第二章-溶膠與凝膠課件

第二章溶膠與凝膠第二章溶膠與凝膠2.1溶膠的性質(zhì)2.1.1溶膠的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)一、擴(kuò)散Fick第一定律:單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)面積A的物質(zhì)量與擴(kuò)散系數(shù)D、濃度梯度dc/dx、和截面A的面積成正比。其中：阻力系數(shù)：得：注：就體系而言，濃度梯度越大，質(zhì)點(diǎn)擴(kuò)散越快；就質(zhì)點(diǎn)而言，半徑越小，擴(kuò)散能力越強(qiáng)，擴(kuò)散速度越快。2.1溶膠的性質(zhì)其中：阻力系數(shù)：得：注：就體系而言，濃度擴(kuò)散定律的應(yīng)用（1）計(jì)算球形膠體粒子半徑。，D（可以測(cè)定）

根據(jù)公式求算r（2）估算非球形膠體粒子的軸比。測(cè)分子量求算等效球阻力系數(shù)f0由D計(jì)算實(shí)際阻力系數(shù)f

由f/f0計(jì)算軸比。（3）估算最大溶劑化量。擴(kuò)散定律的應(yīng)用，D（可以測(cè)定）根據(jù)公式求算r測(cè)分二、布朗運(yùn)動(dòng)液體分子撞擊著懸浮粒子，當(dāng)懸浮粒子所受力不均衡時(shí)，做連續(xù)的、不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，該現(xiàn)象為Brown運(yùn)動(dòng)。1905年Einstein提出NAAvgadro常數(shù)（6.022×1023）T絕對(duì)溫度。粘度。r半徑。公式表明：當(dāng)其他條件不變時(shí)，微粒的平均位移的平方與時(shí)間及溫度T成正比，與粘度及r成反比。二、布朗運(yùn)動(dòng)1905年Einstein提出NAAvga·膠粒密度，溶劑密度，r膠粒半徑，g重力加速度。F浮力F重力F摩擦力三、沉降和沉降平衡：粗分散體系（如泥沙的懸浮液）中的粒子由于重力的作用最終全部沉降下來(lái)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為沉降。高度分散體系情況則不同，一方面粒子受重力下降；另一方面由于Brown運(yùn)動(dòng)又促使?jié)舛融呄蚓?。?dāng)這兩種效應(yīng)相反的力相等時(shí)，粒子的分布達(dá)平衡，形成了一定的濃度梯度?！つz粒密度，溶劑密度，r膠粒半徑，g重力加速不同分散體系中濃度降低一半時(shí)的高度分散體系分散程度(r/nm)粒子濃度降低一半時(shí)的高度(m)氧氣0.275000分散度很高的金溶膠1.862.15金溶膠8.350.025粗分散金溶膠1860.0000002藤黃懸浮液2300.00003粒子濃度的高度分布公式如下：式中：N2、N1分別表示X2、X1高度時(shí)單位體積內(nèi)的粒子數(shù)，r為粒子半徑g為重力加速度。公式表明：粒子半徑越大，濃度隨高度變化越明顯。粒度很大的粗分散體系在沉降平衡時(shí)易完全沉降，說(shuō)明這種體系的布朗運(yùn)動(dòng)極為微弱動(dòng)力學(xué)不穩(wěn)定性表現(xiàn)在沉降；粒度減到膠體范圍內(nèi)時(shí)擴(kuò)散能力顯著增加，濃度分布更加均勻。不同分散體系中濃度降低一半時(shí)的高度分散體系2.1.2溶膠的光學(xué)性質(zhì)

丁道爾效應(yīng)一、丁道爾效應(yīng)

在暗室里將一束強(qiáng)光射過(guò)膠體溶液，則從側(cè)面（即在光的垂直方向上）觀察，可以清晰地看到明顯的光徑。這一現(xiàn)象稱(chēng)為T(mén)yndall效應(yīng)。Tyndall效應(yīng)的產(chǎn)生：膠體粒子對(duì)同一方向入射光的散射。一般而言，當(dāng)粒子半徑小于入射光波長(zhǎng)的一半時(shí)，光線絕大部分透過(guò)，散射光線很弱。2.1.2溶膠的光學(xué)性質(zhì)丁道爾效應(yīng)一、丁道爾效由上式可以看出:(1)入射光波長(zhǎng)愈短其散射光強(qiáng)度也強(qiáng)。(2)散射光的強(qiáng)度隨粒子濃度增加而增加。(3)分散相顆粒體積越大，散射光越強(qiáng)。(4)分散相及分散介質(zhì)的折射率差別越大，散射光越強(qiáng)。雷萊研究了光的散射現(xiàn)象，并得到光散射強(qiáng)度(I)與入射光波長(zhǎng)(l)、入射光強(qiáng)度(Io)、單位體積中分散體系的粒子數(shù)(c)、粒子的體積(V)以及分散相及分散介質(zhì)的折射率n1及n2的關(guān)系式如下二、Rayleigh散射定律由上式可以看出:雷萊研究了光的散射現(xiàn)象，并得到光散射強(qiáng)度(考慮到散射光在各個(gè)方向上強(qiáng)度的差別，上述公式變?yōu)椋?/p>

