hx胶体分散系统.pptx

上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五周五10.1 胶体分散系统概述胶体分散系统概述10.2 溶胶的动力和光学性质溶胶的动力和光学性质10.3 溶胶的电学性质溶胶的电学性质10.4 溶胶的稳定性和聚沉作用溶胶的稳定性和聚沉作用10.5 大分子概说大分子概说10.6 Donnan平衡平衡10.7 凝胶凝胶10.8 纳米技术与应用简介纳米技术与应用简介 第十章第十章 胶体分散系统胶体分散系统上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五周五 10.1 胶体分散系统概述胶体分散系统概述 1.分散系统的分类分散系统的分类 2.憎液溶胶的制备憎液溶胶的制备 3.胶团的结构胶团的结构 4.溶胶的净化溶胶的净化 上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五周五 把一种或几种物把一种或几种物质分散在另一种物质质分散在另一种物质中就构成分散系统。中就构成分散系统。例如：云，牛奶，珍珠例如：云，牛奶，珍珠 被分散的物质称被分散的物质称为分散相为分散相（dispersed phase)另一种物质称为另一种物质称为分散介质分散介质（dispersing medium)。10.1 胶体分散系统概述胶体分散系统概述上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五周五分类系统通常有三种分类方法：分类系统通常有三种分类方法：分子分散系统分子分散系统1.按分散相粒子的大小分：按分散相粒子的大小分：2.按分散相和介质的聚集状态分：按分散相和介质的聚集状态分：液溶胶液溶胶3.按胶体溶液的稳定性分：按胶体溶液的稳定性分：憎液溶胶憎液溶胶 10.1 胶体分散系统概述胶体分散系统概述胶体分散系统胶体分散系统粗分散系统粗分散系统固溶胶固溶胶气溶胶气溶胶亲液溶胶亲液溶胶缔合溶胶缔合溶胶上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五周五1.分子分散系统分子分散系统 分散相与分散介质以分子或离子形式彼此混溶，分散相与分散介质以分子或离子形式彼此混溶，没有界面，是没有界面，是均匀的单相均匀的单相，分子半径大小在，分子半径大小在10-9 m以以下下。通常把这种系统称为真溶液，如。通常把这种系统称为真溶液，如CuSO4水水溶液。溶液。2.胶体分散系统胶体分散系统 分散相粒子的半径在分散相粒子的半径在1 nm100 nm之间的系统。目之间的系统。目测是均匀的，但实际是多相不均匀系统。也有的将测是均匀的，但实际是多相不均匀系统。也有的将1 nm 1000 nm之间的粒子归入胶体范畴。之间的粒子归入胶体范畴。3.粗分散系统粗分散系统 当分散相粒子大于当分散相粒子大于1000 nm,目测是混浊不均匀系统，目测是混浊不均匀系统，放置后会沉淀或分层，如黄河水。放置后会沉淀或分层，如黄河水。1.按分散相粒子的大小分类按分散相粒子的大小分类上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五周五（2）按分散相和介质聚集状态分类）按分散相和介质聚集状态分类1.液溶胶液溶胶 将将液体作为分散介质液体作为分散介质所形成的溶胶。当分散所形成的溶胶。当分散相为不同状态时，则形成不同的液溶胶：相为不同状态时，则形成不同的液溶胶：A.液液-固溶胶固溶胶 如油漆，如油漆，AgI溶胶溶胶B.液液-液溶胶液溶胶 如牛奶，石油原油等乳状液如牛奶，石油原油等乳状液C.液液-气溶胶气溶胶 如泡沫如泡沫上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五周五（2）按分散相和介质聚集状态分类）按分散相和介质聚集状态分类2.固溶胶固溶胶 将将固体作为分散介质固体作为分散介质所形成的溶胶。当分散相为所形成的溶胶。当分散相为不同状态时，则形成不同的固溶胶：不同状态时，则形成不同的固溶胶：A.固固-固溶胶固溶胶 如有色玻璃，不完全互溶的合金如有色玻璃，不完全互溶的合金B.固固-液溶胶液溶胶 如珍珠，某些宝石如珍珠，某些宝石C.固固-气溶胶气溶胶 如泡沫塑料，沸石分子筛如泡沫塑料，沸石分子筛上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五周五（2）按分散相和介质聚集状态分类）按分散相和介质聚集状态分类3.气溶胶气溶胶 将将气体作为分散介质气体作为分散介质所形成的溶胶。当分散相所形成的溶胶。当分散相为固体或液体时，形成气为固体或液体时，形成气-固或气固或气-液溶胶，液溶胶，但没但没有有气气-气溶胶气溶胶，因为不同的气体混合后是单相均一系，因为不同的气体混合后是单相均一系统，不属于胶体范围。统，不属于胶体范围。A.气气-固溶胶固溶胶 如烟，含尘的空气如烟，含尘的空气B.气气-液溶胶液溶胶 如雾，云如雾，云上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五周五（3）按胶体溶液的稳定性分类）按胶体溶液的稳定性分类1.