第二章胶体的性质.ppt

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,第二章 胶体的基本性质,2.1,胶体的运动性质,2.2,胶体的光学性质,2.3,胶体的电学性质,2.4,胶体的流变性质,2.5,胶体的稳定性,胶体的基本性质,1.,布朗运动,(Brownian motion,1826),Brown,运动,第一节 胶体的运动性质,1903,年发明了,超显微镜,，为研究布朗运动提供了物质条件。,用超显微镜可以观察到溶胶粒子不断地作不规则,“之”,字形的运动，从而能够测出在一定时间内粒子的平均位移。,通过大量观察，得出结论：,粒子越小，布朗运动越激烈。,其运动激烈的程度不随时间而改变，但,随温度的升高而增加。,Brown,运动的本质,1905,年和,1906,年爱因斯坦（,Einstein),和斯莫鲁霍夫斯基（,Smoluchowski),分别阐述了,Brown,运动的本质。,布朗运动是分子热运动的必然结果，是大粒子所具有的热运动。,式中,r,为粒子半径，,h,为介质的粘度系数，,T,为温度，,t,为位移时间。,1905,年爱因斯坦导出一粒子在时间,t,内沿着某一维,(x),运动偏离其原来位置的,平均位移,的表示式为；,(Einstein-Brown,位移方程,),Einstein-Brown,位移方程,布朗运动理论的依据：,热运动的本质是分子的不规则运动，它使粒子从高浓度向低浓度区移动，而最终趋于均匀。,2.,扩散,(Diffusion)-Einstern,公式的推导,即,由于布朗运动的存在,当溶胶中的胶粒存在浓度梯度时,就会发生扩散,.,当 很小时，,Fick,第一扩散定律,D,:,扩散系数,(,单位浓度梯度下在单位时间,内通过单位面积截面的胶粒的质量,),d,c,/d,x,:,在,x,方向上的浓度梯度,(Einstein,第二扩散公式,),积分后得：,结合,得出,式中,r,为粒子半径，,h,为介质的粘度系数，,T,为温度，,t,为位移时间。,(Einstein-Brown,位移方程,),Einstein-Brown,位移方程,(Einstein,第一扩散公式,),根据,得出,已知的,N,A,、,、,r,、,T,和,t,等已知量求 外，还提供了一种测定阿佛加德罗常数,N,A,的方法,(Einstein,第二扩散公式,),(Einstein-Brown,位移方程,),(Einstein,第一扩散公式,),半径,/,m,m,N,A,半径,/,m,m,N,A,金溶胶汞,0.022,0.1200.266,6.2,10,23,5.9,10,23,藤黄溶胶乳香,0.212,5.50,6.5,10,23,7.8,10,23,Perrin Avogadro,常数的验证,J.Perrin,(1962,年诺贝尔奖金获得者,),（,1,）,Perrin Avogadro,常数的验证,3.Einstein,布朗运动公式的应用,t/s,位移,/,m,m,粒子半径,r,=270nm,粒子半径,r,=52nm,实验值,计算值,实验值,计算值,1.48,4.44,8.80,3.1,5.3,7.8,3.2,5.4,7.6,1.4,2.9,4.5,1.7,2.9,4.2,布朗运动中位移与颗粒大小的关系（,Svedberg),（,2,）证明了胶体的分子运动假设的真实性,（,Svedberg),总之：胶体的运动，具备分子运动的性质,不带电球粒在水中的扩散系数和布朗运动位移所需时间,（,3,）定量描述胶粒的扩散速度和布朗运动情况,半径,/cm,D/m,2,s,-1,位移所需时间,1cm,1mm,1,m,m,10,-3,10,-4,10,-5,10,-6,10,-7,2.15,10,-14,2.15,10,-13,2.15,10,-12,2.15,10,-11,2.15,10,-10,73a,7.3a,9mon,27d,2.7d,9mon,27d,2.7d,6.5h,40min,23s,2.3s,0.23s,2.3 10,-2,s,2.3 10,-3,s,4.,渗透压与,Donnan,平衡,n,:,溶胶中所含胶粒的摩尔数。