ch12.5憎液溶膠的穩(wěn)定與聚沉

§12.5.憎液溶膠的穩(wěn)定與聚沉溶膠穩(wěn)定的原因溶膠的聚沉P674～680

溶膠在熱力學(xué)上是不穩(wěn)定的體系，但有些溶膠卻能在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間范圍內(nèi)穩(wěn)定存在。在生產(chǎn)實(shí)踐中，人們常遇到溶膠的穩(wěn)定性問(wèn)題。

我們首先需要了解溶膠穩(wěn)定的原因，然后才有可能選擇適當(dāng)?shù)臈l件，保持或破壞溶膠的穩(wěn)定性。

例如染色用的有機(jī)染料,大多數(shù)以膠體狀態(tài)分散在水中,必須使之成為較穩(wěn)定的溶膠；相反,有時(shí)卻希望溶膠不穩(wěn)定，使之發(fā)生聚沉，比如處理污水時(shí)，就要破壞各類(lèi)污染物所形成的溶膠，使之發(fā)生聚沉。1.溶膠的經(jīng)典穩(wěn)定理論DLVO理論溶膠粒子間的作用力：引力勢(shì)能曲線：EA

斥力勢(shì)能曲線：ER

總作用勢(shì)能：E=ER+EAEmaxEREAE勢(shì)能x第一最小值第二最小值第一最小值0粒子的平動(dòng)能<Emax時(shí)，溶膠穩(wěn)定;>Emax時(shí)，溶膠不穩(wěn)定Emax：溶膠發(fā)生聚沉?xí)r必須克服的“勢(shì)壘”。EA曲線的形狀由粒子本性決定，不受電解質(zhì)影響；ER曲線的形狀、位置強(qiáng)烈地受電解質(zhì)濃度的影響。EREAEc1c2c3勢(shì)能0電解質(zhì)濃度：ER，Emax，溶膠穩(wěn)定性電解質(zhì)濃度對(duì)膠體粒子勢(shì)能的影響：電解質(zhì)濃度：

c3>c2>c1溶膠穩(wěn)定的原因：1)膠粒帶電增加膠粒間的排斥作用；2)溶劑化作用形成彈性水化外殼，增加溶膠聚合的阻力；3)Brown運(yùn)動(dòng)使膠?？朔苤亓τ绊懚幌鲁烈?溶膠的穩(wěn)定除膠粒帶電是溶膠穩(wěn)定的主要原因外，溶劑化作用和布朗運(yùn)動(dòng)也是溶膠穩(wěn)定的有利因素。二.憎液溶膠的聚沉

溶膠粒子合并、長(zhǎng)大，進(jìn)而發(fā)生沉淀的現(xiàn)象，稱(chēng)為聚沉。溶膠從本質(zhì)上說(shuō)是不穩(wěn)定的，許多因素可導(dǎo)致溶膠聚沉，如加熱、輻射、加入電解質(zhì)等。溶膠對(duì)電解質(zhì)很敏感，這方面的研究也較深入。電解質(zhì)的聚沉作用

少量的電解質(zhì)可對(duì)溶膠起穩(wěn)定作用，但電解質(zhì)加入過(guò)多時(shí)，尤其是含高價(jià)反離子電解質(zhì)的加入，往往會(huì)使溶膠發(fā)生聚沉。

河水(Al2O3,SiO2)與海水(電解質(zhì))交匯處形成三角洲的原因所在.聚沉值使溶膠發(fā)生明顯的聚沉所需電解質(zhì)的最小濃度；聚沉能力聚沉值的倒數(shù)電解質(zhì)對(duì)溶膠的聚沉規(guī)律：(i)反離子的價(jià)數(shù)起主要作用價(jià)數(shù)，聚沉值，聚沉能力

聚沉值1/Z6，聚沉能力Z6Schultz-Hardy（舒爾策-哈迪）規(guī)則例如：對(duì)于帶負(fù)電荷的As2S3溶膠，用幾種電解質(zhì)聚沉，其聚沉值分別為：

KCl：49.5molm-3；

MgCl2：0.7molm-3；

AlCl3：0.093molm-3；聚沉能力之比=1/聚沉值

KCl:MgCl2:AlCl3=1:70:532反離子價(jià)數(shù)之比：

16:26:36=1:64:729以等體積的0.08mol﹒dm-3AgNO3溶液和0.1mol﹒dm-3KCl溶液制備AgCl溶膠。

（1）寫(xiě)出膠團(tuán)結(jié)構(gòu)式，指出電場(chǎng)中膠體粒子的移動(dòng)方向；

（2）加入電解質(zhì)MgSO4，AlCl3和Na3PO4使上述溶膠發(fā)生聚沉，則電解質(zhì)聚沉能力大小順序是什么？

解：（1）相同體積的兩種溶液，KCl溶液的濃度大于AgNO3溶液，故KCl過(guò)量，為穩(wěn)定劑。所以膠團(tuán)結(jié)構(gòu)式為：[(AgCl)m

nCl－(n－x)K+]x－

xK+該AgCl溶膠帶負(fù)電荷，電泳時(shí)向陽(yáng)極移動(dòng)。

（2）對(duì)上述溶膠起聚沉作用的是陽(yáng)離子，根據(jù)價(jià)數(shù)規(guī)則，三種電解質(zhì)的聚沉能力大小順序?yàn)锳lCl3>MgSO4>Na3PO4

在H3AsO3的稀溶液中通入H2S氣體，生成As2S3溶膠。已知H2S能電離H+和HS-。試寫(xiě)出膠團(tuán)的結(jié)構(gòu)，比較電解質(zhì)AlCl3，MgSO4和KCl對(duì)該溶膠聚沉能力大小。解：用過(guò)量的H2S氣體作為穩(wěn)定劑，H2S發(fā)生一級(jí)解離，生成HS-離子，生成的As2S3膠核優(yōu)先吸附HS-離子，膠粒帶負(fù)電。則膠團(tuán)的結(jié)構(gòu)式：

外加電解質(zhì)中正離子電價(jià)越低，聚沉能力越弱，聚沉值越大。所以聚沉能力由大到小的順序?yàn)椋篈lCl3＞MgSO4＞KCl

。

(ii)同價(jià)離子，有感膠離子序正離子的聚沉能力：

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

負(fù)離子的聚沉能力：

F－>Cl－>Br－>NO3－>I－>OH－正離子水化能力強(qiáng),r,水化能力,水化層厚,進(jìn)入緊密層少,聚沉能力負(fù)離子水化能力弱,r,水化能力,水化層薄,進(jìn)入緊密層多,聚沉能力2.高分子溶液的聚沉作用

在溶膠中加入相對(duì)分子質(zhì)量很大的線性聚合物高分,可使溶膠發(fā)生聚沉。

高分子化合物對(duì)溶膠之所以可發(fā)生聚沉作用,原因有三個(gè)方面:⑴搭橋效應(yīng)

一個(gè)長(zhǎng)碳?xì)滏湹母叻肿踊衔铮梢酝瑫r(shí)和許多個(gè)分散相的微粒發(fā)生吸附，起到搭橋的作用，把膠粒聯(lián)結(jié)起來(lái)，變成較大的聚集體而聚沉。

（2）脫水效應(yīng)：若高分子化合物對(duì)水有更強(qiáng)的親和力，由于它的溶解與水化作用