憎液溶胶憎液溶胶 半径在半径在1 nm100 nm之间的难溶物固体粒子之间的难溶物固体粒子分散在液体介质中，有很大的相界面，易聚沉，分散在液体介质中，有很大的相界面，易聚沉，是是热力学上的不稳定系统热力学上的不稳定系统 一旦将介质蒸发掉，再加入介质就无法再形成一旦将介质蒸发掉，再加入介质就无法再形成溶胶，是溶胶，是 一个不可逆系统，如氢氧化铁溶胶、碘一个不可逆系统，如氢氧化铁溶胶、碘化银溶胶等。化银溶胶等。这是胶体分散系统中主要研究的内容。这是胶体分散系统中主要研究的内容。上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五周五（3）按胶体溶液的稳定性分类）按胶体溶液的稳定性分类1.憎液溶胶憎液溶胶 形成憎液溶胶的形成憎液溶胶的必要条件必要条件是：是：（1）分散相的溶解度要小；分散相的溶解度要小；（2）还必须有稳定剂存在，否则胶粒易聚结而还必须有稳定剂存在，否则胶粒易聚结而 聚沉。聚沉。上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五周五（3）按胶体溶液的稳定性分类）按胶体溶液的稳定性分类2.亲液溶胶亲液溶胶 半径落在胶体粒子范围内的大分子物质，溶解半径落在胶体粒子范围内的大分子物质，溶解在合适的溶剂中形成溶胶。在合适的溶剂中形成溶胶。亲液溶胶是热力学上稳定、可逆的系统。亲液溶胶是热力学上稳定、可逆的系统。一旦将溶剂蒸发，大分子化合物凝聚，再加入一旦将溶剂蒸发，大分子化合物凝聚，再加入溶剂，又可形成溶胶。溶剂，又可形成溶胶。上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五周五（3）按胶体溶液的稳定性分类）按胶体溶液的稳定性分类3.缔合溶胶缔合溶胶 由表面活性物质缔合由表面活性物质缔合形成胶束形成胶束，分散在介质中，分散在介质中，半径落在胶体粒子范围内；半径落在胶体粒子范围内；或由缔合表面活性物质保护的一种微小液滴，或由缔合表面活性物质保护的一种微小液滴，均匀地分散在另一种液体介质中，形成半径落在胶均匀地分散在另一种液体介质中，形成半径落在胶体粒子范围内的体粒子范围内的微乳状液微乳状液。上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五周五 10.1.2 憎液溶胶的制备憎液溶胶的制备 制备溶胶必须使分散相粒子的大小落在胶体分散制备溶胶必须使分散相粒子的大小落在胶体分散系系统统的范围之内，并加入适当的稳定剂。制备方法的范围之内，并加入适当的稳定剂。制备方法大致可分为两类：大致可分为两类：1.分散法分散法 2.凝聚法凝聚法 用机械、化学等方法使固体的粒子变小。用机械、化学等方法使固体的粒子变小。使分子或离子聚结成胶粒使分子或离子聚结成胶粒上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五周五 10.1.2 憎液溶胶的制备憎液溶胶的制备1.分散法分散法 用机械用机械设备、电能、热能等将粗分散难溶物粒设备、电能、热能等将粗分散难溶物粒子子粉碎粉碎，将固体磨细。将固体磨细。这种方法适用于这种方法适用于脆而易碎的物质脆而易碎的物质，对于柔韧，对于柔韧性的物质必须先硬化后再粉碎。例如，将废轮性的物质必须先硬化后再粉碎。例如，将废轮胎粉碎，先用液氮处理，硬化后再研磨。胎粉碎，先用液氮处理，硬化后再研磨。胶体磨的形式很多，其分散能力因构造和转胶体磨的形式很多，其分散能力因构造和转速的不同而不同。速的不同而不同。（1）胶体磨胶体磨上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五周五 10.1.2 憎液溶胶的制备憎液溶胶的制备盘式胶体磨盘式胶体磨上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五周五 10.1.2 憎液溶胶的制备憎液溶胶的制备转速约每分钟转速约每分钟1万万 2万转。万转。A为空心转轴，与为空心转轴，与C盘相盘相连，向一个方向旋转，连，向一个方向旋转，B盘向盘向另一方向旋转。另一方向旋转。分散相、分散介质和稳定剂分散相、分散介质和稳定剂从空心轴从空心轴A处加入，从处加入，从C盘与盘与B盘的狭缝中飞出，用两盘之间盘的狭缝中飞出，用两盘之间的应切力将固体粉碎。的应切力将固体粉碎。可得可得1000 nm左右的粒子。左右的粒子。上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五周五 10.1.2 憎液溶胶的制备憎液溶胶的制备（2）喷射磨喷射磨 在装有两个高压喷嘴的粉碎室中，一个喷高在装有两个高压喷嘴的粉碎室中，一个喷高压空气，一个喷物料，两束超音速物流以一定压空气，一个喷物料，两束超音速物流以一定角度相交，形成涡流，将粒子粉碎。角度相交，形成涡流，将粒子粉碎。（3）电弧法电弧法 电弧法主要用于制备金、银、铂等金属溶电弧法主要用于制备金、银、铂等金属溶胶。胶。制备过程包括先分散后凝聚两个过程。制备过程包括先分散后凝聚两个过程。