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绪言绪言:分散系分类及胶体基本特征分散系分类及胶体基本特征10.1 胶体制备和净化胶体制备和净化 10.2 溶胶动力性质溶胶动力性质10.3 胶体光学性质胶体光学性质 10.4 胶体电学性质胶体电学性质 10.5 胶体稳定及聚沉胶体稳定及聚沉10.6 悬浮液悬浮液10.7 乳状液乳状液10.8 泡沫泡沫10.9 气溶胶气溶胶10.10 高分子化合物溶液渗透压与粘度高分子化合物溶液渗透压与粘度第十一章第十一章 胶体化学胶体化学1第1页第十章第十章 胶体化学胶体化学 绪 言1.胶体 胶体：粒子线度在1-100nm(10-7-10-9m)之间分散体系。分散体系：将一个或几个物质分散在另一个物质中所组成体系。2第2页土壤性土壤性质 化学工化学工业 食品食品 建筑材料建筑材料3第3页分散体系溶液(真溶液)(原子、分子或离子均匀分散在另一均相物质中所形成体系)。胶体体系(粒子线度在1-100nm(10-7-10-9 m)之间分散体系。如金溶胶、微乳液等。粗分散体系(粒子线度在大于100nm分散体系)。如悬浮液，乳浊液、泡沫等。2.分散体系分类4第4页分散体系按线度大小分类分散体系w粒子线度实 例分子分散 10-7 m牛奶，豆浆5第5页分散体系按聚集状态分类分散介质 分散相名 称实 例泡沫乳状液液溶胶悬浮液肥皂泡沫含水原油泥浆、油墨固溶胶浮石、泡沫玻璃珍珠一些合金、染色塑料气溶胶雾、油烟粉尘、烟液气液固固气液固液固气6第6页 因胶体体系中，粒子线度大小在1-100nm(10-7-10-9 m)之间，所以胶体体系含有高度分散多相热力学不稳定体系。3.胶体分散体系主要特点 胶体分散体系这主要特点又是产生其它现象依据。胶体分散体系主要特点：含有高度分散多相热力学不稳定体系。7第7页4.亲液溶胶与憎液溶 胶(1)亲液溶胶：被分散物质与水或其它溶剂含有很强亲全力胶体分散体系。如蛋白质水溶液、淀粉水溶液、聚乙二醇水溶液等一些高分子溶液。所以亲液溶胶经常又称为高分子溶液。(2)憎液溶胶：被分散物质与水或其它溶剂含有憎水特征胶体分散体系。如金溶胶、AgI或Fe(OH)3溶胶等常见胶体体系。8第8页 10.1 胶体体系制备制备过程(思绪)：粗分散体系胶体体系分子分散体系分散法凝聚法1.分散法(1)胶体磨(2)气流粉碎机(喷射磨)(3)电孤法9第9页2.凝聚法(1)物理凝聚法，如蒸气凝聚法、过饱和法等。10第10页(2)化学凝聚法如Fe(OH)3胶体制备：因通常情况下FeCl3过量，因而可形成带正电荷胶体粒子。如As2O3胶体制备：因HS-为稳定剂(H2S过量)所以胶粒带负电。11第11页3.溶胶净化 除去过多电解质，使胶体稳定、不聚沉。但不能使电解质全部除去，不然胶体在没有带电情况下也会轻易聚沉。溶胶净化惯用方法：渗析法。渗析法：利用胶体粒子不能透过半透膜特点，分离出溶胶中多出电解质或其它杂质。半透膜有：羊皮纸、动物膀胱膜。试验室中惯用火棉胶制作半透膜。12第12页 10.2 胶体体系光学性质1.丁达尔效应 将一束光投射到胶体体系上，在与入射光垂直方向上可观察到一个发光光柱(光锥)，这种现象称为丁达尔效应。光透射光散射光13第13页 丁达尔现象实质是光散射。丁达尔现象又称乳光现象。14第14页2.雷利公式当入射光为非偏振光时，上式可近似为从雷利公式可看出：(1)散射光强度与粒子体积平方成正比。真溶液散射光强很小，粗分散体系粒子尺寸远大于入射光波长因而散射光也很小。15第15页这是胶体体系区分于其它体系一个显著特征。(2)散射光强度与入射光波长4次方成反比，波长越短其散射光越强。自然白光中，蓝、紫色光波长最短，散射光最强，红光散射最弱。所以会出现蓝蓝天空、朝霞和晚霞等自然现象。16第16页(3)分散相与分散介质折射指数相差越大，散射光越强。因憎溶胶折射指数相差较大、而高分子真溶液折射指数相差较小，所以憎溶胶丁达尔现象显著而高分子真溶液丁达尔现象很弱。(4)散射光强度与粒子浓度成正比。浊度计就是依据这一原理设计。