膠體分散體系演示文稿

膠體分散體系演示文稿當(dāng)前第1頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)（優(yōu)選）膠體分散體系當(dāng)前第2頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)10.1膠體分散系統(tǒng)概述10.2溶膠的動(dòng)力和光學(xué)性質(zhì)10.3溶膠的電學(xué)性質(zhì)10.4溶膠的穩(wěn)定性和聚沉作用10.5大分子概說(shuō)10.6Donnan平衡10.7凝膠10.8納米技術(shù)與應(yīng)用簡(jiǎn)介第10章膠體分散系統(tǒng)當(dāng)前第3頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)6/6/202310.1膠體分散系統(tǒng)概述

1.分散系統(tǒng)的分類2.憎液溶膠的制備3.膠團(tuán)的結(jié)構(gòu)4.溶膠的凈化當(dāng)前第4頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)6/6/2023膠粒的結(jié)構(gòu)分散相與分散介質(zhì)分散體系分類（1）按分散相粒子的大小分類（2）按分散相和介質(zhì)的聚集狀態(tài)分類（3）按膠體溶液的穩(wěn)定性分類憎液溶膠的特性膠粒的形狀當(dāng)前第5頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)6/6/2023膠體分散系統(tǒng)和大分子溶液

例如：云，牛奶，珍珠把一種或幾種物質(zhì)分散在另一種物質(zhì)中就構(gòu)成分散體系。其中，被分散的物質(zhì)稱為分散相(dispersedphase)，另一種物質(zhì)稱為分散介質(zhì)

(dispersingmedium)。

分散相和分散介質(zhì)當(dāng)前第6頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)分散系統(tǒng)的概念

均相分散系統(tǒng)的分散質(zhì)通常叫溶質(zhì)，分散介質(zhì)通常叫溶劑，這樣的分散系統(tǒng)也叫溶液，例如小分子溶液、大分子溶液、電解質(zhì)溶液等；對(duì)溶質(zhì)、溶劑不加區(qū)分的均相分散系統(tǒng)稱之為混合物。小分子溶液、電解質(zhì)溶液的分散質(zhì)及分散介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)的大小的數(shù)量級(jí)為0.1nm以下，且透明、不發(fā)生散射現(xiàn)象，溶質(zhì)擴(kuò)散速度快，是熱力學(xué)穩(wěn)定系統(tǒng)；但大分子溶液，分散質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的線尺寸在1nm～1000nm之間，擴(kuò)散慢，是熱力學(xué)不穩(wěn)定系統(tǒng)。當(dāng)前第7頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)

所謂宏觀是指研究對(duì)象的尺寸很大，其下限是人的肉眼可以觀察到的最小物體（半徑大于1微米），而上限則是無(wú)限的。

所謂微觀是指上限為原子、分子，而下限則是一個(gè)無(wú)下限的時(shí)空。在宏觀世界與微觀世界之間，有一個(gè)介觀世界，在膠體和表面化學(xué)中所涉及的超細(xì)微粒，其大小、尺寸在1nm-100nm之間，基本上歸屬于介觀領(lǐng)域。當(dāng)前第8頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)分類系統(tǒng)通常有三種分類方法：分子分散系統(tǒng)1.按分散相粒子的大小分2.按分散介質(zhì)的物態(tài)分液溶膠3.按膠體分散系統(tǒng)的性質(zhì)分憎液溶膠膠體分散系統(tǒng)粗分散系統(tǒng)固溶膠氣溶膠親液溶膠締合溶膠｛｛｛當(dāng)前第9頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)（1）按分散相粒子的大小分類1.分子分散體系分散相與分散介質(zhì)以分子或離子形式彼此混溶，沒(méi)有界面，是均勻的單相，分子半徑大小在10-9m以下。通常把這種體系稱為真溶液，如CuSO4溶液。2.膠體分散體系分散相粒子的半徑在1nm~100nm之間的體系。目測(cè)是均勻的，但實(shí)際是多相不均勻體系。也有的將1nm~1000nm之間的粒子歸入膠體范疇。3.粗分散體系當(dāng)分散相粒子大于1000nm,目測(cè)是混濁不均勻體系，放置后會(huì)沉淀或分層，如黃河水。當(dāng)前第10頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)（2）按分散相和介質(zhì)聚集狀態(tài)分類1.液溶膠將液體作為分散介質(zhì)所形成的溶膠。當(dāng)分散相為不同狀態(tài)時(shí)，則形成不同的液溶膠：.液-固溶膠如油漆，AgI溶膠.液-液溶膠如牛奶，石油原油等乳狀液.液-氣溶膠如泡沫當(dāng)前第11頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)（2）按分散相和介質(zhì)聚集狀態(tài)分類2.固溶膠將固體作為分散介質(zhì)所形成的溶膠。當(dāng)分散相為不同狀態(tài)時(shí)，則形成不同的固溶膠：.固-固溶膠如有色玻璃，不完全互溶的合金.固-液溶膠如珍珠，某些寶石.固-氣溶膠如泡沫塑料，沸石分子篩當(dāng)前第12頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)

根據(jù)分散相和分散介質(zhì)的聚集狀態(tài)進(jìn)行分類3.氣溶膠

將氣體作為分散介質(zhì)所形成的溶膠。當(dāng)分散相為固體或液體時(shí)，形成氣-固或氣-液溶膠，但沒(méi)有氣-氣溶膠，因?yàn)椴煌臍怏w混合后是單相均一系統(tǒng)，不屬于膠體范圍。.氣-固溶膠如煙，含塵的空氣.氣-液溶膠如霧，云當(dāng)前第13頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)按分散相及分散介質(zhì)的聚集態(tài)分類如表

分散相分散介質(zhì)通稱舉例氣液泡沫肥皂及滅火泡沫液液乳狀液牛奶及含水原油固液溶膠及懸浮液銀溶膠、油墨、泥漿、鉆井液氣固固體泡沫沸石、泡沫玻璃、泡沫金屬液固珍珠固固加顏料的塑料液氣氣溶膠霧固氣懸浮體煙、塵、沙塵暴當(dāng)前第14頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)

（1）憎液溶膠

系統(tǒng)具有很大的相界面，很高的表面Gibbs自由能，很不穩(wěn)定，極易被破壞而聚沉。

簡(jiǎn)稱溶膠，由難溶物分散在分散介質(zhì)中所形成，粒子都是由很大數(shù)目的分子構(gòu)成，大小不等半徑在1nm~100nm之間。（3）按膠體溶液的穩(wěn)定性分類

一旦將介質(zhì)蒸發(fā)掉，再加入介質(zhì)就無(wú)法再形成溶膠，是一個(gè)不可逆體系，如氫氧化鐵溶膠、碘化銀溶膠等。聚沉之后往往不能恢復(fù)原態(tài)，因而是熱力學(xué)中的不穩(wěn)定和不可逆系統(tǒng)。

本章主要討論憎液溶膠當(dāng)前第15頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)

②親液溶膠

大（高）分子化合物的溶液通常屬于親液溶膠。

半徑落在膠體粒子范圍內(nèi)的大分子溶解在合適的溶劑中，它是分子溶液，但其分子的大小已經(jīng)到達(dá)膠體的范圍，因此具有膠體的一些特性（例如：擴(kuò)散慢，不透過(guò)半透膜，有Tyndall效應(yīng)等等）。

（3）按膠體溶液的穩(wěn)定性分類

若設(shè)法去除大分子溶液的溶劑使它沉淀，重新再加入溶劑后大分子化合物又可以自動(dòng)再分散，因而它是熱力學(xué)中穩(wěn)定、可逆的系統(tǒng)。

當(dāng)前第16頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)憎液溶膠的特性（1）特有的分散程度

粒子的大小在1~100nm之間，因而擴(kuò)散較慢，不能透過(guò)半透膜，滲透壓低但有較強(qiáng)的動(dòng)力穩(wěn)定性和乳光現(xiàn)象。（2）多相不均勻性

