1、膠體化學、本章小結1 .膠體系統及其特點膠體：分散相粒子在某個方向上的線度在1100 nm范圍的高分散系統稱為膠體。憎液溶膠具有高分散性、多相性、以及熱力學不穩定性的特點。2 .膠體系統的光學性質丁鐸爾效應：由于膠體粒子大小，小于可見光的波長，而發生的光的散射之結果。散 射光的強度可由瑞利公式計算：9 712V2c(n2 n2)22I -41 2 / 22、(1 cos ) I02 l (n 2n0)適用條件：入射光為非偏振光，各粒子散射光之間相互干涉忽略，分散相粒子不導電。單位體積散射光的強度 I與膠體分散相粒子體積的平方成正比；與入射光波長的4次方成反比； 分散相與分散介質的折射率相差越大

2、，散射光越強；與粒子的數密度成正比。3 .膠體系統的動力性質(a)布朗運動(b)擴散菲克第一定律dnDAsdcdt d xD稱為擴散系數，單位：m2 - s1(c)沉降與沉降平衡In - (1 ')(卜2 hi)貝林分布定律CiRT4 .膠體系統的電學性質Stern雙電層模型I電勢：滑動面與溶液本體之間的電勢差稱為I電勢。I電勢的正負取決于膠體所帶電荷的符號，膠體帶正電荷時。0,膠體帶負電荷時 I < 0。從電泳速度與電滲速度計算I電勢的公式：v / E 溶膠的電動現象：電泳、電滲、流動電勢、沉降電勢憎液溶膠的膠團結構5 .憎液溶膠的穩定與聚沉溶膠的穩定分散相粒子的帶電、溶劑化作

3、用及布朗運動是溶膠的三個重要的穩定原因。溶膠的聚沉舒爾策哈迪價數規則：(a)與膠粒帶電相反的離子是主要起聚沉作用的離子；(b)聚沉離子價數越高，聚沉作用越強。聚沉能力 Me+ :Me2+ :Me3+ = 16:26 :36= 1 :64:729(c)電解質所含聚沉離子個數及價數皆相同的不同離子，聚沉能力取決于感膠離子序；(d)電解質所含離子價數及種類皆相同，但個數不同時，離子個數多的電解質聚沉能力 強；(e)若外加電解質中反離子的個數、價數、種類全相同時，則需看另外一種離子，此離子對帶異號電荷的膠粒聚沉能力越強，對帶同號電荷膠粒的聚沉能力越弱。6 高分子溶液的滲透壓與唐南平衡在達到滲透平衡時，

4、不僅半透膜兩側溶液成平衡，電解質也達到平衡，此即唐南平衡。二、本章要求1. 了解分散系統的分類，膠體的含義；2. 了解膠體系統光學特性、動力學特性、電學特性；3. 根據擴散雙電層理論書寫膠團結構，理解膠體穩定與破壞的因素；4. 了解乳狀液的類型及穩定性；5. 了解高分子溶液的滲透壓和唐南平衡。三、思考題1 . 如何從分散系統線度的大小定義粗分散系統、溶膠及真溶液? 膠體系統的主要特征是什么 ?答：按分散系統線度的大小定義：粒子線度在1100 nm(即10 910 7 m)的分散系統為膠體，小于1nm 與大于 100 nm 的分散系統則分別為真溶液與粗分散系統。膠體系統的主要特征：高度分散性、多

5、相性和熱力學不穩定性。2 . Tyndall 效應的實質及產生條件各是什么？答 ： Tyndall 效應的實質是分散粒子對光的散射作用，只有當入射光波長大于分散粒子的尺寸時，才會產生Tyndall 效應。3 . 何謂膠體粒子的電動現象，它說明什么問題？答 ：外電場作用下固、液兩相的相對運動，以及外力作用下固、液兩相發生相對移動時電勢差的產生，稱為膠體的電動現象；電動現象說明分散相和分散介質帶不同性質的電荷。4 .由雙電層模型說明什么是熱力學電勢肌，什么是Stern電勢什么是電勢，如何確定Z電勢的正、負號？答：固體表面與溶液本體之間的電勢差稱為熱力學電勢如；緊密層與擴散層的分界處同溶液本體之間的

