膠體的制備和性質(zhì)優(yōu)選ppt資料

膠體(jiāotǐ)的制備和性質(zhì)第一頁，共87頁。2022/11/23第二章 膠體(jiāotǐ)的制備和性質(zhì)2.1溶膠(róngjiāo)的制備與凈化2.2溶膠(róngjiāo)的動(dòng)力性質(zhì)2.3溶膠的光學(xué)性質(zhì)2.4溶膠的電學(xué)性質(zhì)和膠團(tuán)結(jié)構(gòu)2.5溶膠的穩(wěn)定性2.6流變性質(zhì)第二頁，共87頁。2.1溶膠(róngjiāo)的制備與凈化溶膠(róngjiāo)的制備（1）分散(fēnsàn)法1.研磨法2.膠溶法3.超聲波分散(fēnsàn)法4.電弧法（2）凝聚法1.化學(xué)凝聚法2.物理凝聚法溶膠的凈化

（1）滲析法（2）超過濾法第三頁，共87頁。1、形成憎液溶膠(róngjiāo)的必要條件是：

（1）分散相的溶解度要??；

（2）還必須有穩(wěn)定劑存在，否則(fǒuzé)膠粒易聚結(jié)而聚沉。一、膠體分散體系(tǐxì)的制備第四頁，共87頁。二、溶膠(róngjiāo)的制備方法制備溶膠必須(bìxū)使分散相粒子的大小落在膠體分散體系的范圍之內(nèi)，并加入適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定劑。制備方法大致可分為兩類：（1）分散法用機(jī)械、化學(xué)等方法(fāngfǎ)使固體的粒子變小。（2）凝聚法

使分子或離子聚結(jié)成膠粒。用這兩種方法直接制出的粒子稱為原級(jí)粒子。

視具體制備條件不同，這些粒子又可以聚集成較大的次級(jí)粒子。

通常所制備的溶膠中粒子的大小不是均一的，是一個(gè)多級(jí)分散體系。第五頁，共87頁。1、分散(fēnsàn)法①.機(jī)械分散(fēnsàn)法用機(jī)械粉碎的方法將固體磨細(xì)。這種方法適用(shìyòng)于脆而易碎的物質(zhì)，對(duì)于柔韌性的物質(zhì)必須先硬化后再粉碎。例如，將廢輪胎粉碎，先用液氮處理，硬化后再研磨。

膠體磨的形式很多，其分散能力因構(gòu)造和轉(zhuǎn)速的不同而不同。第六頁，共87頁。盤式膠體磨第七頁，共87頁。轉(zhuǎn)速(zhuànsù)約每分鐘1萬～2萬轉(zhuǎn)。A為空心(kōngxīn)轉(zhuǎn)軸，與C盤相連，向一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，B盤向另一方向旋轉(zhuǎn)。分散相、分散介質(zhì)和穩(wěn)定劑從空心軸A處加入，從C盤與B盤的狹縫中飛出，用兩盤之間的應(yīng)切力將固體(gùtǐ)粉碎，可得1000nm左右的粒子。第八頁，共87頁。電弧法主要用于制備金、銀、鉑等金屬溶膠(róngjiāo)。制備過程包括先分散后凝聚兩個(gè)過程。②.電分散(fēnsàn)法將金屬做成兩個(gè)電極(diànjí)，浸在水中，盛水的盤子放在冷浴中。在水中加入少量NaOH作為穩(wěn)定劑。

制備時(shí)在兩電極上施加100V左右的直流電，調(diào)節(jié)電極之間的距離，使之發(fā)生電火花，這時(shí)表面金屬蒸發(fā)，是分散過程，接著金屬蒸氣立即被水冷卻而凝聚為膠粒。第九頁，共87頁。③.超聲波分散(fēnsàn)法這種方法目前只用來(yònɡlái)制備乳狀液。如圖所示，將分散相和分散介質(zhì)兩種不混溶的液體放在樣品(yàngpǐn)管4中。樣品(yàngpǐn)管固定在變壓器油浴中。

在兩個(gè)電極上通入高頻電流，使電極中間的石英片發(fā)生機(jī)械振蕩，使管中的兩個(gè)液相均勻地混合成乳狀液。

第十頁，共87頁。④、膠溶法又稱解膠法，僅僅是將新鮮(xīnxiān)的凝聚膠粒重新分散在介質(zhì)中形成溶膠，并加入適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定劑。這種穩(wěn)定劑又稱膠溶劑(róngjì)。根據(jù)膠核所能吸附的離子而選用合適的電解質(zhì)作膠溶劑(róngjì)。這種方法一般用在化學(xué)凝聚法制溶膠時(shí)，為了將多余的電解質(zhì)離子去掉，先將膠粒過濾，洗滌，然后盡快(jǐnkuài)分散在含有膠溶劑的介質(zhì)中，形成溶膠。第十一頁，共87頁。例如(lìrú)：溶膠(róngjiāo)的制備--膠溶法AgCl(新鮮沉淀）AgCl(溶膠）

