高起本胶体.pptx

单击此处编辑母版标题样式,胶体化学,药学院物理化学教研室,返回,胶体化学,药学院物理化学教研室,返回,单击此处编辑母版标题样式,第八章,胶体化学,colloid chemistry,第八章 胶体化学,胶体：象牛奶，墨汁，油漆，胶水等这类物质,从分散系统的粒度大小理解胶体,典型的胶体,溶胶,大分子粒径与溶胶相近,粗分数系表面积仍很大,小分子溶液,微多相（溶胶）,粗分散,大分子溶液,r,10,7,m,分散系,均相分散系,(,单相,),非均相分散系,(,多相,),胶体化学,研究对象,r,=10,7,10,9,m,第一节 溶胶的分类和基本特征,一,.,分类,按分散相与分散介质聚集状态分类,本章主要讨论的是液溶胶，特别是液液溶胶和固液溶胶,气,液,固,气溶胶,液溶胶,固溶胶,介质：,雾,烟,泡沫,牛奶,油漆,沸石,珍珠,有色玻璃,二,.,基本特性,溶胶是一定条件下形成的特殊状态，并非物质的本性，如,NaCl,有机,胶体,NaCl,溶液,水,硫磺,水,溶胶,真溶液,乙醇,这种特殊状态，有三个基本特征,1.,特定分散度,10,7,10,9,m,2.,相不均匀性,（多相性）,对介质不溶,憎液胶体,大分子溶液,亲液胶体,3.,热力学不稳定性,高分散度，巨大表面积，表面能大，有自发聚集倾向，以降低表面能,大分子溶液：热力学稳定系统,三,.,溶胶质点形状,椭球形,棒形,线形,球形,第二节,溶胶的制备和净化,第八节 溶胶制备和净化,二种途径：,胶体,分子,大块,分散,凝聚,一,.,分散法（物理的）,1.,研磨法（胶体磨）,2.,超声粉碎,3.,气流粉碎,4.,高压匀浆,二凝聚法,1.,物理凝聚法,(1),冷冻干燥,溶液,冰,粉粒,胶体,冷冻,真空升华,不溶性介质,(2),改变溶剂法,使溶解度骤变，如,松香乙醇溶液（溶）,演示,水（不溶）,溶胶,二凝聚法,1.,物理凝聚法,(1),冷冻干燥,(2),改变溶剂法,C,6,H,6,Na,(3),蒸气凝聚法,冷却剂,真空泵,(4),电弧法,例,Ag,溶胶,(5),包膜法,利用表面活性剂形成胶囊包容分散相,演示,冰,0.1N NaOH,Ag,演示,二凝聚法,1.,物理凝聚法,2.,化学凝聚法,凡能有沉淀析出的化学反应都可能用来制备相应溶胶,如水解反应制备,Fe(OH),3,溶胶,FeCl,3,+3H,2,O,Fe(OH),3,+3HCl,反应类型：氧化，还原，复分解等,二凝聚法,溶胶,溶胶,3.,溶胶净化,化学法制备的溶胶，往往含有过多的电解质,一定量电解质是溶胶稳定的必要条件,过量电解质使溶胶不稳定,(1),渗析法,普通渗析,半透膜,电渗析,水,+,半透膜,水,水,二凝聚法,4.,溶胶净化,(2),超虑法：,小分子电解质滤去，再用介质重新分散,减压过滤,加压过滤,真空泵,压缩空气,半透膜,半透膜,第三节,溶胶的动力性质,第三节 溶胶的动力性质,热运动,扩散，布朗运动,重力场,重力降沉,离心力场,离心降沉,电学性质,光学性质,动力性质,溶胶性质,一,.,扩散,物质高浓度（,大）,低浓度（,小）为扩散，结果自由能,G,，熵,S,1,扩散速度与浓梯关系,Fick,定律,mol,s,1,扩散系数,面积,浓度梯度,演示,一,.,扩散,2,扩散系数与粒子大小关系,Einstein,导出：,(,球形粒子,),扩散时平衡力：,F,阻,=,F,扩,F,扩,F,阻,扩散力（由浓度梯度驱动）：,F,阻,=6,r,v,Stokes,定律,粘度,位移速度（,m,s,1,）,阻力（由运动产生）：,由此可导出扩散系数公式,二,.Browm,运动与,Einstein,方程,Browm,运动：,溶胶质点在介质中无规则运动,Einstein,公式：,时间,t,内,Brown,运动 位移与扩散系数,D,关系,很容易在显微镜下观察，由此可求得溶胶粒子半径,x,演示,x,三,.,重力沉降与沉降平衡,溶胶质点在外力场定向移动称沉降,沉降,质点浓集,扩散,质点分散,质点小，力场小,扩散,质点大或力场大,沉降,扩散沉降相当,平衡,沉降与扩散是两个相对抗的运动,两者对抗取有三种形态,三,.,重力沉降与沉降平衡,1.,重力沉降,重力场是不太强的力场，粗分散系（,10,4,m,）可发生沉降,力平衡：,F,沉,=,F,阻,F,沉,=,F,重,F,浮,=,V,g,V,0,g,F,沉,F,阻,F,阻,=6,r,v,沉降速度,沉降分析法，测,v,求粒径,r,(2),落球式粘度计，测,v,求,应用,三,.,重力沉降与沉降平衡,2.,沉降平衡,如果粒径不太大时,力平衡：,F,沉,=,F,扩,平衡浓度：,F,沉,F,扩,三,.,重力沉降与沉降平衡,2.,沉降平衡,平衡浓