山东建筑大学物理化学

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1、第九章胶体化学第九章胶体化学例如：云，牛奶，珍珠例如：云，牛奶，珍珠9-1 分散系统的分类及主要特征分散系统的分类及主要特征一、分散系统、分散相与分散介质一、分散系统、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所构成的体系称为把一种或几种物质分散在另一种物质中所构成的体系称为分散分散体系体系。其中，被分散的物质称为。其中，被分散的物质称为分散相分散相，另一种物质称为，另一种物质称为分散分散介质介质。l1 1、按分散相的质点大小分类、按分散相的质点大小分类 类 型 粒子的大小粒子的大小 实实 例例分子分散系统分子分散系统 10-9m 空气、乙醇的水溶液空气、乙醇的水溶液胶体分散系统胶体分

2、散系统 10-910-7m Al(OH)3水溶胶水溶胶粗分散系统粗分散系统 10-7m 泥浆泥浆一、分散系统、分散相与分散介质一、分散系统、分散相与分散介质二、二、胶体系统的分类胶体系统的分类l 2、按分散相及分散介质的聚集态分类按分散相及分散介质的聚集态分类 （1 1）憎液溶胶憎液溶胶 系统具有很大的相界面，很高的表面Gibbs自由能，很不稳定，极易被破坏而聚沉 简称溶胶，由难溶物分散在分散介质中所形成，粒子都是由很大数目的分子构成，大小不等 聚沉之后往往不能恢复原态，因而是热力学中的不稳定和不可逆系统。本章主要讨论憎液溶胶本章主要讨论憎液溶胶l3、按胶体溶液的稳定性分类、按胶体溶液的稳定性

3、分类二、二、胶体系统的分类胶体系统的分类 （2）亲液溶胶）亲液溶胶大（高）分子化合物的溶液通常属于亲液溶胶 它是分子溶液，但其分子的大小已经到达胶体的范围，因此具有胶体的一些特性（例如：扩散慢，不透过半透膜，有Tyndall效应等等）若设法去除大分子溶液的溶剂使它沉淀，重新再加入溶剂后大分子化合物又可以自动再分散，因而它是热力学中稳定、可逆的系统。二、二、胶体系统的分类胶体系统的分类1 1、BrownBrown运动运动一、动力学性质一、动力学性质9-29-2溶胶的性质溶胶的性质 通过大量观察，得出结论：粒子越小，布朗运动通过大量观察，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

4、而改变，但随温越激烈。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。度的升高而增加。当半径大于当半径大于5 5 m m，BrownBrown运动消失。运动消失。2 2、胶粒的扩散、胶粒的扩散 在有浓度梯度存在时在有浓度梯度存在时,胶粒因热运动而发生定向迁胶粒因热运动而发生定向迁移的现象移的现象,称为称为扩散扩散。3 3、沉降与沉降平衡、沉降与沉降平衡 溶胶是高度分散体系，胶溶胶是高度分散体系，胶粒一方面受到重力吸引而下降，粒一方面受到重力吸引而下降，称为称为沉降沉降;另一方面由于布朗运另一方面由于布朗运动促使浓度趋于均一。动促使浓度趋于均一。当这两种效应相反的力相当这两种效应相反的力相

5、等时，粒子的分布达到平衡，等时，粒子的分布达到平衡，粒子的浓度随高度不同有一定粒子的浓度随高度不同有一定的梯度，如图所示。这种平衡的梯度，如图所示。这种平衡称为沉降平衡。称为沉降平衡。一、动力学性质一、动力学性质TyndallTyndall效应效应 TyndallTyndall效应效应实际上已成为判别实际上已成为判别溶胶与分子溶液的溶胶与分子溶液的最简便的方法。最简便的方法。18691869年年TyndallTyndall发现，若令一束会聚光通过溶胶，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，这就是圆锥体，

6、这就是TyndallTyndall效应。其他分散体系也会产生效应。其他分散体系也会产生一点散射光，但远不如溶胶显著。一点散射光，但远不如溶胶显著。二、溶胶的光学性质二、溶胶的光学性质在外电场作用下，在外电场作用下，分散相分散相和和分散介质分散介质发生相对移发生相对移动现象，称为溶胶的电动现象。动现象，称为溶胶的电动现象。三、溶胶的电学性质三、溶胶的电学性质1、电动现象、电动现象1 1）电泳）电泳 带电胶粒在外加电场的作用下在分散介质中作定向带电胶粒在外加电场的作用下在分散介质中作定向移动的现象称为电泳。移动的现象称为电泳。2 2）电渗）电渗 在外加电场作用下，带电的介质通过多孔膜或在外加电场作