Fe(OH)3（新鮮沉淀）Fe(OH)3

(溶膠）第十二頁，共87頁。二、溶膠的制備(zhìbèi)--凝聚法

通過各種化學(xué)反應(yīng)使生成物呈過飽和狀態(tài)，使初生成的難溶物微粒結(jié)合成膠粒，在少量(shǎoliàng)穩(wěn)定劑存在下形成溶膠，這種穩(wěn)定劑一般是某一過量的反應(yīng)物。例如：A.復(fù)分解(fēnjiě)法2H3AsO3（?。?3H2S→As2S3（溶膠）+6H2OB.水解法

FeCl3（?。?3H2O（熱）→Fe(OH)3（溶膠）+3HCl第十三頁，共87頁。C.氧化(yǎnghuà)法2H2S(?。?SO2(g)→2H2O+3S(溶膠）Na2S2O3+2HCl→2NaCl+H2O+SO2+S(溶膠）E.離子反應(yīng)(lízǐfǎnyīnɡ)制氯化銀溶膠AgNO3（?。?KCl（稀）→AgCl(溶膠）+KNO3D.還原法2HAuCl4(?。?3HCHO+11KOH

2Au(溶膠）+3HCOOK+8KCl+8H2O

第十四頁，共87頁。

A.更換溶劑法

利用物質(zhì)在不同溶劑中溶解度的顯著差別來制備溶膠，而且兩種溶劑要能完全(wánquán)互溶。例1.松香易溶于乙醇(yǐchún)而難溶于水，將松香的乙醇(yǐchún)溶液滴入水中可制備松香的水溶膠。90℃左右(zuǒyòu)的熱水中，丙酮蒸發(fā)后，可得硫的水溶膠。第十五頁，共87頁。將汞的蒸氣(zhēnɡqì)通入冷水中就可以得到汞的水溶膠。4—金屬鈉，2—苯,5—液氮。B.蒸氣(zhēnɡqì)驟冷法羅金斯基等人利用下列(xiàliè)裝置，制備堿金屬的苯溶膠。

先將體系抽真空，然后適當(dāng)加熱管2和管4，使鈉和苯的蒸氣同時(shí)在管5外壁凝聚。除去管5中的液態(tài)空氣，凝聚在外壁的混合蒸氣融化，在管3中獲得鈉的苯溶膠。第十六頁，共87頁。蒸氣(zhēnɡqì)驟冷法第十七頁，共87頁。3、凝聚法原理凝聚法的核心問題：粒子大小即分散度晶核與結(jié)晶(jiéjīng)生長動(dòng)力學(xué)研究認(rèn)為，溶液中析出膠粒的過程與結(jié)晶(jiéjīng)過程相似，分為形成晶核和晶體生長兩個(gè)階段1）形成晶核階段晶核形成速度：v1=dn/dt=k1（C-S）/Sn：產(chǎn)生晶核的數(shù)目；C：析出物質(zhì)的濃度；S：溶解度；（C-S）：過飽和度C越大，S越小，則形成晶核的速度越大。第十八頁，共87頁。2）晶體（晶核）的成長速度v2=k2D（C-S）D：溶質(zhì)分子(fēnzǐ)的擴(kuò)散系數(shù)3）v1、v2的關(guān)系a、v1?v2形成許多晶核，易形成溶膠b、v1?v2形成粗大的結(jié)晶，形成懸濁液c、v1?v2形成溶膠，因（C-S）對(duì)v1的影響大，（C-S）越大，v1越大于v2，所以溶解度越小，愈易形成膠體第十九頁，共87頁。4、溶液濃度對(duì)晶核生長過程的影響Weimarn實(shí)驗(yàn)：在乙醇-水介質(zhì)中，Ba(CNS)2+MgSO4→BaSO4，研究顆粒大小與反應(yīng)物濃度的關(guān)系，結(jié)論：①濃度對(duì)r的影響：A、濃度很小（10-5~10-4mol/L），因晶體生長速度受到限制，形成溶膠。B、濃度較大（10-2~10-1mol/L），有利于晶體生長，生成結(jié)晶狀沉淀C、濃度很大（2~3mol/L）時(shí)，生成的晶核極多，導(dǎo)致（C-S）下降很大，晶體成長速度減慢(jiǎnmàn)，有利于形成小粒子膠粒，形成晶核太多，粒距小，形成半固態(tài)凝膠。第二十頁，共87頁。②（C-S）對(duì)r的影響A、（C-S）小，v2＞v1,形成(xíngchéng)r大，顆粒粗B、（C-S）大，v1＞v2,形成(xíngchéng)顆粒細(xì)C、制備膠體，必須v1大，v2小，即必須（C-S）高，鹽的溶解度要盡可能小。第二十一頁，共87頁。三、溶膠(róngjiāo)的凈化分散法和凝聚法制備的溶膠是多分散的，必須通過過濾、沉降或離心方法除去?；瘜W(xué)(huàxué)凝聚法制備溶膠的過程中，常生成一些多余的電解質(zhì)，如制備Fe(OH)3溶膠時(shí)生成的HCl。少量(shǎoliàng)電解質(zhì)可以作為溶膠的穩(wěn)定劑，但是過多的電解質(zhì)存在會(huì)使溶膠不穩(wěn)定，容易聚沉，所以必須除去。除去電解質(zhì)的凈化方法主要有滲析法和超過濾法。

