1、上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-25物理化學電子教案第十二章上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-25u12.1 溶膠的制備第十二章 膠體化學u12.3 溶膠的動力學性質u12.2 溶膠的光學性質u12.4 溶膠的電學性質u12.5 溶膠的穩定和聚沉u12.0 概述上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-25第十二章 膠體化學u12.7 泡沫u12.8 懸浮液u12.9 氣溶膠u12.6 乳狀液u12.10 高分子化合物的滲透壓和粘度上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回202

2、2-2-25 膠體化學是物理化學的一個重要分支。它所研究的領域是化學、物理學、材料科學、生物化學等諸多學科的交叉與重疊，它已成為這些學科的重要基礎理論。 膠體化學的理論和技術現在已廣泛應用于化工、石油開采、催化、涂料、造紙、農藥、紡織、食品、化妝品、染料、醫藥和環境保護等工業部門和技術領域。12.0 概述上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-2512.0 概述分散系統：一種或幾種物質分散在另一種物質之中所構成的系統；分 散 相(dispersed phase) ：被分散的物質；分散介質(dispersing medium):另一種連續分布的物質例如：云，牛奶，珍

3、珠上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-2512.0 概述上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-2512.0 概述上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-2512.0 概述 膠體化學研究的對象是粒子直徑至少在某個方向上在 1 1000 nm 之間的分散系統。膠體系統通常還可分為三類膠體系統通常還可分為三類：1）溶膠）溶膠 分散相不溶于分散介質，有很大的相界面，很高的分散相不溶于分散介質，有很大的相界面，很高的界面能，因此是熱力學不穩定系統；界面能，因此是熱力學不穩定系統；2）高分子溶液高分子溶液 以分

4、子形式溶于介質，沒有相界面，為均相以分子形式溶于介質，沒有相界面，為均相熱力學穩定系統；熱力學穩定系統；3）締合膠體）締合膠體 分散相為表面活性劑締合形成的膠束，分散相分散相為表面活性劑締合形成的膠束，分散相與分散介質間有很好的親和性，也是均相熱力學穩定系統。與分散介質間有很好的親和性，也是均相熱力學穩定系統。 膠體系統中的分散相可以是一種物質，也可以是多種物質，膠體系統中的分散相可以是一種物質，也可以是多種物質，可以是由許多原子或分子組成的粒子，也可以是一個大分子。可以是由許多原子或分子組成的粒子，也可以是一個大分子。上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-25

5、1.液溶膠 液體為分散介質所形成的溶膠。當分散相為不同狀態時，則形成不同的液溶膠：A.液-固溶膠 如油漆，AgI溶膠B.液-液溶膠 如牛奶，石油原油等乳狀液C.液-氣溶膠 如泡沫12.0 概述憎液溶膠憎液溶膠親液溶膠親液溶膠 液溶膠液溶膠分散相與分散介質之間有相界面分散相與分散介質之間有相界面均相，無相界面均相，無相界面 高分子溶液高分子溶液上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-252.固溶膠 固體為分散介質所形成的溶膠。當分散相為不同狀態時，則形成不同的固溶膠：A.固-固溶膠 如有色玻璃，不完全互溶的合金B.固-液溶膠 如珍珠，某些寶石C.固-氣溶膠 如泡沫塑

6、料，沸石分子篩12.0 概述上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-253.氣溶膠 氣體為分散介質所形成的溶膠。當分散相為固體或液體時，形成氣-固或氣-液溶膠，但沒有氣-氣溶膠。A.氣-固溶膠 如煙，含塵的空氣B.氣-液溶膠 如霧，云12.0 概述上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-2512.1 溶膠的制備溶膠的制備 （1）分散法 1.研磨法 2.膠溶法 3.電弧法（2）凝聚法 1.化學凝聚法 2.物理凝聚法溶膠的凈化 （1）滲析法（2）超過濾法上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-2512.1 溶

7、膠的制備 制備溶膠必須使分散相粒子的大小落在膠體分散體系的范圍之內，并加入適當的穩定劑。制備方法大致可分為兩類： （1）分散法 用機械、化學等方法使固體的粒子變小。 （2）凝聚法 使分子或離子聚結成膠粒。上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-25溶膠的制備-研磨法1.研磨法 用機械粉碎的方法將固體磨細。 這種方法適用于脆而易碎的物質，對于柔韌性的物質必須先硬化后再粉碎。例如，將廢輪胎粉碎，先用液氮處理，硬化后再研磨。 膠體磨的形式很多，其分散能力因構造和轉速的不同而不同。上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-25溶膠的制備-研磨法