上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五周五 10.1.2 憎液溶胶的制备憎液溶胶的制备（3）电弧法）电弧法上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五周五 10.1.2 憎液溶胶的制备憎液溶胶的制备 将金属做成两个电极，浸将金属做成两个电极，浸在水中，盛水的盘子放在冰在水中，盛水的盘子放在冰浴中。浴中。制备时在两电极上施加制备时在两电极上施加 100V 左右的直流电，调节电左右的直流电，调节电极之间的距离，使之发生电极之间的距离，使之发生电火花火花。在水中加入少量在水中加入少量NaOH 作作为稳定剂。为稳定剂。这时表面金属蒸发，是这时表面金属蒸发，是分散过程分散过程接着金属蒸气立即被水冷却而接着金属蒸气立即被水冷却而凝聚为胶粒凝聚为胶粒。上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五周五 10.1.2 憎液溶胶的制备憎液溶胶的制备2.凝聚凝聚法法 通过各种化学反应，使生成物通过各种化学反应，使生成物呈过饱和状态呈过饱和状态，（1）化学凝聚法化学凝聚法 通过各种化学反应或物理方法，使分子或离子凝通过各种化学反应或物理方法，使分子或离子凝聚成一定粒度的胶粒聚成一定粒度的胶粒 使初生成的难溶物微粒结合成胶粒，在少量稳定使初生成的难溶物微粒结合成胶粒，在少量稳定剂存在下形成溶胶。剂存在下形成溶胶。这种稳定剂一般是某一过量的反应物这种稳定剂一般是某一过量的反应物上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五周五 10.1.2 憎液溶胶的制备憎液溶胶的制备例如例如，硫化砷溶胶的制备，硫化砷溶胶的制备 又如又如，用水解反应制氢氧化铁溶胶，用水解反应制氢氧化铁溶胶 As2O3 +3H2O=2H3AsO3 2H3AsO3(稀稀)+3H2S=As2S3(溶胶溶胶)+6H2O稳定剂是略过量的硫化氢反应物稳定剂是略过量的硫化氢反应物 FeCl3(稀稀)+3H2O(热热)=Fe(OH)3 (溶胶溶胶)+3HCl稳定剂是反应过程中产生的稳定剂是反应过程中产生的FeO+离子离子上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五周五 10.1.2 憎液溶胶的制备憎液溶胶的制备（2）物理凝聚法物理凝聚法 蒸汽凝聚法蒸汽凝聚法 例例1.将汞蒸汽通入冷水中，可获得汞的水溶胶将汞蒸汽通入冷水中，可获得汞的水溶胶,少量汞的氧化物可作为稳定剂少量汞的氧化物可作为稳定剂例例2.碱金属苯溶胶的制备碱金属苯溶胶的制备在一个特殊设备中在一个特殊设备中,将碱金属与苯同时蒸发将碱金属与苯同时蒸发,使蒸汽使蒸汽混合凝聚混合凝聚,然后熔化，可获得碱金属的苯溶胶然后熔化，可获得碱金属的苯溶胶。上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五周五 10.1.2 憎液溶胶的制备憎液溶胶的制备蒸汽凝聚法蒸汽凝聚法 上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五周五 10.1.2 憎液溶胶的制备憎液溶胶的制备更换溶剂法更换溶剂法 利用物质在不同溶剂中溶解度的显著差别来制备利用物质在不同溶剂中溶解度的显著差别来制备溶胶，而且两种溶剂要能完全互溶。溶胶，而且两种溶剂要能完全互溶。例例1.松香易溶于乙醇而难溶于水，将松香的乙醇溶松香易溶于乙醇而难溶于水，将松香的乙醇溶液滴入水中可制备松香的水溶胶液滴入水中可制备松香的水溶胶。例例2.将硫的丙酮溶液滴入将硫的丙酮溶液滴入90左右的热水中，丙酮左右的热水中，丙酮蒸发后，可得硫的水溶胶。蒸发后，可得硫的水溶胶。上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五周五 10.1.3 胶团的结构胶团的结构 胶胶团团的结构比较复杂，先有一定量的难溶物分子聚的结构比较复杂，先有一定量的难溶物分子聚结形成胶粒的中心，称为结形成胶粒的中心，称为胶核胶核；然后胶核选择性的吸附稳定剂中的一种离子，形成然后胶核选择性的吸附稳定剂中的一种离子，形成紧密吸附层；紧密吸附层；胶粒与扩散层中的反号离子，形成一个电中性的胶粒与扩散层中的反号离子，形成一个电中性的胶胶团团。由于正、负电荷相吸，在紧密层外形成反号离子的由于正、负电荷相吸，在紧密层外形成反号离子的包围圈，从而形成了带与紧密层相同电荷的包围圈，从而形成了带与紧密层相同电荷的胶粒胶粒；上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五周五 10.1.3 胶团的结构胶团的结构现以制备碘化银溶胶为例现以制备碘化银溶胶为例AgNO3+KI=KNO3 +AgI(溶胶溶胶)过量的过量的 KI 作稳定剂作稳定剂 胶团的结构表达式胶团的结构表达式：胶核胶核 胶粒胶粒(带负电带负电)胶团胶团(电中性电中性)(AgI)m胶核胶核胶粒胶粒胶团胶团胶团的图示式：胶团的图示式：n I (n-x)K+x xK+上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五周五 10.1.3 胶团的结构胶团的结构(AgI)m n Ag+(n-x)NO3x+x NO3胶核胶核胶粒胶粒胶团胶团 胶团的图示式：胶团的图示式：胶核胶核 胶粒胶粒(带正电带正电)胶团胶团(电中性电中性)胶团的结构表达式：胶团的结构表达式：过量的过量的 AgNO3 作稳定剂作稳定剂 AgNO3+KI=KNO3 +AgI(溶胶溶胶)上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五周五 10.1.4 溶胶的净化溶胶的净化 在制备溶胶的过程中，常生成一些多余的电解在制备溶胶的过程中，常生成一些多余的电解质，如制备质，如制备 Fe(OH)3溶胶时生成的溶胶时生成的HCl。