,V,:,溶胶的体积,一般溶胶的渗透压,大分子溶液的渗透压,Virial,方程,A,2,、,A,3,virial,系数。,c,：,kg/m,3,p,/,c,对,c,作图，由截距可得分子量,M,（或数均分子量）,聚电解质的渗透压,-Donnan,平衡,天然的生物聚合体大多是聚电解质,PX,z,P,z+,+zX,-,P,z-,(c,1,)Cl,-,(c,2,),Na,+,(zc,1,)Na,+,(c,2,),P,z-,(c,1,)Cl,-,(c,2,-x),Na,+,(zc,1,+x)Na,+,(c,2,-x),Cl,-,(x),内 （膜）外,渗透平衡时,（,1,）由于存在不透过半透膜的大离子，平衡时膜的内外,NaCl,浓度不等，产生一附加渗透压，此即为,Donnan,效应。,z,越大，,Donnan,效应越显著；,（,2,）,c,1,c,2,时，,NaCl,几乎都在膜外边；,（,3,）,c,1,1/2,l,反射,d,1/2,l,散射,当光束通过分散体系时，一部分自由地通过，一部分被吸收、反射或散射。可见光的波长约在,400700 nm,之间。,（,1,）当光束通过,粗分散体系,，由于粒子大于入射光的波长，主要发生,反射,，使体系呈现混浊。,（,2,）当光束通过,胶体溶液,，由于胶粒直径小于可见光波长，主要发生,散射,，可以看见乳白色的光柱。,（,3,）当光束通过,分子溶液,，由于溶液十分均匀，散射光因相互干涉而完全抵消，,看不见散射光,。,3.,经典光散射理论（静态光散射）,1871,年，,Rayleigh,研究了大量的光散射现象，导出了散射光总能量的计算公式，称为,Rayleigh,公式：,前提条件：,介质中的粒子：,(1),球形；,(2),非导体；,(3),比入射光波长要小，,D,/,l,1/20,(4),粒子间无相互作用,当散射光与入射光的频率相同时，光散射为,弹性光散射,。静态光射研究体系的,平衡性质,。,（,1,）,Rayleigh,公式,散射光的角分布,（对小粒子体系）,Rayleigh,公式,Rayleigh,公式：,式中：,I,散射光强度,I,0,入射光强度,c,单位体积中粒子数,v,每个粒子的体积,l,入射光波长，,n,1,与,n,2,分别为分散介质和分散相的折射率,从,Rayleigh,公式可得出如下结论：,1.,入射光波长愈短，散射愈强。蓝,(400600nm),比红光,(600700nm),易散射。,2.,3.,，质点愈多，散射光愈强。,4.,n,1,与,n,2,差别愈大，散射光愈强。,Rayleigh,公式,3.,经典光散射理论（静态光散射）,粒径：,1/20,D,/,l,1,（,2,）,Debye,散射公式,其中瑞利比：,式中：,c,为浓度（,g/mL),，,A,2,为第二个维里系数,I,0,入射光强度，,N,为,Avogadro,常数,I,90,为散射角,90,o,距离散射中心,r,cm,处每毫升溶液所产生的光强,为入射光波长，,n,0,为溶剂的折光系数，,为折光系数随浓度的变化率（示差折射率仪测定）,Debye,式,示差折射率仪测定,静态光散射仪测定,（,3,）,Mie,散射公式,粒径：,D,/,l,1,散射光的角分布,（对大粒子体系）,4.,动态光散射及其测量,在实际体系中小粒子不停地做布朗运动，散射光频率与入射光的频率比较，发生频移。粒子运动速度也不完相同，有一定的速度分布，故频率也有一定的分布。这样，散射光频率将以入射光时频率,w,0,为中心展宽，或者说是散射光强随时是变化发生涨落。,这种由于胶体体系中粒子动态性质引起的光散射变化称为,动态光散射,。