具有納米級(jí)的粒子是由許多離子或分子聚結(jié)而成，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有的保持了該難溶鹽的原有晶體結(jié)構(gòu)，而且粒子大小不一，與介質(zhì)之間有明顯的相界面，比表面很大。當(dāng)前第17頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)憎液溶膠的特性（3）易聚結(jié)不穩(wěn)定性

因?yàn)榱Ｗ有。缺砻娲?，表面自由能高，是熱力學(xué)不穩(wěn)定系統(tǒng)，有自發(fā)降低表面自由能的趨勢(shì)，即小粒子會(huì)自動(dòng)聚結(jié)成大粒子。憎液溶膠的基本特征：概括起來(lái),可歸納為：高度的分散性，多相性，熱力學(xué)不穩(wěn)定性.當(dāng)前第18頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)粗分散系統(tǒng)

粗分散系統(tǒng)包括乳狀液、泡沫、懸浮液及懸浮體等，它們?cè)谛再|(zhì)上及研究方法上與膠體分散系統(tǒng)有許多相似之處，故列入同一章予以討論。膠體分散系統(tǒng)和粗分散系統(tǒng)在生物界和非生物界都普遍存在；在實(shí)際生活和生產(chǎn)中均有重要應(yīng)用，如在化工、石油、冶金、印染、涂料、塑料、纖維、橡膠、洗滌劑、化妝品、牙膏等生產(chǎn)部門(mén)，以及在醫(yī)學(xué)、生物學(xué)、土壤學(xué)、氣象學(xué)、地質(zhì)學(xué)、水文學(xué)、環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域都涉及到它的原理。

當(dāng)前第19頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)膠團(tuán)的結(jié)構(gòu)形成憎液溶膠的必要條件是：（1）分散相的溶解度要??；

（2）還必須有穩(wěn)定劑存在，否則膠粒易聚結(jié)而聚沉。當(dāng)前第20頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)膠團(tuán)的結(jié)構(gòu)

膠粒的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，先有一定量的難溶物分子聚結(jié)形成膠粒的中心，稱為膠核；

然后膠核選擇性的吸附穩(wěn)定劑中的一種離子，形成緊密吸附層；由于正、負(fù)電荷相吸，在緊密層外形成反號(hào)離子的包圍圈，從而形成了帶與緊密層相同電荷的膠粒；

膠粒與擴(kuò)散層中的反號(hào)離子，形成一個(gè)電中性的膠團(tuán)。當(dāng)前第21頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)

膠核吸附離子是有選擇性的，首先吸附與膠核中相同的某種離子，用同離子效應(yīng)使膠核不易溶解。

若無(wú)相同離子，則首先吸附水化能力較弱的負(fù)離子，所以自然界中的膠粒大多帶負(fù)電，如泥漿水、豆?jié){等都是負(fù)溶膠。膠團(tuán)的結(jié)構(gòu)當(dāng)前第22頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)膠團(tuán)的結(jié)構(gòu)例1：AgNO3+

KI→KNO3+AgI↓[(AgI)mnI–(n-x)K+]x–xK+

膠核膠粒膠團(tuán)膠團(tuán)的圖示式：膠核膠粒(帶負(fù)電)膠團(tuán)(電中性)膠團(tuán)的結(jié)構(gòu)表達(dá)式：過(guò)量的KI作穩(wěn)定劑

當(dāng)前第23頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)膠團(tuán)的結(jié)構(gòu)例2：AgNO3+

KI→

KNO3+AgI↓[(AgI)mnAg+(n-x)NO3–]x+x

NO3–膠核膠粒膠團(tuán)膠團(tuán)的圖示式：過(guò)量的AgNO3作穩(wěn)定劑

膠團(tuán)的結(jié)構(gòu)表達(dá)式：膠核膠粒(帶正電)膠團(tuán)(電中性)當(dāng)前第24頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)膠粒的形狀作為憎液溶膠基本質(zhì)點(diǎn)的膠粒并非都是球形，而膠粒的形狀對(duì)膠體性質(zhì)有重要影響。質(zhì)點(diǎn)為球形的，流動(dòng)性較好；若為帶狀的，則流動(dòng)性較差，易產(chǎn)生觸變現(xiàn)象。在溶膠中膠粒是獨(dú)立運(yùn)動(dòng)單位，通常所說(shuō)溶膠帶電系指膠粒而言。膠團(tuán)沒(méi)有固定的直徑和質(zhì)量，同一種溶膠的值也不是一個(gè)固定的數(shù)值。當(dāng)前第25頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)膠團(tuán)的形狀例如：（1）聚苯乙烯膠乳是球形質(zhì)點(diǎn)（2）V2O5

溶膠是帶狀的質(zhì)點(diǎn)（3）Fe(OH)3

溶膠是絲狀的質(zhì)點(diǎn)當(dāng)前第26頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)溶膠的制備與凈化制備溶膠必須使分散相粒子的大小落在膠體分散系統(tǒng)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)等方法使固體的粒子變?。?）凝聚法

使分子或離子聚結(jié)成膠粒溶膠的制備當(dāng)前第27頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)溶膠的制備方法

溶膠的制備方法有：由小分子溶液用凝聚法(小變大)—包括物理凝聚法，化學(xué)反應(yīng)法及更換溶劑法制備成溶膠。例如，將松香的乙醇溶液加入到水中，由于松香在水中的溶度低，則松香以溶膠顆粒大小析出，形成松香的水溶膠(更換溶劑法)。再如：FeCl3(稀水溶液)＋3H2OFe(OH)2(溶膠)＋3HCl(化學(xué)反應(yīng)法)當(dāng)前第28頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)當(dāng)前第29頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)溶膠的凈化在制備溶膠的過(guò)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。

少量電解質(zhì)可以作為溶膠的穩(wěn)定劑，但是過(guò)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。凈化的方法主要有滲析法和超過(guò)濾法。

當(dāng)前第30頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)（1）滲析法

簡(jiǎn)單滲析溶膠的凈化利用濃差因素，多余的電解質(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不斷旋轉(zhuǎn)，可以加快滲析速度。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內(nèi)，膜外放純?nèi)軇．?dāng)前第31頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)（1）滲析法

電滲析溶膠的凈化為了加快滲析速度，在裝有溶膠的半透膜兩側(cè)外加一個(gè)電場(chǎng)，使多余的電解質(zhì)離子向相應(yīng)的電極作定向移動(dòng)。溶劑不斷自動(dòng)更換，可以提高凈化速度當(dāng)前第32頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)用半透膜作過(guò)濾膜，利用吸濾或加壓的方法使膠粒與含有雜質(zhì)的介質(zhì)在壓差作用下迅速分離。（2）超過(guò)濾法溶膠的凈化將半透膜上的膠粒迅速用含有穩(wěn)定劑的介質(zhì)再次分散。當(dāng)前第33頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)

電超過(guò)濾溶膠的凈化有時(shí)為了加快過(guò)濾速度，在半透膜兩邊安放電極，施以一定電壓，使電滲析和超過(guò)濾合并使用，這樣可以降低超過(guò)濾壓力。當(dāng)前第34頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)均分散膠體的制備和應(yīng)用均分散膠體新材料的應(yīng)用（1）驗(yàn)證基本理論（2）理想的標(biāo)準(zhǔn)材料（3）新材料（4）催化劑性能的改進(jìn)（5）制造特種陶瓷當(dāng)前第35頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)10.2溶膠的動(dòng)力和光學(xué)性質(zhì)1.動(dòng)力性質(zhì)2.光學(xué)性質(zhì)當(dāng)前第36頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)Brown運(yùn)動(dòng)(Brownianmotion)1827年植物學(xué)家Brown用顯微鏡觀察到懸浮在液面上的花粉粉末不斷地作不規(guī)則的運(yùn)動(dòng)。后來(lái)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)為Brown運(yùn)動(dòng)。即溶膠中粒子的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象。但在很長(zhǎng)的一段時(shí)間里，這種現(xiàn)象的本質(zhì)沒(méi)有得到闡明。當(dāng)前第37頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)1903年發(fā)明了超顯微鏡，為研究Brown運(yùn)動(dòng)提供了物質(zhì)條件。用超顯微鏡可以觀察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(cè)出在一定時(shí)間內(nèi)粒子的平均位移。通過(guò)大量觀察，得出結(jié)論：粒子越小，Brown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。當(dāng)前第38頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)1905年和1906年Einstein和Smoluchowski分別闡述了Brown運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)。認(rèn)為Brown運(yùn)動(dòng)是分散介質(zhì)分子以不同大小和方向的力對(duì)膠體粒子不斷撞擊而產(chǎn)生的。當(dāng)半徑大于5m，Brown運(yùn)動(dòng)消失。由于受到的力不平衡，所以連續(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)增多，而作用力抵消的可能性亦大。當(dāng)前第39頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)布朗(Brown)運(yùn)動(dòng)小結(jié)：

布朗運(yùn)動(dòng):溶膠中粒子的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象.

