第12章胶体化学

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1、12 胶体系统的光学性质 胶体系统的动力性质 胶体系统的电学性质 憎液溶胶的胶团结构 憎液溶胶的稳定理论DLVO理论 憎液溶胶的聚沉 乳状液 3（一）胶体分散系统及其基本性质分散系统：一种或几种物质分散在另一种物质之中；分散相：被分散的物质；分散介质：另一种连续分布的物质胶体是一种分散系统分子分散系统胶体分散系统粗分散系统4表 12.0.1 分散系统的分类及特征系统分散相粒子直径 d系统相态热力学稳定性 实例 真溶液 d 1 nm 均相 稳定各种分子、原子、离子溶液如乙醇水溶液、NaCl 水溶液、空气等 胶体系统 1d 100 nm 多相 不稳定乳状液、悬浮液、泡沫如牛奶、豆浆、泥浆等高度分散

2、的多相性和热力学不稳定性是胶体系统的主要特点5表 12.0.2 分散系统按聚集状态分类 分散介质 分散相 名称 实例 气 液 固 气溶胶云、雾、喷雾烟、粉尘 液 气 液 固 泡沫 乳状液溶胶或悬浮液肥皂泡沫牛奶、含水原油金溶胶、油墨、泥浆 固 气 液 固 固溶胶泡沫塑料珍珠、蛋白石有色玻璃、某些合金憎液溶胶亲液溶胶 溶胶分散相与分散介质之间有相界面均相，无相界面 高分子溶液6122 胶体系统的光学性质1、Tyndall（丁达尔）效应1869年 Tyndall发现胶体系统有光散射现象丁达尔效应：在暗室里，将一束聚集的光投射到胶体系统上，在与 入射光垂直的方向上，可观察到一个发亮的光柱，其 中并有

3、微粒闪烁。7散射光：分子吸收一定波长的光，形成电偶极子，由 其振荡向各个方向发射振动频率与入射光频 率相同的光丁达尔效应是由于胶体粒子发生光散射而引起的系统完全均匀，所有散射光相互抵销，看不到散射光；丁达尔效应可用来区分胶体溶液小分子真溶液系统不均匀，散射光不会被相互抵销，可看到散射光。8当粒子粒径 波长时，发生光的反射；当粒子粒径 c3 c2 c1距离反离子浓度0时，为等电点，u0，溶胶极易聚沉26斯特恩模型 给出了 电势明确的物理意义，解释了溶胶的电动现象，定性地解释了电解质浓度对溶胶稳定性的影响，使人们对双电层的结构有了更深入的认识。2.溶胶的动电现象溶胶的动电现象（1）电泳 在外电场的

4、作用下，胶体粒子在分散介质中定 向移动的现象，称为电泳。Fe(OH)3溶胶NaCl溶液界面法测电泳装置示意图 实验测出在一定时间内界面移动的距离，可求得粒子的电泳速度，由电泳速度可求出胶体粒子的 电势27对于球形质点：球形质点：当 粒子半径r较大 双电层厚度1较小即r1时，有：Evu或Ev式中：v 电泳速度，单位为m s-1；E 电场强度（或称电位梯度），单位为Vm-1；u 胶核的电迁移率，单位为m2 V-1 s-1，表示单位场强下的电泳速度；介质的介电常数，单位为F m-1，=r 0;r 相对介电常数，0 真空介电常数；介质的粘度，单位为Pa s。Smoluchowski公式28当 球形粒子

5、半径r较小 双电层厚度1较大即r 1时:5.1Evu Hckel）公式（2）电渗 在外电场作用下，分散介质通过多孔固体（膜）而定向移动的现象，称为电渗。电渗示意图29（3）流动电势 在外力作用下，迫使液体通过多孔隔膜（或毛细管）定向流动，在多孔隔膜两端所产生的电势差，称为电渗。（可视为电渗的逆过程）（4）沉降电势 分散相粒子在重力场或离心力场的作用下迅速移动时，在移动方向的两端所产生的电势差，称为沉降电势。（可视为电泳的逆过程）四种电现象的相互关系：电泳 电渗流动电势沉降电位（液体静止，固体粒子运动）（固相不动，液体移动）外加电场引起相对运动相对运动产生电位差30胶团结构表示：例：I过量，生成

6、带负电的胶粒，K为反离子 胶团 AgIm nI(n-x)K+x-xK+胶核 胶粒3.憎液溶胶的胶团结构憎液溶胶的胶团结构 例：AgNO3 +KI AgI +KNO3KI 过量 ：AgI溶胶吸附I带负电，K为反离子；AgNO3过量：AgI溶胶吸附Ag带正电，NO3为反离子31胶团剖面图：(AgI)mIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKK特点：1)胶核：首先吸附过量的 成核离子，然后吸附反 离子；2)胶团整体为电中性321 憎液溶胶的经典稳定理论憎液溶胶的经典稳定理论DLVO理论理论12.5憎液溶胶的稳定与聚沉憎液溶胶的稳定与聚沉溶胶粒子间