6、電勢差稱為Stern電勢小學滑動面與溶液本體之間的電勢差稱為電勢,I電勢的正負取決于膠體所帶電荷的符號，膠體帶正電荷時I > 0;膠體帶負電荷時 (< 0。5 . I電勢數值為什么能衡量溶膠的穩定性？論述 I電勢受電解質影響的因素。答：I電勢大，說明異電粒子進入擴散層多，在緊密層少，膠體帶電多，溶劑化層厚， 溶膠就比較穩定。因此 I電勢的大小是衡量膠體穩定性的尺度。在溶膠中加入電解質后， 與膠粒表面電荷符號相反的離子濃度增大，將壓縮擴散層使之變薄，把更多的反離子擠進 滑動面內，中和固體表面的電荷，使 I電勢下降。電解質濃度越大，異電離子價數越高，1電勢下降的越快。當雙電層被壓縮到與

7、溶劑化層疊合時，I電勢等于0。當異電離子的價數高，吸附能力強，有較多的異電粒子進入溶劑化層時，可以改變 I電勢的符號。6 .簡述Stern擴散雙電層理論要點？答：Stern擴散雙電層理論要點：分散相粒子的表面上帶有相同符號的電荷，反離子在靜電力和熱運動作用下，呈擴散狀態分散在分散相粒子的周圍，分散相粒子周圍為二層：緊密層和擴散層，緊密層和擴散層的分界面為被吸附的溶劑化反離子中心連線所形成的假想面，稱為Stern面，當固、液兩相相對移動時， 滑動面在Stern面外，可知， 固液表面、Stern面及滑動面與溶液本體之間的電勢差分別稱為熱力學電勢如,Stern電勢g,I電勢。7 .試解釋在新生成的

8、Fe(OH)3沉淀中加入少量 FeCl3溶液，沉淀會全溶解，如再加入 一定量的硫酸鹽溶液，又會析出沉淀？答：在新生成的Fe(OH)3沉淀中，加入少量 FeCl3溶液，使之溶解，是一種膠溶作用， 加入的FeCl3是穩定劑。因 Fe(OH)3吸附Fe3+而形成雙電層，使膠粒帶電而形成溶膠，即 Fe(OH)3溶解。當加入一定量的硫酸鹽時，擴散層的異電離子被壓縮而加入緊密層，使溶液電位減少而失去穩定性，致使溶膠聚結而沉淀。8 .水與油不相溶，為何加入洗衣粉后即生成乳狀液？答：當油分散在水中時，表面吉布斯函數增加，分散度越高，表面吉布斯函數也越大， 所以是熱力學不穩定系統。洗衣粉主要成分是表面活性劑，加

9、入洗衣粉能顯著降低油-水 界面的界面張力，而生成乳狀液。其次，洗衣粉中的表面活性劑分子在油一水界面上定向排列，親水基指向水相，憎水基指向油相，形成堅固的保護膜，防止液滴聚結。洗衣粉中 的離子型表面活性劑還能離解成正負離子，形成雙電層。這些作用都使乳狀液穩定。四、部分習題答案T1.某溶膠中粒子平均直徑為4.2X10 9 m,設25oC時其黏度 =1.0X 3Pa s。計算25 °C時，膠粒因布朗運動在1秒鐘內沿x軸方向的平均位移；(2)膠粒的擴散系數。2 RTt斛：(1) x3 rL3 1.08.3145 298.15 12-10 23923 m 2.081 10 m102.1 103

10、.1416 6.02 10.一 5x 1.44 10 m(2) DRT6 rL8.3145 298.156 1.0 102.1 103.1416 6.02 102-123 m gs-102-11.04 10 m gsT2.某金溶膠粒子半徑為30 nm , 25 oC時，于重力場中達到平衡后， 在高度相距0.1 mm的某指定體積內粒子數分別為277個和166個，已知金與分散介質的密度分別為19.3X103kg m 3 及 1.00 x 103 kg m 3試計算阿伏加得羅常數。解：lnC2 CiMg 0(1 )(h2 年)RT166 ln 277M 9.81 (1 8.3145 298.151