產(chǎn)生原因:布朗運(yùn)動(dòng)是介質(zhì)分子固有熱運(yùn)動(dòng)的表現(xiàn)—即介質(zhì)分子對(duì)膠粒不斷撞擊的結(jié)果.

布朗運(yùn)動(dòng)盡管復(fù)雜、無(wú)規(guī)則，但愛(ài)因斯坦據(jù)分子運(yùn)動(dòng)論給出了一定時(shí)間內(nèi)膠粒所移動(dòng)的平均位移.

r—是粒子半徑η—是介質(zhì)粘度當(dāng)前第40頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)擴(kuò)散和滲透壓

由于膠粒也有熱運(yùn)動(dòng)，因此也具有擴(kuò)散；當(dāng)溶膠中的膠粒存在濃度梯度時(shí),就會(huì)發(fā)生擴(kuò)散。只是溶膠的濃度較稀，這種現(xiàn)象不顯著。如圖所示，在CDFE的桶內(nèi)盛溶膠，在某一截面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Brown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。當(dāng)前第41頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)溶膠的滲透壓由于膠粒不能透過(guò)半透膜，而介質(zhì)分子或外加的電解質(zhì)離子可以透過(guò)半透膜，所以有從化學(xué)勢(shì)高的一方向化學(xué)勢(shì)低的一方自發(fā)滲透的趨勢(shì)。溶膠的滲透壓可以借用稀溶液滲透壓公式計(jì)算：由于憎液溶膠不穩(wěn)定，濃度不能太大，所以測(cè)出的滲透壓及其它依數(shù)性質(zhì)都很小。但是親液溶膠或膠體的電解質(zhì)溶液，可以配制高濃度溶液，用滲透壓法可以求它們的摩爾質(zhì)量。當(dāng)前第42頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)沉降和沉降平衡

溶膠是高度分散系統(tǒng)，膠粒一方面受到重力吸引而下降，另一方面由于Brown運(yùn)動(dòng)促使?jié)舛融呌诰弧?/p>

當(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，如圖所示。當(dāng)前第43頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)當(dāng)溶膠中粒子的密度大于分散介質(zhì)的密度時(shí),在重力作用下,就會(huì)發(fā)生沉降.從而產(chǎn)生由下而上的濃度梯度當(dāng)作用于粒子上的重力fw與擴(kuò)散力fd相等時(shí),溶膠的濃度梯度不再隨時(shí)間而變,稱系統(tǒng)達(dá)到了沉降平衡。fwfdfw當(dāng)前第44頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)溶膠的光學(xué)性質(zhì)Tyndall效應(yīng)和Rayleigh公式超顯微鏡的基本原理和粒子大小的測(cè)定光學(xué)性質(zhì)是溶膠不均勻性和高分散性的反映。當(dāng)前第45頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)Tyndall效應(yīng)和Rayleigh公式Tyndall效應(yīng)已成為判別溶膠與分子溶液的最簡(jiǎn)便的方法。1869年Tyndall發(fā)現(xiàn)，若令一束會(huì)聚光通過(guò)溶膠，從側(cè)面可以看到一個(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。Tyndall效應(yīng)的另一特點(diǎn)是，不同方向觀察到的光柱有不同的顏色。當(dāng)前第46頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)Tyndall效應(yīng)光源光源Fe(OH)3溶膠當(dāng)前第47頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)光散射現(xiàn)象當(dāng)光束通過(guò)分散系統(tǒng)時(shí)，一部分自由地通過(guò)，一部分被吸收、反射或散射?？梢?jiàn)光的波長(zhǎng)約在400~700nm之間。（1）當(dāng)光束通過(guò)粗分散系統(tǒng)，由于粒子大于入射光的波長(zhǎng)，主要發(fā)生反射，使系統(tǒng)呈現(xiàn)混濁。（2）當(dāng)光束通過(guò)膠體溶液，由于膠粒直徑小于可見(jiàn)光波長(zhǎng)，主要發(fā)生散射，可以看見(jiàn)乳白色的光柱。（3）當(dāng)光束通過(guò)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(jiàn)散射光。當(dāng)前第48頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)光散射的本質(zhì)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，這種偶極子向各個(gè)方向發(fā)射與入射光頻率相同的光，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抵消，看不到散射光。

溶膠是多相不均勻系統(tǒng)，在膠粒和介質(zhì)分子上產(chǎn)生的散射光不能完全抵消，因而能觀察到散射現(xiàn)象。如果溶膠對(duì)可見(jiàn)光中某一波長(zhǎng)的光有較強(qiáng)的選擇性吸收，則透過(guò)光中該波長(zhǎng)段將變?nèi)?，這時(shí)透射光將呈該波長(zhǎng)光的補(bǔ)色光。當(dāng)前第49頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)

因此,光線通過(guò)溶膠時(shí)發(fā)生散射現(xiàn)象,即光波繞過(guò)粒子向各個(gè)方向散射出去,每一個(gè)膠粒象一個(gè)小小的發(fā)光體,散射出去的光稱為乳光,因此丁鐸爾效應(yīng)實(shí)際上是乳光現(xiàn)象.從光學(xué)原理知,分散相粒子小于或近于入射光波長(zhǎng)時(shí),會(huì)發(fā)生散射現(xiàn)象。

膠粒半徑：1～100nm可見(jiàn)光波長(zhǎng)：400～700nm丁鐸爾效應(yīng)產(chǎn)生原因:當(dāng)前第50頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)Rayleigh公式Rayleigh研究了大量的光散射現(xiàn)象，對(duì)于粒子半徑在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：A入射光振幅，單位體積中粒子數(shù)入射光波長(zhǎng)，每個(gè)粒子的體積分散相折射率，分散介質(zhì)的折射率當(dāng)前第51頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)討論:

①I(mǎi)∝1/λ4.即波長(zhǎng)短的光易被散射,長(zhǎng)波的光不易散射,主要發(fā)生透射.可見(jiàn)光中,蘭、紫色光散射作用最強(qiáng),紅色光發(fā)生透射。

科學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí),要觀察散射光,光源以波長(zhǎng)短者為宜;要觀察透射光,光源以波長(zhǎng)長(zhǎng)者為宜(測(cè)定蔗糖旋光度多采用鈉光燈).

現(xiàn)象解釋:天空呈蘭色；

晚霞為紅色；

汽車(chē)燈、探照燈呈微蘭色光柱.