第二十二頁，共87頁。

（1）滲析法

A、簡單滲析將需要凈化的溶膠放在羊皮紙或動(dòng)物膀胱等半透膜制成的容器(róngqì)內(nèi)，膜外放純?nèi)軇?。利用濃差因素，多?duōyú)的電解質(zhì)離子不斷向膜外滲透，經(jīng)常更換溶劑，就可以凈化半透膜容器內(nèi)的溶膠。如將裝有溶膠的半透膜容器(róngqì)不斷旋轉(zhuǎn)，可以加快滲析速度。第二十三頁，共87頁。B、電滲析為了加快滲析速度，在裝有溶膠(róngjiāo)的半透膜兩側(cè)外加一個(gè)電場，使多余的電解質(zhì)離子向相應(yīng)的電極作定向移動(dòng)。溶劑水不斷自動(dòng)更換，這樣可以提高凈化速度。這種方法稱為電滲析法。第二十四頁，共87頁。用半透膜作過濾膜，利用吸濾或加壓的方法使膠粒與含有(hányǒu)雜質(zhì)的介質(zhì)在壓差作用下迅速分離。（2）超過濾法將半透膜上的膠粒迅速用含有穩(wěn)定劑的介質(zhì)(jièzhì)再次分散。第二十五頁，共87頁。四、單分散(fēnsàn)溶膠1、定義：指膠粒尺寸、形狀和組成都相同的溶膠。2、形成機(jī)理：LaMer的“成核擴(kuò)散控制”模型凝聚法得到多分散溶膠：因?yàn)榫Ш松?shēnɡchénɡ)時(shí)間不同，導(dǎo)致最后得到的顆粒是由不同時(shí)刻得到的晶核長大而得。制備單分散溶膠：①爆發(fā)式成核：控制溶質(zhì)的過飽和程度，使之略高于成核濃度，在很短時(shí)間內(nèi)形成全部晶核。②晶核形成之后，溶液濃度迅速降到低于成核濃度，不再生成(shēnɡchénɡ)新的晶核，但濃度仍略高于飽和濃度，已有晶核因擴(kuò)散而以相同的速度慢慢長大，形成單分散溶膠。第二十六頁，共87頁。3、單分散溶膠的制備(zhìbèi)方法①局部過飽和法：將高濃度的A液加入低濃度的B中，產(chǎn)生局部過飽和，生成晶核，但（C-S）小，不易長出大晶體。②晶核法：在（C-S）很小時(shí)，引入小晶種例：AuCl3溶液中加入金粒作為晶核，然后加入HCHO，使之長大?；?qū)⒕Ш朔湃?AuCl-+3H2O2→2Au+8Cl-+6H++3O2↑反應(yīng)慢，不再生核，析出的金原子長在原有金核上，形成顆粒分布窄的金溶膠。第二十七頁，共87頁。③金屬配合物高溫水解法：常用于制備金屬納米顆粒RhCl3+PVA(聚乙烯醇)→Rh3+-PVA（配合物）→CH3OH（還原劑）Rh小粒子(lìzǐ)（粒徑）→Rh（原子）→晶體生長Rh大粒子(lìzǐ)（粒徑4nm）④微乳液法：利用微乳液內(nèi)核的大小控制生成粒子(lìzǐ)的大小。⑤溶膠sol-凝膠gel轉(zhuǎn)變法例：球形Fe3O4的制備：將FeSO4與KOH混合生成Fe(OH)2凝膠，加入KNO3，凝膠內(nèi)生成許多細(xì)小的Fe3O4粒子(lìzǐ)，受凝膠網(wǎng)絡(luò)的限制，這些粒子(lìzǐ)既不長大也不聚沉，當(dāng)凝膠網(wǎng)絡(luò)溶解后，這些粒子(lìzǐ)開始聚沉，形成單分散溶膠。第二十八頁，共87頁。溶膠(róngjiāo)的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)Brown運(yùn)動(dòng)膠粒的擴(kuò)散(kuòsàn)沉降平衡沉降分析第二十九頁，共87頁。一、擴(kuò)散(kuòsàn)膠粒也有熱運(yùn)動(dòng)，因此也具有擴(kuò)散和滲透壓。只是溶膠的濃度較稀，這種現(xiàn)象(xiànxiàng)很不顯著。如圖所示，在CDFE的管內(nèi)盛溶膠，在某一截面(jiémiàn)AB的兩側(cè)溶膠的濃度不同，C1>C2。