7、的作用力：van der Waals 吸引力：EA -1/x2双电层引起的静电斥力：ER ae-x总作用势能：E=ER+EAEmaxEREAE势能x第一最小值第二最小值第一最小值0粒子的平动能(3/2)RT Emax时，溶胶不稳定33EA曲线的形状由粒子本性决定，不受电解质影响；ER曲线的形状、位置强烈地受电解质浓度的影响。EREAEc1c2c3势 能0电解质浓度：c3 c2 c1电解质浓度，ER，E，溶胶稳定性电解质浓度对胶体粒子势能的影响：34溶胶稳定的原因：1)胶粒带电 增加胶粒间的排斥作用；2)溶剂化作用 形成弹性水化外壳，增加溶胶聚合的阻力；3)Brown运动 使胶粒受重力的影响而不

8、下沉。2.憎液溶胶的聚沉憎液溶胶的聚沉 溶胶粒子合并、长大，进而发生沉淀的现象，称为聚沉。(1)电解质的聚沉作用聚沉值使溶胶发生明显的聚沉所需电解质的最小浓度聚沉能力聚沉值的倒数 35电解质对溶胶的聚沉规律：(i)反离子的价数起主要作用 价数，聚沉值，聚沉能力 聚沉值1/Z 6，聚沉能力Z 6 Schultz-Hardy规则(ii)同价离子，有感胶离子序 正离子的聚沉能力：H+Cs+Rd+NH4+K+Na+Li+负离子的聚沉能力：FClBrNO3IOH36(2)高分子化合物的聚沉作用 搭桥效应 一个大分子通过吸附，把许多胶粒联结起来，变 成较大的聚集体而聚沉；脱水效应 高分子对水的亲合力强，由

9、于它的存在，使胶粒 脱水，失去水化外壳而聚沉；电中和效应 离子型的高分子，吸附到带电胶粒上，中和了 粒子表面电荷，使粒子间斥力降低，进而聚沉。3712.7 乳状液乳状液 由两种不互溶或部分互溶的液体所形成的粗分散系统，称为乳状液。乳状液。类型水包油，O/W，油分散在水中油包水，W/O，水分散在油中OW乳化剂 乳状液乳化剂表面活性剂固体粉末381乳状液类型的鉴别(1)染色法：将油（水）溶性染料滴入乳状液，在显微镜下 观察，染色的一相为油（水）相。(2)稀释法：将乳状液滴入水中或油中，若乳状液在水中能稀 释，即为O/W型；在油中能稀释，即为W/O型。(3)导电法：O/W型乳状液的导电性能远好于W/

10、O型乳状液，通过测电导可区别两者。2.乳状液的稳定(1)降低界面张力 (a)加入表面活性剂，G表，稳定性 (b)表面活性剂的HLB值可决定形成乳状液的类型：HLB 36:形成W/O型乳状液；HLB 1218:形成O/W型乳状液。39（2）形成定向楔的界面 一价碱金属皂类，形成O/W型乳状液：油油水 二价碱金属皂类，形成W/O型乳状液：油油水 大头朝外，小头向内，表面活性剂可紧密排列，形成厚壁，使乳状液稳定。40（3）形成扩散双电层 离子型表面活性剂可形成扩散双电层，使乳状液稳定。（4）界面膜的稳定作用 增强界面膜的强度，可增加乳状液的稳定性。（5）固体粉末的稳定作用某些固体粉末也可起乳化稳定剂

11、的作用：水能润湿的固体粉末，可形成O/W型的乳状液，如粘土等；油能润湿的固体粉末，可形成W/O型的乳状液，如石墨，煤烟等。41根据Young方程：so sw=ow cos so sw ow固水油如 so sw :cos为，90 o，水能润湿固体,固体大部分在水中，油水界面向油 弯曲，形成O/W乳状液。如 so 90 o，油能润湿固体,固体大部分在油中，油水界面向水 弯曲，形成W/O乳状液。油水水油423.乳化剂的选择可根据HLB值选择乳化剂：HLB，亲油性，8 亲水。HLB用途3 6W/O 乳化剂7 9润湿剂8 18O/W 乳化剂13 15洗涤剂15 18加溶剂HLB值可以从手册查出，也可以估算434.乳状液的去乳化物理方法：离心分离，静电破乳，超声波破乳；物理化学方法：破坏乳化剂，加入破乳剂。