②

分散相與介質(zhì)折光率差值愈大,散射愈顯著,當(dāng)n1=n2時(shí)無(wú)散射.對(duì)溶液,離子有很厚的水化層,n1≈n2,散射相當(dāng)微弱.當(dāng)前第52頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)

③I∝V粒即粒子體積愈大,散射愈顯著.只能在膠粒范圍內(nèi)達(dá)最大,否則變?yōu)榉瓷?④散射光強(qiáng)度與溶膠濃度、膠粒半徑的關(guān)系對(duì)同一光源,同一溶膠有

若分散相粒子密度ρ,濃度c(kg·dm-3),則,再假定粒子為球形,代入上式得:

即在瑞利公式范圍之內(nèi)(r≤47nm),若兩份濃度相同的溶液:當(dāng)前第53頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)若粒子大小相同,濃度不同時(shí):乳光計(jì)原理如果已知一種溶液的散射光強(qiáng)度和粒子半徑(或濃度)，測(cè)定未知溶液的散射光強(qiáng)度，就可以知道其粒徑(或濃度)，這就是乳光計(jì)。乳光計(jì)的原理與比色計(jì)相似，所不同者在于乳光計(jì)中光源是從側(cè)面照射溶膠，因此觀察到的是散射光的強(qiáng)度。當(dāng)前第54頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)

⑤分散體系光的散射能力也可以用濁度(散射光強(qiáng)度)表示。濁度定義:It—透射光強(qiáng)度I0—入射光強(qiáng)度l—樣品池的長(zhǎng)度表示在光源、波長(zhǎng)、粒子大小相同時(shí),通過(guò)不同分散體系,其透射光的強(qiáng)度不同.當(dāng),就是濁度的物理意義.濁度計(jì)的用處：當(dāng)光源、波長(zhǎng)、粒子大小相同時(shí)，溶膠的濃度不同，其透射光的強(qiáng)度亦不同，由濁度計(jì)算濃度。當(dāng)前第55頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)超顯微鏡的基本原理和粒子大小的測(cè)定

普通顯微鏡分辨率不高，只能分辨出半徑在200nm以上的粒子，所以看不到膠體粒子。

超顯微鏡分辨率高，可以研究半徑為5~150nm的粒子。

超顯微鏡觀察的不是膠粒本身，而是觀察膠粒發(fā)出的散射光。是用普通顯微鏡來(lái)觀察Tyndall效應(yīng)。即用足夠強(qiáng)的入射光從側(cè)面照射溶膠,然后在黑暗的背景下進(jìn)行觀察,由于散射作用,看到膠粒閃閃發(fā)光的光點(diǎn),可以清楚地看到布朗運(yùn)動(dòng)。超顯微鏡是目前研究憎液溶膠非常有用的手段之一當(dāng)前第56頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)狹縫式超顯微鏡超顯微鏡的類型

1.狹縫式照射光從碳弧光源射出，經(jīng)可調(diào)狹縫由透鏡會(huì)聚，從側(cè)面射到盛膠體溶液的樣品池中

超顯微鏡的目鏡看到的是膠粒的散射光。顯微鏡可調(diào)狹縫碳弧電源膠體如果溶液中沒(méi)有膠粒，視野將是一片黑暗。當(dāng)前第57頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)配有心形聚光器的顯微鏡超顯微鏡的類型2.有心形聚光器

目鏡在黑暗的背景上看到的是膠粒發(fā)出的的散射光膠體心形聚光器這種超顯微鏡有一個(gè)心形腔，上部視野涂黑，強(qiáng)烈的照射光通入心形腔后不能直接射入目鏡，而是在腔壁上幾經(jīng)反射，改變方向，最后從側(cè)面會(huì)聚在試樣上顯微鏡當(dāng)前第58頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)從超顯微鏡可以獲得哪些有用信息？（1）可以測(cè)定球狀膠粒的平均半徑。（2）間接推測(cè)膠粒的形狀和不對(duì)稱性。例如，球狀粒子不閃光，不對(duì)稱的粒子在向光面變化時(shí)有閃光現(xiàn)象。（3）判斷粒子分散均勻的程度。粒子大小不同，散射光的強(qiáng)度也不同。（4）觀察膠粒的Brown運(yùn)動(dòng)、電泳、沉降和凝聚等現(xiàn)象。當(dāng)前第59頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)10.3溶膠的電學(xué)性質(zhì)1.電泳2.雙電層和動(dòng)電電勢(shì)3.

電滲4.

流動(dòng)電勢(shì)5.

沉降電勢(shì)當(dāng)前第60頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)電動(dòng)現(xiàn)象

在電場(chǎng)作用下,分散相與分散介質(zhì)分別向不同極部作定向運(yùn)動(dòng).

相反,在外力場(chǎng)作用下,分散相與分散介質(zhì)作相對(duì)運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生電位差.電動(dòng)現(xiàn)象包括下面四種形式:電泳、電滲、流動(dòng)電勢(shì)、沉降電勢(shì)。當(dāng)前第61頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)電動(dòng)現(xiàn)象膠粒在形成過(guò)程中，膠核優(yōu)先吸附某種離子，使膠粒帶電。例如：在AgI溶膠的制備過(guò)程中，如果AgNO3過(guò)量，則膠核優(yōu)先吸附Ag+離子，使膠粒帶正電；如果KI過(guò)量，則優(yōu)先吸附I-離子，膠粒帶負(fù)電。在固體表面的帶電離子稱為定位離子固體表面上產(chǎn)生定位離子的原因如下：（1）吸附由于膠粒顆粒度小,具有巨大的表面能,因此有吸附分散介質(zhì)中的離子,以降低其表面能的趨勢(shì)。當(dāng)前第62頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)(2)電離SiO2溶膠表面水解SiO2＋H2O→H2SiO3若溶液顯酸性H2SiO3→HSiO2++OH-OH－進(jìn)入溶液，而使膠粒帶正電若溶液顯堿性H2SiO3→HSiO3++H＋H＋進(jìn)入溶液，而使膠粒帶負(fù)電電動(dòng)現(xiàn)象固體表面上產(chǎn)生定位離子的原因如下：當(dāng)前第63頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)電動(dòng)現(xiàn)象對(duì)于可能發(fā)生電離的大分子的溶膠而言，則膠粒帶電主要是其本身發(fā)生電離引起的。例如蛋白質(zhì)分子，當(dāng)它的羧基或胺基在水中解離時(shí)，整個(gè)大分子就帶負(fù)電或正電荷。當(dāng)介質(zhì)的pH較低時(shí)，蛋白質(zhì)分子帶正電，pH較高時(shí)，則帶負(fù)電荷當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)分子所帶的凈電荷為零時(shí)，這時(shí)介質(zhì)的pH稱為蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)。在等電點(diǎn)時(shí)蛋白質(zhì)分子的移動(dòng)已不受電場(chǎng)影響，它不穩(wěn)定且易發(fā)生凝聚。當(dāng)前第64頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)電動(dòng)現(xiàn)象固體表面上產(chǎn)生定位離子的原因如下：

（3）同晶置換黏土礦物中如高嶺土，主要由鋁氧四面體和硅氧四面體組成，而與周?chē)?個(gè)氧的電荷不平衡，要由或等正離子來(lái)平衡電荷。這些正離子在介質(zhì)中會(huì)電離并擴(kuò)散，所以使黏土微粒帶負(fù)電。如果被或同晶置換，則黏土微粒帶的負(fù)電更多。當(dāng)前第65頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)電動(dòng)現(xiàn)象固體表面上產(chǎn)生定位離子的原因如下：

（4）溶解量的不均衡離子型固體物質(zhì)如AgI，在水中會(huì)有微量的溶解，所以水中會(huì)有少量的銀離子和碘離子。例如：將AgI制備溶膠時(shí)，由于Ag+較小，活動(dòng)能力強(qiáng)，擴(kuò)散快，比I-容易脫離晶格而進(jìn)入溶液，使AgI膠粒帶負(fù)電。電泳、電滲，流動(dòng)電勢(shì)和沉降電勢(shì)均屬于電動(dòng)現(xiàn)象當(dāng)前第66頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)

在電場(chǎng)作用下,膠體粒子相對(duì)于介質(zhì)向某一電極定向移動(dòng)稱為電泳。實(shí)驗(yàn)裝置如圖(a).