由于分子的熱運(yùn)動(dòng)和膠粒的布朗運(yùn)動(dòng)，可以觀察到膠粒從C1區(qū)向C2區(qū)遷移的現(xiàn)象，這就是膠粒的擴(kuò)散作用。第三十頁，共87頁。設(shè)通過AB面的擴(kuò)散數(shù)量為m，則擴(kuò)散速度為，它與濃度梯度和AB截面積A成正比。1、斐克第一(dìyī)定律（Fick’sfirstlaw）

如圖所示，設(shè)任一平行于AB面的截面上濃度是均勻的，但水平方向自左至右濃度變稀，梯度為。第三十一頁，共87頁。這就是斐克第一定律。式中D為擴(kuò)散系數(shù)，其物理(wùlǐ)意義為：單位濃度梯度、單位時(shí)間內(nèi)通過單位截面積的物質(zhì)量。單位：m2/s

式中負(fù)號(hào)表示擴(kuò)散發(fā)生在濃度降低的方向，

<0,

而

>0。用公式(gōngshì)表示為：第三十二頁，共87頁。2）Einstein第一擴(kuò)散(kuòsàn)公式D與質(zhì)點(diǎn)在介質(zhì)中運(yùn)動(dòng)時(shí)的阻力系數(shù)(xìshù)f間存在：若顆粒為球形，由Stokes定律：f=6πηrη:介質(zhì)黏度；r：質(zhì)點(diǎn)(zhìdiǎn)半徑Einstein第一擴(kuò)散公式：結(jié)論：濃度梯度越大，質(zhì)點(diǎn)(zhìdiǎn)擴(kuò)散越快；質(zhì)點(diǎn)(zhìdiǎn)半徑越小，擴(kuò)散能力越強(qiáng)，擴(kuò)散速度越快。第三十三頁，共87頁。二、Brown運(yùn)動(dòng)(yùndòng)(Brownianmotion)1）、現(xiàn)象1827年植物學(xué)家布朗用顯微鏡觀察到懸浮(xuánfú)在液面上的花粉粉末不斷地作不規(guī)則的運(yùn)動(dòng)。后來又發(fā)現(xiàn)許多其它物質(zhì)如煤、化石、金屬等的粉末也都有類似的現(xiàn)象。人們稱微粒的這種運(yùn)動(dòng)(yùndòng)為布朗運(yùn)動(dòng)(yùndòng)。

但在很長的一段時(shí)間里，這種現(xiàn)象的本質(zhì)沒有得到闡明。第三十四頁，共87頁。1903年發(fā)明了超顯微鏡，為研究布朗運(yùn)動(dòng)(bùlǎnɡyùndònɡ)提供了物質(zhì)條件。用超顯微鏡可以觀察(guānchá)到溶膠粒子不斷地作不規(guī)則“之”字形的運(yùn)動(dòng)，從而能夠測出在一定時(shí)間內(nèi)粒子的平均位移。通過大量(dàliàng)觀察，得出結(jié)論：粒子越小，布朗運(yùn)動(dòng)越激烈。其運(yùn)動(dòng)激烈的程度不隨時(shí)間而改變，但隨溫度的升高而增加。第三十五頁，共87頁。2）本質(zhì)(běnzhì)1905年和1906年愛因斯坦（Einstein)和斯莫魯霍夫斯基（Smoluchowski)分別(fēnbié)闡述了Brown運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)。認(rèn)為Brown運(yùn)動(dòng)是分散介質(zhì)分子以不同大小和不同方向的力對(duì)膠體粒子不斷撞擊而產(chǎn)生的，由于受到的力不平衡，所以膠粒連續(xù)以不同方向、不同速度作不規(guī)則運(yùn)動(dòng)。隨著粒子增大，撞擊的次數(shù)(cìshù)增多，而作用力抵消的可能性亦大。當(dāng)粒徑大于5m，Brown運(yùn)動(dòng)消失。第三十六頁，共87頁。3）Einstein-Brown運(yùn)動(dòng)(yùndòng)公式

