膠體分散系統(tǒng)課件

13.1膠體及其基本特性膠團(tuán)的結(jié)構(gòu)

分散相與分散介質(zhì)分散系統(tǒng)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2023/7/3113.1膠體及其基本特性膠團(tuán)的結(jié)構(gòu)分散相與分分散相與分散介質(zhì)把一種或幾種物質(zhì)分散在另一種物質(zhì)中就構(gòu)成分散系統(tǒng)。其中，被分散的物質(zhì)稱為分散相，另一種物質(zhì)稱為分散介質(zhì)。例如：云，牛奶，珍珠2023/7/31分散相與分散介質(zhì)把一種或幾種物質(zhì)分散在另一種（1）按分散相粒子的大小分類1.分子分散系統(tǒng)分散相與分散介質(zhì)以分子或離子形式彼此混溶，沒有界面，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。2.膠體分散系統(tǒng)分散相粒子的半徑在1nm~100nm之間的系統(tǒng)。目測(cè)是均勻的，但實(shí)際是多相不均勻系統(tǒng)。3.粗分散系統(tǒng)當(dāng)分散相粒子大于100nm,目測(cè)是混濁不均勻體系，放置后會(huì)沉淀或分層。2023/7/31（1）按分散相粒子的大小分類1.分子分散系統(tǒng)（2）按分散相和分散介質(zhì)的聚集狀態(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.液-氣溶膠如泡沫2023/7/31（2）按分散相和分散介質(zhì)的聚集狀態(tài)分類1.液溶膠（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-固溶膠如不完全互溶的合金.固-液溶膠如珍珠，.固-氣溶膠如泡沫塑料，沸石分子篩2023/7/31（2）按分散相和介質(zhì)聚集狀態(tài)分類2.固溶膠將（2）按分散相和介質(zhì)聚集狀態(tài)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，但沒有氣-氣溶膠，因?yàn)椴煌臍怏w混合后是單相均一體系，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2023/7/31（2）按分散相和介質(zhì)聚集狀態(tài)分類3.氣溶膠將氣（3）按膠體溶液的穩(wěn)定性分類1.憎液溶膠半徑在1nm~100nm之間的難溶物固體粒子分散在液體介質(zhì)中，有很大的相界面，易聚沉，是熱力學(xué)上的不穩(wěn)定系統(tǒng)。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)不可逆系統(tǒng)，如氫氧化鐵溶膠、碘化銀溶膠等。這是膠體分散系統(tǒng)中主要研究的內(nèi)容。2023/7/31（3）按膠體溶液的穩(wěn)定性分類1.憎液溶膠（3）按膠體溶液的穩(wěn)定性分類2.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，一旦將溶劑蒸發(fā)，大分子化合物凝聚，再加入溶劑，又可形成溶膠，親液溶膠是熱力

學(xué)上穩(wěn)定、可逆的系統(tǒng)。2023/7/31（3）按膠體溶液的穩(wěn)定性分類2.親液溶膠半徑憎液溶膠的特性（1）特有的分散程度

粒子的大小在10-9~10-7m之間，因而擴(kuò)散較慢，不能透過半透膜，滲透壓低但有較強(qiáng)的動(dòng)力穩(wěn)定性。（2）不均勻（多相）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。（3）易聚結(jié)的不穩(wěn)定性

因?yàn)榱Ｗ有?，比表面大，表面自由能高，是熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，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。2023/7/31憎液溶膠的特性（1）特有的分散程度膠團(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。2023/7/31膠團(tuán)的結(jié)構(gòu)形成憎液溶膠的必要條件是：（1）分膠團(tuán)的結(jié)構(gòu)膠團(tuán)的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，先有一定量的難溶物分子聚結(jié)形成膠團(tuán)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，由于正、負(fù)電荷相吸，又會(huì)吸附溶液中的反號(hào)離子（緊密層），從而形成了帶電的膠粒；膠粒是溶膠中獨(dú)立移動(dòng)的單位。所說的溶膠帶電也是指膠粒帶電。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)。2023/7/31膠團(tuán)的結(jié)構(gòu)膠團(tuán)的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，先有一定量的難溶物分子膠團(tuán)的結(jié)構(gòu)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。2023/7/31膠團(tuán)的結(jié)構(gòu)膠核吸附離子是有選擇性的，首先吸附與膠核中膠團(tuán)的結(jié)構(gòu)例1：AgNO3+