影響電泳的因素有:粒子的大小、形狀,膠粒所帶電荷量,外加電勢(shì)梯度,介質(zhì)粘度、離子強(qiáng)度及pH值等因素有關(guān)。

如果膠粒帶正電,它就向負(fù)極移動(dòng);帶負(fù)電,它就向正極移動(dòng).

此外有:提塞留斯電泳儀.

紙上電泳(用于生物溶膠).電泳（electrophoresis）當(dāng)前第67頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)電泳（electrophoresis）

從電泳現(xiàn)象可以獲得膠?；虼蠓肿拥慕Y(jié)構(gòu)、大小和形狀等有關(guān)信息。

測(cè)定電泳的儀器和方法很多，主要有三類，即顯微電泳、界面移動(dòng)電泳和區(qū)域電泳。

當(dāng)前第68頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)界面移動(dòng)電泳儀首先在漏斗中裝上待測(cè)溶膠，U型管下部活塞內(nèi)徑與管徑相同。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，打開(kāi)底部活塞，使溶膠進(jìn)入U(xiǎn)型管，當(dāng)液面略高于左、右兩活塞時(shí)即關(guān)上，并把多余溶膠吸走。在管中加入分散介質(zhì)，使兩臂液面等高。當(dāng)前第69頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)界面移動(dòng)電泳儀小心打開(kāi)活塞，接通電源，觀察液面的變化。若是無(wú)色溶膠，必須用紫外吸收等光學(xué)方法讀出液面的變化。根據(jù)通電時(shí)間和液面升高或下降的刻度計(jì)算電泳速度。另外要選擇合適的介質(zhì)，使電泳過(guò)程中保持液面清晰。當(dāng)前第70頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)顯微電泳儀該方法簡(jiǎn)單、快速，膠體用量少，可以在膠粒所處的環(huán)境中測(cè)定電泳速度和電動(dòng)電位。但只能測(cè)定顯微鏡可分辨的膠粒，一般在200nm以上。裝置中用鉑黑電極，觀察管用玻璃毛細(xì)管。電泳池是封閉的，電泳和電滲同時(shí)進(jìn)行物鏡觀察位置選在靜止層處（即電滲流動(dòng)與反流動(dòng)剛好相消），這時(shí)觀察到的膠粒運(yùn)動(dòng)速度可以代表真正的電泳速度。當(dāng)前第71頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)顯微電泳儀當(dāng)前第72頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)區(qū)帶電泳實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)便、易行，樣品用量少，分離效率高，是分析和分離蛋白質(zhì)的基本方法。常用的區(qū)帶電泳有：紙上電泳，圓盤(pán)電泳和板上電泳等。區(qū)帶電泳將惰性的固體或凝膠作為支持物，兩端接正、負(fù)電極，在其上面進(jìn)行電泳，從而將電泳速度不同的各組成分離。當(dāng)前第73頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)

a.紙上電泳

區(qū)帶電泳用濾紙作為支持物的電泳稱為紙上電泳。先將一厚濾紙條用一定pH的緩沖溶液浸濕，在濾紙中央滴少量待測(cè)溶液，兩端浸在含緩沖溶液和電極的容器中通電后，各組分因電泳速度不同以譜帶形式分開(kāi)。將紙條干燥后浸入染料溶液中著色，再進(jìn)行分析。當(dāng)前第74頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)

a.紙上電泳

區(qū)帶電泳在生物化學(xué)中常用電泳法分離和區(qū)別各種氨基酸和蛋白質(zhì)。在醫(yī)學(xué)中利用血清在紙上的電泳，在紙上可得到不同蛋白質(zhì)前進(jìn)的次序，反映了其運(yùn)動(dòng)速度，以及從譜帶的寬度反映其中不同蛋白質(zhì)含量的差別當(dāng)前第75頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)

a.紙上電泳

區(qū)帶電泳健康人和肝硬變患者的血清蛋白電泳圖健康人肝硬變患者當(dāng)前第76頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)

a.紙上電泳

區(qū)帶電泳人體血清（左）和血漿（右）的電泳圖當(dāng)前第77頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)

b.凝膠電泳用淀粉凝膠、瓊膠或聚丙烯酰胺等凝膠作為載體，則稱為凝膠電泳。將凝膠裝在玻管中，電泳后各組分在管中形成圓盤(pán)狀，稱為圓盤(pán)電泳凝膠電泳的分辨率極高。例如，紙上電泳只能將血清分成五個(gè)組分，而用聚丙烯酰胺凝膠作的圓盤(pán)電泳可將血清分成25個(gè)組分。區(qū)帶電泳當(dāng)前第78頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)區(qū)帶電泳如果將凝膠鋪在玻板上進(jìn)行的電泳稱為平板電泳C.板上電泳自20世紀(jì)80年代以來(lái)發(fā)展起來(lái)的毛細(xì)管電泳則是最快的分析化學(xué)研究領(lǐng)域之一。當(dāng)前第79頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)在外加電場(chǎng)作用下，帶電的介質(zhì)通過(guò)多孔性物質(zhì)或半徑為1~10nm的毛細(xì)管作定向移動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為電滲。外加電解質(zhì)對(duì)電滲速度影響顯著，隨著電解質(zhì)濃度的增加，電滲速度降低，甚至?xí)淖冸姖B的方向。電滲方法有許多實(shí)際應(yīng)用，如溶膠凈化、海水淡化、泥炭和染料的干燥等。電滲（electro-osmosis)當(dāng)前第80頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)在U型管1,2中盛電解質(zhì)溶液，將電極5,6接通直流電后，可從有刻度的毛細(xì)管4中，準(zhǔn)確地讀出液面的變化。

圖中，3為多孔膜，可以用濾紙、玻璃或棉花等構(gòu)成；也可以用氧化鋁、碳酸鋇、AgI等物質(zhì)構(gòu)成。如果多孔膜吸附陰離子，則介質(zhì)帶正電，通電時(shí)向陰極移動(dòng)；反之，多孔膜吸附陽(yáng)離子，帶負(fù)電的介質(zhì)向陽(yáng)極移動(dòng)。當(dāng)前第81頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)沉降電勢(shì)和流動(dòng)電勢(shì)在重力場(chǎng)的作用下，帶電的分散相粒子，在分散介質(zhì)中迅速沉降時(shí)，使底層與表面層的粒子濃度懸殊，從而產(chǎn)生電勢(shì)差，這就是沉降電勢(shì)。貯油罐中的油內(nèi)常會(huì)有水滴，水滴的沉降會(huì)形成很高的電勢(shì)差，有時(shí)會(huì)引發(fā)事故。通常在油中加入有機(jī)電解質(zhì)，增加介質(zhì)電導(dǎo)，降低沉降電勢(shì)。當(dāng)前第82頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)含有離子的液體在加壓或重力等外力的作用下，流經(jīng)多孔膜或毛細(xì)管時(shí)會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)差。沉降電勢(shì)和流動(dòng)電勢(shì)這種因液體流動(dòng)而產(chǎn)生的電勢(shì)稱為流動(dòng)電勢(shì)。當(dāng)前第83頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)沉降電勢(shì)和流動(dòng)電勢(shì)因?yàn)楣鼙跁?huì)吸附某種離子，使固體表面帶電，電荷從固體到液體有個(gè)分布梯度。在用泵輸送原油或易燃化工原料時(shí)，要使管道接地或加入油溶性電解質(zhì)，增加介質(zhì)電導(dǎo)，防止流動(dòng)電勢(shì)可能引發(fā)的事故。當(dāng)外力迫使擴(kuò)散層移動(dòng)時(shí)，流動(dòng)層與固體表面之間會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)差，當(dāng)流速很快時(shí)，有時(shí)會(huì)產(chǎn)生電火花。當(dāng)前第84頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)在四種電動(dòng)現(xiàn)象中，以電泳和電滲最為重要。通過(guò)電動(dòng)現(xiàn)象的研究，可以進(jìn)一步了解膠體粒子的結(jié)構(gòu)以及外加電解質(zhì)對(duì)溶膠穩(wěn)定性的影響。還有電泳涂漆、高嶺土的精煉、天然石油乳狀液中油水的分離以及不同蛋白質(zhì)的分離等。當(dāng)前工業(yè)上的靜電除塵，實(shí)際上就是煙塵氣溶膠的電泳現(xiàn)象。電泳的應(yīng)用：使橡膠的乳狀液汁凝結(jié)而使其濃縮，可以使橡膠電鍍?cè)诮饘佟⒉计セ蚰静纳?，這樣鍍出的橡膠容易硫化，可以得到拉力很強(qiáng)的產(chǎn)品。當(dāng)前第85頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)當(dāng)固體與液體接觸時(shí)，可以是固體從溶液中選擇性吸附某種離子，也可以是固體分子本身發(fā)生電離作用而使離子進(jìn)入溶液，以致使固液兩相分別帶有不同符號(hào)的電荷，在界面上形成了雙電層的結(jié)構(gòu)。