當(dāng)膠體粒子直徑大于/10，超過(guò)Rayleigh定律限制，則散射光強(qiáng)度的角度分布散對(duì)稱(chēng)性受到破壞，在與入射光方向呈銳角的方向散射加強(qiáng)。（波長(zhǎng)為1.06微米的激光粒徑分析儀為什么可以測(cè)量50nm以上的膠體粒徑？）三、溶膠的顏色

溶膠中的質(zhì)點(diǎn)對(duì)可見(jiàn)光產(chǎn)生選擇性吸收，若溶膠對(duì)可見(jiàn)光的各部分吸收很弱，且大致相同，則溶膠是無(wú)色的；若溶膠能較強(qiáng)地選擇性吸收某一波長(zhǎng)的光，則透過(guò)光中該波長(zhǎng)部分變?nèi)?，溶膠會(huì)呈現(xiàn)某種顏色。質(zhì)點(diǎn)對(duì)光的吸收主要取決于其化學(xué)結(jié)構(gòu)；如：AgCl幾乎不吸收可見(jiàn)光，所以它是白色的；AgBr和AgI只吸收藍(lán)色光，所以它們呈黃色和深黃色。Fe(OH)3膠體為紅色。另外，膠體的顏色還與粒子對(duì)光的散射有關(guān)?？紤]到散射光在各個(gè)方向上強(qiáng)度的差別，上述公式變?yōu)椋寒?dāng)膠體粒子直徑（nm）透射光側(cè)面光10-20黃籃25-35紅暗綠35-45紅紫綠50-60籃紫黃70-80籃棕紅表2－1不同粒徑銀溶膠的顏色粒子直徑（nm）透射光側(cè)面光10-20黃籃25-35紅暗綠32.1.3溶膠的電學(xué)性質(zhì)

電泳儀電泳:電泳是指在電場(chǎng)作用下，溶膠粒子在分散介質(zhì)中的定向移動(dòng)現(xiàn)象。＋—一、電動(dòng)現(xiàn)象電動(dòng)現(xiàn)象是指溶膠粒子的運(yùn)動(dòng)與電性能之間的關(guān)系。電動(dòng)現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)是由于雙電層結(jié)構(gòu)的存在，其緊密層和擴(kuò)散層中各具有相反的剩余電荷，在外電場(chǎng)或外加壓力下，它們發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。2.1.3溶膠的電學(xué)性質(zhì)電泳儀電泳:電泳是指＋—沉降(流動(dòng))電位:指在外力作用下，是分散相粒子(膠粒)在分散介質(zhì)中迅速下降（流動(dòng)），而在液體的表面層與底層之間所產(chǎn)生的電位差。＋—電滲:指在電場(chǎng)作用下，分散介質(zhì)(如水等)通過(guò)多孔膜或極細(xì)的毛細(xì)管而定向移動(dòng)的現(xiàn)象。＋—沉降(流動(dòng))電位:指在外力作用下，是分散相粒二、質(zhì)點(diǎn)表面電荷的來(lái)源（1）電離作用：組成膠體粒子位置的電離。（集團(tuán)－OH，－NH2,－COOH）例如硅溶膠在弱酸性或堿性介質(zhì)中因表面硅酸的電離而帶負(fù)電荷：SiO2＋H2O＝H2SiO3＝HSiO3－＋H+＝SiO32-＋2H+（2）離子吸附組成膠核的離子（或能與膠核組成離子形成不溶物的離子）被優(yōu)先吸附。（3）晶格取代例如，粘土由鋁氧八面體和硅氧四面體的晶格組成。晶格中的A13+或Si4+有一部分被Mg2+或Ca2+取代而使粘土顆粒帶負(fù)電荷。（4）帶電磨擦對(duì)非水系統(tǒng)。二、質(zhì)點(diǎn)表面電荷的來(lái)源膠核：不溶性質(zhì)點(diǎn)如AgI吸附層：膠核附近的一部分反離子擴(kuò)散層：離膠核較遠(yuǎn)的部分反離子三、膠團(tuán)結(jié)構(gòu)膠核：不溶性質(zhì)點(diǎn)如AgI三、膠團(tuán)結(jié)構(gòu)AgI膠團(tuán)結(jié)構(gòu)(在KI溶液中)AgI膠團(tuán)結(jié)構(gòu)(在AgNO3溶液中)AgI膠團(tuán)結(jié)構(gòu)AgI膠團(tuán)結(jié)構(gòu)電位：在膠體粒子帶電的表面與電解質(zhì)溶液間有一滑動(dòng)界面，滑動(dòng)界面上的電勢(shì)稱(chēng)電勢(shì)。Helmholtz模型Gouy-Chapman模型四、雙電層結(jié)構(gòu)模型和z電位電位：在膠體粒子帶電的表面與電解質(zhì)溶液間有一滑動(dòng)界面，滑動(dòng)式中：為表面電荷密度；為兩層間的距離；D為介質(zhì)的介電常數(shù)；0為表面電位。說(shuō)明：0隨距固體表面的距離增大而直線下降；到溶膠中（很大）0≈0。Helmholtz模型Helmholtz認(rèn)為膠粒的雙電層結(jié)構(gòu)類(lèi)似于簡(jiǎn)單的平行板電容器，雙電層的里層在質(zhì)點(diǎn)表面上，相反符號(hào)的外層則在液體中式中：為表面電荷密度；為兩層間的距離；D為介質(zhì)的介電常數(shù)Gouy—Chapman模型Gouy—Chapman認(rèn)為溶液中的反離子是擴(kuò)散地分布在質(zhì)點(diǎn)周?chē)目臻g里，由于靜電吸引，質(zhì)點(diǎn)附近處反離子濃度要大些，離質(zhì)點(diǎn)越遠(yuǎn)，反離子濃度越小，到距表面很遠(yuǎn)處過(guò)剩的反離子濃度為零。由于在水溶液中質(zhì)點(diǎn)總是結(jié)合著一層水(其中含有部分反離子)，此水和其中的反離子可視為質(zhì)點(diǎn)的一部分，故在電泳時(shí)固—液之間發(fā)生相對(duì)移動(dòng)的“滑動(dòng)面”應(yīng)在雙電層內(nèi)距表面某一距離處。該處的電位與溶液內(nèi)部的電位之差即為電位。電位的大小取決于滑動(dòng)面內(nèi)反離子濃度的大小。進(jìn)入滑動(dòng)面內(nèi)的反離子越多,電位越小，反之則越大。電位的數(shù)值可以通過(guò)電泳或電滲速度的測(cè)定計(jì)算出來(lái)后面將有介紹。Gouy—Chapman模型stern模型