少量电解质可以作为溶胶的稳定剂，但是过多少量电解质可以作为溶胶的稳定剂，但是过多的电解质存在会使溶胶不稳定，容易聚沉，所以必的电解质存在会使溶胶不稳定，容易聚沉，所以必须除去。须除去。净化的方法主要有净化的方法主要有渗析法渗析法和和超过滤法超过滤法。上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五周五1.渗析法渗析法简单渗析简单渗析 利用浓差因素，多余的电利用浓差因素，多余的电解质离子不断向膜外渗透。解质离子不断向膜外渗透。如将装有溶胶的半透膜容器不断旋转，可以加如将装有溶胶的半透膜容器不断旋转，可以加快渗析速度。快渗析速度。将需要净化的溶胶放在羊将需要净化的溶胶放在羊皮纸或动物膀胱等半透膜制成皮纸或动物膀胱等半透膜制成的容器内，膜外放纯溶剂。的容器内，膜外放纯溶剂。经常更换溶剂，就可以净化半透膜容器内的溶胶。经常更换溶剂，就可以净化半透膜容器内的溶胶。10.1.4 溶胶的净化溶胶的净化上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五周五简单渗析简单渗析 10.1.4 溶胶的净化溶胶的净化上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五周五电渗析电渗析 为了加快渗析速度，在为了加快渗析速度，在装有溶胶的半透膜两侧外装有溶胶的半透膜两侧外加加一个电场一个电场 10.1.4 溶胶的净化溶胶的净化 使多余的电解质离子向使多余的电解质离子向相应的电极作定向移动。相应的电极作定向移动。溶剂水不断自动更换，溶剂水不断自动更换，这样可以提高净化速度。这样可以提高净化速度。上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五周五电渗析电渗析 10.1.4 溶胶的净化溶胶的净化上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五周五 用用半透膜作过滤膜半透膜作过滤膜，利用吸滤或加压的方法使利用吸滤或加压的方法使胶粒与含有杂质的介质在胶粒与含有杂质的介质在压差作用下迅速分离。压差作用下迅速分离。2.超过滤法超过滤法 将半透膜上的胶粒将半透膜上的胶粒迅速用含有稳定剂的介迅速用含有稳定剂的介质再次分散。质再次分散。10.1.4 溶胶的净化溶胶的净化上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五周五超过滤装置超过滤装置 10.1.4 溶胶的净化溶胶的净化上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五周五 电超过滤：电超过滤：有时为了加快有时为了加快过滤速度，在半透过滤速度，在半透膜两边安放电极，膜两边安放电极，施以一定电压施以一定电压 使电渗析和超使电渗析和超过滤合并使用，这过滤合并使用，这样可以降低超过滤样可以降低超过滤压力。压力。10.1.4 溶胶的净化溶胶的净化上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五周五 10.2 溶胶的动力和光学性质溶胶的动力和光学性质1.动力性质动力性质 2.光学性质光学性质 上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五周五 10.2.1 动力性质动力性质1.Brown运动运动 1827 年植物学家年植物学家布朗（布朗（Brown)用显微镜观察用显微镜观察到悬浮在液面上的花粉粉末不断地作不规则的运动。到悬浮在液面上的花粉粉末不断地作不规则的运动。后来又发现许多其它物质如煤、后来又发现许多其它物质如煤、化石、金属等化石、金属等的粉末也都有类似的现象。人们称微粒的这种运动的粉末也都有类似的现象。人们称微粒的这种运动为为布朗运动布朗运动。但在很长的一段时间里，这种现象的本质没有但在很长的一段时间里，这种现象的本质没有得到阐明。得到阐明。上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五周五 10.2.1 动力性质动力性质1.Brown运动运动 1903年发明了年发明了超显超显微镜微镜，为研究布朗运动，为研究布朗运动提供了物质条件。提供了物质条件。用超显微镜可以观察用超显微镜可以观察到溶胶粒子不断地作不规到溶胶粒子不断地作不规则则“之之”字形的运动字形的运动从而能够测出在一定时间内粒子的平均位移。