KI→KNO3+AgI↓

過量的KI作穩(wěn)定劑

[(AgI)m

nI–(n-x)K+]x–xK+

膠核膠粒膠團(tuán)膠團(tuán)的圖示式：膠團(tuán)的結(jié)構(gòu)表達(dá)式：2023/7/31膠團(tuán)的結(jié)構(gòu)例1：AgNO3+KI→KNO3+AgI膠團(tuán)的結(jié)構(gòu)例2：AgNO3+

KI→KNO3+AgI↓

過量的AgNO3

作穩(wěn)定劑

[(AgI)m

nAg+(n-x)NO3–]x+x

NO3–膠核膠粒膠團(tuán)膠團(tuán)的圖示式：膠團(tuán)的結(jié)構(gòu)表達(dá)式：2023/7/31膠團(tuán)的結(jié)構(gòu)例2：AgNO3+KI→KNO3+AgI膠團(tuán)的形狀作為憎液溶膠基本質(zhì)點(diǎn)的膠團(tuán)并非都是球形，而膠團(tuán)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。2023/7/31膠團(tuán)的形狀作為憎液溶膠基本質(zhì)點(diǎn)的膠團(tuán)并非都是球形，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

溶膠是針狀的質(zhì)點(diǎn)2023/7/31膠團(tuán)的形狀例如：（1）聚苯乙烯膠乳是球形質(zhì)點(diǎn)（2）V2O513.2

溶膠的動(dòng)力性質(zhì)

Brown運(yùn)動(dòng)膠粒的擴(kuò)散溶膠的滲透壓沉降平衡2023/7/3113.2溶膠的動(dòng)力性質(zhì)Brown運(yùn)動(dòng)2023/7/Brown運(yùn)動(dòng)(Brownianmotion)1827年植物學(xué)家布朗（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)為布朗運(yùn)動(dòng)。但在很長(zhǎng)的一段時(shí)間里，這種現(xiàn)象的本質(zhì)沒有得到闡明。2023/7/31Brown運(yùn)動(dòng)(Brownianmotion)Brown運(yùn)動(dòng)(Brownianmotion)1903年發(fā)明了超顯微鏡，為研究布朗運(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。通過大量觀察，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。2023/7/31Brown運(yùn)動(dòng)(Brownianmotion)Brown運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)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)半徑大于5m，Brown運(yùn)動(dòng)消失。2023/7/31Brown運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)Brown運(yùn)動(dòng)是分散介質(zhì)分子以不同大小和Brown運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)Brown運(yùn)動(dòng)的公式式中是在觀察時(shí)間t內(nèi)粒子沿x軸方向的平均位移；r為膠粒的半徑；為介質(zhì)的粘度；L為阿伏加德羅常數(shù)。這個(gè)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(lái)。2023/7/31Brown運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)Brown運(yùn)動(dòng)的公式式中是在觀察時(shí)間膠粒的擴(kuò)散膠粒也有熱運(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)象很不顯著。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。2023/7/31膠粒的擴(kuò)散膠粒也有熱運(yùn)動(dòng)，因此也具有擴(kuò)散和滲透壓。只斐克第一定律（Fick’sfirstlaw）這就是斐克第一定律。式中D為擴(kuò)散系數(shù)，其物理意義為：?jiǎn)挝粷舛忍荻?、單位時(shí)間內(nèi)通過單位截面積的質(zhì)量。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。用公式表示為：2023/7/31斐克第一定律（Fick’sfirstlaw）這就是斐克粒子濃度隨時(shí)間的變化率為若考慮到擴(kuò)散系數(shù)受濃度的影響，則斐克第二定律（Fick’ssecondlaw）這就是斐克第二定律。這個(gè)斐克第二定律的表示式是擴(kuò)散的普遍公式。2023/7/31粒子濃度隨時(shí)間的變化率為若考慮到擴(kuò)散系數(shù)受濃度的影響，則斐克Einstein-Brown位移方程這就是Einstein-Brown位移方程。從布朗運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)測(cè)出，就可求出擴(kuò)散系數(shù)D。2023/7/31Einstein-Brown位移方程這就是Einstein-將布朗運(yùn)動(dòng)公式代入：從上式可以求粒子半徑r。已知