11、103、3)19.3 100.110 3M1.366 106 kg mol 143M rL343649 3323L M /(- r ) 1.366 10 /- 3.14 (30 10 )19.3 10 6.26 1033T3.通過電泳實驗測定 BaSO4溶膠的 電勢。實驗中，兩極間電勢差150 V,距離30 cm, 通電30 min溶膠界面移動25.5 mm,求該溶膠的 電勢。已知分散介質的相對介電常數 =81.1, 黏度=1.03X 10 3 Pas。相對介電常數r、介電常數、真空介電常數 間關系為r= / ,= 8.854X 10 12 F m 11 F=1 C V 1解： 1.03 10

12、 3 25.5 10 3/(30 60)/81.1 8.854 10 12 150/(30 10 2)r 0E0.04064 VT4.在NaOH溶液中用HCHO還原HAuCI 4可制得金溶膠。NaOH + HAuCI 4 = NaAuO 2 + 4 NaCI + 3 H 2O2 NaAuO 2 + 3 HCHO + NaOH = 2 Au(s) + 3 HCOONa + 2 H 2ONaAuO2是上述方法制得金溶膠的穩定劑，寫出該金溶膠膠團結構表示式。解：Au mnAuO2 (n x)Na+x xNa+T5.在Ba(NO3)2溶液中滴加 Na2SO4溶液可制備 BaSO4溶膠。分別寫出(1)

13、Ba(NO3)2溶 液過量，(2) Na2SO4溶液過量時的膠團結構表示式。解：(1) BaSO 4mnBa2+ 2(n x)NO3 2x+ 2xNO3或BaSO 4mnBa2+ (2n x)NO3 x+ xNO3(2) BaSO 4mnSO42 2(n x)Na+2x 2xNa+或BaSO 4mnSO42 (2n x)Na+x xNa+T6.在H3AsO3稀溶液中通入 H2s氣體，生成As2s3溶膠。已知H2s能解離成H+和HS。 試寫出As2s3膠團結構。比較電解質 AICI3、MgSO4、KCI對該溶膠聚沉能力的大小。解：As 2s3mnHS (n x)H+x xH +電解質聚沉能力：A

14、ICI 3 > MgSO 4 > KCIT7.以等體積的0.08 mol dm 3 AgNO3溶液和0.1 mol dm 3 KCl溶液制備 AgCl溶膠。(1)寫出膠團結構式，指出電場中膠體粒子的移動方向；(2)加入電解質 MgSO* AlCl 3、Na3PO4使上述溶膠發生聚沉，則電解質聚沉能力大小 順序是什么？解：(1) AgCl mnCi (n x)K+x xK+ , 膠粒向正極移動(3) 電解質聚沉能力： AlCl 3 > MgSO 4 > Na3PO4T8.某帶正電荷溶膠，KNO3作為沉淀劑時，聚沉值為50X10 3 mol dm3,若用K2SO4作沉淀劑，

15、其聚沉值大約為多少？解：K2SO4 的聚沉值大約為50 M0 3 / 26= 0.78 >10 3 mol dm 3T9.在三個燒瓶中分別盛有 0.02 dm3的Fe(OH)3溶膠，分別加入NaCl、Na2SO4、Na3PO4 溶液使溶膠發生聚沉，最少需要加入1.00 mol dm 3的NaCl溶液0.021 dm3; 5.0 >10 3mol dm 3 的 Na2SO4溶液 0.125 dm3； 3.333 >10 3 mol dm 3 的 Na3P。4溶?夜 0.0074 dm3。試計 算各電解質的聚沉值、聚沉能力之比，并指出膠粒的帶電符號。解：NaCl 的聚沉值為：0.

16、021 >1/(0.020 + 0.021)=0.512 mol dm 3Na2SO4 的聚沉值為:0.125 5M0 3/(0.125+0.020)=4.31 10 3 mol dm 3 Na3PO4 的聚沉值為:3.333 10 3X0.0074/(0.0074 + 0.020)= 0.9 10 3 mol dm 3聚沉能力之比為：: 1:120:569512 4.31 0.90Fe(OH)3膠體離子帶正電。T10.直徑為1 m的石英微塵從高度為 1.7 m處降落到地面需要多少時間？已知石英 密度 2.63 M03 kg m 3,空氣黏度 = 1.82 X0 5 Pas。解：石英粒子

