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第十二章胶体化学•分散系统的种类及特征胶体分散系统均相系统，分散质粒子直径1nm，不存在相界面分散相粒子直径1000nm分散相粒子直径在1－1000nm粗分散系统分散相与介质分散系统均相分散系统多相分散系统（分子分散）胶体化学研究的对象：至少在某个方向粒子直径在l～1000nm之间的分散系统§12—2胶体系统的制备1、胶体制备的一般条件（1）．分散相在介质中的溶解度须极小（2）．必须有稳定剂存在制备过程可简单的表示为：B:化学凝聚法：通过化学反应（如复分解反应、水解反应、氧化或还原反应等）使生成物呈过饱和状态，然后粒子再结合成溶胶。2、胶体制备的方法（l）．分散法利用机械设备，将粗分散的物料分散成为胶体。分散法常采用下列设备。（a）胶体磨（2）．凝聚法由分子（或原子、离子）的分散状态凝聚为胶体分散状态的一种方法。A:物理凝聚法：(a)蒸气凝聚法(b)过饱和法（b）气流粉碎机（又称喷射磨）（c）电弧法：（3）溶胶的净化(b)电渗析法在外加电场下进行渗析可以增加离子迁移的速度，通称为电渗析法。（c）超过滤法用孔径细小的半透膜（约10--8～3x10-7m）在加压或吸滤的情况下使胶粒与介质分开，这种方法称为超过滤法。(a）渗析法把溶胶放在装有半透膜的容器内，膜外放溶剂。膜内的离子向半透膜外迁移。若不断更换膜外溶剂，则可逐渐降低溶胶中的电解质或杂质的浓度而达到净化的目的。§12－2胶体系统的光学性质1．丁铎尔效应若令一束会聚的光通过溶胶，则从侧面（即与光束垂直的方向）可以看到一个发光的圆锥体，这就是丁铎尔效应。产生丁铎尔现象的实质是光的散射。2．瑞利公式非导电性球性粒子单位体积溶胶的散射光强度I与入射光的强度I。近似满足下列方程：结论：（l）散射光强度与每个粒子体积的平方成正比。（2）波长愈短，其散射光愈强。（3）粒子的折射率与周围介质的折射率相差越大，粒子的散射光越强。（4）散射光强度与单位体积中的粒子数C成正比，3．超显微镜与粒子大小的近似测定一般显微镜是在入射光的反方向上观察，散射角a=180o，这时的散射光受到透射光强烈的干扰，故不能看到胶体粒子的存在根据丁铎尔效应设计出的超显微镜，是强光源照射，在与入射光垂直的方向上及黑暗视野的条件下观察。这样可以看到一个个闪闪发亮、不断移动的光点。如果已知单位体积溶胶中分散相的质量，则可由数密度求得每个胶体粒子的质量m。再假设粒子为圆球形，其半径为r，分散相的密度为p，则由可求得胶体粒子的r§12－3胶体系统的动力性质1、布朗运动微粒在分散介质中呈现不规则的运动状态称为布朗运动。布朗运动是分子热运动的必然结果。•爱因斯坦一布朗平均位移公式2、扩散（1）扩散：有浓度梯度存在时，物质粒子因热运动（布朗运动）而发生宏观上的定向迁移现象。（2）菲克第一定律表明：※单位时间通过某一截面的物质的量与该处的浓度梯度及面积成正比。负号表示扩散方向与浓度梯度方向相反。※扩散系数D意义：单位浓度梯度、单位时间通过单位面积的物质的量通常以扩散系数的大小来衡量扩散速率。当一束会聚光通过溶胶时，站在与光线垂直方向的同学看到的光柱的颜色是淡蓝色，而站在入射光180度方向的同学看到的是橙红色，这是为什么？在入射光侧面的同学看到的是胶粒的散射光，根据瑞利公式入射光波长越短，散射光越强，所以蓝色紫色光容易散射，所以散射光呈淡蓝色。而对着入射光看的同学看到的是透射光，在白光中，波长较短的蓝色紫色光已散射，剩下的透射光主要是波长较长的光，所以看到的透射光是橙红色的。利用了胶体化学中的渗析和超过滤原理。因为血液是含有多种蛋白质，离子和大量水得胶体体系。肾脏的功能之是利用它的渗透膜来除去血液中得有害物质和排泄水分。当病人得肾功能衰竭以后，医生要定时给病人进行血液进行透析，即将病人的血液进行体外循环，通过人工肾脏的渗透膜，将血液的有害物质除去。另外利用渗透膜两边的压差，将多余得水分除去，起到超过滤得作用。在生物医学工程中得人工肾脏利用了胶体化学中得什么原理？江河入海处为什么会形成三角洲？由于水土流失，江水中常常夹带大量泥沙，到入海处河道变宽，流速变慢，泥沙沉积。另一原因是江水中的泥沙微粒是带负电的胶粒，碰到含有大量电解质的海水就凝聚下沉。这样长时间的沉积就形成了三角洲。胶体:分散相粒子直径在1－1000nm粗分散系统:分散相粒子直径1000nm★按分散相质点真溶液:分散质粒子直径1nm★丁铎尔效应的实质及产生的条件实质：分散粒子对光的散射的作用产生的条件：入射光的波长大于分散粒子尺寸电动现象电渗流动电势沉降电势电泳★溶胶系统的电学性质★胶体系统的动力性质：布朗运动扩散沉降爱因斯坦～斯托克斯方程计算爱因斯坦－布朗位移方程（3）扩散系数D的计算测出扩散系数D、介质的粘度η和分散相的密度ρ，可用下式来计算球形粒子稀溶胶粒子的摩尔质量：3．