,布朗运动强度的平动扩散系数,D,动态光散射,-DLS,技术,散射光强随时间涨落的变化可用时间相关函数,表征，散射光强时间相关函数定义为,R,I,（,t,）,对于球形粒子,（,1,）利用散射光测定颗粒大小与浓度,-,浊度法,5.,静态散射光应用,当分散相和分散介质等条件都相同，,Rayleigh,公式可改写成：,保持浓度相同，,保持粒子大小相同,如果已知一种溶液的散射光强度和粒子半径（或浓度），测定未知溶液的散射光强度，就可以知道其粒径（或浓度），这就是,乳光计,。,（,2,）,溶胶的颜色,I,0,可见光,400-700nm,I,散,I,其中，,E,和,A,分别为吸收系数和散射系数,对于溶液，,Beer,定律,对于胶体溶液，,Beer,定律改写为,三种大小不同粒子的金溶胶的消光系数与波长的关系,不同大小粒子的银溶胶的颜色,7.,显微镜及其对粒子大小和形状的测定,普通显微镜,分辨率不高，只能分辨出半径在,200 nm,以上,的粒子，所以看不到胶体粒子。,普通显微镜,分辨率,A,：,使用,500nm,的入射光,(1),显微镜,超显微镜,分辨率高，可以研究半径为,5150 nm,的粒子。但是，超显微镜观察的不是胶粒本身，而是观察胶粒发出的散射光。是目前研究憎液溶胶非常有用的手段之一。,(2),超显微镜,超显微镜的类型,（,1,）,狭缝式,照射光从碳弧光源射击，经可调狭缝后，由透镜会聚，从侧面射到盛胶体溶液的样品池中。,超显微镜的目镜看到的是胶粒的,散射光,。如果溶液中没有胶粒，视野将是一片黑暗。,超显微镜的类型,2.,心形聚光器,这种超显微镜有一个,心形腔,，上部视野涂黑，强烈的照射光通入心形腔后不能直接射入目镜，而是在腔壁上几经反射，改变方向，最后从侧面会聚在试样上。,目镜在黑暗的背景上看到的是,胶粒发出的的散射光,。,从超显微镜可以获得哪些有用信息？,（,1,）可以测定球状胶粒的平均半径。,（,2,）间接推测胶粒的形状和不对称性。,例如，球状粒子不闪光，不对称的粒子在向光面变化时有闪光现象。,（,3,）判断粒子分散均匀的程度。粒子大小不同，散射光的强度也不同。,（,4,）观察胶粒的布朗运动、电泳、沉降和凝聚等现象。,胶体与界面化学,一,.,带电的胶体粒子,第三节 胶体的电学性质,胶粒带电的本质,（,1,）,胶粒在形成过程中，,胶核优先吸附某种离子，使胶粒带电。,例如：在,AgI,溶胶的制备过程中，如果,AgNO,3,过量,，则胶核优先吸附,Ag,+,离子，使胶粒,带正电,；如果,KI,过量,，则优先吸附,I,-,离子，胶粒,带负电,。,胶粒的结构,例1：,AgNO,3,+,KI,KNO,3,+AgI,过量的,KI,作稳定剂,AgI,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,(,AgI),m,n,I,(,n-x,),K,+,x,xK,+,内核,内壳,紧密吸附层,扩散层,胶粒（带负电）,胶团（电中性）,胶团的结构表达式：,胶团的图示式：,胶核,胶壳,紧密吸附层,扩散层,例2：,AgNO,3,+,KI,KNO,3,+AgI,过量的,AgNO,3,作稳定剂,胶团的图示式：,胶粒的结构,AgI,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,(,AgI),m,n,Ag,+,(,n-x,)NO,3,x+,x,NO,3,内核,内壳,紧密吸附层,扩散层,胶粒（带正电）,胶团（电中性）,胶团的结构表达式：,胶核,胶壳,紧密吸附层,扩散层,（,2,）离子型固体电解质形成溶胶时，由于正、负离子溶解量不同，使胶粒带电。例如：将,AgI,制备溶胶时，由于,Ag,+,较小，活动能力强，比,I,-,容易脱离晶格而进入溶液，使胶粒带负电。,（,3,）,可电离的大分子溶胶，由于大分子本身发生电离，而使胶粒带电。