17、沉降速度u=2 r2 (0) g / 9= 2X(5 >10 7)2X2.63 103X9.80 / (9 1.82 10 5)= 7.87 10 5 m s 1降落到地面需要的時間t = h / u= 1.7 / 7.87 10 5 s =21607.8 s= 6.002 hT11.如圖所示，在27 oC時，膜內高分子水溶液的濃度為0.1 mol dm 3,膜外NaCl濃度為0.5 mol dm 3, R+代表不能透過膜的高分子正離子，試求平衡后溶液的滲透壓為多少？R+,ClNa+,Cl0.1,0.10.5,0.5解：設平衡后膜內外的濃度如圖所示R+,Cl ,Na +Na+,Cl0.1

18、 ,0.1+x,x0.5 x,0.5 x設NaCl的起始濃度為co= 0.5 mol dm 3,RCl的起始濃度為 c=0.1 mol dm 3則 平衡時(0.1 + x) x(mol - dm 3)2=(0.5 x)2(mol dm 3)2解得 x= 0.2273 mol dm 3=(0.1+0.1+x+x) 2X0.5 x) 103 mol m 3 XRT= 0.74,試計算聚苯=+ X3xx Pa= kPaB/(g dm 3)0.7801.121.502.00sp/ b)/(10 3 g 1 dm3)2.652.742.822.96T12.實驗測得聚苯乙烯苯溶膠的比濃黏度 數據，且已知經

19、驗方程式尸KMr中的常數相 K = 1.03M02 g 1 dm3, 乙烯的相對分子量為若干？解：方程式中 稱為特性黏度，它與比濃黏度sp的關系為sp/ B與溶質的質量濃度B的關系有如下sp憶所以需要做sp/ BB圖(下圖)，外推至B=0處的截矩就是= 2.45 X0 3 g 1 dm3。所以Mr3.31/ 0.74/K 1/2.45 9 10 7g1 dm38.20 1051.03 10 g dmkg m 3,在1s時間內在N1.已知某溶膠的黏度 =0.001 Pa s,-其粒子密度近似為膠團的摩爾質量Mox軸方向的判據位移 x = 1.4X10 5 m o試計算：(1) 298 K時膠體的

20、擴散系數 D; (2)膠粒的平均直徑 d;解:2(1) D x / 2t(1.4 10 5)2/2/19.8 10 11m2 s-1(2)d 2r 2RTt/3-2L/x2 8.3145 2983 3.1415 0.001 6.0223101 4.46 10(1.4 10 )3M 4 r3 L/36.02 1023/3 28.0g mol-1N2.1.04 10設某溶膠中的粒子是大小均一的球形粒子，已知在10 m2 s 1,其黏度 =0.001 Pa s。試計算：298K時膠體的擴散系數的時間;解:(1) r RT/6D8.3145 298L10236 1.04 103.1415 0.001

21、6.02 102.1010 9 m(2)2t x /2D(1.44D' RT/6rL10 5)2/2/1.04 1010 1.0s_ _10_ _D318/ 2981.0410318/298 1.11 10102m-1sN3.在某內徑為0.02m的管中盛油，使直徑為降0.15 m需時16.7s。已知油和鋼球的密度分別為 時油的黏度為若干？1.588X 10 3 m的鋼球從其中落下，下960和7650 kg m 3。試計算在實驗溫度該膠粒白半徑r； (2)由于Brown運動沿x軸移動的距離 x = 1.44 10 5 m所需要(4) 318K時膠體的擴散系數 D',假設該膠體的黏

22、度不受溫度影響。解：粒子恒速沉降公式為:,2,4r (粒子介質)g / 36dx/dt_31 2_ _ 3_24 (1.588 10 3m -)2(7650 960)kg m 3 9.8/3m s26 0.15m/16.7s=1.023 kg m 1 s 1=1.023 Pa s -N4.在水中，當所用的電場強度 E為100V m 1時，直徑為1 m的石英粒子在電場中 的運動速度為30m- s 1。試計算在石英水界面上電勢的數值。設溶液黏度=0.001Pas,介電常數=8.89 X10 9C V 1 m 1(C V 1=F, F為電容法拉)。解：把石英粒子看成是球形小粒子，K=1.5-1151