Einstein認(rèn)為，溶膠粒子的Brown運(yùn)動(dòng)與分子運(yùn)動(dòng)類似，平均動(dòng)能為。并假設(shè)粒子是球形的，運(yùn)用分子運(yùn)動(dòng)論的一些基本概念和公式，得到Einstein布朗運(yùn)動(dòng)的公式為：式中是在觀察時(shí)間t內(nèi)粒子沿x軸方向的平均位移；r為膠粒的半徑(bànjìng)；為介質(zhì)(jièzhì)的粘度；NA為阿伏加德羅常數(shù)。

公式把粒子的位移與粒子的大小、介質(zhì)粘度、溫度以及觀察時(shí)間等聯(lián)系起來?！狤instein布朗運(yùn)動(dòng)公式第三十七頁，共87頁。如圖，設(shè)截面為單位面積，為粒子t時(shí)間內(nèi)在水平(shuǐpíng)方向的平均位移。截面間的距離均為。Einstein-Brown位移方程(fāngchéng)推導(dǎo)

找出距AB面處的兩根虛線，其濃度恰好為和。

在t時(shí)間內(nèi)，從兩個(gè)方向通過AB面的粒子數(shù)分別為和，因，則自左向右通過AB面的凈粒子數(shù)為：第三十八頁，共87頁。設(shè)很小，濃度梯度：這就是Einstein-Brown位移方程。從布朗運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)測出，就可求出擴(kuò)散系數(shù)D。Einstein-Brown位移(wèiyí)方程則擴(kuò)散通過(tōngguò)AB面的凈粒子數(shù)與濃度梯度和擴(kuò)散時(shí)間t成正比，得到：第三十九頁，共87頁。4）擴(kuò)散系數(shù)D的測定(cèdìng)（孔片法、自由交界法等）孔片法孔片由玻璃粉燒結(jié)而成，上面有許多小孔，孔徑5~10μm，插在溶劑、溶液之間，小孔平均長度h、有效面積(miànjī)A，無法直接得到。擴(kuò)散(kuòsàn)量：Δm=C2V2-C1V1測得Δm、Δt、Δc，利用已知D值的物質(zhì)求出h/A，然后測未知物的D。第四十頁，共87頁。①利用D的測定計(jì)算(jìsuàn)球形質(zhì)點(diǎn)的半徑由愛因斯坦第一擴(kuò)散公式：可以求粒子(lìzǐ)半徑r。已知

r

和粒子密度，可以計(jì)算粒子的摩爾質(zhì)量。5）擴(kuò)散(kuòsàn)的應(yīng)用第四十一頁，共87頁。②計(jì)算非球形膠粒的軸比值膠粒形狀偏離球體時(shí)，視為橢球體，求旋轉(zhuǎn)(xuánzhuǎn)半徑a和最大旋轉(zhuǎn)(xuánzhuǎn)半徑b，軸比a/b表示膠粒偏離球體的程度a/b=1球體；a/b>1長橢球體；a/b<1扁橢球體；a/b?1棒形；a/b?1片狀，帶狀第四十二頁，共87頁。具體步驟：a、用其他方法（依數(shù)性等）測出待測物未溶劑化時(shí)的分子量，由此計(jì)算出等效球體的阻力系數(shù)f0∵f0=6πηrb、自擴(kuò)散系數(shù)D計(jì)算出實(shí)際(shíjì)的阻力系數(shù)ff=RT/(NAD)c、計(jì)算阻力系數(shù)比f/f0,由此確定軸比a/b,f/f0≈a/b第四十三頁，共87頁。例：某溶膠粒子的平均直徑(zhíjìng)為42?，溶膠的黏度為（1P泊=0.1Pas）求①25℃時(shí)膠粒的D，②在1s內(nèi)由于Brownianmotion粒子沿x軸的是多少？解：D=RT/NAf=8.314×298/(6.02×1023×6×3.14×2.1×10-9×0.01×0.1)=1.04×10-10(m2/s)=(2Dt)1/2

=(2×1.04×10-10×1)1/2=1.44×10-5m第四十四頁，共87頁。二、沉降(chénjiàng)（sedimentation）溶膠(róngjiāo)是高度分散體系，膠粒一方面受到重力吸引而下降，另一方面由于布朗運(yùn)動(dòng)促使?jié)舛融呌诰?。?dāng)這兩種效應(yīng)相反的力相等時(shí)，粒子的分布達(dá)到平衡，粒子的濃度隨高度不同(bùtónɡ)有一定的梯度，如圖所示。

