物理化学第9章.ppt

第九章胶体化学,例如：云，牛奶，珍珠,9-1 分散系统的分类及主要特征,一、分散系统、分散相与分散介质,把一种或几种物质分散在另一种物质中所构成的体系称为,分散体系,。其中，被分散的物质称为,分散相,，另一种物质称为,分散介质,。,1,、按分散相的质点大小分类,类 型,粒子的大小 实 例,分子分散系统,10,-,9,m,空气、乙醇的水溶液,胶体分散系统,10,-,9,10,-,7,m,Al(OH),3,水溶胶,粗分散系统,10,-,7,m,泥浆,一、分散系统、分散相与分散介质,二、,胶体系统的分类,2,、,按分散相及分散介质的聚集态分类,（1）,憎液溶胶,系统具有很大的相界面，很高的表面Gibbs自由能，很不稳定，极易被破坏而聚沉,简称溶胶，由难溶物分散在分散介质中所形成，,粒子都是由很大数目的分子构成，大小不等,聚沉之后往往不能恢复原态，因而是热力学中的不稳定和不可逆系统。,本章主要讨论憎液溶胶,3,、按胶体溶液的稳定性分类,二、,胶体系统的分类,（2）亲液溶胶,大（高）分子化合物的溶液通常属于亲液溶胶,它是分子溶液，但其分子的大小已经到达胶体的范围，因此具有胶体的一些特性（例如：扩散慢，不透过半透膜，有Tyndall效应等等）,若设法去除大分子溶液的溶剂使它沉淀，重新再加入溶剂后大分子化合物又可以自动再分散，因而它是热力学中稳定、可逆的系统。,二、,胶体系统的分类,Tyndall效应,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。,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。其他分散体系也会产生一点散射光，但远不如溶胶显著。,二、溶胶的光学性质,在外电场作用下，,分散相,和,分散介质,发生相对移动现象，称为溶胶的电动现象。,三、溶胶的电学性质,1、电动现象,1）电泳,带电胶粒在外加电场的作用下在分散介质中作定向移动的现象称为电泳。,2）电渗,在外加电场作用下，带电的介质通过多孔膜或半径为1-10 nm的毛细管作定向移动，这种现象称为电渗。,3）流动电势,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。这种因流动而产生的电势称为流动电势。,三、溶胶的电学性质,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。,4)沉降电势,三、溶胶的电学性质,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(,法扬斯规则：与溶胶粒子有相同化学元素的离子能优先被吸附),，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。,2、双电层理论,三、溶胶的电学性质,Stern模型,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。,三、溶胶的电学性质,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。,三、溶胶的电学性质,电位总是比热力学电位低，外加电解质会使,电位变小甚至改变符号。只有在质点移动时才显示出,电位。,分散相固体表面与溶液本体之间的电势差称为,热力学电,势。,滑动面与溶液本体之间的电势差决定溶胶粒子,在电场中的运动速度，故称为,电动电势(,),电势。,电动电势（,电势),三、溶胶的电学性质,D:介质的介电常数；,:介质的粘度（泊）；,E:电场强度（单位长度上的电势差）；,u:,电泳速度（单位时间内移动的距离）；,:,电动电势（固液两相发生相对移动时所产生的,电势差。,三、溶胶的电学性质,例1：AgNO,3,+,KI,KNO,3,+AgI,过量的 KI 作稳定剂,胶团的结构表达式：,胶核,胶粒,胶团,胶团的图示式：,9-3憎液溶胶的胶团结构,例2：AgNO,3,+,KI,KNO,3,+,AgI,过量的 AgNO,3,作稳定剂,胶团的结构表达式：,固相,紧密层,扩散层,(AgI),m,n,Ag,+,（,n,-,x,）NO,3,-,x+,x,NO,3,-,溶液,本体,胶核,胶粒,滑动面,胶团,一、溶胶的聚沉和絮凝,(1)外加电解质对溶胶,聚沉的影响,1、聚沉值:使一定量的溶胶在一定时间内完全聚沉,所需电解质的最小浓度。,2、聚沉能力:是聚沉值的倒数。聚沉值越大的电解质，聚沉能力越小；反之，聚沉值越小的电解质，其聚沉能力越强。,（2）舒尔策-哈迪（Schulze-Hardy）价数规则,1、反离子 与,胶粒带相反电荷的离子。,反离子价数越高，,聚沉能力越强，聚沉值越小。,Schulze-Hardy规则,9-5憎液溶胶的聚沉,（3）与胶粒带相反电荷的离子就是价数相同，其,聚沉能力也有差异。,例如，对胶粒带负电的溶胶，一价阳离子的聚沉能力次序为：H,+,Cs,+,Rb,+,NH,4,+,K,+,Na,+,Li,+,对带正电的胶粒一价阴离子的聚沉能力次序为：,F,-,Cl,-,Br,-,NO,3,-,I,-,SCN,-,OH,-,这种将带有相同电荷的离子按聚沉能力大小排列的,次序称为感胶离子序（,lyotropic series)。,（4）当与胶体带相反电荷的离子相同时，则另一同性离子的价数也会影响聚沉值，价数愈高，聚沉能力愈低。这可能与这些同性离子的吸附作用有关。,例题,以等体积的0.08mol/LKI和0.1 mol/LAgNO,3,溶液混合制备AgI溶胶，试写出该溶胶的胶团结构示意式，并比较电解质CaCl,2,MgSO,4,Na,2,SO,4,NaNO,3,对该溶胶聚沉能力的强弱。,解：制备,AgI溶胶时由于AgNO,3,过量，胶核吸附Ag,+,而形成正溶胶:(AgI),m,n,Ag,+,(n-x),NO,3,-,x+,x,NO,3,-,由于为,AgI正溶胶，主要起聚沉作用的是负离子。根据,舒尔策-哈迪（Schulze-Hardy）价数规则二价负离子的聚沉能力强。MgSO,4,Na,2,SO,4,CaCl,2,NaNO,3,根据,感胶离子序,Cl,-,NO,3,-,CaCl,2,NaNO,3,MgSO,4,Na,2,SO,4,具有相同的负离子，再根据,当与胶体带相反电荷的离子相同时，则另一同性离子的价数也会影响聚沉值，价数愈高，聚沉能力愈低。,Na,+,Mg,2+,综上所述，对,AgI正溶胶,聚沉能力强弱的顺序为：,Na,2,SO,4,MgSO,4,CaCl,2,NaNO,3,二、溶胶的相互聚沉,将两种电性相反的憎液溶胶相互混合时，即能发生聚沉作用。,它与电解质的不同点，在于聚沉的条件比较严格。只有其中一种溶胶的总电量恰能中和另一种溶胶的总电量时，才能完全聚沉。,二、溶胶的相互聚沉,