乳光(浓溶胶散射光)强度又称浊度。17第17页3.显微镜原理18第18页光学显微镜电子显微镜19第19页 10.3 胶体体系动力性质1.布朗运动 胶粒在其它质点作用下作无规则运动布朗运动。20第20页 布朗运动实质是分子热运动，是分子热运动必定结果，是胶体粒子热运动。爱因斯坦-布朗运动平均位移：21第21页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宏观上定向迁移现象。结合斯托克斯公式得22第22页3.沉降与沉降平衡 沉降多相分散体系中物质粒子，因受重力作用而下沉过程。23第23页 因粒子受重力作用下沉时出现浓度差，必定造成反方向扩散作用。当扩散速率等于沉降速率时，体系到达沉降平衡。在到达沉降平衡时，可推导得(见南大物理化学教材)M为物质粒子摩尔质量。24第24页 12.0 胶体体系电学性质1.电泳 电泳在外电场作用下，胶体粒子在分散介质中定向移动现象。25第25页2.电渗 电渗-在外电场作用下，胶体粒子不动而分散介质作定向移动现象。比较：电泳在外电场作用下，胶体粒子在分散介质中定向移动现象。26第26页3.流动电势 流动电势在外力作用下，胶体粒子不动而分散介质作定向移动时而产生电势差。比较：电渗-在外电场作用下，胶体粒子不动而分散介质作定向移动现象。流动电势与电渗是一对相反过程27第27页4.沉降电势 沉降电势胶体粒子在外力场(重力)作用下，在分散介质中定向移动而产生电势差。比较：电泳在外电场作用下，胶体粒子在分散介质中定向移动现象。沉降电势与电泳是一对相反过程28第28页5.扩散双电层理论(介绍)因为带电质点在某一固体表面存在静电作用和热运动而产生扩散双电层29第29页图 12.4.330第30页31第31页6.溶胶胶团结构 依据扩散双电层理论，因为带电质点在某一固体表面存在静电作用和热运动而产生扩散双电层。(1)胶核与胶团 胶核由分子、原子或离子形成固态微粒。因为胶核带电、或胶核选择性吸附溶液中某种离子使胶核带电。32第32页如AgNO3溶液KI溶液中AgIAg+吸附在AgI表面AgIm nAg+带电胶核 带电胶核与介质中反离子NO3-存在静电作用、范德华力及其它形式吸引力，使过剩反离子一部分分布在滑动面以内，因为热运动影响，另一部分反离子则呈扩散状态分布于介质之中。AgImnAg+(n-x)NO3-x+xNO3-33第33页AgImnAg+(n-x)NO3-x+xNO3-胶核胶粒胶团可滑动面34第34页AgImnI-(n-x)K+x-xK+如AgNO3溶液+KI溶液(过量)，则胶团结构为带电胶核35第35页胶核胶粒胶团36第36页7.优先吸附标准(1)与组成胶核含有相同性质离子优先被吸附。AgImnAg+(n-x)NO3-x+xNO3-如AgNO3溶液(过量)+KI溶液，则胶团结构为AgImnI-(n-x)K+x-xK+如AgNO3溶液+KI溶液(过量)，则胶团结构为此时胶粒带正电荷。此时胶粒带负电荷。(2)极化程度较大、易变形离子优先被吸附。37第37页 10.5 溶胶稳定与聚沉 分散相粒子带电、溶剂化作用及布朗运动是憎液溶胶三个主要稳定原因。1.溶胶经典稳定理论DLVO理论38第38页(1)胶团间既存在斥力，也存在引力(2)溶胶相对稳定性或聚沉取决于斥力势能和引力势能相对大小。当斥力势能大于引力势能时，溶胶处于相对稳定状态；当斥力势能小于引力势能时，溶胶将发生聚沉。39第39页(3)斥力势能、引力势能和总势能都伴随粒子间距改变而改变。在总势能曲线上出现两个最小值。在第一最小值处，为不可逆聚沉或永久性聚沉；在第二最小值处，为不稳定聚沉，如外界条件稍有变动，沉积物可重新分离而成溶胶。40第40页(4)电解质对引力势能影响较小，但对斥力势能影响较大，所以电解质对体系总势能影响较大；适当电解质浓度，可得到相对稳定溶胶。41第41页2.溶胶聚沉 聚沉：憎液溶胶中分散相微粒相互聚集、颗粒变大，进而发生沉淀现象。3.电解质聚沉作用 因胶粒带电，所以可用电解质中与胶粒电性相反离子与胶粒作用，使胶粒电性下降，而发生聚沉。