沉降与沉降平衡（1）沉降多相分散系统中的物质粒子，因受重力作用而下沉的过程称之（2）沉降平衡若扩散速率等于沉降速率，则系统达到沉降平衡。可计算大小不等的粒子的分布（可用于不同高度h处大气压力P的计算）不同高度处C2／C1=P2/P1高度分布定律1．电动现象电泳：带电的胶粒在电场作用下作定向移动电渗：是带电的介质在电场中作定向移动§12－4溶胶系统的电学性质电动电势（ξ电势）：质点运动时固、液两相发生相对移动时边界处与液体内部的电势差。流动电势：由于介质的移动而产生的电势差沉降电势：带电胶粒在重力场作用下发生沉降产生的电势差沉降电势※胶粒带电的原因a）固体表面可以从溶液中有选择的吸附某种离子而带电b）固体表面上的物质粒子，在溶液中发生电离。（1、双电层理论（1）双电层结构模型（a）双电层平板电容器模型（亥姆霍兹双电层模型）要点：A：正负离子整齐地排列于界面层的两侧。B：正负电荷分布的情况就如同平行板电容器那样。2．扩散双电层理论(2)、扩散双电层的模型要点：①由于静电吸引作用和热运动，靠近固体表面的反离子呈扩散状态分布在溶液中，并非整齐地排列在一个平面上。②紧靠固体表面过剩的反离子浓度最大，相应的固体表面上的电势φ0即为热力学电势。（3）斯特恩双电层模型①紧靠固体表面形成一个固定的吸附层，称为固定层或斯特恩层。②被吸附的反离子的中心构成的平面称为斯特恩面。③在斯特恩面层以外，反离子呈扩散分布，构成扩散层。④当固、液两相发生相对移动时，紧密层中吸附在固体表面的反离子和溶剂分子与质点作为一个整体一起运动，滑动面与溶液本体之间的电势差，称为ξ电势。热力学电势ф0：固体表面与溶液本体间的电势差斯特恩电势фδ:斯特恩面同溶液本体之间的电势差ξ电势：滑动面与溶液本体之间的电势差斯特恩双电层=固定层+扩散层ξ电势的特点：ξ电势的绝对值小于热力学电势的绝对值ф0•ξ电势是衡量胶粒所带净电荷多少的物理量；•ξ电势的符号由胶粒所吸附离子的电荷决定•胶粒表面吸附正离子，ξ电势为正；胶粒表面吸附负离子，ξ电势为负•少量外加电解质会对ξ电势产生很大的影响•处于等电态的胶体质点不带电在AgI溶胶制备过程中，当I¯过量时，胶核表面吸附I¯带负电，其结构为:3、溶胶的胶团结构当Ag+过量时，胶核表面吸附Ag+带正电，其结构为：胶团结构SiO2溶胶§12－5溶胶的稳定与聚沉1、溶胶的经典稳定理论—DLVO理论基本要点：（1）DLVO理论基本要点：（A）胶团之间既存在斥力势能，同时也存在着吸引力势能。（B）胶体系统的相对稳定或聚沉取决于斥力势能或吸力势能的相对大小（C）斥力势能、吸力势能以及总势能都随着粒子间距离的变化而变化（D）电解质的加入会导致系统的总势能发生很大的变化（2）吸力势能及斥力势能对溶胶稳定性的影响表示两胶粒靠近时排斥能增加的情况表示吸引能变化的情况当两胶粒相距较远时,吸引力占优势，曲线在横轴以下，总位能为负值；随着胶粒间距离变近，斥力起作用，总位能逐渐上升为正值，至一定距离处，总位能最大，出现一个能峰Emax。如越过能峰Emax，势能即迅速下降，这意味着胶粒将发生聚集。要使胶粒聚集在一起，必须通过势能峰Emax（3）影响溶胶稳定的主要因素胶粒带电溶剂化作用布朗运动2、溶胶的聚沉聚沉：溶胶中的分散相微粒互相聚结，颗粒变大，进而发生沉淀的现象。（1）电解质的聚沉作用（A）电解质浓度的影响C3C2C1聚沉值使溶胶发生明显的聚沉所需电解质的最小浓度某电解质的聚沉值愈小，其聚沉能力愈大电解质的聚沉能力倒数随着电解质浓度的加大，溶胶聚沉时所需克服的势垒变得更低（B）舒尔策一哈迪价数规则：反离子的价数愈高，聚沉能力愈大As2S3溶胶的胶体粒子带负电荷，起聚沉作用的是电解质的阳离子（C）对于同价离子来说，聚沉能力也各不相同。聚沉值KClMgCl2AlCl3（mol.m-3）49.50.70.093某些一价正、负离子．对带相反电荷胶体粒子的聚沉能力大小的顺序，可排列为（感胶离子序）：（2）高分子化合物的聚沉作用（A）搭桥效应：（B）脱水效应；（C）电中和效应★按分散相质点胶体:分散相粒子直径在1－1000nm粗分散系统:分散相粒子直径1000nm真溶液:分散质粒子直径1nm★丁铎尔效应的实质及产生的条件实质：分散粒子对光的散射的作用产生的条件：入射光的波长大于分散粒子尺寸电泳，电渗，流动电势，沉降电势★溶胶系统的电学性质★胶体系统主要的特征：高度分散的多相性热力学的不稳定性电动现象带电界面的双电层斯特恩双电层的理论要点热力学电势：固体表面与溶液本体间的电势差斯特恩电势：斯特恩面同溶液本体间的电势差ξ电势：滑动面与溶液本体之间的电势差★溶胶的胶团结构（胶核＋吸附层）（胶粒＋扩散层中的反离子)★溶胶系统稳定存在的原因胶粒带电溶剂化作用布朗运动★对溶胶聚沉的影响电解质的影响反离子的价数愈高，浓度愈大聚沉能力愈大高分子化合物搭桥效应脱水效应电中和效应