7、用下，带电的介质通过多孔膜或半径为半径为1-10 nm1-10 nm的毛细管作定向移动，这种现象称的毛细管作定向移动，这种现象称为电渗。为电渗。3 3）流动电势）流动电势含有离子的液体在加压或重力等外力的作用下，流含有离子的液体在加压或重力等外力的作用下，流经多孔膜或毛细管时会产生电势差。这种因流动而经多孔膜或毛细管时会产生电势差。这种因流动而产生的电势称为流动电势。产生的电势称为流动电势。三、溶胶的电学性质三、溶胶的电学性质 在重力场的作用下，带电的分散相粒子，在分散在重力场的作用下，带电的分散相粒子，在分散介质中迅速沉降时，使底层与表面层的粒子浓度悬殊，介质中迅速沉降时，使底层与表面层的粒

8、子浓度悬殊，从而产生电势差，这就是沉降电势。从而产生电势差，这就是沉降电势。4)4)沉降电势沉降电势三、溶胶的电学性质三、溶胶的电学性质 当固体与液体接触时，可以是固体从溶液中当固体与液体接触时，可以是固体从溶液中选择性吸附某种离子选择性吸附某种离子(法扬斯规则：与溶胶粒子法扬斯规则：与溶胶粒子有相同化学元素的离子能有相同化学元素的离子能优先被吸附优先被吸附)，也可以，也可以是固体分子本身发生是固体分子本身发生电离作用电离作用而使离子进入溶液，而使离子进入溶液，以致使固液两相分别带有不同符号的电荷，在界以致使固液两相分别带有不同符号的电荷，在界面上形成了双电层的结构。面上形成了双电层的结构。2

9、 2、双电层理论双电层理论三、溶胶的电学性质三、溶胶的电学性质SternStern模型模型吸附在固体表面的紧密层吸附在固体表面的紧密层约有一、二个分子层的厚约有一、二个分子层的厚度，后被称为度，后被称为SternStern层；层；由反号离子电性中心构成由反号离子电性中心构成的平面称为的平面称为SternStern平面。平面。三、溶胶的电学性质三、溶胶的电学性质 由于离子的溶剂化作由于离子的溶剂化作用，胶粒在移动时，紧密用，胶粒在移动时，紧密层会结合一定数量的溶剂层会结合一定数量的溶剂分子一起移动，所以滑移分子一起移动，所以滑移的切动面由比的切动面由比SternStern层略层略右的曲线表示。右

10、的曲线表示。三、溶胶的电学性质三、溶胶的电学性质 电位总是比热力学电位低，外加电解质会使电位总是比热力学电位低，外加电解质会使 电位电位变小甚至改变符号。只有在质点移动时才显示出变小甚至改变符号。只有在质点移动时才显示出 电电位。位。分散相固体表面与溶液本体之间的电势差称为分散相固体表面与溶液本体之间的电势差称为热力热力学电学电势。势。滑动面与溶液本体之间的电势差决定溶胶粒子滑动面与溶液本体之间的电势差决定溶胶粒子在电场中的运动速度，故称为在电场中的运动速度，故称为电动电势电动电势()电势。电势。电动电势（电动电势（电势电势)三、溶胶的电学性质三、溶胶的电学性质24(3 0 0)()uVD E

11、 D:介质的介电常数；介质的介电常数；:介质的粘度（泊）；介质的粘度（泊）；E:电场强度（单位长度上的电势差）；电场强度（单位长度上的电势差）；u:u:电泳速度（单位时间内移动的距离）；电泳速度（单位时间内移动的距离）；:电动电势（固液两相发生相对移动时所产生的电动电势（固液两相发生相对移动时所产生的 电势差。电势差。三、溶胶的电学性质三、溶胶的电学性质例例1 1：AgNOAgNO3 3+KIKNOKIKNO3 3 +AgI+AgI 过量的过量的 KI KI 作稳定剂作稳定剂 胶团的结构表达式胶团的结构表达式 ：胶核胶核胶粒胶粒胶团胶团胶团的图示式：胶团的图示式：9-3憎液溶胶的胶团结构憎液溶

12、胶的胶团结构例例2 2：AgNOAgNO3 3+KIKIKNOKNO3 3 +AgIAgI 过量的过量的 AgNOAgNO3 3 作稳定剂作稳定剂 胶团的结构表达式：胶团的结构表达式：固相固相紧密层紧密层扩散层扩散层 (AgI)m nAg+（n-x）NO3-x+xNO3-溶液溶液本体本体胶核胶核胶粒胶粒滑动面滑动面胶团胶团一、溶胶的聚沉和絮凝一、溶胶的聚沉和絮凝(1)(1)外加电解质对溶胶外加电解质对溶胶聚沉的影响聚沉的影响1 1、聚沉值聚沉值:使一定量的溶胶在一定时间内完全聚沉使一定量的溶胶在一定时间内完全聚沉所需电解质的最小浓度。所需电解质的最小浓度。2 2、聚沉能力聚沉能力:是聚沉值的倒