stern認(rèn)為擴(kuò)散雙電層可分為兩層一層為緊靠粒子表面的緊密層其厚度由被吸附離子的大小決定；另一層相似于Gouy—Chapman雙電層中的擴(kuò)散層(電勢(shì)隨距離的增加呈曲線下降)其濃度由本體溶液的濃度決定。由于質(zhì)點(diǎn)表面總有一定數(shù)量的溶劑分子與其緊密結(jié)合，因此在電動(dòng)現(xiàn)象中這部分溶劑分子與粒子將作為一個(gè)整體運(yùn)動(dòng)，在固—液相之間發(fā)生相對(duì)移動(dòng)時(shí)也有滑動(dòng)面存在。stern模型紅球?yàn)槲綄与x子；蘭球代表相反電荷離子。Zeta電位：進(jìn)入滑移面內(nèi)的相反電荷離子越多Zeta電位越小，反之依然。Stern吸附擴(kuò)散雙電層理論紅球?yàn)槲綄与x子；蘭球代表相反電荷離子。Stern吸附擴(kuò)散雙U電泳時(shí)界面移動(dòng)速度，v為電滲時(shí)通過(guò)半透膜的液體體積，E為電場(chǎng)強(qiáng)度，q為半透膜毛細(xì)管總面積，為液體的介電常數(shù)，為液體的粘度系數(shù)。電泳電滲五、電位的計(jì)算通過(guò)電泳速度數(shù)據(jù)計(jì)算電位測(cè)定電泳或電滲速度可以計(jì)算電位U電泳時(shí)界面移動(dòng)速度，v為電滲時(shí)通過(guò)半透膜的液體體積，E為2.1.4膠體穩(wěn)定性

Brown運(yùn)動(dòng)，范得華力靜電力，摩擦力，重力擴(kuò)散雙電層觀點(diǎn)：膠粒帶電(有一定的電位），使粒子間產(chǎn)生靜電斥力同時(shí)，膠粒表面水化，具有彈性水膜，它們也起斥力作用，從而阻止粒子間的聚結(jié)。2.1.4.1溶膠的穩(wěn)定性

(1)熱力學(xué)穩(wěn)定性：表面能

(2)動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性：(3)聚集穩(wěn)定性：2.1.4膠體穩(wěn)定性Brown運(yùn)動(dòng)，范得華力擴(kuò)散雙電層觀點(diǎn)2.1.4.2溶膠的聚沉

溶膠能穩(wěn)定存在的主要原因是帶有相同的電荷，膠粒間產(chǎn)生的排斥作用。一旦穩(wěn)定條件破壞，溶膠中粒子就合并、長(zhǎng)大，這一過(guò)程稱(chēng)聚沉。溶膠聚沉方法加熱加電解質(zhì)溶膠相互聚沉2.1.4.2溶膠的聚沉溶膠聚沉方法加熱加電解質(zhì)溶膠相1.電解質(zhì)的聚沉作用C為常數(shù)，介質(zhì)的介電常數(shù)，K為Boltzmann常數(shù)，T絕對(duì)溫度，A為Vanderwaals引力常數(shù)，e為單位電荷，Z為反離子價(jià)數(shù)。一般規(guī)律：a.在溶膠中加入電解質(zhì)時(shí)，使電位降低，fo減小b.電解質(zhì)濃度達(dá)到某一定數(shù)值，膠粒處于等電狀態(tài)，膠體的穩(wěn)定性最低。c.電解質(zhì)過(guò)量，膠粒又帶電，但電性和原來(lái)的相反，稱(chēng)為“再帶電“。d.在相同濃度時(shí)．離子價(jià)越高，聚沉能力越大，“聚沉值“越小.2.聚沉規(guī)律感膠離子序：負(fù)電性溶膠的聚沉能力為：

H+>Cs+>Rb+>NH4+>K+>Na+>Li+

具有相同陽(yáng)離子的各種陰離子，其對(duì)正電性溶膠的聚沉能力為：

F->IO3->H2PO4->BrO3->Cl->ClO3->Br->I->CNS-

一定條件下，使溶膠全部聚沉所需電解質(zhì)的最低濃度稱(chēng)為聚沉值。1.電解質(zhì)的聚沉作用C為常數(shù)，介質(zhì)的介電常數(shù)，K3溶膠的相互聚沉1.DLVO理論