這種平衡稱為沉降擴(kuò)散平衡。第四十五頁，共87頁。1、在重力場中的沉降(chénjiàng)1）沉降速度介質(zhì)中粒子(lìzǐ)(半徑r,密度ρ)所受重力為下沉阻力(zǔlì)F2=6πηrνν:粒子沉降速度F1=F2時(shí)，粒子勻速下降第四十六頁，共87頁。球形質(zhì)點(diǎn)在液體(yètǐ)中的沉降公式：結(jié)論：a.其他條件相同時(shí),v與r2成正比,r↑,ν↑與介質(zhì)η成反比,增大介質(zhì)η,可提高(tígāo)粒子在介質(zhì)中的穩(wěn)定性,加增稠劑。第四十七頁，共87頁。例:直徑為1μm的石英微塵，從高度為1.7m處（人的呼吸帶附近）降落到地面需要(xūyào)多少時(shí)間？已知石英的密度為2.63×103kg/m3?？諝怵ざ葹?.8×10-5Pas。第四十八頁，共87頁。2)沉降(chénjiàng)分析①定義:懸浮液是多分散體系，粒子有大有小，求出其中一定大小粒子所占質(zhì)量分?jǐn)?shù)，即粒度分布(fēnbù)，叫沉降分析。②分析步驟:A.作沉降曲線即稱量(chēnɡliànɡ)不同時(shí)間顆粒的沉降質(zhì)量所作的曲線.不同體系的沉降曲線第四十九頁，共87頁。沉降(chénjiàng)分析裝置扭力天平示意圖1-旋扭；2-水平儀；3-指針(zhǐzhēn)；4-開關(guān)旋扭;5-天平臂；6-轉(zhuǎn)盤第五十頁，共87頁。顆粒直徑相等體系(tǐxì)的沉降曲線兩種顆粒體系的沉降(chénjiàng)曲線第五十一頁，共87頁。顆粒(kēlì)直徑連續(xù)分布體系的沉降曲線在沉降時(shí)間t1時(shí)，對(duì)應(yīng)(duìyìng)的沉降量為W1。其分為兩部分，一為直徑≥d1在t1時(shí)剛好沉降完的所有顆粒，它的沉降量為n1，即對(duì)應(yīng)(duìyìng)t1時(shí)曲線的切線在縱軸上的截距值；另一部分為直徑＜d1在t1時(shí)繼續(xù)沉降的顆粒，其已沉降的部分為m1。第五十二頁，共87頁。沉降(chénjiàng)分析若沉降是完全的，那么(nàme)總沉降量WC即樣品總量。即為直徑≥d1的顆粒在樣品中所占的百分含量，即為直徑≥d2的顆粒在樣品中所占的百分含量，即為直徑介于d1和d2之間的所有顆粒在樣品中所占的百分含量。第五十三頁，共87頁。B.依沉降曲線計(jì)算不同大小粒子所占質(zhì)量百分比SC.作S-d圖，即質(zhì)點(diǎn)大小的積分(jīfēn)分布圖D.作dS/dd-d圖，即質(zhì)點(diǎn)大小的微分分布圖第五十四頁，共87頁。沉降分析(fēnxī)條件體系(tǐxì)要求是質(zhì)點(diǎn)大小不超過100m，濃度不超過1%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的稀懸浮體。懸浮體有聚結(jié)穩(wěn)定性，即在沉降時(shí)間內(nèi)，質(zhì)點(diǎn)不發(fā)生明顯的聚結(jié)。第五十五頁，共87頁。2、離心力場中的沉降(chénjiàng)1)沉降公式在離心力場中，若ω為離心機(jī)的角速度，x為旋轉(zhuǎn)軸至粒子的距離，則離心加速度α=ω2x普通離心機(jī)的效率是地心引力的幾千倍，而1924年發(fā)明了超離心機(jī)，轉(zhuǎn)速可達(dá)10~16萬轉(zhuǎn)/分，離心加速度α約為重力的100萬倍。離心力場中，沉降公式仍適用，用離心加速度α代替重力加速度g，粒子在沉降過程中，x改變(gǎibiàn)，v也是變量，v=dx/dt第五十六頁，共87頁。離心力和阻力(zǔlì)相等時(shí)，or第五十七頁，共87頁。2)求膠粒或大分子的相對(duì)(xiāngduì)分子質(zhì)量求粒子(lìzǐ)的摩爾質(zhì)量，沉降速度法第五十八頁，共87頁。