定的浓度梯度—沉降平衡第十四页，共42页。14-3-4憎液溶胶(róngjiāo)的电学性质一、电动(diàndònɡ)现象1.电泳(diànyǒnɡ)在外电场作用下，胶体粒子在分散介质中的定向移动称为电泳。

电泳速率与粒子所带电量、电场梯度成正比。与分散介质的粘度、粒子大小成反比。2.电渗在外电场作用下，分散介质通过多孔膜或极细的毛细管而移动，这种现象称电渗。第十五页，共42页。3.流动(liúdòng)电势在外加压情况下，使液体流经多孔膜时，在膜的两边会产生电势差，称之为流动电势，它是电渗作用(zuòyòng)的反面现象。4.沉降(chénjiàng)电势若使分散相粒子在分散介质中迅速下降，则在液体的表面层与底层之间会产生电势差，称为沉降电势，它是电泳作用的反面现象。二、胶体粒子带电的原因1、吸附第十六页，共42页。法扬斯规则(guīzé)：胶体(jiāotǐ)粒子优先吸附与胶体(jiāotǐ)有相同化学元素的离子。例：用AgNO3与KI制备(zhìbèi)AgI溶胶：

若：KI过量，AgI粒子吸附I-而带负电；AgNO3过量，AgI粒子吸附Ag+而带正电。2.电离第十七页，共42页。3.摩擦(mócā)带电介电常数大的物质带正电(zhèngdiàn)，介电常数小的物质带负电。三、胶体(jiāotǐ)粒子的双电层（1）Helmholtz平板型模型（1879）1、双电层结构第十八页，共42页。（2）Gouy和Chapman的扩散(kuòsàn)双电层模型（1910-1913）（3）Stern双电层模型(móxíng)第十九页，共42页。（4）Stern-Grapame双电层模型(móxíng)（1947）2、电动(diàndònɡ)电势（-电势）（1）热力学电势(diànshì)，Stern电势(diànshì)和电动电势(diànshì)滑移面：分散相与分散介质作相对运动时的滑动面。第二十页，共42页。--固体(gùtǐ)表面与本体溶液之间的电势差--距固体表面处，即紧密层与扩散层分界处与本体(běntǐ)溶液之间的电势差

--滑动(huádòng)面与本体溶液之间的电势差：V（伏）：电场强度V/m：粘度，：胶粒运动速度m/s：介质的介电常数，F/m第二十一页，共42页。胶体(jiāotǐ)粒子为球状：K=6胶体(jiāotǐ)粒子为棒状：K=4：介质的相对(xiāngduì)介电常数，F/m：真空介电常数，-12F/m大学化学，1998，13(5)，48-50。第二十二页，共42页。（2）热力学电势与电动(diàndònɡ)电势的关系（3）与电动(diàndònɡ)电势的关系稀溶液(róngyè)：浓溶液：a.b.

只和与固体平衡的溶液的离子的浓度有关随紧密层溶剂化离子的浓度而改变，对其它离子非常敏感。第二十三页，共42页。14-3-5憎液溶胶(róngjiāo)的胶团结构例：AgI溶胶(róngjiāo)的胶团结构法扬斯经验规则：优先(yōuxiān)吸附与胶粒有相同元素的粒子若KI过量：第二十四页，共42页。（1）整个(zhěnggè)胶团是电中性的。（2）胶粒带电的符号(fúhào)取决于被吸附离子的符号(fúhào)。（3）外加电解质浓度(nóngdù)增加，下降，当，胶团结构：胶体不稳定，当时，胶体稳定。§14-4憎液溶胶的稳定和聚沉14-4-1憎液溶胶的稳定性溶胶能够稳定存在的主要原因：第二十五页，共42页。1.动力学稳定(wěndìng)作用2、带电的稳定(wěndìng)作用3、溶剂(róngjì)化的稳定作用胶粒的布朗运动和扩散作用影响因素分散度分散介质的粘度第二十六页，共42页。14-4-2憎液溶胶(róngjiāo)的聚沉聚沉：憎液溶胶中分散相颗粒相互凝结、颗粒变大，以致最后(zuìhòu)出现沉降现象。原因：浓度(nóngdù)、温度、光作用、搅拌和外加电解质等。1.电解质的作用聚沉值：指定条件下，引起溶胶明显聚沉所需电解质的最小浓度。聚沉能力：聚沉值的倒数。电解质聚沉能力经验规则：第二十七页，共42页。（1）反离子的价数愈高，聚沉能力(nénglì)愈强；Sohulze-Hardy经验(jīngyàn)价数规则：聚沉能力(nénglì)：聚沉值比例：（2）反离子价数相同时，依据于反离子的大小，离子愈大，聚沉能力愈强；第二十八页，共42页。同一阴离子（NO3-）的一价盐，其阳离子对带负电(fùdiàn)的溶胶的聚沉能力顺序：同一(tóngyī)阳离子（K+）的一价盐，其阴离子对带正电的溶胶的聚沉能力顺序：第二十九页，共42页。（3）同号离子(lízǐ)的影响；（4）有机化合物的离子(lízǐ)都具有很强的聚沉能力。2.胶体(jiāotǐ)的相互作用3.高分子化合物对溶胶的作用（1）加入少量----敏化作用（2）加入大量----稳定作用4.溶胶浓度的影响第三十页，共42页。§14-5粗分散(fēnsàn)体系14-5-1乳状液1.乳状液的分类(fēnlèi)及鉴别分类(fēnlèi)：（1）水包油型O/W例：杀虫乳剂（2）油包水型W/O例：青霉素油剂鉴别：（1）染色法（2）冲淡法2.乳化剂的作用（1）降低表面张力第三十一页，共42页。（2）形成坚固(jiāngù)的界面薄膜（3）形成(xíngchéng)双电层3.乳状液的转化(zhuǎnhuà)与破坏（1）乳状液的转化（2）乳状液的破乳与去乳化14-5-2泡沫不溶性气体分散在液体或熔融固体中形成的分散体系。第三十二页，共42页。液体(yètǐ)泡沫例：肥皂沫、啤酒沫、汽水沫固体泡沫例：泡沫塑料、泡沫橡胶(xiàngjiāo)、泡沫玻璃、泡沫金属等。起泡(qǐpào)剂：表面活性剂消泡剂：乙醇等14-5-3气溶胶14-5-4悬浮体例：云、雾、烟、粉尘等。第三十三页，共42页。§14-6大分子溶液(fēnzǐrónɡyè)一、大分子溶液与憎液溶液的性质(xìngzhì)比较比较项目大分子溶液憎液溶胶相同点颗粒的大小1—100nm，分子1—100nm，胶团透过半透膜不能不能扩散速度慢慢不同点溶剂-溶质间的亲和力强弱稳定性稳定体系不稳定体系加入电解质稳定聚沉体系性质热力学平衡体系，可用热力学函数描述非热力学平衡体系，只能用动力学研究丁达尔效应均相体系，弱多相体系，强粘度大小描述分子分散均相体系，热力学稳定的平衡体系非分子分散的多相体系，热力学不稳定的非平衡体系第三十四页，共42页。二、大分子溶液(fēnzǐrónɡyè)的性质1.渗透压和唐南平衡(pínghéng)i）渗透压：ii）唐南平衡(pínghéng)：当有蛋白质一类大分子存在时，半透膜两边达平衡时，膜两边电解质浓度并不相等，该平衡称唐南平衡。唐南平衡产生附加渗透压。第三十五页，共42页。第三十六页，共42页。(iii)膜电势(diànshì)（2）胶