早在1879年，Helmholz提出了平板型模型；雙電層理論和電勢(shì)1910年Gouy（古埃）和1913年Chapman（查普曼）修正了平板型模型，提出了擴(kuò)散雙電層模型；后來(lái)Stern（斯特恩）又提出了Stern模型。當(dāng)前第86頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)平板型模型Helmholtz認(rèn)為固體的表面電荷與溶液中的反號(hào)離子構(gòu)成平行的兩層，如同一個(gè)平板電容器。整個(gè)雙電層厚度為固體與液體總的電位差即等于熱力學(xué)電勢(shì)0，在雙電層內(nèi)，熱力學(xué)電勢(shì)呈直線下降。在電場(chǎng)作用下，帶電質(zhì)點(diǎn)和反離子分別向相反方向運(yùn)動(dòng)。

這模型過(guò)于簡(jiǎn)單，由于離子熱運(yùn)動(dòng)，不可能形成平板電容器++++++++++Helmholtz雙電層模型----------當(dāng)前第87頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)擴(kuò)散雙電層模型Gouy和Chapman認(rèn)為，由于正、負(fù)離子靜電吸引

和熱運(yùn)動(dòng)兩種效應(yīng)的結(jié)果，溶液中的反離子只有一部

分緊密地排在固體表面附近，相距約一、二個(gè)離子厚

度稱為緊密層；另一部分離子按一定的濃度梯度擴(kuò)散到本體溶液中，離子的分布可用Boltzmann公式表示，稱為擴(kuò)散層。雙電層由緊密層和擴(kuò)散層構(gòu)成。移動(dòng)的切動(dòng)面為AB面當(dāng)前第88頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)擴(kuò)散雙電層模型x++++++++++++擴(kuò)散層AB緊密層當(dāng)前第89頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)Stern模型

Stern對(duì)擴(kuò)散雙電層模型作進(jìn)一步修正。他認(rèn)為吸附在固體表面的緊密層約有一、二個(gè)分子層的厚度，后被稱為Stern層；由反號(hào)離子電性中心構(gòu)成的平面稱為Stern平面。當(dāng)前第90頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)由于離子的溶劑化作用，膠粒在移動(dòng)時(shí)，緊密層會(huì)結(jié)合一定數(shù)量的溶劑分子一起移動(dòng)，所以滑移的切動(dòng)面由比Stern層略右的曲線表示。Stern模型從固體表面到Stern平面，電位從0直線下降為

。當(dāng)前第91頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)分散相固體表面存在兩種電勢(shì):

ε—分散相固體表面和溶液本體之間的電勢(shì)差,稱為熱力學(xué)電勢(shì)。

熱力學(xué)電勢(shì)ε只與被吸附或解離下的那種離子在溶液中的活度有關(guān),與其它離子存在與否及活度大小無(wú)關(guān);

當(dāng)膠粒和介質(zhì)發(fā)生相對(duì)位移時(shí),緊密層離子是不可分割的一部分,即和固體粒子一起運(yùn)動(dòng),形成一個(gè)滑動(dòng)面。

ζ—緊密層(滑動(dòng)面)和溶液本體之間的電勢(shì)差,由于該電勢(shì)在膠粒和介質(zhì)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)才表現(xiàn)出來(lái),故稱為電動(dòng)電勢(shì)。當(dāng)前第92頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)電勢(shì)帶電的固體或膠粒在移動(dòng)時(shí)，移動(dòng)的切動(dòng)面與液體本體之間的電位差稱為電勢(shì)。在擴(kuò)散雙電層模型中，切動(dòng)面AB與溶液本體之間的電位差為電勢(shì)；在Stern模型中，帶有溶劑化層的滑移界面與溶液之間的電位差稱為電勢(shì)。只有在帶電質(zhì)點(diǎn)移動(dòng)時(shí)才顯示出電勢(shì)，所以它又被稱為電動(dòng)電勢(shì)。電勢(shì)總是比熱力學(xué)電勢(shì)低，外加電解質(zhì)會(huì)使電勢(shì)變小甚至改變符號(hào)。當(dāng)前第93頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)膠粒表面熱力學(xué)電勢(shì)ε和電動(dòng)電勢(shì)（ζ電勢(shì)）的區(qū)別：①發(fā)生在不同的部位；②大小不同，一般情況下ζ電勢(shì)只是熱力學(xué)電勢(shì)的一部分，其絕對(duì)值小于ε

。③ε只取決于被吸附的離子和溶膠中的反號(hào)離子的活度,而ζ電勢(shì)的值還與溶膠中外加電解質(zhì)有關(guān)。當(dāng)溶膠中有外加電解質(zhì)存在時(shí)，可使緊密層中反粒子濃度增加，擴(kuò)散層變薄，ζ電勢(shì)的絕對(duì)值減小，甚至變?yōu)榱慊蛳喾吹闹?。?dāng)前第94頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)④膠粒的電泳速率與ζ電勢(shì)的關(guān)系：ε：分散介質(zhì)的介電常數(shù)η：分散介質(zhì)的粘度E：外加電場(chǎng)強(qiáng)度當(dāng)前第95頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)在外加電場(chǎng)作用下，帶電的介質(zhì)通過(guò)多孔膜或半徑為1~10nm的毛細(xì)管作定向移動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為電滲

電滲電滲管示意圖3為多孔膜，可以用濾紙、玻璃或棉花等構(gòu)成在U型管1，2中盛電解質(zhì)溶液，作為介質(zhì)也可以用氧化鋁、碳酸鋇、AgI等物質(zhì)構(gòu)成當(dāng)在電極5，6上施以直流電壓時(shí)，從刻度毛細(xì)管4中彎月面的移動(dòng)可以觀察到管中介質(zhì)的移動(dòng)當(dāng)前第96頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)電滲如果多孔膜吸附陰離子，則介質(zhì)帶正電，通電時(shí)介質(zhì)向陰極移動(dòng)；反之，多孔膜吸附陽(yáng)離子，帶負(fù)電的介質(zhì)向陽(yáng)極移動(dòng)。外加電解質(zhì)對(duì)電滲速度影響顯著，隨著電解質(zhì)濃度的增加，電滲速度降低，甚至?xí)淖冸姖B的方向。電滲方法有許多實(shí)際應(yīng)用，如溶膠凈化、海水淡化、泥炭和染料的干燥等。當(dāng)前第97頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)10.4溶膠的穩(wěn)定性和聚沉作用1.溶膠的穩(wěn)定性3.影響溶膠穩(wěn)定性的其他因素2.電解質(zhì)對(duì)溶膠穩(wěn)定性的影響當(dāng)前第98頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)膠體穩(wěn)定性的DLVO理論大意在20世紀(jì)四十年代，前蘇聯(lián)學(xué)者Deijaguin和Landau與荷蘭學(xué)者Verwey和Overbeek分別提出了關(guān)于各種形狀粒子之間在不同的情況下相互吸引能與雙電層排斥能的計(jì)算方法。他們處理問(wèn)題的方法與結(jié)論有大致共同之處，因此以他們的姓名第一個(gè)字母簡(jiǎn)稱為DLVO理論。DLVO理論給出了計(jì)算膠體質(zhì)點(diǎn)間排斥能及吸引能的方法，并據(jù)此對(duì)憎液膠體的穩(wěn)定性進(jìn)行了定量處理，得出了聚沉值與反號(hào)離子電價(jià)之間的關(guān)系式，從理論上闡明了Schulze-Hardy規(guī)則。當(dāng)前第99頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)以憎液溶膠為代表的膠體分散體系是高度分散的多相體系。