r

和粒子密度，可以計(jì)算粒子的摩爾質(zhì)量。Einstein-Brown位移方程2023/7/31將布朗運(yùn)動(dòng)公式代入：從上式可以求粒子半徑r。已知r和粒溶膠的滲透壓由于膠粒不能透過半透膜，而分子介質(zhì)或外加的電解質(zhì)離子可以透過半透膜，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：式中c為膠粒的濃度。由于憎液溶液不穩(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。2023/7/31溶膠的滲透壓由于膠粒不能透過半透膜，而分子介沉降平衡（sedimentationequilibrium）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有一定的梯度，如圖所示。這種平衡稱為沉降平衡。2023/7/31沉降平衡（sedimentationequilibriu13.3溶膠的光學(xué)性質(zhì)光散射現(xiàn)象

Tyndall效應(yīng)

Rayleigh公式乳光計(jì)原理濁度2023/7/3113.3溶膠的光學(xué)性質(zhì)光散射現(xiàn)象2023/7/31光散射現(xiàn)象當(dāng)光束通過分散系統(tǒng)時(shí)，一部分自由地通過，一部分被吸收、反射或散射?？梢姽獾牟ㄩL(zhǎng)約在400~700nm之間。（1）當(dāng)光束通過粗分散系統(tǒng)，由于粒子大于入射光的波長(zhǎng)，主要發(fā)生反射，使體系呈現(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(zhǎng)，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。2023/7/31光散射現(xiàn)象當(dāng)光束通過分散系統(tǒng)時(shí)，一部分自由地光散射的本質(zhì)

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。2023/7/31光散射的本質(zhì)分子溶液十分均勻，這種散射光因相Tyndall效應(yīng)

Tyndall效應(yīng)實(shí)際上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)聚光通過溶膠，從側(cè)面（即與光束垂直的方向）可以看到一個(gè)發(fā)光的圓錐體，這就是Tyndall效應(yīng)。其他分散系統(tǒng)也會(huì)產(chǎn)生一點(diǎn)散射光，但遠(yuǎn)不如溶膠顯著。2023/7/31Tyndall效應(yīng)Tyndall效應(yīng)實(shí)際上已Rayleigh公式1871年，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2023/7/31Rayleigh公式1871年，RayleigRayleigh公式從Rayleigh公式可得出如下結(jié)論：1.散射光總能量與入射光波長(zhǎng)的四次方成反比。入射光波長(zhǎng)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)的折射率相差愈大，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)成正比。2023/7/31Rayleigh公式從Rayleigh公式可得出如乳光計(jì)原理當(dāng)分散相和分散介質(zhì)等條件都相同時(shí)，Rayleigh公式可改寫成：當(dāng)入射光波長(zhǎng)不變，，，保持濃度相同，保持粒子大小相同代入上式可得：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)。2023/7/31乳光計(jì)原理當(dāng)分散相和分散介質(zhì)等條件都相同時(shí)13.4

溶膠的電學(xué)性質(zhì)膠粒帶電的本質(zhì)電動(dòng)現(xiàn)象（2）電滲（3）流動(dòng)電勢(shì)（4）沉降電勢(shì)雙電層動(dòng)電電位(1)電泳2023/7/3113.4溶膠的電學(xué)性質(zhì)膠粒帶電的本質(zhì)電動(dòng)現(xiàn)象（2）膠粒帶電的本質(zhì)