23、1.5 u 1.5 0.001kg m s 3.0 10 m sZ-9-111E 8.89 10 C V m 100V m0.0506VN5.把1 X10 3kg的聚苯乙烯(M n =200 kg mol 1)溶在0.1 dm3聚中，試計算所形成溶液在298K時的滲透壓值。解：所形成溶液的濃度為3n 1 10 kg 1c -13V 200kg mol 1 0.1dm30.05mol m311cRT 0.05mol m 8.314J K mol 293K 121.8PaN6.在298K時，溶解在有機溶劑中的聚合物的特性黏度如表所示Mr3400061000130000/dm3 g 11.021.6

24、02.75求該體系的和kHl解：聚合物的特性黏度與分子量間的關系式為KMr ,則ln ln K ln Mr即以ln對lnMr作圖，得一直線，斜率為 ，截距為lnKo ln與lnM r數據列于下表lnM r10.4311.7811.02ln /(dm3 g 1)0.021.010.47以ln對lnMr作圖如右: 直線斜率為 m=0.74,即=0.74由于圖的縱坐標與橫坐標的零點不在一起，故 不能從圖上直接得截距。可代入一組數據求出:lnK=1.01 0.74 11.78 =7.707，所以得K=4.5 X10 4。五、自測題（一） 填空1 .膠體分散系統主要特點是 。2 . 丁達爾效應是光的 所

25、引起的，其強度與入射光波長（入）的 次方成 比，與粒子的數濃度成 比。3 .電泳、電滲、流動電勢、沉降電勢等電學性質均與 間的相對移動有關, 故統稱為 現象。4 .膠體系統的動力性指 、，5 .對于膠體粒子， 電勢梯度愈 ,粒子帶電愈 ,粒子體積愈 : 介質粘度愈,電泳速度愈大。6 .膠體分散系統的三個主要特征： ,， 。7 .將 0.2dm3 0.01mol dm 3 的 KCl 溶液和 0.2dm3 0.05mol dm 3 的 AgNO3 混合以制備溶 膠，該溶膠的膠團表達式為 。8 .憎液溶膠的穩定原因可歸納為 、 、; 的大小是衡量膠體穩定性的尺度。9 .電動電勢（電勢）是指。10

26、.憎液溶膠是熱力學 系統，能暫時穩定的主要原因是膠粒帶電；高分子溶液是熱力學 系統，穩定的主要原因是 。當加入少量電解質時，膠體的 電勢降低，到達 電勢時，發生 作用；而高分子溶液只有加入更多的電解質，超 過 點時，才會聚沉，稱為 作用。11 .高分子化合物的聚沉作用有 效應、效應、效應。12 .當膠體粒子的直徑 入射光的波長時，可出現丁達爾效應。（二）多選題1 .溶膠基本特征之一是（）。（a）熱力學上和動力學上皆屬穩定系統（b）熱力學上和動力學上皆屬不穩定系統（c）熱力學上穩定而動力學上不穩定系統（d）熱力學上不穩定而動力學上穩定系統2 .在電泳實驗中，觀察到膠粒向陽極移動，表明 （）。（a

27、）膠粒帶正電（b）膠團的擴散層帶負電（c）膠團的擴散層帶正電（d） I電位相對與溶液本體為正值3 . 0.012 dm 3 0.02 mol dm3 的 NaCl 溶液和 0.1 dm 3 0.005 mol dm 1 的 AgNO3 溶液混 合制得的溶膠電泳時，膠粒的移動方向是（）。（a）不移動 （b）向正極 （c）向負極 （d）不能確定4 .在一定量KCl為穩定劑的AgCl溶膠中加入電解質使其聚沉，聚沉能力順序為()。(a) AlCl 3 < ZnSO4 < KCl(b) KCl < ZnSO 4 < AlCl 3(c) ZnSO4 < KCl < Al