从而能够测出在一定时间内粒子的平均位移。上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五周五 10.2.1 动力性质动力性质1.Brown运动运动 通过大量观察，得通过大量观察，得出结论：出结论：粒子越小，布粒子越小，布朗运动越激烈。朗运动越激烈。其运动激烈的程度其运动激烈的程度不随时间而改变，但不随时间而改变，但随随温度的升高而增加。温度的升高而增加。上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五周五 10.2.1 动力性质动力性质1.Brown运动运动 1905年和年和1906年年Einstein（爱因斯坦爱因斯坦)和和Smoluchowski（斯莫鲁霍斯莫鲁霍夫斯基夫斯基)分别阐述了分别阐述了Brown运动的本质。运动的本质。认为认为Brown运动是分散介质分子以不同大小和不同运动是分散介质分子以不同大小和不同方向的力对胶体粒子不断撞击而产生的方向的力对胶体粒子不断撞击而产生的。由于受到的力不平衡由于受到的力不平衡，所以连续以不同方向、不，所以连续以不同方向、不同速度作不规则运动。同速度作不规则运动。上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五周五 10.2.1 动力性质动力性质1.Brown运动运动 随着粒子增大，撞击随着粒子增大，撞击的次数增多，而作用力抵的次数增多，而作用力抵消的可能性亦大。消的可能性亦大。当粒子半径大于当粒子半径大于5 m，Brown 运动消失运动消失。上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五周五 10.2.1 动力性质动力性质 Einstein认为，溶胶粒子的认为，溶胶粒子的Brown运动与分子运运动与分子运动类似，平均动能为动类似，平均动能为 。并假设粒子是球形的并假设粒子是球形的 运用分子运动论的一些基本概念和公式，得运用分子运动论的一些基本概念和公式，得到到Brown运动的公式为：运动的公式为：上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五周五 10.2.1 动力性质动力性质r 为胶粒的半径；为胶粒的半径；为介质的粘度；为介质的粘度；L 为为 Avogadro 常量。常量。这个公式把粒子的位移与粒子的大小、介质粘这个公式把粒子的位移与粒子的大小、介质粘度、温度以及观察时间等联系起来。度、温度以及观察时间等联系起来。是在观察时间是在观察时间t内粒子沿内粒子沿x轴方向的平均位移；轴方向的平均位移；上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五周五 10.2.1 动力性质动力性质2.扩散与渗透压扩散与渗透压 Einstein 对球形粒子导出了胶粒在时间对球形粒子导出了胶粒在时间t内内,平均位移与扩散系数平均位移与扩散系数D之间的定量关系之间的定量关系因为因为这就是这就是Einstein-Brown 位移方程。位移方程。代入得代入得上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五周五 10.2.1 动力性质动力性质2.扩散与渗透压扩散与渗透压 从从 Brown 运动实验，测出平均位移，就可运动实验，测出平均位移，就可求出扩散系数求出扩散系数D有了扩散系数有了扩散系数,就可以从上式求粒子半径就可以从上式求粒子半径 r。已知已知 r 和粒子密度和粒子密度 ，可以计算粒子的摩尔质量。可以计算粒子的摩尔质量。上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五周五 10.2.1 动力性质动力性质2.扩散与渗透压扩散与渗透压 由于胶粒不能透过半透膜，而介质分子或外加由于胶粒不能透过半透膜，而介质分子或外加的电解质离子可以透过半透膜，所以有从化学势高的电解质离子可以透过半透膜，所以有从化学势高的一方向化学势低的一方自发渗透的趋势。的一方向化学势低的一方自发渗透的趋势。溶胶的渗透压可以借用稀溶液渗透压公式计算：溶胶的渗透压可以借用稀溶液渗透压公式计算：式中式中c为胶粒的浓度。由于憎液溶胶不稳定，浓度不为胶粒的浓度。由于憎液溶胶不稳定，浓度不能太大，所以测出的渗透压及其它依数性质都很小。能太大，所以测出的渗透压及其它依数性质都很小。上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五周五 10.2.1 动力性质动力性质3.沉降与沉降平衡沉降与沉降平衡 溶胶的胶粒一方面受到重溶胶的胶粒一方面受到重力吸引而下降，另一方面由于力吸引而下降，另一方面由于Brown运动促使浓度趋于均一。运动促使浓度趋于均一。当这两种效应相反的力相当这两种效应相反的力相等时，粒子的分布达到平衡，等时，粒子的分布达到平衡，粒子的浓度随高度不同有一定粒子的浓度随高度不同有一定的梯度，如图所示。的梯度，如图所示。这种平衡称为这种平衡称为沉降平衡沉降平衡。上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五周五 10.2.1 动力性质动力性质3.