一方面膠體粒子因劇烈的Brown運(yùn)動(dòng),使之具有動(dòng)力穩(wěn)定性而不致很快的聚結(jié)沉淀;另一方面由于體系內(nèi)巨大相界面的存在,粒子將會(huì)自動(dòng)聚集長(zhǎng)大以降低體系的表面自由能。這種分散度不斷自發(fā)變小的的過(guò)程為聚結(jié).粒子自動(dòng)聚結(jié)的傾向是溶膠的重要特性,通常稱為聚結(jié)不穩(wěn)定性,一旦粒子聚結(jié)長(zhǎng)大,動(dòng)力穩(wěn)定性就會(huì)減小甚至于消失。溶膠的穩(wěn)定性當(dāng)前第100頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)

因此,穩(wěn)定的溶膠必須兼?zhèn)鋭?dòng)力穩(wěn)定性和聚結(jié)穩(wěn)定性.

聚結(jié)穩(wěn)定性是指促使聚結(jié)粒子間相互吸引能EA和阻止聚結(jié)粒子間相互排斥能ER兩方面的總效應(yīng).

粒子間相互吸引能(EA)

本質(zhì)是范氏力,這種力是組成膠粒的許多分子貢獻(xiàn)的總和,大小與距離的三次方成反比(分子間力是7次方),是遠(yuǎn)程力.粒子間的排斥能(ER)源于膠粒表面雙電層結(jié)構(gòu).當(dāng)粒子距離較遠(yuǎn),雙電層不重疊而無(wú)排斥力;當(dāng)粒子靠近以致重疊時(shí),重疊部分離子濃度比正常分布時(shí)大,這些過(guò)剩離子所具有的滲透力阻止粒子靠近,產(chǎn)生排斥作用.當(dāng)前第101頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)膠體由于具有巨大的表面能，因此是熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，但在某些條件下，也能穩(wěn)定的存在一段時(shí)間。膠體的穩(wěn)定是相對(duì)的、暫時(shí)的和有條件的，而不穩(wěn)定則是絕對(duì)的。影響溶膠穩(wěn)定性的因素(1)溶膠的動(dòng)力穩(wěn)定因素(2)膠粒帶電的穩(wěn)定作用(3)溶劑化的穩(wěn)定作用當(dāng)前第102頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)2、帶電穩(wěn)定性膠粒之間有相互吸引的能量Va和相互排斥的能量Vr，總作用能為Va+Vr。如圖所示：1、動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性由于溶膠粒子小，Brown運(yùn)動(dòng)激烈，在重力場(chǎng)中不易沉降，使溶膠具有動(dòng)力穩(wěn)定性。當(dāng)粒子相距較大時(shí)，主要為吸力，總勢(shì)能為負(fù)值；當(dāng)靠近到一定距離，雙電層重疊，排斥力起主要作用，勢(shì)能升高。要使粒子聚結(jié)必須克服這個(gè)勢(shì)壘。粒子間相互作用與其距離的關(guān)系曲線當(dāng)前第103頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)溶膠的穩(wěn)定性粒子間相互作用與其距離的關(guān)系曲線Va+Vr當(dāng)前第104頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)膠粒表面因吸附某種離子而帶電，并且此種離子及反離子都是溶劑化的，這樣，在膠粒周?chē)托纬闪艘粋€(gè)溶劑化膜（水化膜）。3、溶劑化層的影響水化膜中的水分子是比較定向排列的，當(dāng)膠粒彼此接近時(shí)，水化膜就被擠壓變形，而引起定向排列的引力又力圖恢復(fù)原來(lái)的定向排列，這樣就使水化膜表現(xiàn)出彈性，成為膠粒彼此接近時(shí)的機(jī)械阻力。水化膜中的水有較高的黏度，這也成為膠粒相互接近時(shí)的機(jī)械障礙。當(dāng)前第105頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)影響溶膠聚沉的一些因素

要使溶膠聚沉,必須破壞溶膠穩(wěn)定的因素,即降低膠粒的ζ電勢(shì)和反離子的水化膜,減少粒子間的排斥作用。1、電解質(zhì)對(duì)聚沉作用的影響

溶膠受外加電解質(zhì)的影響十分敏感,對(duì)溶膠的聚沉作用主要是取決于與膠粒荷相反電荷的離子所引起的。在溶膠中加入少量電解質(zhì)，可以使膠粒吸附的離子增加，ζ電勢(shì)提高，增加溶膠的穩(wěn)定性，稱為穩(wěn)定劑。當(dāng)前第106頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)

但當(dāng)電解質(zhì)的濃度足夠大，部分反粒子進(jìn)入緊密層，而使ζ電勢(shì)降低，擴(kuò)散層變薄，膠粒之間靜電斥力減小而導(dǎo)致聚沉，則稱為聚沉劑。聚沉值使一定量的溶膠在一定時(shí)間內(nèi)完全聚沉所需電解質(zhì)的最小濃度。從已知的表值可見(jiàn)，對(duì)同一溶膠，外加電解質(zhì)的反號(hào)離子的價(jià)數(shù)越低，其聚沉值越大。聚沉能力 是聚沉值的倒數(shù)。聚沉值越大的電解質(zhì) 其聚沉能力越小；反之，聚沉值越小的 電解質(zhì)，其聚沉能力越強(qiáng)。當(dāng)前第107頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)電解質(zhì)的影響有如下一些規(guī)律：（1）聚沉能力主要決定于與膠粒帶相反電荷的離子的價(jià)數(shù)。反離子的價(jià)數(shù)愈高,其聚沉能力愈大,聚沉值愈小.

對(duì)一、二、三價(jià)的反離子,其聚沉值比約為:這表示聚沉值與異電性離子價(jià)數(shù)的六次方成反比。

——Schulge-Hardy規(guī)則雙電層模型可定性解釋Schulge-Hardy規(guī)則,影響雙電層的主要是反離子,反離子價(jià)數(shù)愈高,分散層愈薄,ζ電勢(shì)愈低,就使溶膠的穩(wěn)定性降低.當(dāng)前第108頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)（2）價(jià)數(shù)相同的離子聚沉能力雖相近,但也略有不同。