,例如,蛋白质分子,，有许多羧基和胺基，在,pH,较高,的溶液中，离解生成,PCOO,-,离子而,负带电,；在,pH,较低,的溶液中，生成,P-NH,3,+,离子而,带正电,。,Pencc,实验,1809,年，,Pencc,实验,由于胶粒带电，而溶胶是电中性的，则介质带与胶粒相反的电荷。在外电场作用下，胶粒和介质分别向带相反电荷的电极移动，就产生了,电泳,和,电渗,的电动现象，这是因电而动。,二、胶体分散体系电动现象及其应用,胶粒在重力场作用下发生沉降，而产生,沉降电势,；带电的介质发生流动，则产生,流动电势,。这是因动而产生电。,以上四种现象都称为,电动现象,。,流动电位,沉降电位,1.,电泳（,electrophoresis,）,带电,胶粒,或大分子在外加电场的作用下向带相反电荷的电极作,定向移动,的现象称为,电泳,。,影响电泳的因素有：带电粒子的大小、形状；粒子表面电荷的数目；介质中电解质的种类、离子强度，,pH,值和粘度；电泳的温度和外加电压等。,从电泳现象可以获得胶粒或大分子的电荷符号以及结构、大小和形状等有关信息。,界面移动电泳仪,首先在漏斗中装上待测溶胶，,U,型管下部活塞内径与管径相同。,实验开始时，打开底部活塞，使溶胶进入,U,型管，当液面略高于左、右两活塞时即关上，并把多余溶胶吸走。在管中加入分散介质，使两臂液面等高。,小心打开活塞，接通电源，观察液面的变化。若是无色溶胶，必须用紫外吸收等光学方法读出液面的变化。,根据通电时间和液面升高或下降的刻度计算电泳速度。,注：,另外要选择合适的介质，使电泳过程中保持液面清晰。,沿,aa,bb,和,cc,都可以水平滑移。实验开始时，从,bb,处将上部移开，下面,A,，,B,部分装上溶胶，然后将上部移到原处，在,C,部装上超滤液，在,bb,处有清晰界面。,Tiselius,电泳仪,(1948,年获得诺贝尔化学奖,),提赛留斯电泳仪的纵、横剖面图如图所示。,接通直流电源，在电泳过程中可以清楚的观察到界面的移动。从而可以判断胶粒所带电荷和测定电泳速度等。,区带电泳实验简便、易行，样品用量少，分离效率高，是,分析和分离蛋白质,的基本方法。,常用的区带电泳有：纸上电泳，圆盘电泳和板上电泳等。,区带电泳,将惰性的固体或凝胶作为支持物，两端接正、负电极，在其上面进行电泳，从而将电泳速度不同的各组成分离。,a.,纸上电泳,用滤纸作为支持物的电泳称为纸上电泳。,先将一厚滤纸条在一定,p,H,的缓冲溶液中浸泡，取出后两端夹上电极，在滤纸中央滴少量待测溶液，电泳速度不同的各组分即以不同速度沿纸条运动。,经一段时间后，在纸条上形成距起点不同距离的区带，区带数等于样品中的组分数。将纸条干燥并加热，将蛋白质各组分固定在纸条上，再用适当方法进行分析。,纸上电泳应用,血清蛋白质电泳图谱,b.,凝胶电泳,用淀粉凝胶、琼胶或聚丙烯酰胺等凝胶作为载体，则称为凝胶电泳。,将凝胶装在玻管中，电泳后各组分在管中形成圆盘状，称为,圆盘电泳,；,凝胶电泳的分辨率极高。例如，纸上电泳只能将血清分成五个组分，而用聚丙烯酰胺凝胶作的圆盘电泳可将血清分成,25,个组分。,如果将凝胶铺在玻板上进行的电泳称为平板电泳。,c.,板上电泳,在外加电场作用下，带电的,介质,通过多孔膜或半径为,110 nm,的毛细管作,定向移动,，这种现象称为,电渗,。,电渗方法有许多实际应用，如,溶胶净化,、,海水淡化,、,泥炭和染料的干燥,等。,2.,电渗（,electro-osmosis),电渗析法,亦换膜电渗析法。该法的技术关键是新型离子交换膜的研制。离子交换膜是,0.5-1.0mm,厚度的功能性膜片，按其选择透过性区分为正离子交换膜（阳膜）与负离子交换膜（阴膜）。,含有离子的液体在加压或重力等外力的作用下，流经多孔膜或毛细管时会产生电势差。,3.,流动电势（,streaming potential),这种因流动而产生的电势称为,流动电势,。,流动电位,因为管壁会吸附某种离子，使固体表面带电，电荷从固体到液体有个分布梯度。