三、分散體系(tǐxì)的沉降-擴(kuò)散平衡粒子小時(shí)，沉降力與反方向的擴(kuò)散力或滲透壓平衡，形成下濃上稀的高度分布，即沉降-擴(kuò)散平衡。1、離心力場中溶膠的滲透壓dπ=RTdc=RTdn/NAC：摩爾濃度，n：單位(dānwèi)體積粒子數(shù)在1cm2的截面，厚度dx的一層內(nèi)，粒子數(shù)為ndx，故離心力為：平衡(pínghéng)時(shí)，滲透壓與離心力相等，即：第五十九頁，共87頁?？汕筚|(zhì)點(diǎn)的摩爾質(zhì)量(zhìliàng)——沉降平衡法第六十頁，共87頁。2、沉降(chénjiàng)速度法和沉降(chénjiàng)平衡法都可用來求粒子的摩爾(móěr)質(zhì)量，當(dāng)離心加速度僅是重力加速度g的104~105倍，即α小時(shí)，用沉降平衡法，此時(shí)粒子產(chǎn)生濃度差，從而使產(chǎn)生的反方向的擴(kuò)散作用（或滲透壓）足以與沉降力抗衡，形成沉降平衡。例：在某內(nèi)徑為0.02m的管中盛油，使直徑1.588×10-3m的鋼球從其中落下(luòxià)，下降0.15m需時(shí)16.7s，已知油和鋼球的密度分別為960和7650kg/m3，求油的黏度？第六十一頁，共87頁。解：下降(xiàjiàng)速度ν=h/t=0.15/16.7r=d/2=7.94×10-4m4/3πr3(ρ球-ρ油)g=6πηrνη=2r2(ρ球-ρ油)g/9ν=2×(7.94×10-4)2×(7650-960)×9.8/(9×0.15/16.7)=1.023Pas第六十二頁，共87頁。例：在離心機(jī)中離心AgCl溶膠10分鐘，起始界面(jièmiàn)位置x1=0.09m，終止時(shí)界面(jièmiàn)位置x2=0.14m，計(jì)算溶膠質(zhì)點(diǎn)半徑。已知粒子密度為5.6×103kg/m3，分散介質(zhì)密度1×103kg/m3，離心機(jī)轉(zhuǎn)速n=1000轉(zhuǎn)/min，介質(zhì)黏度1×10-3Pas。第六十三頁，共87頁。解：將離心機(jī)轉(zhuǎn)速(zhuànsù)換算為角速度ω：ω=2πn/60=2×3.14×1000/60=105s-1第六十四頁，共87頁。作業(yè)(zuòyè)1、在287K進(jìn)行膠乳微粒的布朗運(yùn)動(dòng)(bùlǎnɡyùndònɡ)實(shí)驗(yàn)，在30秒內(nèi)，測得微粒的平均位移為6.83×10-4cm。試以此結(jié)果求阿伏加德羅常數(shù)NA？設(shè)微粒半徑為2.12×10-5cm。分散介質(zhì)水的粘度0.0012Pa·s。2、在轉(zhuǎn)速為n=1800轉(zhuǎn)/min的離心機(jī)中離心8min，AgCl丙酮溶膠界面從x1=0.05m移至x2=0.10m，計(jì)算AgCl質(zhì)點(diǎn)大小。已知粒子密度為5.6×103kg/m3，分散介質(zhì)密度0.79×103kg/m3，介質(zhì)黏度0.33×10-3Pas。3、質(zhì)點(diǎn)半徑為1×10-7m，分散相密度為2×103kg/m3，分散介質(zhì)密度1×103kg/m3，介質(zhì)黏度1×10-3Pas，離心加速度200g，計(jì)算并比較質(zhì)點(diǎn)在重力場和離心力場中的沉降速度。第六十五頁，共87頁。2.3溶膠(róngjiāo)的光學(xué)性質(zhì)光散射現(xiàn)象(xiànxiàng)Tyndall效應(yīng)Rayleigh公式乳光計(jì)原理超顯微鏡第六十六頁，共87頁。一、光散射(sǎnshè)現(xiàn)象當(dāng)光束通過分散體系時(shí)，一部分自由地通過，一部分被吸收、反射(fǎnshè)或散射?？梢姽獾牟ㄩL約在400~700nm之間。（1）當(dāng)光束通過粗分散體系(tǐxì)，由于粒子大于入射光的波長，主要發(fā)生反射，使體系(tǐxì)呈現(xiàn)混濁。