沉降与沉降平衡沉降与沉降平衡 达到沉降平衡时达到沉降平衡时，粒子随高度粒子随高度分布的情况与大气在地球表面分分布的情况与大气在地球表面分布类似，可以用高度分布定律。布类似，可以用高度分布定律。根据高度分布定律可知根据高度分布定律可知 粒子质量愈大，其平衡浓粒子质量愈大，其平衡浓度随高度的降低亦愈大。度随高度的降低亦愈大。上层粒子小而稀疏，下层上层粒子小而稀疏，下层粒子大而密集。粒子大而密集。上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五 10.2.2 光学性质光散射现象可见光的波长约在400700 nm之间。（1）当光束通过粗分散系统，由于粒子大于入射光的波长，主要发生反射，使系统呈现混浊。（2）当光束通过憎液溶胶时，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。当光束通过分散系统时，一部分自由地通过，一部分被吸收、反射或散射。上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五 10.2.2 光学性质光散射现象 （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。光散射现象的本质 光是一种电磁波，照射溶胶时，分子中的电子分布发生位移而产生偶极子，这种偶极子像小天线一样向各个方向发射与入射光频率相同的光，这就是散射光。上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五 10.2.2 光学性质光散射现象的本质 分子溶液十分均匀，这种散射光因相互干涉而完全抵消，看不到散射光。溶胶是多相不均匀系统，在胶粒和介质分子上产生的散射光不能完全抵消，因而能观察到散射现象。上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五 10.2.2 光学性质1.Tyndall 效应1869年Tyndall发现，若令一束会聚光通过溶胶 从侧面（即与光束垂直的方向）可以看到一个发光的圆锥体，这就是Tyndall效应。其他分散系统也会产生一点散射光，但远不如溶胶显著。Tyndall效应实际上已成为判别溶胶与分子溶液的最简便的方法。上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五 10.2.2 光学性质1.Tyndall 效应光源上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五 10.2.2 光学性质2.Rayleigh 散射定律 1871年，Rayleigh研究了大量的光散射现象，发现散射光的强度与多种因素有关，主要因素为：1.散射光强度与入射光波长的四次方成反比。入 射光波长愈短，散射愈显著。所以可见光中，蓝、紫色光散射作用强。2.分散相与分散介质的折射率相差愈显著，则散射作用亦愈显著。3.散射光强度与单位体积中的粒子数成正比。上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五 10.2.2 光学性质2.Rayleigh 散射定律 在分散相与分散介质都相同的情况下，Rayleigh导出了散射光强度的计算公式，称为Rayleigh公式,其简化公式为：式中：散射光强度入射光波长体积粒子数 每个粒子的体积与折射率等有关的常数上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五 10.2.2 光学性质2.Rayleigh 散射定律从Rayleigh 散射定律可以解释：为何当用白光照射溶胶时，正面和侧面看到的光的颜色不一样 危险讯号为何要用红色 晴天的天空为何呈蓝色 早晚的云彩为何特别绚丽等等。上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五 10.2.2 光学性质3.超显微镜的原理 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。超显微镜分辨率高，可以研究半径为5150 nm的粒子。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。超显微镜是目前研究憎液溶胶非常有用的手段之一。上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五 1.狭缝式超显微镜 照射光从碳弧光源射出，经可调狭缝后，由透镜会聚，从侧面射到盛胶体的样品池中。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。显微镜可调狭缝碳弧电源胶体 10.2.2 光学性质上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五配有心形聚光器的显微镜 2.有心形聚光器 目镜在黑暗的背景上看到的是胶粒发出的散射光。