,在用泵输送原油或易燃化工原料时，要使管道接地或加入油溶性电解质，增加介质电导，防止流动电势可能引发的事故。,当外力迫使扩散层移动时，流动层与固体表面之间会产生电势差，当流速很快时，有时会产生电火花。,在重力场的作用下，带电的分散相,粒子,，在分散介质中,迅速沉降,时，使底层与表面层的粒子浓度悬殊，从而产生电势差，这就是,沉降电势,。,贮油罐中的油内常会有水滴，水滴的沉降会形成很高的电势差，有时会引发事故。通常在油中,加入有机电解质,，增加介质电导，降低沉降电势。,4.,沉降电势,(sedimentation potential),当固体与液体接触时，可以是固体从溶液中选择性吸附某种离子，也可以是固体分子本身发生电离作用而使离子进入溶液，以致使固液两相分别带有不同符号的电荷，,在界面上形成了双电层的结构。,对于双电层的具体结构，一百多年来不同学者提出了不同的看法。最早于,1879,年,Helmholz,提出,平板型模型,；,三、双电层结构模型和电动电位（,z,电位）,1910,年,Gouy,和,1913,年,Chapman,修正了平板型模型，提出了,扩散双电层模型,；,后来,Stern,又提出了,Stern,模型,。,1.Helmhotz,平板电容理论,亥姆霍兹认为固体的表面电荷与溶液中带相反电荷的（即反离子）构成平行的两层，如同一个平板电容器。,整个双电层厚度为,。,固体表面与液体内部的总的电位差即等于热力学电势,0,，在双电层内，热力学电势呈直线下降。,在电场作用下，带电质点和溶液中的反离子分别向相反方向运动。,这模型过于简单，由于离子热运动，不可能形成平板电容器。,2.Gury-Chapman(1913),扩散双电层模型,Gouy,和,Chapman,认为，由于正、负离子静电吸引和热运动两种效应的结果，溶液中的反离子只有一部分紧密地排在固体表面附近，相距约一、二个离子厚度称为,紧密层,；,另一部分离子按一定的浓度梯度扩散到本体溶液中，离子的分布可用,玻兹曼公式,表示，称为,扩散层,。,双电层由,紧密层,和,扩散层,构成。移动的切动面为,AB,面。,Gouy-Chapman(1913),扩散双电层模型,双电层定量处理：目的是求出双电层厚度，即电荷密度从表面到体相一致处之间厚度。说明了双电层内的电荷与电势分布。,Gouy-Chapman(1913),扩散双电层模型,Gouy-Chapman,双电层理论的结论：,j,0,很低时,，,（,1,）,双电层电位,j,与距离成指数关系,满足,x,0,j,j,0,；,x,j,0,。,双电层电位与距离关系,（,2,）,k,具有长度量纲,，,当,k,x,=1,时,，,j,j,0,/,e,作为一个表征量,，,1/,k,为扩散双电层的有效厚度,。,（,3,）,可利用,求,k,，,从而求得双电层的有效厚度具有长度量纲,，,Gouy-Chapman(1913),扩散双电层模型,Gouy-Chapman(1913),扩散双电层模型,Gouy-Chapman,双电层理论的,困难,：,（,1,）在,k,x,值很小时（即,j,0,大时），表面离子浓度的理论值太大。,如果,j,0,300mV,c,0,=10,-3,mol/L,，,则表面离子浓度可达,160mol/L,，,不可能,。,双电层电位与距离关系,（,2,）不能解释表面电势变符号的现象,3.Stern,模型,Stern,对扩散双电层模型作进一步修正。,他认为吸附在固体表面的紧密层约有一、二个分子层的厚度，后被称为,Stern,层；,由反号离子电性中心构成的平面称为,Stern,平面,。,由于离子的,溶剂化作用,，胶粒在移动时，紧密层会结合一定数量的溶剂分子一起移动，所以滑移的,切动面,由比,Stern,层略右的曲线表示。,从固体表面到,Stern,平面，电位从,0,直线下降为,。,电动电势（,electrokinetic potential,）,在,Stern,模型中，带有溶剂化层的滑移界面与溶液之间的电位差称为,z,电位。