13、数。聚沉值越大的电解质，是聚沉值的倒数。聚沉值越大的电解质，聚沉能力越小；反之，聚沉值越小的电解质，其聚沉能聚沉能力越小；反之，聚沉值越小的电解质，其聚沉能力越强。力越强。（2 2）舒尔策）舒尔策-哈迪（哈迪（Schulze-HardySchulze-Hardy）价数规则）价数规则1、反离子反离子 与与胶粒带相反电荷的离子。胶粒带相反电荷的离子。反离子价数越高，反离子价数越高，聚沉能力越强聚沉能力越强，聚沉值越小。，聚沉值越小。Schulze-HardySchulze-Hardy规则规则9-5憎液溶胶的聚沉憎液溶胶的聚沉（3 3）与胶粒带相反电荷的离子就是）与胶粒带相反电荷的离子就是价数相同价

14、数相同，其，其聚沉能力也有差异。聚沉能力也有差异。例如，对胶粒带负电的溶胶，一价阳离子的聚例如，对胶粒带负电的溶胶，一价阳离子的聚沉能力次序为：沉能力次序为：H+Cs+Rb+NH4+K+Na+Li+对带正电的胶粒，一价阴离子的聚沉能力次序对带正电的胶粒，一价阴离子的聚沉能力次序为：为：F-Cl-Br-NO3-I-SCN-OH-这种将带有相同电荷的离子按聚沉能力大小排列的这种将带有相同电荷的离子按聚沉能力大小排列的次序称为感胶离子序（次序称为感胶离子序（lyotropiclyotropic series series)。（4 4）当与胶体带相反电荷的离子相同时，则另一当与胶体带相反电荷的离子相同

15、时，则另一同同性离子的价数也会影响聚沉值性离子的价数也会影响聚沉值，价数愈高，聚沉能力，价数愈高，聚沉能力愈低。这可能与这些同性离子的吸附作用有关。愈低。这可能与这些同性离子的吸附作用有关。例题例题 以等体积的以等体积的0.08mol/LKI0.08mol/LKI和和0.1 mol/LAgNO0.1 mol/LAgNO3 3溶液溶液混合制备混合制备AgIAgI溶胶，试写出该溶胶的胶团结构示意式，溶胶，试写出该溶胶的胶团结构示意式，并比较电解质并比较电解质CaClCaCl2 2,MgSO,MgSO4 4,Na,Na2 2SOSO4 4,NaNO,NaNO3 3对该溶胶聚沉对该溶胶聚沉能力的强弱。

16、能力的强弱。解：制备解：制备AgIAgI溶胶时由于溶胶时由于AgNOAgNO3 3过量，胶核吸附过量，胶核吸附AgAg+而形而形成正溶胶成正溶胶:(AgI):(AgI)m mn nAgAg+(n-x)(n-x)NONO3 3-x+x+x xNONO3 3-由于为由于为AgIAgI正溶胶，主要起聚沉作用的是负离子。根据正溶胶，主要起聚沉作用的是负离子。根据舒尔策舒尔策-哈迪（哈迪（Schulze-HardySchulze-Hardy）价数规则二价负离子）价数规则二价负离子的聚沉能力强。的聚沉能力强。MgSOMgSO4 4,Na,Na2 2SOSO4 4,CaCl,CaCl2 2,NaNO,NaN

17、O3 3根据根据感胶离子序感胶离子序,ClCl-NONO3 3-,CaCl,CaCl2 2 NaNO NaNO3 3MgSOMgSO4 4,Na,Na2 2SOSO4 4具有相同的负离子，再根据具有相同的负离子，再根据当与胶体带相当与胶体带相反电荷的离子相同时，则另一同性离子的价数也会影反电荷的离子相同时，则另一同性离子的价数也会影响聚沉值，价数愈高，聚沉能力愈低。响聚沉值，价数愈高，聚沉能力愈低。NaNa+MgMg2+2+综上所述，对综上所述，对AgIAgI正溶胶正溶胶聚沉能力强弱的顺序为：聚沉能力强弱的顺序为：NaNa2 2SOSO4 4 MgSO MgSO4 4 CaCl CaCl2 2 NaNONaNO3 3二、溶胶的相互聚沉二、溶胶的相互聚沉将两种电性相反的憎液溶胶相互混合时，即能发生聚将两种电性相反的憎液溶胶相互混合时，即能发生聚沉作用。沉作用。它与电解质的不同点，在于聚沉的条件比较严格。只它与电解质的不同点，在于聚沉的条件比较严格。只有其中一种溶胶的总电量恰能中和另一种溶胶的总电有其中一种溶胶的总电量恰能中和另一种溶胶的总电量时，才能完全聚沉。量时，才能完全聚沉。二、溶胶的相互聚沉二、溶胶的相互聚沉