在一定條件下，膠體的穩(wěn)定性取決于膠粒間的相互吸引力和靜電斥力。3溶膠的相互聚沉混合物/ml現(xiàn)象混合后粒子的電荷Fe(OH)3As2O391無(wú)變化＋82長(zhǎng)時(shí)間后微混＋73立即聚沉＋55立即聚沉＋37完全聚沉不帶電28發(fā)生聚沉—19發(fā)生聚沉—0.29.8混濁但不聚沉—表溶膠的相互聚沉混合物/ml現(xiàn)象混合后粒子的電荷Fe(OH)3As2O2.空位穩(wěn)定理論膠體粒子表面層內(nèi)高分子濃度低于液相中的濃度導(dǎo)致膠粒表面形成空位層。彈性斥力位能ERS=ERE+ERE+ER0+ERH

結(jié)構(gòu)熵斥力位能滲透斥力位能滲透熵斥力位能2.1.4.3高分子穩(wěn)定膠體的穩(wěn)定作用向溶膠中加入高聚物，膠粒對(duì)聚合物分子可能產(chǎn)生負(fù)吸附，即膠粒表面層聚合物濃度低于溶液本體中的高聚物濃度，導(dǎo)致膠粒表面形成“空缺層”，在空缺層重疊時(shí)會(huì)發(fā)生排斥作用，使溶膠穩(wěn)定。1.空間穩(wěn)定理論（1）帶電聚合物被吸附后增加了粒子之間的靜電排斥（ER）(2)電中性高分子被吸附于膠體粒子表面減少了引力位能（EA）(3)產(chǎn)生了新的斥力位能（ERS）2.空位穩(wěn)定理論彈性斥力位能ERS=靜止移動(dòng)x2.1.5流變性質(zhì)2.1.5.1基本概念和術(shù)語(yǔ)

(1)切變速度與切應(yīng)力切向流動(dòng)切變速度：dv/dxv和x的單位分別為m/s和m，故v單位：s-1。切應(yīng)力:=F/A，單位為N/m2。粘度η：剪切應(yīng)力τ與剪切速率γ的比值。即η=τ/γ粘度的單位為F·m-2·s，即Pa·s[帕（斯卡）·秒]。靜止移動(dòng)x2.1.5流變性質(zhì)2.1.5.1基本概念和術(shù)語(yǔ)(2)牛頓公式純液體和大多數(shù)低分子溶液在層流條件下的切應(yīng)力與切變速度D成正比，有下式：式中：r與l分別為毛細(xì)管的半徑和長(zhǎng)度；v為在t秒內(nèi)液體所流過(guò)的毛細(xì)管體積；p為毛細(xì)管兩端的壓力差。b.轉(zhuǎn)筒式粘度計(jì)同軸轉(zhuǎn)筒型粘度計(jì)主要研究非牛頓流體的流變性。此式即牛頓公式。為液體的粘度。(3)測(cè)定粘度的方法a.毛細(xì)管粘度計(jì)主要用于測(cè)定牛頓流體的粘度。毛細(xì)管粘度計(jì)的基本公式是Poiseuille公式：(2)牛頓公式式中：r與l分別為毛細(xì)管的半徑和長(zhǎng)度；v為在幾種基本流型塑性流體也叫Bingham體，其流變曲線不通過(guò)原點(diǎn)，即只有當(dāng)大于某一值(y)時(shí)，才開(kāi)始流動(dòng)，y稱(chēng)為屈服值。y切應(yīng)力切變速度2.1.5.2濃分散體系的流變性質(zhì)

牛頓體

塑性體

假塑體

脹流體

觸變流型幾種基本流型塑性流體也叫Bingham體，其流變曲線不通過(guò)原2.2凝膠

2.2.1基本概念

在一定條件下，高分子溶質(zhì)或膠體粒子相互連接，形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，而溶劑小分子充滿在網(wǎng)架的空隙中，成為失去流動(dòng)性的半固體體系，稱(chēng)為凝膠，這種凝膠化的過(guò)程稱(chēng)為膠凝.

特點(diǎn)：在新形成的水凝膠中，不僅分散相(搭成網(wǎng)結(jié))是連續(xù)相，分散介質(zhì)(水)也是連續(xù)相。2.2.2分類(lèi)

彈性凝膠：凝膠過(guò)程完全是可逆的非彈性凝膠：溶膠－凝膠的溶膠過(guò)程不可逆。2.2凝膠2.2.1基本概念2.3凝膠的形成

2.3.1凝膠形成的條件

(1)降低濃度，使被分散的物質(zhì)從溶液中以“膠體分散狀態(tài)”析出

(2)析出的質(zhì)點(diǎn)既不沉降，也不能自由行動(dòng)，而是構(gòu)成骨架，通過(guò)整個(gè)溶掖形成連續(xù)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。2.3.2凝膠形成的方法(1)改變溫度(2)加入非溶劑(3)加入鹽類(lèi)

(4)化學(xué)反應(yīng)2.3凝膠的形成2.3.1凝膠形成的條件2.3.3凝膠的結(jié)構(gòu)膠體粒子互聯(lián)結(jié)構(gòu)鏈狀大分子部分有序排列結(jié)構(gòu)棒狀或片狀膠體粒子堆垛結(jié)構(gòu)鏈狀大分子部分交聯(lián)結(jié)構(gòu)2.3.3凝膠的結(jié)構(gòu)膠體粒子互聯(lián)結(jié)構(gòu)鏈狀大分子部分有序排列結(jié)2.3.4膠凝作用及其影響因素pH對(duì)硅凝膠凝膠時(shí)間的影響(1)影響膠凝作用的因素