8、盤式膠體磨上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-25溶膠的制備-研磨法轉速約每分鐘1萬 2萬轉。 A為空心轉軸，與C盤相連，向一個方向旋轉，B盤向另一方向旋轉。 分散相、分散介質和穩定劑從空心軸A處加入，從C盤與B盤的狹縫中飛出，用兩盤之間的應切力將固體粉碎，可得1000 nm左右的粒子。 上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-25溶膠的制備-膠溶法 2.膠溶法：又稱解膠法，是將新鮮的凝聚膠粒重新分散在介質中形成溶膠，并加入適當的穩定劑。 這種穩定劑又稱膠溶劑。根據膠核所吸附的離子而選用合適的電解質作膠溶劑。 這種方法一般用在化學

9、凝聚法制溶膠時，首先將膠粒過濾、洗滌，去掉多余的電解質多余的電解質，然后盡快分散在含有膠溶劑的介質中，形成溶膠。 上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-25例如：溶膠的制備-膠溶法AgCl (新鮮沉淀） AgCl(溶膠）AgNOKCl3加或 Fe(OH)3（新鮮沉淀） Fe(OH)3 (溶膠）3FeCl加上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-25溶膠的制備-電弧法 電弧法主要用于制備金、銀、鉑等金屬溶膠。制備過程包括先分散后凝聚兩個過程。3.電弧法 將金屬做成兩個電極，浸在水中，并加入少量加入少量NaOH 作為穩作為穩定劑。定劑。

10、盛水的盤子放在冷浴中。 制備時在兩電極上施加 100V 左右的直流電，調節電極之間的距離，使之發生電火花，這時表面金屬蒸發，是分散過程，接著金屬蒸氣立即被水冷卻而凝聚為膠粒。上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-253.電弧法溶膠的制備-電弧法上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-25溶膠的制備-凝聚法 1.化學凝聚法 通過各種化學反應使生成物呈過飽和狀態，初生成的難溶物微粒結合成膠粒，在少量穩定劑存在下形成溶膠，穩定劑一般是某一過量的反應物。例：A.復分解反應制硫化砷溶膠 2H3AsO3（稀）+ 3H2S As2S3（溶膠）+6

11、H2OB.水解反應制氫氧化鐵溶膠 FeCl3 （稀）+3H2O （熱） Fe(OH)3 （溶膠）+3HCl上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-25 C.氧化還原反應制備硫溶膠 2H2S(稀）+ SO2(g) 2H2O +3S (溶膠） Na2S2O3 +2HCl 2NaCl +H2O +SO2 +S (溶膠） E.離子反應制氯化銀溶膠 AgNO3（稀）+ KCl（稀） AgCl (溶膠） +KNO3D.還原反應制金溶膠 2HAuCl4(稀）+ 3HCHO +11KOH 2Au(溶膠）+3HCOOK + 8KCl + 8H2O 溶膠的制備-凝聚法上一內容上一內容

12、下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-25 2.物理凝聚法 A. 更換溶劑法 利用物質在不同溶劑中溶解度的顯著差別來制備溶膠，而且兩種溶劑要能完全互溶。 例1.松香易溶于乙醇而難溶于水，將松香的乙醇溶液滴入水中可制備松香的水溶膠 。 例2.將硫的丙酮溶液滴入90左右的熱水中，丙酮蒸發后，可得硫的水溶膠。溶膠的制備-凝聚法上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-25例圖：溶膠的制備-凝聚法上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-25 將汞蒸氣通入冷水中，可以得到汞的水溶膠。4金屬鈉，2苯,5液氮。 B.蒸氣驟冷法溶膠的制

13、備-凝聚法羅金斯基等人利用下列裝置，制備堿金屬的苯溶膠。 先將體系抽真空，然后適當加熱管2和管4，使鈉和苯的蒸氣同時在管5 外壁凝聚。除去管5中的液氮，凝聚在外壁的混合蒸氣融化，在管3中獲得鈉的苯溶膠。上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-25蒸氣驟冷法溶膠的制備-凝聚法上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-25溶膠的凈化 在制備溶膠的過程中，常生成一些多余的電解質，如制備 Fe(OH)3溶膠時生成的HCl。 少量電解質可以作為溶膠的穩定劑，但是過多的電解質存在會使溶膠不穩定，容易聚沉，所以必須除去。 凈化的方法主要有滲析法和超過

14、濾法。 上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-25 （1）滲析法簡單滲析 將需要凈化的溶膠放在羊皮紙或動物膀胱等半透膜制成的容器內，膜外放純溶劑。溶膠的凈化 利用濃差因素，多余的電解質離子不斷向膜外滲透，經常更換溶劑，就可凈化半透膜內的溶膠。 如將裝有溶膠的半透膜容器不斷旋轉，可以加快滲析速度。上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-25簡單滲析溶膠的凈化上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-25電滲析 為了加快滲析速度，在裝有溶膠的半透膜兩側外加一個電場，使多余的電解質離子向相應的電極定向移動。溶劑

