胶体分散系统-(2)

上一内容下一内容回主目录返回2020/4/113.1胶体及其基本特性胶团的结构分散相与分散介质分散系统分类（1）按分散相粒子的大小分类（2）按分散相和介质的聚集状态分类（3）按胶体溶液的稳定性分类憎液溶胶的特性上一内容下一内容回主目录返回2020/4/1分散相与分散介质把一种或几种物质分散在另一种物质中就构成分散系统。其中，被分散的物质称为分散相，另一种物质称为分散介质。例如：云，牛奶，珍珠上一内容下一内容回主目录返回2020/4/1（1）按分散相粒子的大小分类1.分子分散系统分散相与分散介质以分子或离子形式彼此混溶，没有界面，是均匀的单相，分子半径大小在10-9m以下。通常把这种体系称为真溶液。2.胶体分散系统分散相粒子的半径在1nm~100nm之间的系统。目测是均匀的，但实际是多相不均匀系统。3.粗分散系统当分散相粒子大于100nm,目测是混浊不均匀体系，放置后会沉淀或分层。上一内容下一内容回主目录返回2020/4/1（2）按分散相和分散介质的聚集状态分类1.液溶胶将液体作为分散介质所形成的溶胶。当分散相为不同状态时，则形成不同的液溶胶：A.液-固溶胶如油漆，AgI溶胶B.液-液溶胶如牛奶C.液-气溶胶如泡沫上一内容下一内容回主目录返回2020/4/1（2）按分散相和介质聚集状态分类2.固溶胶将固体作为分散介质所形成的溶胶。当分散相为不同状态时，则形成不同的固溶胶：A.固-固溶胶如不完全互溶的合金B.固-液溶胶如珍珠，C.固-气溶胶如泡沫塑料，沸石分子筛上一内容下一内容回主目录返回2020/4/1（2）按分散相和介质聚集状态分类3.气溶胶将气体作为分散介质所形成的溶胶。当分散相为固体或液体时，形成气-固或气-液溶胶，但没有气-气溶胶，因为不同的气体混合后是单相均一体系，不属于胶体范围.A.气-固溶胶如烟，含尘的空气B.气-液溶胶如雾，云上一内容下一内容回主目录返回2020/4/1（3）按胶体溶液的稳定性分类1.憎液溶胶半径在1nm~100nm之间的难溶物固体粒子分散在液体介质中，有很大的相界面，易聚沉，是热力学上的不稳定系统。一旦将介质蒸发掉，再加入介质就无法再形成溶胶，是一个不可逆系统，如氢氧化铁溶胶、碘化银溶胶等。这是胶体分散系统中主要研究的内容。上一内容下一内容回主目录返回2020/4/1（3）按胶体溶液的稳定性分类2.亲液溶胶半径落在胶体粒子范围内的大分子溶解在合适的溶剂中，一旦将溶剂蒸发，大分子化合物凝聚，再加入溶剂，又可形成溶胶，亲液溶胶是热力学上稳定、可逆的系统。上一内容下一内容回主目录返回2020/4/1憎液溶胶的特性（1）特有的分散程度粒子的大小在10-9~10-7m之间，因而扩散较慢，不能透过半透膜，渗透压低但有较强的动力稳定性。（2）不均匀（多相）性具有纳米级的粒子是由许多离子或分子聚结而成，结构复杂，有的保持了该难溶盐的原有晶体结构，而且粒子大小不一，与介质之间有明显的相界面，比表面很大。（3）易聚结的不稳定性因为粒子小，比表面大，表面自由能高，是热力学不稳定体系，有自发降低表面自由能的趋势，即小粒子会自动聚结成大粒子。上一内容下一内容回主目录返回2020/4/1胶团的结构形成憎液溶胶的必要条件是：（1）分散相的溶解度要小；（2）还必须有稳定剂存在，否则胶粒易聚结而聚沉。上一内容下一内容回主目录返回2020/4/1胶团的结构胶团的结构比较复杂，先有一定量的难溶物分子聚结形成胶团的中心，称为胶核；然后胶核选择性的吸附稳定剂中的一种离子，由于正、负电荷相吸，又会吸附溶液中的反号离子（紧密层），从而形成了带电的胶粒；胶粒是溶胶中独立移动的单位。所说的溶胶带电也是指胶粒带电。胶粒与扩散层中的反号离子，形成一个电中性的胶团。上一内容下一内容回主目录返回2020/4/1胶团的结构胶核吸附离子是有选择性的，首先吸附与胶核中相同的某种离子，用同离子效应使胶核不易溶解。