,电动电势亦称为,z,电势。,在扩散双电层模型中，切动面,AB,与溶液本体之间的电,位差为,z,电位；,电位总是比热力学电位低，外加电解质会使,z,电位变小甚至改变符号。只有在质点移动时才显示出,z,电位，所以又称,电动电势,。,带电的固体或胶粒在移动时，,移动的切动面与液体本体之间的电位差称为电动电势。,电动电势（,electrokinetic potential,）,四 胶体的稳定与聚沉,胶体由于具有巨大的表面能，因此是热力学不稳定体系，但在某些条件下，也能稳定的存在一段时间。胶体的稳定是相对的、暂时的和有条件的，而不稳定则是绝对的。,1.,溶胶的稳定性,影响溶胶稳定性的因素,(1),溶胶的动力稳定因素,(2),胶粒带电的稳定作用,(3),溶剂化的稳定作用,1941,年由德查金,(Darjaguin),和朗道,(Landau),以及,1948,年维韦,(Verwey),和奥弗比克,(Overbeek),分别提出了带电胶体粒子稳定的理论,简称,DLVO,理论,.,要点如下,:,(1),在胶团之间,既存在着斥力势能,存在着引力势能,扩散层未重叠,两胶团之间不产生斥力,扩散层重叠,平衡破坏,产生渗透性斥力和静电斥力,DLVO,理论,(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,.,当粒子间斥力势能在数值上大于吸力势能,而且足以阻止由于布朗运动使粒子相互碰撞而粘结时,则胶体处于相对稳定状态,;,当吸力势能在数值上大于斥力势能,粒子将相互靠拢而发生聚沉,.,调整两者的相对大小,可以改变胶体系统的稳定性,.,(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,且在某一距离范围吸力占优势,而在另一距离范围斥力占优势,.,(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显著,.,电解质的加入会导致系统的总势能发生很大的变化,适当调整电解质浓度,可以得到相对稳定的胶体,.,在电荷作用下稳定存在的,Fe,2,O,3,溶胶,2.,溶胶的聚沉,聚沉,:,憎液溶胶中分散相微粒互相聚结构，颗粒变大,进而发生沉淀的现象。,加热,，,辐射,或,加入电解质,皆可导致溶胶的聚沉。,三种溶胶聚沉,.(,左,)Al(OH),3,;(,中,)Fe(OH),3,;(,右,)Cu(OH),2,2.,溶胶的聚沉,(1),电解质的聚沉作用,在溶胶中加入少量电解质，可以使胶粒吸附的离子增加，,电势提高，增加溶胶的稳定性，称为,稳定剂,。,但当电解质的浓度足够大，部分反粒子进入紧密层，而使,电势降低，扩散层变薄，胶粒之间静电斥力减小而导致聚沉，则称为,聚沉剂,。,聚称值和聚沉率,聚沉速率,电解质浓度,c,电势,/mV,c,1,c,2,30 0,聚沉值：,使溶胶以明显速率聚沉所需的电解质的最小浓度。,聚沉率：,聚沉值的倒数。,电解质的聚沉值越小，聚沉率越大，则聚沉能力越强,不同电解质的聚沉值,(mmol/dm,3,),LiCl 58.4,NaCl 51,KCl 50,1/2 K,2,SO,4,65,HCl 31,CaCl,2,0.65,BaCl,2,0.69,MgSO,4,0.80,1/2Al,3,(SO4),3,0.096,AlCl,3,0.093,负溶胶,(As,2,S,3,),正溶胶,(Al,2,O,3,),NaCl 43.5,KCl 46,KNO,3,60,K,2,SO,4,0.30,K,2,Cr,2,O,7,0.63,K,2,C,2,O,4,0.69,K,3,Fe(CN),6,0.08,影响电解质聚沉能力的因素：,(a),主要取决于与胶粒所带电荷相反的离子（反离子）所带的电荷数（即价数）。反离子的价数越高，聚沉能力越强。