度：,h,1,h,2,此式表明,相同粒度,r,，,h,，,c,相同高度,h,，,r,，,c,2,/,c,1,小粒,h,1,h,2,大粒,四,.,离心沉降和沉降平衡,离心机：,可用于溶胶、大分子的沉降分析,转速可达,10,5,rpm,，离心力,10,4,g,以上,离心力场：,10,4,g,沉降,扩散平衡，从平衡分布求质点分子量,10,4,g,扩散可不考虑，从沉降速度求质点,r,和,M,x,x,=0,光学检测系统,扇形离心池，质点沿径向沉降，避免对流,演示,重力沉降只适应于粗分散系，对溶胶，大分子不适用，因为扩散与对流足以抗衡,四,.,离心沉降和沉降平衡,1.,离心沉降速度,离心力场中，沉降速度,v,与所加的离心力场大小有关,(1),离心沉降系数,S,离心加速度,=,2,x,：角速度，弧度,s,1,x,：离转轴距离,定义,S,为单位力场中沉降速度,观察时间,t,1,t,2,时，,移动,x,1,x,2,，计算,S,t,1,t,2,x,1,x,2,四,.,离心沉降和沉降平衡,(2),由,S,计算颗粒大小,r,和摩尔质量,M,力平衡：,F,阻,=,F,沉,F,沉,F,阻,F,沉,=,F,离,F,浮,6,r,v,沉降速度,或,用于计算,r,：,用于计算,M,：,有时用比容代替密度,四,.,离心沉降和沉降平衡,(2),由,S,计算颗粒大小,r,和摩尔质量,M,沉降速度,或,用于计算,r,：,用于计算,M,：,有时用比容代替密度,若与扩散系数联系：,四,.,离心沉降和沉降平衡,2.,离心沉降平衡,力平衡：,F,扩,=,F,沉,F,沉,F,扩,求,r,：,求,M,：,M,四,.,离心沉降和沉降平衡,例,25,C,，,r,=10,7,m,溶胶，,=1.15,10,3,kg,m,3,，介质,=10,3,Pa,s,，求下列情况下粒子移动,2,10,4,m,时所需用的时间,(1),只考虑扩散,(2),只考虑重力沉降,(3),在,10,4,rpm,转速的离心机中沉降（从,x,=0.05 m,处开始）,解,(1),扩散,=2,10,4,t,=9265 s,(2),重力沉降,t,=6.1,10,4,s,四,.,离心沉降和沉降平衡,例,25,C,，,r,=10,7,m,溶胶，,=1.15,10,3,kg,m,3,，介质,=10,3,Pa,s,，求下列情况下粒子移动,2,10,4,m,时所需用的时间,(3),在,10,4,rpm,转速的离心机中沉降（从,x,=0.05 m,处开始）,解,(1),扩散,t,9265 s,(2),重力沉降,t,=6.1,10,4,s,(3),离心沉降,t,1,=0,，,x,1,=0.05 m,，,x,2,=0.05+2,10,4,m,（弧度,/,秒）,t,=11 s,第四节,溶胶的光学性质,一溶胶的光散射现象,光通过溶液时基本现象,粒径,波长,粒径,波长,真溶液,粗分散,溶胶,透明,有色（补色）,浑浊,乳光,透射,吸收,反射,散射,Tyndall,效应,一溶胶的光散射现象,Tyndall,效应,现象：,暗室中光线通过溶胶时形成的“光柱”,成因：,二次光源,散射是溶胶特有的现象,入射光,电磁场,作用,光线,二光散射定律,Reyleigh,公式,I,散射光强度,I,0,入射光强度,波长,粒子浓度,(,粒子数,/,体积,),V,单个粒子体积,n,1,，,n,2,粒子，介质折光率,二光散射定律,Reyleigh,公式,可见光,400,700 nm,（兰 红）,从侧面看溶胶，呈兰色（散射）,(2,),I,，粒子浓度越大，散射光越强,浊度法测定溶胶的浓度,(3),I,V,，粒子体积越大，散射光越强,从乳光强度分布确定粒度分布,尘粒测定仪,(4),I,与折光率差,n,有关，,n,越大，散射光越强,因此散射光是由于光学不均匀性引起的,大分子溶液单相，,n,小，,I,就小,波长越短，散射光越强,(1),，,三,.,溶胶的颜色,吸收，与观察方向无关,散射，与观察方向有关若吸收很弱，主要表现为散射，如,AgCl,，,BaSO,4,溶胶：乳光,若吸收较强，主要表现为其补色，,如,Au,溶胶（红），,As,2,S,3,溶胶（黄）,粒子大小可改变吸收,散射相对比,如,Au,溶胶高度分散时，吸收为主：红,放置后粒子增大，散射为主：兰,二个因素,四,.,光学方法测定粒子大小,1.,超显微镜法,普通显微镜：明视野，分辩率,10,7,m,，无法计数,方法：,计数：每,mL,中粒子数,n,称重：每,mL,中粒子重量,m,计算：,m,=,n,V,由此式计算,r,2.,激光散射法,3.,电镜,暗视野，观察散射光，一个粒子一个光点，可计数,（用血球计数器）,超显微镜：,演示,请转下一节,返回,