使溶胶发生显著聚沉所需电解质最小浓度该电解质聚沉值。42第42页电解质聚沉值。聚沉值倒数聚沉能力。4.舒尔采-哈迪规则(1)聚沉能力与反离子价数六次方成正比。离子价数越高，其聚沉能力越大,聚沉值越小。(2)感胶离子序。对带有相同电荷离子，其聚沉能力大小为：43第43页 10.6 悬 浮 液1.悬浮液 将不溶性固体粒子分散在液体中所形成粗分散系统称悬浮液或悬浮体。2.悬浮液性质(1)分散相线度大于1000nm。(2)布朗运动、扩散及渗透现象很不显著。44第44页(3)光学性质与溶胶不一样，其散射光强度很微弱。(4)粒子易于沉降析出。(5)在适当条件下，悬浮液能暂时相对稳定存在，粒子不沉降析出。系统中粒子呈一定粒度分布。假设粒径为r粒子作匀速沉降时，粒子沉降速率可推导得(P321322)：45第45页 假如粒子在时间t内沉降高度为h，则粒径r为：从上式能够看出：不一样粒径粒子，沉降一样高度所需时间不一样。对于多级分散体系，采取这种沉降分析法，求得体系中粒子粒度分布。46第46页 10.7 乳 状 液 由两种不互溶或部分互溶液体所形成粗分散体系称为乳状液。如牛奶，含水石油，乳化农药等。使乳状液破坏过程称为破乳或去乳化作用。47第47页O/W(水包油型)W/O(油包水型)在适当乳化剂条件下，可形成O/W(水包油型)或W/O(油包水型)乳状液。48第48页O/W型乳状液W/O型乳状液水层水层滑动面滑动面栅栏层栅栏层界面层界面层 扩散双电层扩散双电层亲水基亲水基反离子反离子疏水基疏水基49第49页 10.8 泡 沫表面活性剂起泡作用泡沫浮选50第50页 10.9 气 溶 胶1.气溶胶 固体或液体分散在气体中所形成胶体体系称为气溶胶。如烟、雾、空气中粉尘等。51第51页2.粉尘分类(1)尘埃：粒子直径10100m，颗粒较大，在静止空气中呈加速沉降尘粒(2)尘雾：粒子直径0.2510m，在静止空气中呈等速沉降尘粒(3)尘云：粒子直径0.1m以下，颗粒很小，在静止空气中不能下沉，而是处于无规则布朗运动状态浮尘。52第52页3.粉尘性质(1)润湿性。新粉尘含有很强吸附能力。(2)粉尘沉降速度对于等速沉降尘粒，其沉降速度为：(3)粉尘荷电性(4)粉尘爆炸性(5)粉尘凝聚性(6)气溶胶光学性质4.气体除尘53第53页 10.10 高分子化合物溶液 渗透压与粘度1.高分子溶液与溶胶比较 高分子化合物是指其摩尔质量M 1104 kgmol-1大分子化合物。54第54页高分子溶液溶 胶相同点不同点线度为10-910-7m线度为10-910-7m扩散慢扩散慢不能经过半透膜不能经过半透膜真溶液，热力学稳定体系热力学不稳定体系稳定原因是溶剂化稳定原因是粒子带电均相体系，丁达尔效应弱 多相体系，丁达尔效应强对电解质稳定性大少许电解质能使粒子聚沉粘度大粘度小(近纯溶剂)溶液含有可逆性溶胶含有不可逆性55第55页2.高分子溶液渗透压依据稀溶液依数性中相关渗透压关系：=cBRT 在高分子溶液中，存在较强亲和力，有显著溶剂化效应，对上式进行修正得：/B =RT(1/M+A2 B)A2第二维里系数，其值反应作用力程度56第56页M+X-Pz-zM+在平衡时:3.唐南平衡57第57页M+X-Pz-zM+在平衡时:假设溶液平均活度为1，则：58第58页Na+Cl-Pz-zNa+在平衡时,假设溶液平均活度为1，则：如：c1c2又因为两边溶液电中性，则有59第59页可推导得：(1)无盐存在时,mM=0，(2)当盐浓度很大时,mM mp，分析：渗透压增加z倍。渗透压不改变。(3)如盐浓度适中，其渗透压在上述二者之间。60第60页4.高分子溶液粘度 高分子溶液粘度较大，依据牛顿粘性流动定律，-流体粘度,-剪切应力,d/dx速度梯度61第61页相对粘度：/0增比粘度：sp=(-0)/0比浓粘度：sp/B=(-0)/(0 B)特征粘度：=lim(sp/B)=KM和K为体系特征参数，它们大小取决于溶质与溶剂性质。值与高分子在溶液中形态相关。这是用粘度法测定高分子分子量一个方法。一些高分子溶液和K值列于P336表12.10.2cB062第62页