（2）當(dāng)光束通過膠體溶液，由于膠粒直徑小于可見光波長，主要發(fā)生散射，可以看見乳白色的光柱。

（3）當(dāng)光束通過分子溶液，由于溶液十分均勻，散射光因相互干涉而完全抵消，看不見散射光。第六十七頁，共87頁。光是一種電磁波，照射溶膠時(shí)，分子中的電子分布發(fā)生位移而產(chǎn)生偶極子，這種偶極子像小天線一樣向各個(gè)方向發(fā)射與入射光頻率(pínlǜ)相同的光，這就是散射光。分子溶液十分均勻，這種散射光因相互干涉而完全(wánquán)抵消，看不到散射光。溶膠是多相不均勻體系，在膠粒和介質(zhì)分子上產(chǎn)生(chǎnshēng)的散射光不能完全抵消，因而能觀察到散射現(xiàn)象。第六十八頁，共87頁。2、Tyndall效應(yīng)(xiàoyìng)B、本質(zhì)：膠粒對(duì)光的散射。Tyndall效應(yīng)實(shí)際上已成為判別(pànbié)溶膠與分子溶液的最簡便的方法。A、現(xiàn)象：1869年Tyndall發(fā)現(xiàn)，若令一束會(huì)聚光通過溶膠，從側(cè)面（即與光束垂直(chuízhí)的方向）可以看到一個(gè)發(fā)光的圓錐體，這就是Tyndall效應(yīng)。其他分散體系也會(huì)產(chǎn)生一點(diǎn)散射光，但遠(yuǎn)不如溶膠顯著。第六十九頁，共87頁。C、特點(diǎn)(tèdiǎn)：只能從側(cè)面觀察到，正對(duì)入射光的方向看不見。第七十頁，共87頁。3、Rayleigh散射(sǎnshè)定律A、公式：1871年，Rayleigh研究了大量的光散射現(xiàn)象，對(duì)于粒子直徑(zhíjìng)在47nm以下的溶膠，導(dǎo)出了散射光總能量的計(jì)算公式，稱為Rayleigh公式：式中：I0入射光強(qiáng)度，c單位體積(tǐjī)中粒子數(shù)入射光波長，v每個(gè)粒子的體積(tǐjī)分散介質(zhì)折射率，分散相的折射率第七十一頁，共87頁。Rayleigh公式(gōngshì)B、條件(tiáojiàn)：①粒子是球形；②非導(dǎo)體；③粒子直徑（≤47nm）小于入射光波長④粒子間無相互作用第七十二頁，共87頁。C、從Rayleigh公式可得出(déchū)如下結(jié)論：①.散射光總能量(néngliàng)與入射光波長的四次方成反比。入射光波長愈短，散射愈顯著。所以可見光中，藍(lán)、紫色光散射作用強(qiáng)。②.分散相與分散介質(zhì)的折射率相差(xiānɡchà)愈顯著，則散射作用亦愈顯著。③.散射光強(qiáng)度與單位體積中的粒子數(shù)c成正比。④.散射光強(qiáng)度與粒子體積的平方成正比。第七十三頁，共87頁。4、散射光的角分布①細(xì)小(xìxiǎo)粒子的散射光強(qiáng)度：第七十四頁，共87頁。結(jié)論(jiélùn)：散射光在與入射光垂直的方向（θ=90°）上最小；隨著與入射光方向接近(jiējìn)而逐漸增強(qiáng)；散射光強(qiáng)度以入射光方向，垂直入射光方向?yàn)閷?duì)稱軸，在θ和（180-θ）方向上強(qiáng)度相同；在θ=0或180°時(shí)，強(qiáng)度最大。②較大粒子的散射光當(dāng)粒子d?λ/10超過Rayleigh定律的條件，散射光強(qiáng)度的分布將發(fā)生改變，其對(duì)稱性將被破壞(pòhuài)。在與入射光射出的方向成銳角時(shí)，散射光強(qiáng)度大。第七十五頁，共87頁。三、溶膠(róngjiāo)的顏色1、溶膠(róngjiāo)對(duì)光的選擇性吸收規(guī)律①對(duì)可見光各部分的吸收很弱且大致相同，溶膠(róngjiāo)無色②能較強(qiáng)地吸收某一波長的光，則透過光該波長部分變?nèi)?，透過光呈現(xiàn)該波長光的補(bǔ)色2、Beer定律(dìnglǜ)純液體和真溶液中光吸收的基本規(guī)律①溶液中第七十六頁，共87頁。②溶膠非均相體系(tǐxì)，除了光的吸收，還有光的散射Beer定律(dìnglǜ)變?yōu)椋旱谄呤唔?，?7頁。擴(kuò)散(kuòsàn)量：Δm=C2V2-C1V13）Einstein-Brown運(yùn)動(dòng)(yùndòng)公式第七十四頁，共87頁。a/b<1扁橢球體；2、Tyndall效應(yīng)(xiàoyìng)把每m3含F(xiàn)e(OH)31.復(fù)分解(fēnjiě)法解：下降(xiàjiàng)速度ν=h/t=0.8×10-5Pas。例：AuCl3溶液中加入金粒作為晶核，然后加入HCHO，使之長大。溶膠(róngjiāo)的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)從布朗運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)測出，就可求出擴(kuò)散系數(shù)D。電分散(fēnsàn)法式中負(fù)號(hào)表示擴(kuò)散發(fā)生在濃度降低的方向，14×1000/60=105s-1⑤溶膠sol-凝膠gel轉(zhuǎn)變法3、乳光(rǔɡuānɡ)計(jì)原理當(dāng)分散相和分散介質(zhì)等條件都相同(xiānɡtónɡ)時(shí)，Rayleigh公式可改