显微镜物镜胶体心形聚光器 10.2.2 光学性质 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。上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五 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。10.2.2 光学性质上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五 10.3 溶胶的电学性质 1.电泳2.双电层和动电电势3.电渗4.流动电势5.沉降电势上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五 10.3 溶胶的电学性质 （1 1）吸附）吸附胶粒带电的原因 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AgNO3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。上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五 10.3 溶胶的电学性质 如黏土和分子筛等由硅氧四面体和铝氧四面体组成，由H+，Na+等离子来平衡电荷，当在介质中扩散时，黏土和分子筛等微粒就带负电。胶粒带电的原因 当Al3+离子被两价离子同晶置换后，黏土和分子筛等微粒带负电就更多。(2)同晶置换上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五 10.3 溶胶的电学性质胶粒带电的原因(3)胶粒的电离 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。上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五 10.3 溶胶的电学性质胶粒带电的原因(3)胶粒的电离 又例如蛋白质分子，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-NH3+离子而带正电。在某一特定的pH条件下，生成的-COO-和-NH3+数量相等，蛋白质分子的净电荷为零，这pH称为蛋白质的等电点。上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五 10.3 溶胶的电学性质电动现象分两类(1)因电而动 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。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。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。(1)因动而产生电上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五 10.3.1 电泳影响电泳的因素有：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。从电泳现象可以获得胶粒或大分子的结构、大小和形状等有关信息。(1)带电粒子的大小、形状；(3)介质中电解质的种类、离子强度，pH值和粘度；(2)粒子表面电荷的数目；(4)电泳的温度和外加电压等。上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五 10.3.1 电泳电泳仪的类型 界面移动电泳仪 首先在漏斗中装上待测溶胶，使溶胶进入U型管达左、右两活塞,使两臂液面等高 在溶胶上部的管中加入超滤液或等渗溶液。上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五 10.3.1 电泳 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。选择合适的介质，使电泳过程中保持液面清晰。上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五 10.3.1 电泳Tiselius 电泳仪 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。上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五 10.3.1 电泳Tiselius 电泳仪 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。上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五 10.3.1 电泳区带电泳 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等的生物胶体的基本方法。常用的区带电泳有：纸上电泳，圆盘电泳和板上电泳等。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。