若无相同离子，则首先吸附水化能力较弱的负离子，所以自然界中的胶粒大多带负电，如泥浆水、豆浆等都是负溶胶。上一内容下一内容回主目录返回2020/4/1胶团的结构例1：AgNO3+KI→KNO3+AgI↓过量的KI作稳定剂[(AgI)mnI–(n-x)K+]x–xK+胶粒（带负电）胶团（电中性）胶核胶粒胶团胶团的图示式：胶核胶团的结构表达式：上一内容下一内容回主目录返回2020/4/1胶团的结构例2：AgNO3+KI→KNO3+AgI↓过量的AgNO3作稳定剂[(AgI)mnAg+(n-x)NO3–]x+xNO3–胶核胶粒胶团胶团的图示式：胶团的结构表达式：胶粒（带正电）胶团（电中性）胶核上一内容下一内容回主目录返回2020/4/1胶团的形状作为憎液溶胶基本质点的胶团并非都是球形，而胶团的形状对胶体性质有重要影响。质点为球形的，流动性较好；若为带状的，则流动性较差，易产生触变现象。上一内容下一内容回主目录返回2020/4/1胶团的形状例如：（1）聚苯乙烯胶乳是球形质点（2）V2O5溶胶是带状的质点（3）Fe(OH)3溶胶是针状的质点上一内容下一内容回主目录返回2020/4/113.2溶胶的动力性质•Brown运动•胶粒的扩散•溶胶的渗透压•沉降平衡上一内容下一内容回主目录返回2020/4/1Brown运动(Brownianmotion)1827年植物学家布朗（Brown)用显微镜观察到悬浮在液面上的花粉粉末不断地作不规则的运动。后来又发现许多其它物质如煤、化石、金属等的粉末也都有类似的现象。人们称微粒的这种运动为布朗运动。但在很长的一段时间里，这种现象的本质没有得到阐明。上一内容下一内容回主目录返回2020/4/1Brown运动(Brownianmotion)1903年发明了超显微镜，为研究布朗运动提供了物质条件。用超显微镜可以观察到溶胶粒子不断地作不规则“之”字形的运动，从而能够测出在一定时间内粒子的平均位移。通过大量观察，得出结论：粒子越小，布朗运动越激烈。其运动激烈的程度不随时间而改变，但随温度的升高而增加。上一内容下一内容回主目录返回2020/4/1Brown运动的本质Brown运动是分散介质分子以不同大小和不同方向的力对胶体粒子不断撞击而产生的，由于受到的力不平衡，所以连续以不同方向、不同速度作不规则运动。随着粒子增大，撞击的次数增多，而作用力抵消的可能性亦大。当半径大于5m，Brown运动消失。上一内容下一内容回主目录返回2020/4/1Brown运动的本质Brown运动的公式式中是在观察时间t内粒子沿x轴方向的平均位移；xr为胶粒的半径；为介质的粘度；L为阿伏加德罗常数。213rtLRTx这个公式把粒子的位移与粒子的大小、介质粘度、温度以及观察时间等联系起来。上一内容下一内容回主目录返回2020/4/1胶粒的扩散胶粒也有热运动，因此也具有扩散和渗透压。只是溶胶的浓度较稀，这种现象很不显著。如图所示，在CDFE的桶内盛溶胶，在某一截面AB的两侧溶胶的浓度不同，C1C2。由于分子的热运动和胶粒的布朗运动，可以观察到胶粒从C1区向C2区迁移的现象，这就是胶粒的扩散作用。上一内容下一内容回主目录返回2020/4/1斐克第一定律（Fick’sfirstlaw）这就是斐克第一定律。式中D为扩散系数，其物理意义为：单位浓度梯度、单位时间内通过单位截面积的质量。式中负号表示扩散发生在浓度降低的方向，0,而0。ddcxddmtdd=-ddmcDAtx用公式表示为：上一内容下一内容回主目录返回2020/4/1粒子浓度随时间的变化率为22ddddccDtx若考虑到扩散系数受浓度的影响，则ddd()dddccDtxx斐克第二定律（Fick’ssecondlaw）这就是斐克第二定律。这个斐克第二定律的表示式是扩散的普遍公式。