例如不同的堿金屬的一價(jià)陽(yáng)離子所生成的硝酸鹽對(duì)負(fù)電性膠粒的聚沉能力可以排成如下次序：不同的一價(jià)陰離子所形成的鉀鹽，對(duì)帶正電的溶膠的聚沉能力則有如下次序：同價(jià)離子聚沉能力的這一次序稱為感膠離子序。它與水合離子半徑從小到大的次序大致相同。表明水化層的存在,消弱了離子的靜電引力,因不易被吸附,聚沉能力減弱.當(dāng)前第109頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)（3）有機(jī)化合物離子對(duì)膠粒有強(qiáng)的范氏引力,易被吸附,可大幅度降低ζ電勢(shì),與同價(jià)無(wú)機(jī)離子相比,聚沉能力大的多。（4）電解質(zhì)的聚沉作用是正負(fù)離子作用的總和通常相同電性離子的價(jià)數(shù)愈高，則該電解質(zhì)的聚沉能力愈低，這可能與這些相同電性離子的吸附作用有關(guān)。有機(jī)化合物的離子都有很強(qiáng)的聚沉能力。當(dāng)前第110頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)（5）不規(guī)則聚沉在溶膠中加入少量的電解質(zhì)可以使溶膠聚沉，電解質(zhì)濃度稍高，沉淀又重新分散而成溶膠，并使膠粒所帶電荷改變符號(hào)。如果電解質(zhì)的濃度再升高，可以使新形成的溶膠再次沉淀。不規(guī)則聚沉是膠體粒子對(duì)高價(jià)異號(hào)離子的強(qiáng)烈吸附的結(jié)果。當(dāng)前第111頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)2.膠粒之間的相互作用 將膠粒帶相反電荷的溶膠互相混合，也會(huì)發(fā)生聚沉。與加入電解質(zhì)情況不同的是，當(dāng)兩種溶膠的用量恰能使其所帶電荷的量相等時(shí)，才會(huì)完全聚沉，否則會(huì)不完全聚沉，甚至不聚沉。產(chǎn)生相互聚沉現(xiàn)象的原因是：可以把溶膠粒子看成是一個(gè)巨大的離子，所以溶膠的混合類似于加入電解質(zhì)的一種特殊情況。

例如：明礬凈水含懸浮物的水通常是負(fù)溶膠,明礬的水解產(chǎn)物Al(OH)3則為正溶膠,兩種電性相反的溶膠相互吸引發(fā)生聚沉,達(dá)到凈水的目的。又如：不同型號(hào)的墨水混用也易發(fā)生聚沉。當(dāng)前第112頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)2.膠粒之間的相互作用 在憎液溶膠中加入某些大分子溶液，加入的量不同，會(huì)出現(xiàn)兩種情況：當(dāng)加入大分子溶液的量足夠多時(shí)，會(huì)保護(hù)溶膠不聚沉，常用金值來(lái)表示大分子溶液對(duì)金溶膠的保護(hù)能力。齊格蒙第提出的金值含義：金值越小，表明高分子保護(hù)劑的能力越強(qiáng)。

為了保護(hù)10cm30.006%的金溶膠，在加入1cm3

10%NaCl溶液后不致聚沉，所需高分子的最少質(zhì)量稱為金值，一般用mg表示。當(dāng)前第113頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)2.膠粒之間的相互作用 在加入少量大分子溶液時(shí)，會(huì)促使溶膠的聚沉，這種現(xiàn)象稱為敏化作用；當(dāng)加入的大分子物質(zhì)的量不足時(shí)，憎液溶膠的膠

粒粘附在大分子上，大分子起了一個(gè)橋梁作用，把膠

粒聯(lián)系在一起，使之更容易聚沉。例如，對(duì)SiO2進(jìn)行重量分析時(shí)，在SiO2的溶膠中加入少量明膠，使SiO2的膠粒粘附在明膠上，便于聚沉后過(guò)濾，減少損失，使分析更準(zhǔn)確。當(dāng)前第114頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)不同膠體的相互作用當(dāng)前第115頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)高分子化合物對(duì)溶膠的絮凝和穩(wěn)定作用1．高分子化合物對(duì)溶膠的絮凝作用在溶膠內(nèi)加入極少量的可溶性高分子化合物，可導(dǎo)致溶膠迅速沉淀，沉淀呈疏松的棉絮狀，這類沉淀稱為絮凝物，這種現(xiàn)象稱為絮凝(或橋聯(lián))作用。高分子對(duì)膠粒的絮凝作用與電解質(zhì)的聚沉作用完全不同：由電解質(zhì)所引起的聚沉過(guò)程比較緩慢，所得到的沉淀顆粒緊密、體積小，這是由于電解質(zhì)壓縮了溶膠粒子的擴(kuò)散雙電層所引起的；當(dāng)前第116頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)高分子化合物對(duì)溶膠的絮凝和穩(wěn)定作用1．高分子化合物對(duì)溶膠的絮凝作用高分子的絮凝作用則是由于吸附了溶膠粒子以后，高分子化合物本身的鏈段旋轉(zhuǎn)和運(yùn)動(dòng)，將固體粒子聚集在一起而產(chǎn)生沉淀。絮凝作用具有迅速、徹底、沉淀疏松、過(guò)濾快、絮凝劑用量少等優(yōu)點(diǎn)，特別對(duì)于顆粒較大的懸浮體尤為有效。這對(duì)于污水處理、鉆井泥漿、選擇性選礦以及化工生產(chǎn)流程的沉淀、過(guò)濾、洗滌等操作都有極重要的作用。當(dāng)前第117頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)高分子化合物對(duì)溶膠的絮凝和穩(wěn)定作用高分子化合物絮凝作用的特點(diǎn)：(1)起絮凝作用的高分子化合物一般要具有鏈狀結(jié)構(gòu)（2）任何絮凝劑的加入量都有一最佳值（3）高分子的分子質(zhì)量越大，絮凝效率也越高（4）高分子化合物基團(tuán)的性質(zhì)對(duì)絮凝效果有十分重要的影響（5）絮凝過(guò)程與絮凝物的大小、結(jié)構(gòu)、攪拌的速率和強(qiáng)度等都有關(guān)系當(dāng)前第118頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)高分子化合物對(duì)溶膠的絮凝和穩(wěn)定作用2．高分子化合物對(duì)溶膠的穩(wěn)定作用在溶膠中加入一定量的高分子化合物或締合膠體，能顯著提高溶膠對(duì)電解質(zhì)的穩(wěn)定性，這種現(xiàn)象稱為保護(hù)作用，又稱之為空間穩(wěn)定性溶膠被保護(hù)以后，其電泳、對(duì)電解質(zhì)的敏感性等會(huì)產(chǎn)生顯著的變化，顯示出一些親液溶膠的性質(zhì)，具有抗電解質(zhì)影響、抗老化、抗溫等優(yōu)良性質(zhì)。當(dāng)前第119頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)10.5大分子概說(shuō)1.大分子的概念2.大分子溶液的特點(diǎn)3.大分子物質(zhì)的摩爾質(zhì)量當(dāng)前第120頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)10.5.1大分子的概念

Staudinger把相對(duì)分子質(zhì)量大于104的物質(zhì)稱之為大分子，主要有：

人工合成大分子：如合成橡膠、聚烯烴、樹(shù)脂和合成纖維等。

合成的功能高分子材料：如光敏高分子、導(dǎo)電性高分子、醫(yī)用高分子和高分子膜等

天然大分子：如淀粉、蛋白質(zhì)、纖維素、核酸和各種生物大分子等。當(dāng)前第121頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)三種溶液性質(zhì)的比較當(dāng)前第122頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)10.5.3大分子物質(zhì)的摩爾質(zhì)量1.數(shù)均摩爾質(zhì)量2.質(zhì)均摩爾質(zhì)量3.黏均摩爾質(zhì)量由于聚合過(guò)程中，每個(gè)分子的聚合程度可以不一樣，所以聚合物的摩爾質(zhì)量只能是一個(gè)平均值。*4.Z均摩爾質(zhì)量隨著測(cè)定和平均的方法不同，得到的平均摩爾質(zhì)量也不同。常用的有四種平均方法：當(dāng)前第123頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)1.數(shù)均摩爾質(zhì)量<Mn>數(shù)均摩爾質(zhì)量可以用端基分析法和滲透壓法測(cè)定。設(shè)有一高分子溶液，各組分的物質(zhì)的量分別為n1，n2，…,ni,其對(duì)應(yīng)的摩爾質(zhì)量為M1，M2，…，Mi，則數(shù)均摩爾質(zhì)量的定義為當(dāng)前第124頁(yè)\共有139頁(yè)\編于星期五\12點(diǎn)2.質(zhì)均摩爾質(zhì)量<Mm>設(shè)高分子物質(zhì)的總質(zhì)量為m，各組分的質(zhì)量分別為m1