第十二章胶体化学.ppt

1、第十二章第十二章 胶体化学胶体化学在此幻灯片插入公司的徽标在此幻灯片插入公司的徽标从从“插入插入”菜单菜单选择图片选择图片找到徽标文件找到徽标文件单击单击“确定确定”重新设置徽标大小重新设置徽标大小单击徽标内任意位置。徽标外部单击徽标内任意位置。徽标外部出现的方框是出现的方框是“调整控点调整控点”使用这些重新设置对象大小使用这些重新设置对象大小如果在使用尺寸调整控点前按下如果在使用尺寸调整控点前按下 shift 键，则对象改变大小但维键，则对象改变大小但维持原比例。持原比例。1 胶体系统的光学性质胶体系统的光学性质 胶体系统的动力性质胶体系统的动力性质 胶体系统的电学性质胶体系统的电学性质 憎

2、液溶胶的胶团结构憎液溶胶的胶团结构 憎液溶胶的稳定理论憎液溶胶的稳定理论DLVODLVO理论理论 憎液溶胶的聚沉憎液溶胶的聚沉 乳状液乳状液 2（一）胶体分散系统及其基本性质（一）胶体分散系统及其基本性质分散系统分散系统：一种或几种物质分散在另一种物质之中；：一种或几种物质分散在另一种物质之中；分散相分散相：被分散的物质；：被分散的物质；分散介质分散介质：另一种连续分布的物质：另一种连续分布的物质胶体是一种分散系统胶体是一种分散系统分子分散系统分子分散系统胶体分散系统胶体分散系统粗分散系统粗分散系统3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高度分散的多相性和热力学不稳定性是胶体系统

3、的主要特点4憎液溶胶憎液溶胶亲液溶胶亲液溶胶 溶胶溶胶分散相与分散介质之间有相界面分散相与分散介质之间有相界面均相，无相界面均相，无相界面 高分子溶液高分子溶液51 1、TyndallTyndall（丁达尔）效应（丁达尔）效应18691869年年 TyndallTyndall发现胶体系统有光散射现象发现胶体系统有光散射现象丁达尔效应：在暗室里，将一束聚集的光投射到胶体系统上，在与丁达尔效应：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 中并有微粒中并有微粒闪烁。闪烁。12122 2 胶体系统的光学性

4、质胶体系统的光学性质62.2.Rayleigh Rayleigh 公式公式I I：散射光强：散射光强 ；I I0 0:入射光强；入射光强；V V ：一个粒子的体积；一个粒子的体积；C C ：单位体积中的粒子数；：单位体积中的粒子数；n n:分散相的折射率；分散相的折射率；n n0 0：分散介质的折射率；：分散介质的折射率；：散射角；：散射角；l l :观测距离观测距离对于非导电的、球形粒子的、稀溶胶系统：对于非导电的、球形粒子的、稀溶胶系统：单位体积溶胶的散射强度：单位体积溶胶的散射强度：71.1.Brown Brown 运动运动胶体粒子在介质中作无规则行走运动胶体粒子在介质中作无规则行走运动

5、Einstein-BrownEinstein-Brown平均位移公式：平均位移公式：(1)x x:t t 时间内粒子的平均位移时间内粒子的平均位移r r:粒子半径粒子半径：分散介质粘度：分散介质粘度L L：阿伏加德罗常数：阿伏加德罗常数12123 3 胶体系统的动力性质胶体系统的动力性质82.2.扩散扩散 在有浓度梯度存在时，物质粒子因热运动而发生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。宏观上的定向迁移。Fick Fick 扩散第一定律：扩散第一定律：单位时间通过某一截面的物质的量单位时间通过某一截面的物质的量dndn/dtdt与该处的与该处的浓度梯度浓度梯度dc/dc/d

6、xdx及面积大小及面积大小A As s成正比，其比例系数成正比，其比例系数D D 称称为扩散系数，负号是因为扩散方向与浓梯方向相反为扩散系数，负号是因为扩散方向与浓梯方向相反D D 扩散系数扩散系数 单位浓梯下，单位时间通过单位单位浓梯下，单位时间通过单位 面积的物质的量。单位：面积的物质的量。单位：m m2 2 s s-1-1 D D 可用可用来衡量扩散速率来衡量扩散速率9粒子越小，扩散系数越大，扩散能力越强粒子越小，扩散系数越大，扩散能力越强球形粒子，D 可由爱因斯坦斯托克斯方程计算：（2）103.3.沉降与沉降平衡沉降与沉降平衡 多相分散系统中的粒子，因受重力作用而多相分散系统中的粒子，