明膠溶液①溶液濃度：濃度大時(shí)膠凝速度快②溫度：溫度升高膠凝速度減慢③電解質(zhì)：硅溶膠①濃度②溫度③電解質(zhì)④水溶性有機(jī)物⑤pH值2.3.4膠凝作用及其影響因素pH對(duì)硅凝膠凝膠時(shí)間的影響2.3.5凝膠的性質(zhì)（1）溶膠凝膠轉(zhuǎn)變現(xiàn)象①轉(zhuǎn)變溫度：大分子溶液轉(zhuǎn)變?yōu)槟z時(shí)，無(wú)嚴(yán)格恒定的轉(zhuǎn)變溫

②熱效應(yīng)：大分子溶液形成凝膠時(shí)常常放熱

③光學(xué)效應(yīng)：溶膠轉(zhuǎn)變?yōu)槟z時(shí)，光散射增強(qiáng)

④流動(dòng)性質(zhì)：溶膠轉(zhuǎn)變?yōu)槟z后流動(dòng)性質(zhì)變化很大

⑤電導(dǎo)：溶膠膠凝后，體系的電導(dǎo)無(wú)明顯變化。（2）觸變作用

（3）離漿作用（4）膨脹作用（5）吸附2.3.5凝膠的性質(zhì)（1）溶膠凝膠轉(zhuǎn)變現(xiàn)象2.3.6凝膠中的擴(kuò)散和化學(xué)反應(yīng)

一、擴(kuò)散作用物質(zhì)在凝膠中的擴(kuò)散與凝膠濃度、結(jié)構(gòu)以及擴(kuò)散物質(zhì)的本性有關(guān)。凝膠的濃度越高，物質(zhì)的擴(kuò)散速度越慢。原因：凝膠有骨架物質(zhì)擴(kuò)散途徑變得彎曲。凝膠濃度增加后，結(jié)構(gòu)中的空隙變小使物質(zhì)運(yùn)動(dòng)受阻分子越大其在凝膠中的擴(kuò)散速度越慢。結(jié)果：在凝膠中無(wú)機(jī)械撥動(dòng)和液體的對(duì)流等現(xiàn)象，故在凝膠中對(duì)結(jié)晶特別有利。二、化學(xué)反應(yīng)

產(chǎn)生特殊現(xiàn)象如：Liesegang環(huán)2.3.6凝膠中的擴(kuò)散和化學(xué)反應(yīng)一、擴(kuò)散作用第二章溶膠與凝膠第二章溶膠與凝膠2.1溶膠的性質(zhì)2.1.1溶膠的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)一、擴(kuò)散Fick第一定律:單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)面積A的物質(zhì)量與擴(kuò)散系數(shù)D、濃度梯度dc/dx、和截面A的面積成正比。其中：阻力系數(shù)：得：注：就體系而言，濃度梯度越大，質(zhì)點(diǎn)擴(kuò)散越快；就質(zhì)點(diǎn)而言，半徑越小，擴(kuò)散能力越強(qiáng)，擴(kuò)散速度越快。2.1溶膠的性質(zhì)其中：阻力系數(shù)：得：注：就體系而言，濃度擴(kuò)散定律的應(yīng)用（1）計(jì)算球形膠體粒子半徑。，D（可以測(cè)定）

根據(jù)公式求算r（2）估算非球形膠體粒子的軸比。測(cè)分子量求算等效球阻力系數(shù)f0由D計(jì)算實(shí)際阻力系數(shù)f

由f/f0計(jì)算軸比。（3）估算最大溶劑化量。擴(kuò)散定律的應(yīng)用，D（可以測(cè)定）根據(jù)公式求算r測(cè)分二、布朗運(yùn)動(dòng)液體分子撞擊著懸浮粒子，當(dāng)懸浮粒子所受力不均衡時(shí)，做連續(xù)的、不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，該現(xiàn)象為Brown運(yùn)動(dòng)。1905年Einstein提出NAAvgadro常數(shù)（6.022×1023）T絕對(duì)溫度。粘度。r半徑。公式表明：當(dāng)其他條件不變時(shí)，微粒的平均位移的平方與時(shí)間及溫度T成正比，與粘度及r成反比。二、布朗運(yùn)動(dòng)1905年Einstein提出NAAvga·膠粒密度，溶劑密度，r膠粒半徑，g重力加速度。F浮力F重力F摩擦力三、沉降和沉降平衡：粗分散體系（如泥沙的懸浮液）中的粒子由于重力的作用最終全部沉降下來(lái)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為沉降。高度分散體系情況則不同，一方面粒子受重力下降；另一方面由于Brown運(yùn)動(dòng)又促使?jié)舛融呄蚓弧．?dāng)這兩種效應(yīng)相反的力相等時(shí)，粒子的分布達(dá)平衡，形成了一定的濃度梯度。·膠粒密度，溶劑密度，r膠粒半徑，g重力加速不同分散體系中濃度降低一半時(shí)的高度分散體系分散程度(r/nm)粒子濃度降低一半時(shí)的高度(m)氧氣0.275000分散度很高的金溶膠1.862.15金溶膠8.350.025粗分散金溶膠1860.0000002藤黃懸浮液2300.00003粒子濃度的高度分布公式如下：式中：N2、N1分別表示X2、X1高度時(shí)單位體積內(nèi)的粒子數(shù)，r為粒子半徑g為重力加速度。公式表明：粒子半徑越大，濃度隨高度變化越明顯。粒度很大的粗分散體系在沉降平衡時(shí)易完全沉降，說(shuō)明這種體系的布朗運(yùn)動(dòng)極為微弱動(dòng)力學(xué)不穩(wěn)定性表現(xiàn)在沉降；粒度減到膠體范圍內(nèi)時(shí)擴(kuò)散能力顯著增加，濃度分布更加均勻。不同分散體系中濃度降低一半時(shí)的高度分散體系2.1.2溶膠的光學(xué)性質(zhì)