（1）膠粒在形成過程中，膠核優(yōu)先吸附某種離子，使膠粒帶電。（2）離子型固體電解質(zhì)形成溶膠時(shí)，由于正、負(fù)離子溶解量不同，使膠粒帶電。例如：將AgI制備溶膠時(shí)，由于Ag+較小，活動(dòng)能力強(qiáng)，比I-容易脫離晶格而進(jìn)入溶液，使膠粒帶負(fù)電。例如：在AgI溶膠的制備過程中，如果AgNO3過量，則膠核優(yōu)先吸附Ag+離子，使膠粒帶正電；如果KI過量，則優(yōu)先吸附I-離子，膠粒帶負(fù)電。2023/7/31膠粒帶電的本質(zhì)（1）膠粒在形成過程中，膠核優(yōu)先吸附（3）可電離的大分子溶膠，由于大分子本身發(fā)生電離，而使膠粒帶電。膠粒帶電的本質(zhì)

例如蛋白質(zhì)分子，有許多羧基和胺基，在pH較高的溶液中，離解生成P–COO-離子而負(fù)帶電；在pH較低的溶液中，生成P-NH3+離子而帶正電。在某一特定的pH條件下，生成的-COO-和-NH3+數(shù)量相等，蛋白質(zhì)分子的凈電荷為零，這pH稱為蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)

。2023/7/31（3）可電離的大分子溶膠，由于大分子本身發(fā)生電離，而使膠電動(dòng)現(xiàn)象

膠粒在重力場(chǎng)作用下發(fā)生沉降，而產(chǎn)生沉降電勢(shì)；帶電的介質(zhì)發(fā)生流動(dòng)，則產(chǎn)生流動(dòng)電勢(shì)。這是因動(dòng)而產(chǎn)生電。以上四種現(xiàn)象都稱為電動(dòng)現(xiàn)象。由于膠粒帶電，而溶膠是電中性的，則介質(zhì)帶與膠粒相反的電荷。在外電場(chǎng)作用下，膠粒和介質(zhì)分別向帶相反電荷的電極移動(dòng)，就產(chǎn)生了電泳和電滲的電動(dòng)現(xiàn)象，這是因電而動(dòng)。2023/7/31電動(dòng)現(xiàn)象膠粒在重力場(chǎng)作用下發(fā)生沉降，而產(chǎn)生沉降電泳（electrophoresis）影響電泳的因素有：帶電粒子的大小、形狀；粒子表面電荷的數(shù)目；介質(zhì)中電解質(zhì)的種類、離子強(qiáng)度，pH值和粘度；電泳的溫度和外加電壓等。

帶電膠粒或大分子在外加電場(chǎng)的作用下向帶相反電荷的電極作定向移動(dòng)的現(xiàn)象稱為電泳。

2023/7/31電泳（electrophoresis）影響電在外加電場(chǎng)作用下，帶電的介質(zhì)通過多孔膜或半徑為1~10nm的毛細(xì)管作定向移動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為電滲。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。（2）電滲（electro-osmosis)2023/7/31在外加電場(chǎng)作用下，帶電的介質(zhì)通過多孔膜或半徑為1~1

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。

電滲實(shí)驗(yàn)

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)。2023/7/31在U型管1,2中盛電解質(zhì)溶液，將電極5,6接通直流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。（3）流動(dòng)電勢(shì)（streamingpotential)這種因流動(dòng)而產(chǎn)生的電勢(shì)稱為流動(dòng)電勢(shì)。2023/7/31含有離子的液體在加壓或重力等外力的作用下，流因?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。（3）流動(dòng)電勢(shì)（streamingpotential)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。2023/7/31因?yàn)楣鼙跁?huì)吸附某種離子，使固體表面帶電，電荷

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)。(4)沉降電勢(shì)(sedimentationpotential)2023/7/31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)。

對(duì)于雙電層的具體結(jié)構(gòu)，一百多年來(lái)不同學(xué)者提出了不同的看法。最早于1879年Helmholz提出平板型模型；雙電層（doublelayer)1910年Gouy和1913年Chapman修正了平板型模型，提出了擴(kuò)散雙電層模型；后來(lái)Stern又提出了Stern模型。2023/7/31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平板型模型亥姆霍茲認(rèn)為固體的表面電荷與溶液中帶相反電荷的反離子構(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。

固體表面與液體內(nèi)部的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)和溶液中的反離子分別向相反方向運(yùn)動(dòng)。