,Schulze-Hardy rule,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,C,j,(i),:i,价电解质的聚沉值,(b),价数相同的反离子的水合半径越小，聚沉,能力越强。,例如，对一价阳离子,按聚沉能力排列：,H,+,Cs,+,Rb,+,NH,4,+,K,+,Na,+,Li,+,对一价阴离子：,F,-,Cl,-,Br,-,NO,3,-,I,-,(c),与胶粒电性相同的离子，一般说来，价数越高，水合半径越小,（盐析作用）,，聚沉能力越弱,(2),溶胶的相互聚沉作用,当两种带相反电荷的溶胶所带电量相等时，,相互混合也会发生聚沉。,(3),高分子化合物的作用,在溶胶中加入少量高分,子化合物可使溶胶聚沉，,称为,敏化作用,(,絮凝作用,),。,在溶胶中加入足够多,的高分子化合物，则会阻,止溶胶的聚沉，称为,空间,保护作用,。,胶体与界面化学,第五节 胶体的流变性质,流变学,来源于希腊，由,Bingham,和,Crawford,为了表示液体的流动和固体的变形现象而提出来的概念。,流变学则是研究物质的变形和流动的一门科学。,一,.,流变性质的,基本概念与,规律,1.,切应变、切应力和切变速度,切应力：,单位面积受到的切力称为切应力（,t,）,变形：,对某一物体外加压力，其内部的各部分的形状和体积发生的变化。主要与固体的性质相关。,由外部应力而产生的固体的变形，如除去其应力，则固体恢复原状，这种性质称为,弹性,。,对于固体：,把这种可逆性变形称为,弹性变形，,而非可逆性变形称为,塑性变形。,在弹性极限内，切应力,t,与切应变,q,成正比，即,流动主要表示液体和气体的性质。流动的难易与物质本身具有的性质有关，把这种现象称为,粘性（,Viscosity,）。,流动也视为一种非可逆性变形过程。,对于纯液体：,在流速不太快时，可将流动着的液体视为互相平行移动的液层叫,层流,（如下图），由于各层的速度不同，便形成,速度梯度,d,u,/d,y,，这是流动的基本特征。,u,y,剪切应力与剪切速率,表征体系流变性质的两个基本参数：,1.,剪切应力,，简称剪切力，单位为,N/m,2,，以,t,表示。,2.,剪切速度,，单位为,s,-1,，以,D,表示。,切应力,t,完全用于克服液体的内摩擦，则切应力与切变速率,D,成正比，即,牛顿定律,实际上，某一种物质对外力表现为,弹性,和,粘性,双重特性（,粘弹性,）。这种性质称为,流变学性质,，对这种现象进行定量解析的学问称为,流变学,。,二、浓分散几种典型的流型,1.,非时间依赖性流型,非时间依赖性流体流变曲线,1,牛顿流体,牛顿粘度定律：,纯液体和多数低分子溶液在层流条件下的剪切应力（,S,）与剪切速度（,D,）成正比。遵循该法则的液体为牛顿流体。,式中，,h,粘度或粘度系数，是表示流体粘性的物理常数。单位为泊，,1P=0.1Nsm,-2,，,SI,单位中粘度用,Pas,或,Kg/(ms),表示。,塑性流体流变性质的两个基本参数：,1.,t,c,，屈服值；,2.,h,*,，,塑性粘度,2.,塑性流体,如：油漆、泥浆等,塑性流体流变性质的特征参数：,1.,t,c,，屈服值；,2.,h,*,，,塑性粘度,特点：,切稀。,流变曲线特点：,通过原点凸向切应力轴的曲线。,例如：羧甲基纤维素等大分子化合物溶液、淀粉水悬浮体等,3.,假塑性流体,流变曲线特点：,通过原点凸向切变速度的曲线。,例如：淀粉,-,乙二醇糊状物、颜料的浓悬浮体等,4.,胀流性流体,2.,时间依赖性流型,-,触变型,触变性流体流变曲线,例如：一定浓度的泥浆、溶胶、油漆等,三、稀分散体系的粘度,1.,与粘度有关的常用符号与术语,粘度,纯溶剂粘度,相对粘度,增比粘度,比浓度粘度,特性粘度,2.Einstein,粘度公式,四、粘度的测量,1.,同心转筒式粘度计,四、粘度的测量,2.,毛细管式粘度计,四、粘度的测量,3.,锥板式粘度计,