丁道爾效應(yīng)一、丁道爾效應(yīng)

在暗室里將一束強(qiáng)光射過(guò)膠體溶液，則從側(cè)面（即在光的垂直方向上）觀察，可以清晰地看到明顯的光徑。這一現(xiàn)象稱(chēng)為T(mén)yndall效應(yīng)。Tyndall效應(yīng)的產(chǎn)生：膠體粒子對(duì)同一方向入射光的散射。一般而言，當(dāng)粒子半徑小于入射光波長(zhǎng)的一半時(shí)，光線絕大部分透過(guò)，散射光線很弱。2.1.2溶膠的光學(xué)性質(zhì)丁道爾效應(yīng)一、丁道爾效由上式可以看出:(1)入射光波長(zhǎng)愈短其散射光強(qiáng)度也強(qiáng)。(2)散射光的強(qiáng)度隨粒子濃度增加而增加。(3)分散相顆粒體積越大，散射光越強(qiáng)。(4)分散相及分散介質(zhì)的折射率差別越大，散射光越強(qiáng)。雷萊研究了光的散射現(xiàn)象，并得到光散射強(qiáng)度(I)與入射光波長(zhǎng)(l)、入射光強(qiáng)度(Io)、單位體積中分散體系的粒子數(shù)(c)、粒子的體積(V)以及分散相及分散介質(zhì)的折射率n1及n2的關(guān)系式如下二、Rayleigh散射定律由上式可以看出:雷萊研究了光的散射現(xiàn)象，并得到光散射強(qiáng)度(考慮到散射光在各個(gè)方向上強(qiáng)度的差別，上述公式變?yōu)椋?/p>

當(dāng)膠體粒子直徑大于/10，超過(guò)Rayleigh定律限制，則散射光強(qiáng)度的角度分布散對(duì)稱(chēng)性受到破壞，在與入射光方向呈銳角的方向散射加強(qiáng)。（波長(zhǎng)為1.06微米的激光粒徑分析儀為什么可以測(cè)量50nm以上的膠體粒徑？）三、溶膠的顏色

溶膠中的質(zhì)點(diǎn)對(duì)可見(jiàn)光產(chǎn)生選擇性吸收，若溶膠對(duì)可見(jiàn)光的各部分吸收很弱，且大致相同，則溶膠是無(wú)色的；若溶膠能較強(qiáng)地選擇性吸收某一波長(zhǎng)的光，則透過(guò)光中該波長(zhǎng)部分變?nèi)酰苣z會(huì)呈現(xiàn)某種顏色。質(zhì)點(diǎn)對(duì)光的吸收主要取決于其化學(xué)結(jié)構(gòu)；如：AgCl幾乎不吸收可見(jiàn)光，所以它是白色的；AgBr和AgI只吸收藍(lán)色光，所以它們呈黃色和深黃色。Fe(OH)3膠體為紅色。另外，膠體的顏色還與粒子對(duì)光的散射有關(guān)?？紤]到散射光在各個(gè)方向上強(qiáng)度的差別，上述公式變?yōu)椋寒?dāng)膠體粒子直徑（nm）透射光側(cè)面光10-20黃籃25-35紅暗綠35-45紅紫綠50-60籃紫黃70-80籃棕紅表2－1不同粒徑銀溶膠的顏色粒子直徑（nm）透射光側(cè)面光10-20黃籃25-35紅暗綠32.1.3溶膠的電學(xué)性質(zhì)