上一内容下一内容回主目录返回2020/4/122xDtEinstein-Brown位移方程这就是Einstein-Brown位移方程。从布朗运动实验测出，就可求出扩散系数D。x上一内容下一内容回主目录返回2020/4/1将布朗运动公式代入：)(321rtLRTx16RTDLr从上式可以求粒子半径r。已知r和粒子密度，可以计算粒子的摩尔质量。343MrLEinstein-Brown位移方程上一内容下一内容回主目录返回2020/4/1溶胶的渗透压由于胶粒不能透过半透膜，而分子介质或外加的电解质离子可以透过半透膜，所以有从化学势高的一方向化学势低的一方自发渗透的趋势。溶胶的渗透压可以借用稀溶液渗透压公式计算：cRT式中c为胶粒的浓度。由于憎液溶液不稳定，浓度不能太大，所以测出的渗透压及其它依数性质都很小。但是亲液溶胶或胶体的电解质溶液，可以配制高浓度溶液，用渗透压法可以求它们的摩尔质量。上一内容下一内容回主目录返回2020/4/1沉降平衡（sedimentationequilibrium）溶胶是高度分散系统，胶粒一方面受到重力吸引而下降，另一方面由于布朗运动促使浓度趋于均一。当这两种效应相反的力相等时，粒子的分布达到平衡，粒子的浓度随高度不同有一定的梯度，如图所示。这种平衡称为沉降平衡。上一内容下一内容回主目录返回2020/4/113.3溶胶的光学性质•光散射现象•Tyndall效应•Rayleigh公式•乳光计原理•浊度上一内容下一内容回主目录返回2020/4/1光散射现象当光束通过分散系统时，一部分自由地通过，一部分被吸收、反射或散射。可见光的波长约在400~700nm之间。（1）当光束通过粗分散系统，由于粒子大于入射光的波长，主要发生反射，使体系呈现混浊。（2）当光束通过胶体溶液，由于胶粒直径小于可见光波长，主要发生散射，可以看见乳白色的光柱。（3）当光束通过分子溶液，由于溶液十分均匀，散射光因相互干涉而完全抵消，看不见散射光。上一内容下一内容回主目录返回2020/4/1光散射的本质分子溶液十分均匀，这种散射光因相互干涉而完全抵消，看不到散射光。溶胶是多相不均匀系统，在胶粒和介质分子上产生的散射光不能完全抵消，因而能观察到散射现象。上一内容下一内容回主目录返回2020/4/1Tyndall效应Tyndall效应实际上已成为判别溶胶与分子溶液的最简便的方法。1869年Tyndall发现，若令一束会聚光通过溶胶，从侧面（即与光束垂直的方向）可以看到一个发光的圆锥体，这就是Tyndall效应。其他分散系统也会产生一点散射光，但远不如溶胶显著。上一内容下一内容回主目录返回2020/4/1Rayleigh公式1871年，Rayleigh研究了大量的光散射现象，对于粒子半径在47nm以下的溶胶，导出了散射光总能量的计算公式，称为Rayleigh公式：222222122212424()2AVnnInn式中：A入射光振幅，单位体积中粒子数入射光波长，每个粒子的体积分散相折射率，分散介质的折射率1n2nV上一内容下一内容回主目录返回2020/4/1Rayleigh公式从Rayleigh公式可得出如下结论：1.散射光总能量与入射光波长的四次方成反比。入射光波长愈短，散射愈显著。所以可见光中，蓝、紫色光散射作用强。2.分散相与分散介质的折射率相差愈大，则散射作用亦愈显著。3.散射光强度与单位体积中的粒子数成正比。上一内容下一内容回主目录返回2020/4/1乳光计原理当分散相和分散介质等条件都相同时，Rayleigh公式可改写成：42λνVKI当入射光波长不变，，，)/(Vc334rV323121rrII保持浓度相同，2121ccII保持粒子大小相同3IK'cr代入上式可得：如果已知一种溶液的散射光强度和粒子半径（或浓度），测定未知溶液的散射光强度，就可以知道其粒径（或浓度），这就是乳光计