這模型過于簡(jiǎn)單，由于離子熱運(yùn)動(dòng)，不可能形成平板電容器。2023/7/31平板型模型亥姆霍茲認(rèn)為固體的表面電荷與溶液中擴(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，離子的分布可用玻茲曼公式表示，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。2023/7/31擴(kuò)散雙電層模型Gouy和Chapman認(rèn)為，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。2023/7/31Stern模型Stern對(duì)擴(kuò)散雙電層模型作進(jìn)一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

。2023/7/31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)電動(dòng)電勢(shì)（electrokineticpotential）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位。電動(dòng)電勢(shì)亦稱為

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位；外加電解質(zhì)會(huì)使電位變小甚至改變符號(hào)。只有在質(zhì)點(diǎn)移動(dòng)時(shí)才顯示出電位，所以又稱電動(dòng)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動(dòng)電勢(shì)。2023/7/31電動(dòng)電勢(shì)（electrokineticpotential）電動(dòng)電勢(shì)某些高價(jià)反離子或大的反離子由于有高的吸附能而大量進(jìn)入緊密層時(shí)，可能使ξ電勢(shì)反號(hào)；若同號(hào)大離子因強(qiáng)烈的范德華力引力克服靜電引力而進(jìn)入緊密層時(shí)，可使ξ電勢(shì)高于熱力學(xué)電勢(shì)。2023/7/31電動(dòng)電勢(shì)某些高價(jià)反離子或大的反離子由于有高的吸附能而電動(dòng)電勢(shì)外加電解質(zhì)的濃度對(duì)電動(dòng)電勢(shì)的影響：濃度越大，電動(dòng)電勢(shì)越小。電解質(zhì)的價(jià)數(shù)的影響：價(jià)數(shù)越高，電動(dòng)電勢(shì)越小。2023/7/31電動(dòng)電勢(shì)外加電解質(zhì)的濃度對(duì)電動(dòng)電勢(shì)的影響：濃度越大，電動(dòng)電勢(shì)電動(dòng)電勢(shì)ξ電勢(shì)的數(shù)值總是小于熱力學(xué)電勢(shì)的絕對(duì)值。外加少量的電解質(zhì)可以使ξ電勢(shì)發(fā)生較大的變化，而外加電解質(zhì)對(duì)熱力學(xué)電勢(shì)幾乎無(wú)影響。只有在固液兩相發(fā)生相對(duì)移動(dòng)時(shí)，才呈現(xiàn)ξ電勢(shì)，故又稱電動(dòng)電勢(shì)。ξ電勢(shì)是緊密層與擴(kuò)散層的分界處同溶液本體之間的電勢(shì)差2023/7/31電動(dòng)電勢(shì)ξ電勢(shì)的數(shù)值總是小于熱力學(xué)電勢(shì)的絕對(duì)值。外加少量的電電動(dòng)電勢(shì)ξ電勢(shì)為0時(shí)，粒子在外加電場(chǎng)中的電泳速率也為0。ξ電勢(shì)的數(shù)值越大，溶膠的穩(wěn)定性越高。ξ電勢(shì)越負(fù)，溶膠的穩(wěn)定性越高。ξ電勢(shì)為0，溶膠非常易于聚沉。2023/7/31電動(dòng)電勢(shì)ξ電勢(shì)為0時(shí)，粒子在外加電場(chǎng)中的電泳速率也為0。ξ13.5 溶膠的穩(wěn)定性和聚沉作用溶膠的穩(wěn)定性影響溶膠穩(wěn)定性的因素聚沉值與聚沉能力電解質(zhì)對(duì)溶膠穩(wěn)定性的影響2023/7/3113.5 溶膠的穩(wěn)定性和聚沉作用溶膠的穩(wěn)定性影響溶膠穩(wěn)溶膠的穩(wěn)定性動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性由于溶膠粒子小，布朗運(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。抗聚結(jié)穩(wěn)定性吸引力的來(lái)源：vanderWaals斥力的來(lái)源：膠粒表面的雙電層結(jié)構(gòu)2023/7/31溶膠的穩(wěn)定性動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性由于溶膠粒子小，布朗運(yùn)動(dòng)激溶膠的穩(wěn)定性膠粒之間相互吸引的能量Va和相互排斥的能量Vr，總作用能為Va+Vr。如圖所示：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。2023/7/31溶膠的穩(wěn)定性膠粒之間相互吸引的能量Va和相互排斥影響溶膠穩(wěn)定性的因素2. 濃度的影響。