7、因受重力作用而下沉的过程，称为沉降。下沉的过程，称为沉降。沉降与扩散为一对矛盾的两个方面沉降与扩散为一对矛盾的两个方面沉降沉降 扩散扩散 分散相分散相真溶液真溶液 均相均相粗分散系统粗分散系统 沉于底部沉于底部胶体系统胶体系统 平衡平衡 形成浓梯度形成浓梯度11贝林贝林(Perrin)Perrin)导出沉降平衡时粒子浓度随高度的分布导出沉降平衡时粒子浓度随高度的分布：1)1)该式只适用于粒子大小相等的体系，但形状不限；该式只适用于粒子大小相等的体系，但形状不限；2)2)粒子越重（粒子越重（M M大），随大），随h h增加，浓度降低越快。增加，浓度降低越快。上式可用于计算大气压力上式可用于计算大

8、气压力 p p 与高度与高度 h h 的关系：的关系：12溶胶表面电荷的来源：溶胶表面电荷的来源：（a a）溶胶粒子可选择性地吸附某种离子而带电溶胶粒子可选择性地吸附某种离子而带电;（b b）溶胶粒子表面上的某些分子、原子可发生电离溶胶粒子表面上的某些分子、原子可发生电离。例例：1)1)AgIAgI溶胶：溶胶：溶液中溶液中I I过量时，可吸附过量时，可吸附I I而带负电，而带负电，溶液中溶液中AgAg+过量时，可吸附过量时，可吸附AgAg+而带负电。而带负电。2)2)蛋白质中的氨基酸分子蛋白质中的氨基酸分子:在在pHpH低时氨基形成低时氨基形成NHNH3 3+而带正电；而带正电；在在pHpH高

9、时羧基形成高时羧基形成COOCOO而带负电而带负电。12124 4 胶体系统的电学性质胶体系统的电学性质131.1.双电层理论双电层理论 0 x缺点：缺点：1)1)不能解释表面电势不能解释表面电势 o o 与与 电势电势的区别；的区别；2)2)不能解释电解质对不能解释电解质对 电势的影响电势的影响 18791879年，亥姆霍年，亥姆霍兹首先提出在固液两兹首先提出在固液两相之间的界面上形成相之间的界面上形成双电层的概念双电层的概念1)1)亥姆霍兹平板电容器模型亥姆霍兹平板电容器模型双电层：质点表面电荷与周围介质中的反离子构成的电层；双电层：质点表面电荷与周围介质中的反离子构成的电层；表面电势表面

10、电势 0 0：带电质点表面与液体的电位差：带电质点表面与液体的电位差：电势：固、液两相发生相对运动的边界处与液体内部的电电势：固、液两相发生相对运动的边界处与液体内部的电位差位差14 19101910年，古依年，古依和查普曼提出了扩和查普曼提出了扩散双电层理论散双电层理论2)2)古依查普曼扩散双电层模型古依查普曼扩散双电层模型 扩散层扩散层0电电势势距离距离 静电力静电力 ：使反离子趋向表面：使反离子趋向表面 热扩散力：使反离子趋于均匀分布热扩散力：使反离子趋于均匀分布 总结果：总结果：反离子平衡分布反离子平衡分布15古依查普曼模型的缺点：古依查普曼模型的缺点：1)1)没有给出没有给出 电位的

11、具体位置及意义电位的具体位置及意义 2)2)没有考虑胶粒表面上的固定吸附层没有考虑胶粒表面上的固定吸附层 古古依依和和查查普普曼曼给给出出距距表表面面r处处的的电电势势 与表面电势为与表面电势为 0的关系：的关系：=oe-r式中式中 的倒数的倒数 -1 具有双电层厚度的意义具有双电层厚度的意义 公式的几点假设：公式的几点假设：1)质点表面可看作无限大的平面；质点表面可看作无限大的平面；2)表面电荷分布均匀；表面电荷分布均匀；3)溶剂的介电常数到处相同。溶剂的介电常数到处相同。163)斯特恩斯特恩(Stern)双电层模型双电层模型 19241924年，年，斯特恩提出扩散双电斯特恩提出扩散双电层模