電泳儀電泳:電泳是指在電場(chǎng)作用下，溶膠粒子在分散介質(zhì)中的定向移動(dòng)現(xiàn)象。＋—一、電動(dòng)現(xiàn)象電動(dòng)現(xiàn)象是指溶膠粒子的運(yùn)動(dòng)與電性能之間的關(guān)系。電動(dòng)現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)是由于雙電層結(jié)構(gòu)的存在，其緊密層和擴(kuò)散層中各具有相反的剩余電荷，在外電場(chǎng)或外加壓力下，它們發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。2.1.3溶膠的電學(xué)性質(zhì)電泳儀電泳:電泳是指＋—沉降(流動(dòng))電位:指在外力作用下，是分散相粒子(膠粒)在分散介質(zhì)中迅速下降（流動(dòng)），而在液體的表面層與底層之間所產(chǎn)生的電位差。＋—電滲:指在電場(chǎng)作用下，分散介質(zhì)(如水等)通過(guò)多孔膜或極細(xì)的毛細(xì)管而定向移動(dòng)的現(xiàn)象。＋—沉降(流動(dòng))電位:指在外力作用下，是分散相粒二、質(zhì)點(diǎn)表面電荷的來(lái)源（1）電離作用：組成膠體粒子位置的電離。（集團(tuán)－OH，－NH2,－COOH）例如硅溶膠在弱酸性或堿性介質(zhì)中因表面硅酸的電離而帶負(fù)電荷：SiO2＋H2O＝H2SiO3＝HSiO3－＋H+＝SiO32-＋2H+（2）離子吸附組成膠核的離子（或能與膠核組成離子形成不溶物的離子）被優(yōu)先吸附。（3）晶格取代例如，粘土由鋁氧八面體和硅氧四面體的晶格組成。晶格中的A13+或Si4+有一部分被Mg2+或Ca2+取代而使粘土顆粒帶負(fù)電荷。（4）帶電磨擦對(duì)非水系統(tǒng)。二、質(zhì)點(diǎn)表面電荷的來(lái)源膠核：不溶性質(zhì)點(diǎn)如AgI吸附層：膠核附近的一部分反離子擴(kuò)散層：離膠核較遠(yuǎn)的部分反離子三、膠團(tuán)結(jié)構(gòu)膠核：不溶性質(zhì)點(diǎn)如AgI三、膠團(tuán)結(jié)構(gòu)AgI膠團(tuán)結(jié)構(gòu)(在KI溶液中)AgI膠團(tuán)結(jié)構(gòu)(在AgNO3溶液中)AgI膠團(tuán)結(jié)構(gòu)AgI膠團(tuán)結(jié)構(gòu)電位：在膠體粒子帶電的表面與電解質(zhì)溶液間有一滑動(dòng)界面，滑動(dòng)界面上的電勢(shì)稱(chēng)電勢(shì)。Helmholtz模型Gouy-Chapman模型四、雙電層結(jié)構(gòu)模型和z電位電位：在膠體粒子帶電的表面與電解質(zhì)溶液間有一滑動(dòng)界面，滑動(dòng)式中：為表面電荷密度；為兩層間的距離；D為介質(zhì)的介電常數(shù)；0為表面電位。說(shuō)明：0隨距固體表面的距離增大而直線下降；到溶膠中（很大）0≈0。Helmholtz模型Helmholtz認(rèn)為膠粒的雙電層結(jié)構(gòu)類(lèi)似于簡(jiǎn)單的平行板電容器，雙電層的里層在質(zhì)點(diǎn)表面上，相反符號(hào)的外層則在液體中式中：為表面電荷密度；為兩層間的距離；D為介質(zhì)的介電常數(shù)Gouy—Chapman模型Gouy—Chapman認(rèn)為溶液中的反離子是擴(kuò)散地分布在質(zhì)點(diǎn)周?chē)目臻g里，由于靜電吸引，質(zhì)點(diǎn)附近處反離子濃度要大些，離質(zhì)點(diǎn)越遠(yuǎn)，反離子濃度越小，到距表面很遠(yuǎn)處過(guò)剩的反離子濃度為零。由于在水溶液中質(zhì)點(diǎn)總是結(jié)合著一層水(其中含有部分反離子)，此水和其中的反離子可視為質(zhì)點(diǎn)的一部分，故在電泳時(shí)固—液之間發(fā)生相對(duì)移動(dòng)的“滑動(dòng)面”應(yīng)在雙電層內(nèi)距表面某一距離處。該處的電位與溶液內(nèi)部的電位之差即為電位。電位的大小取決于滑動(dòng)面內(nèi)反離子濃度的大小。進(jìn)入滑動(dòng)面內(nèi)的反離子越多,電位越小，反之則越大。電位的數(shù)值可以通過(guò)電泳或電滲速度的測(cè)定計(jì)算出來(lái)后面將有介紹。Gouy—Chapman模型stern模型

stern認(rèn)為擴(kuò)散雙電層可分為兩層一層為緊靠粒子表面的緊密層其厚度由被吸附離子的大小決定；另一層相似于Gouy—Chapman雙電層中的擴(kuò)散層(電勢(shì)隨距離的增加呈曲線下降)其濃度由本體溶液的濃度決定。由于質(zhì)點(diǎn)表面總有一定數(shù)量的溶劑分子與其緊密結(jié)合，因此在電動(dòng)現(xiàn)象中這部分溶劑分子與粒子將作為一個(gè)整體運(yùn)動(dòng)，在固—液相之間發(fā)生相對(duì)移動(dòng)時(shí)也有滑動(dòng)面存在。stern模型紅球?yàn)槲綄与x子；蘭球代表相反電荷離子。Zeta電位：進(jìn)入滑移面內(nèi)的相反電荷離子越多Zeta電位越小，反之依然。Stern吸附擴(kuò)散雙電層理論紅球?yàn)槲綄与x子；蘭球代表相反電荷離子。Stern吸附擴(kuò)散雙U電泳時(shí)界面移動(dòng)速度，v為電滲時(shí)通過(guò)半透膜的液體體積，E為電場(chǎng)強(qiáng)度，q為半透膜毛細(xì)管總面積，為液體的介電常數(shù)，為液體的粘度系數(shù)。電泳電滲五、電位的計(jì)算通過(guò)電泳速度數(shù)據(jù)計(jì)算電位測(cè)定電泳或電滲速度可以計(jì)算電位U電泳時(shí)界面移動(dòng)速度，v為電滲時(shí)通過(guò)半透膜的液體體積，E為2.1.4膠體穩(wěn)定性