28、Cl 3(d) KCl < AlCl 3 < ZnSO45 .電解質的()，對溶膠的聚沉效果愈好。(a)聚沉值愈大(b)聚沉值愈小(c)聚沉能力愈大 (d)聚沉能力愈小6 .處在溶液中的帶電固體表面的固液界面層內形成雙電層，所產生的Z電勢是指()。(a)固體表面與溶液本體間的電勢(b)滑動面處與溶液本體間的電勢(c)緊密層與擴散層分界處與溶液體間的電勢差7 .在三個燒杯中裝有 0.02 dm 3的Fe(OH)3溶膠，加入電解質使其明顯開始聚沉時，在第一個燒杯中需加入 0.021 dm3、l mol dm 3的KCl溶液，在第二個燒杯中需加入0.0125dm 3、0.01 mol d

29、m 3 的 Na2SO4 溶液，在第三個燒杯中需加入0.075 dm 3、0.001 mol dm 3)。(b) Na 3PO4 > KCl > Na 2SO4(d) Na3PO4 > Na2SO4 > KCl)的聚沉能力最強。的Na3PO4,則三種電解質聚沉能力大小的順序為(a) KCl > Na 3PO4> Na2SO4(c) Na2SO4 > Na3PO4 > KCl8 .對于有過量KI存在的AgI溶膠，電解質(a) K 3Fe(CN) 6(b) MgSO 4(c) FeCl 3(),若乳狀液膜與兩邊9 .乳狀液一般可分為二大類，一類為油分

30、散在水中，稱為的油與水的界面張力分別用fo和甲w表示，當手o>乎w時，則形成()型乳狀液,以二價金屬Ca, Mg等的皂類為乳化劑時，則形成 ()乳狀液。(a)水包油型O/W(b)油包水型W/O10 .使用明磯(Kal(SO4)2 12H2O)來凈水，主要是利用()(a)膠粒的特性吸附(b)電解質的聚沉作用(c)膠粒之間的相互聚沉(d)高分子的絮凝(三)計算題1.某溶膠中粒子的平均直徑 4.2nm,設其粘度與純水相同，y=1 X10 3 kg m 1 s1,求:298K時溶膠的擴散系數 D; 在一秒內，由于布朗運動粒子沿 x軸方向的平均位移Xo2 .在堿溶?中用 HCHO與HAuCl4制備

31、金溶膠：HAuCl 4 + 5NaOH f NaAuO 2 + 4NaCl + 3H 2O2NaAuO 2 + 3HCHO + NaOH - 3Au + 3HCOONa + 2H 2O, 其中NaAuO 2是穩定劑。 寫出膠團結構，指明膠核、膠粒、膠團； 指明電泳方向。3 .等體積的0.08 mol dm 3 KI溶液和0.1 mol dm 3 AgNO3溶液制備 AgI溶膠,寫出膠團結構，指明膠核、膠粒、膠團；下列電解質的聚沉能力CaCl2, Na2SO4, MgSO4。4 .用AS2O3與略過量的 H2s制備As2s3溶膠， 寫出膠團結構，指明膠核、膠粒、膠團； 指明電泳方向。5 .寫出由

32、FeCl3水溶液制備Fe(OH)3溶膠的膠團結構，已知穩定劑為FeCl3,指明膠核、膠粒、可滑動面；指明電泳方向； 若使0.020dm3的Fe(OH)3溶膠聚沉，最少需加入的電解質分別是：1.00 mol dm 3的 NaCl 為 0.021dm3, 5X10 3 mol dm 3 的 Na2SO4為 0.125dm3, 3.333 M0 3 mol dm 3 的 Na3P。4 為0.0074dm3,求各電解質的聚沉值；聚沉能力之比。6 .將 100 ml 0.005 mol dm 3 的 Ba(CNS) 2 溶液和 10ml 0.02 mol dm 3 的 K2SO4 溶液混合 制備BaSO4溶膠， 寫出膠團結構指明電泳方向； 若用MgSO4和K3Fe(CN)6兩種電解質分別使溶膠聚沉，那一種更容易？ 如何證明形成的是溶膠？7 .如圖所示，在27c時，膜內某高分子水溶液的濃度為0.1 mol dm-3,膜外NaCl濃度為0.5 mol dm-3, R+代表不能透過膜的高分子正離子，求平衡后離子濃度的分布情況及滲透壓 。R+,Cl-0.1, 0.1Na+ , Cl-0.5, 0.5(四)證明題半透膜內側是濃度 ci的大分子電解質 RNa,膜外側是濃度C2的NaCl, 求達到唐南 平衡時膜兩側各種離子濃