濃度增加，粒子碰撞機(jī)會(huì)增多。3. 溫度的影響。

溫度升高，粒子碰撞機(jī)會(huì)增多，碰撞強(qiáng)度增加。4. 膠體體系的相互作用。 帶不同電荷的膠?；ノ鄢?。1. 外加電解質(zhì)的影響。 這影響最大，主要影響膠粒的帶電情況，使電位下降，促使膠粒聚結(jié)。2023/7/31影響溶膠穩(wěn)定性的因素2. 濃度的影響。 3. 溫度的影響。 聚沉值與聚沉能力聚沉值 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。聚沉能力 是聚沉值的倒數(shù)。聚沉值越大的電解質(zhì)，聚沉能力越小。2023/7/31聚沉值與聚沉能力聚沉值 使一定量的溶膠在一定時(shí)間內(nèi)完全聚沉聚（1） 與膠粒帶相反電荷的離子的價(jià)數(shù)影響最大，價(jià)數(shù)越高，聚沉能力越強(qiáng)。（2）與膠粒帶相反電荷的離子就是價(jià)數(shù)相同，其聚沉能力也有差異。電解質(zhì)對(duì)溶膠穩(wěn)定性的影響例如，對(duì)膠粒帶負(fù)電的溶膠，一價(jià)陽(yáng)離子硝酸鹽的聚沉能力次序?yàn)椋篐+>Cs+>Rb+>NH4+>K+>Na+>Li+

對(duì)帶正電的膠粒，一價(jià)陰離子的鉀鹽的聚沉能力次序?yàn)椋篎->Cl->Br->NO3->I-

這種次序稱為感膠離子序（lyotropicseries)。2023/7/31（1） 與膠粒帶相反電荷的離子的價(jià)數(shù)影響最大，（2）（3）有機(jī)化合物的離子都有很強(qiáng)的聚沉能力，這可

能與其具有強(qiáng)吸附能力有關(guān)。（4）當(dāng)與膠體帶相反電荷的離子相同時(shí)，則另一同

性離子的價(jià)數(shù)也會(huì)影響聚沉值，價(jià)數(shù)愈高，聚沉能力

愈低。這可能與這些同性離子的吸附作用有關(guān)。電解質(zhì)對(duì)溶膠穩(wěn)定性的影響2023/7/31（3）有機(jī)化合物的離子都有很強(qiáng)的聚沉能力，這可

能與其具有電解質(zhì)對(duì)溶膠穩(wěn)定性的影響混合等體積的KI和AgNO3溶液制備AgI溶膠。（1）寫出溶膠的膠團(tuán)結(jié)構(gòu)表示式，并注明膠核、膠粒；（2）外加電場(chǎng)，膠粒向哪極運(yùn)動(dòng)；（3）比較電解質(zhì)NaNO3、KNO3、MgNO3、FeCl3對(duì)該溶膠的聚沉能力。2023/7/31電解質(zhì)對(duì)溶膠穩(wěn)定性的影響混合等體積的不同膠體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：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。加入大分子溶液太少時(shí)，會(huì)促使溶膠的聚沉，稱為敏化作用；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)金溶液的保護(hù)能力。2023/7/31不同膠體的相互作用在憎液溶膠中加入某些大分子溶13.6乳狀液一種液體以大于10-7m直徑的液珠分散在另一不相混溶的液體之中形成的粗分散體系稱為乳狀液。

要使它穩(wěn)定存在必須加乳化劑。根據(jù)乳化劑結(jié)構(gòu)的不同可以形成以水為連續(xù)相的水包油乳狀液(O/W)，或以油為連續(xù)相的油包水乳狀液(W/O)。2023/7/3113.6乳狀液一種液體以大于10-7m直徑的液珠分散三種溶液性質(zhì)的比較2023/7/31三種溶液性質(zhì)的比較2023/7/3113.7