Brown運(yùn)動(dòng)，范得華力靜電力，摩擦力，重力擴(kuò)散雙電層觀點(diǎn)：膠粒帶電(有一定的電位），使粒子間產(chǎn)生靜電斥力同時(shí)，膠粒表面水化，具有彈性水膜，它們也起斥力作用，從而阻止粒子間的聚結(jié)。2.1.4.1溶膠的穩(wěn)定性

(1)熱力學(xué)穩(wěn)定性：表面能

(2)動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性：(3)聚集穩(wěn)定性：2.1.4膠體穩(wěn)定性Brown運(yùn)動(dòng)，范得華力擴(kuò)散雙電層觀點(diǎn)2.1.4.2溶膠的聚沉

溶膠能穩(wěn)定存在的主要原因是帶有相同的電荷，膠粒間產(chǎn)生的排斥作用。一旦穩(wěn)定條件破壞，溶膠中粒子就合并、長(zhǎng)大，這一過(guò)程稱(chēng)聚沉。溶膠聚沉方法加熱加電解質(zhì)溶膠相互聚沉2.1.4.2溶膠的聚沉溶膠聚沉方法加熱加電解質(zhì)溶膠相1.電解質(zhì)的聚沉作用C為常數(shù)，介質(zhì)的介電常數(shù)，K為Boltzmann常數(shù)，T絕對(duì)溫度，A為Vanderwaals引力常數(shù)，e為單位電荷，Z為反離子價(jià)數(shù)。一般規(guī)律：a.在溶膠中加入電解質(zhì)時(shí)，使電位降低，fo減小b.電解質(zhì)濃度達(dá)到某一定數(shù)值，膠粒處于等電狀態(tài)，膠體的穩(wěn)定性最低。c.電解質(zhì)過(guò)量，膠粒又帶電，但電性和原來(lái)的相反，稱(chēng)為“再帶電“。d.在相同濃度時(shí)．離子價(jià)越高，聚沉能力越大，“聚沉值“越小.2.聚沉規(guī)律感膠離子序：負(fù)電性溶膠的聚沉能力為：

H+>Cs+>Rb+>NH4+>K+>Na+>Li+

具有相同陽(yáng)離子的各種陰離子，其對(duì)正電性溶膠的聚沉能力為：

F->IO3->H2PO4->BrO3->Cl->ClO3->Br->I->CNS-

一定條件下，使溶膠全部聚沉所需電解質(zhì)的最低濃度稱(chēng)為聚沉值。1.電解質(zhì)的聚沉作用C為常數(shù)，介質(zhì)的介電常數(shù)，K3溶膠的相互聚沉1.DLVO理論

在一定條件下，膠體的穩(wěn)定性取決于膠粒間的相互吸引力和靜電斥力。3溶膠的相互聚沉混合物/ml現(xiàn)象混合后粒子的電荷Fe(OH)3As2O391無(wú)變化＋82長(zhǎng)時(shí)間后微混＋73立即聚沉＋55立即聚沉＋37完全聚沉不帶電28發(fā)生聚沉—19發(fā)生聚沉—0.29.8混濁但不聚沉—表溶膠的相互聚沉混合物/ml現(xiàn)象混合后粒子的電荷Fe(OH)3As2O2.空位穩(wěn)定理論膠體粒子表面層內(nèi)高分子濃度低于液相中的濃度導(dǎo)致膠粒表面形成空位層。彈性斥力位能ERS=ERE+ERE+ER0+ERH

結(jié)構(gòu)熵斥力位能滲透斥力位能滲透熵斥力位能2.1.4.3高分子穩(wěn)定膠體的穩(wěn)定作用向溶膠中加入高聚物，膠粒對(duì)聚合物分子可能產(chǎn)生負(fù)吸附，即膠粒表面層聚合物濃度低于溶液本體中的高聚物濃度，導(dǎo)致膠粒表面形成“空缺層”，在空缺層重疊時(shí)會(huì)發(fā)生排斥作用，使溶膠穩(wěn)定。1.空間穩(wěn)定理論（1）帶電聚合物被吸附后增加了粒子之間的靜電排斥（ER）(2)電中性高分子被吸附于膠體粒子表面減少了引力位能（EA）(3)產(chǎn)生了新的斥力位能（ERS）2.空位穩(wěn)定理論彈性斥力位能ERS=靜止移動(dòng)x2.1.5流變性質(zhì)2.1.5.1基本概念和術(shù)語(yǔ)

(1)切變速度與切應(yīng)力切向流動(dòng)切變速度：dv/dxv和x的單位分別為m/s和m，故v單位：s-1。切應(yīng)力:=F/A，單位為N/m2。粘度η：剪切應(yīng)力τ與剪切速率γ的比值。即η=τ/γ粘度的單位為F·m-2·s，即Pa·s[帕（斯卡）·秒]。靜止移動(dòng)x2.1.5流變性質(zhì)2.1.5.1基本概念和術(shù)語(yǔ)(2)牛頓公式純液體和大多數(shù)低分子溶液在層流條件下的切應(yīng)力與切變速度D成正比，有下式：式中：r與l分別為毛細(xì)管的半徑和長(zhǎng)度；v為在t秒內(nèi)液體所流過(guò)的毛細(xì)管體積；p為毛細(xì)管兩端的壓力差。b.轉(zhuǎn)筒