上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五 10.3.1 电泳区带电泳纸上电泳 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pH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胶 电泳速度不同的各组分即以不同速度沿纸条运动。上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五 10.3.1 电泳区带电泳纸上电泳 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。上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五 10.3.1 电泳 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。上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五 10.3.1 电泳 板上电泳如果将凝胶铺在玻板上进行的电泳称为平板电泳。上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五 10.3.1 电泳显微电泳仪 该方法简单、快速，胶体用量少，可以在胶粒所处的环境中直接观察和测定电泳速度和电动电位。装置中用的是铂黑电极，观察管用玻璃制成。电泳池是封闭的，电泳和电渗同时进行。但只能测定显微镜可分辨的胶粒，一般在200 nm以上。上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五 10.3.2 双电层和动电电势扩散双电层模型 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 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；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。上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五紧密层 10.3.2 双电层和动电电势扩散双电层模型 x+AB扩散层 上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五 10.3.2 双电层和动电电势Stern双电层模型 x+AB上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五 10.3.2 双电层和动电电势 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。x+AB 滑移的切动面由曲线表示。上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五 10.3.2 双电层和动电电势 从固体表面到Stern平面，电位呈直线下降，用1表示。x+AB0 是热力学电势 从滑移界面到本体溶液的电位降称为动电电势，用 表示上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五 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 10.3.2 双电层和动电电势Stern平面上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五 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。外加电解质对电渗速度影响显著，随着电解质浓度的增加，电渗速度降低，甚至会改变电渗的方向。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。10.3.3 电渗上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五 10.3.3 电渗 电渗实验 如果多孔膜吸附阴离子，则介质带正电，通电时介质向阴极移动；图中，3为多孔膜，可以用滤纸、玻璃或棉花等构成也可以用氧化铝、碳酸钡、AgI等物质构成。反之，多孔膜吸附阳离子，带负电的介质向阳极移动。上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五 在U型管1,2中盛电解质溶液 10.3.3 电渗将电极5,6接通直流电 从有刻度的毛细管 4中，准确地读出液面的变化。上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五 电渗实验上一内容下一内容回主目录2024/9/6 周五 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。10.3.4 流动电势 这种因流动而产生的电势称为流动电势。上一内容下一内容回主目录