12、型。他认为：层模型。他认为：1)离子有一定的大小；离子有一定的大小；2)质点与表面除静电作用外，质点与表面除静电作用外，还有范德华作用；还有范德华作用；因此表面可形成一固定吸附层，因此表面可形成一固定吸附层，此层称为此层称为Stern层层。+Stern面滑动面距离距离0Stern面 称为斯特恩电势称为斯特恩电势 为滑动面与溶液本体之间的电位差为滑动面与溶液本体之间的电位差Stern模型：固定层扩散层扩散层可用古依查普曼的公式描述扩散层可用古依查普曼的公式描述 （只需将式中的（只需将式中的 o o换成换成 ）17 当当溶溶液液中中电电解解质质浓浓度度增增加加时时，介介质质中中反反离离子子的的浓浓

13、度度加加大大，将将压压缩缩扩扩散散层层使使其其变变薄薄，把把更更多多的的反反离离子子挤挤进进滑滑动动面面以以内内，使使 电电势在数值上变小，势在数值上变小，电势的大小，反映了胶粒带电的程度电势的大小，反映了胶粒带电的程度 电势电势，胶粒带电胶粒带电 ，滑动面与溶液本体之间的电势差滑动面与溶液本体之间的电势差 ，扩散层厚度扩散层厚度 0滑动面c4 c3 c2 c1距离反离子浓度 0 0时，为时，为等电点等电点，u u0 0，溶胶极易聚沉，溶胶极易聚沉2.外加电解质对外加电解质对 电势的的影响电势的的影响183.3.溶胶的动电现象溶胶的动电现象（1 1）电泳）电泳 在在外外电电场场的的作作用用下下

14、，胶胶体体粒粒子子在在分分散散介质中定介质中定 向移动的现象，称为电泳。向移动的现象，称为电泳。Fe(OH)3溶胶NaCl溶液界面法测电泳装置示意图界面法测电泳装置示意图 实实验验测测出出在在一一定定时时间间内内界界面面移移动动的的距距离离，可可求求得得粒粒子子的的电电泳泳速速度度，由由电电泳泳速速度度可可求求出出胶胶体体粒粒子子的的 电势电势19对对于于球球形形质质点点：当当粒粒子子半半径径大大，双双电电层层厚厚度薄时度薄时v v 电泳速度，单位为电泳速度，单位为m m s s-1-1；E E 电电 场场 强强 度度（或或 称称 电电 位位 梯梯 度度），单单 位位 为为 V Vm m-1-

15、1；u u 胶核的电迁移率，单位为胶核的电迁移率，单位为m m2 2 V V-1-1 s s-1-1，表示单位场强下的电泳速度；表示单位场强下的电泳速度；介介质质的的介介电电常常数数，单单位位F F m m-1-1，=r r 0 0 r r 相对介电常数，相对介电常数，0 0 真空介电常数；真空介电常数；介质的粘度，单位为介质的粘度，单位为Pa Pa s s。或或20（2 2）电渗）电渗 在在外外电电场场作作用用下下，分分散散介介质质通通过过多多孔孔固固体体（膜）而定向移动的现象，称为电渗。（膜）而定向移动的现象，称为电渗。电渗示意图电渗示意图（3 3）流动电势）流动电势 在在外外力力作作用用

16、下下，迫迫使使液液体体通通过过多多孔孔隔隔膜膜（或或毛毛细细管管）定定向向流流动动，在在多多孔孔隔隔膜膜两两端端所产生的电势差，称为电渗所产生的电势差，称为电渗。（可视为电渗的逆过程）（可视为电渗的逆过程）21（4 4）沉降电势）沉降电势 分分散散相相粒粒子子在在重重力力场场或或离离心心力力场场的的作作用用下下迅迅速速移移动动时时，在在移移动动方方向向的的两两端端所所产产生生的的电电势差，称为沉降电势。势差，称为沉降电势。（可视为电泳的逆过程）（可视为电泳的逆过程）四种电现象的相互关系：四种电现象的相互关系：电泳电泳 电渗电渗流动电势流动电势沉降电位沉降电位（液体静止，固体粒子运动）液体静止，固体粒子运动）（固相不动，液体移动固相不动，液体移动）外外加加电电场场引引起相对运动起相对运动相相对对运运动动产产生电位差生电位差22胶团结构表示：胶团结构表示：例：例：I过量，生成带负电的胶粒，过量，生成带负电的胶粒，K为反离子为反离子 胶团胶团 AgIm nI(n-x)K+x-xK+胶核胶核 胶粒胶粒例：AgNO3 +KI AgI +KNO3KIKI 过量过量 ：AgIAgI溶胶吸附溶胶吸附I