15、水不斷自動更換，以提高凈化速度。電滲析法 溶膠的凈化上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-25電滲析溶膠的凈化上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-25 用半透膜做濾膜，利用吸濾或加壓的方法使膠粒與含有雜質的介質在壓差作用下迅速分離。（2）超過濾法溶膠的凈化 將半透膜上的膠粒迅速用含有穩定劑的介質再次分散。上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-25超濾裝置：溶膠的凈化上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-2512.2 溶膠的光學性質 丁鐸爾(Tyndall)效應 瑞利

16、(Rayleigh)公式 超顯微鏡與粒子大小的近似測定上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-25Tyndall效應 Tyndall效應實際上已成為判別溶膠與小分子真溶液的最簡便的方法。 1869年Tyndall發現，若令一束聚集的光聚集的光通過溶膠，從側面（即與光束垂直的方向）可以看到一個發光的圓錐體，這就是Tyndall效應。 上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-25Tyndall效應上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-25Tyndall效應丁丁達爾效應是由于膠體粒子發生光散射而引起的系統完全

17、均勻系統完全均勻：所有散射光相互抵消，看不到散射光； 系統不均勻系統不均勻：散射光不會被相互抵消，可看到散射光。 膠體系統的丁達爾效應是其高度的分散性和多相不均勻性的反應。 光是一種電磁波，照射溶膠時，分子中的電子分布發生位移而產生偶極子，這種偶極子像小天線一樣向各個方向發射與入射光頻率相同的光，這就是散射光。 上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-25Tyndall效應但粒子的直徑不是越大越容易產生丁達爾效應： 當粒子粒徑 波長時，發生光的反射； 當粒子粒徑 C2。 由于分子的熱運動和膠粒的布朗運動，可以觀察到膠粒從C1區向C2區遷移的現象，這就是膠粒的擴散作

18、用膠粒的擴散作用。上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-25膠粒的擴散上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-25 如圖所示，設任一平行于AB面的截面上濃度是均勻的，但水平方向自左至右濃度變稀，梯度為 。ddcx膠粒的擴散上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-25c大大c小小ASxcDAtnddddS Fick 擴散第一定律擴散第一定律(Ficks first law) ： 在一定溫度下，在濃差作用下，單位時間內向在一定溫度下，在濃差作用下，單位時間內向 x 方方向擴散向擴散,通過截面積通過截面積AS

19、的物質的量的物質的量 dn/dt 正比于濃度梯正比于濃度梯度度dc/dx 與與AS 的乘積，比例系數的乘積，比例系數D 稱為擴散系數。稱為擴散系數。膠粒的擴散 擴散：擴散：在有濃度梯度存在時，在有濃度梯度存在時，物質粒子因熱運動而發生宏觀上的物質粒子因熱運動而發生宏觀上的定向遷移。定向遷移。上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-25D 擴散系數 單位濃梯下，單位時間通過單位 面積的物質的量。單位：m2s-1 D 可用來衡量擴散速率xcDAtnddddS cxxcdd在擴散方向上，dc為 -等式右邊有 - 號。膠粒的擴散上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主

20、目錄返回返回2022-2-25粒子越小，擴散系數越大，擴散能力越強。粒子越小，擴散系數越大，擴散能力越強。球形粒子，球形粒子，D 可由愛因斯坦斯托克斯方程計算：可由愛因斯坦斯托克斯方程計算： rLRTD6 （2）膠粒的擴散上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-25 如分散相粒子大小一致，將 (1）, (2) 式結合，可得：)2/(226322txDDttrLRTrLRTtx 測 x ，可求出 D 膠粒的擴散上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-2532316234 DLRTrm 由由D， 、 ，可求出可求出一個球形膠體粒子的質量：

21、一個球形膠體粒子的質量：1 mol 膠體粒子膠體粒子的摩爾質量：的摩爾質量：32)(162 DRTLmLM 膠粒的擴散上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-25沉降與沉降平衡（sedimentation equilibrium） 多相分散系統中的粒子，因受重力作用而下沉的過程，稱為沉降沉降。 沉降與擴散為粒子受到的兩個相反的作用。 沉降 擴散 分散相分布真溶液 均相粗分散系統 沉于底部膠體系統 平衡 形成濃梯上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-25沉降與沉降平衡（sedimentation equilibrium） 溶膠是高度分

22、散體系，膠粒一方面受重力吸引而下降，另一方面由于擴散作用促使濃度趨于均一。 當這兩種效應相反的力相等時，粒子的分布達到平衡，粒子的濃度隨高度不同有一定的梯度，如圖所示。 這種平衡稱為沉降平衡。上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-25沉降與沉降平衡（sedimentation equilibrium） 構成沉降平衡時，粒子沿高度方向形成濃度梯度(如圖)，粒子在底部數密度較高，上部數密度較低。上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-25沉降與沉降平衡（sedimentation equilibrium） 對微小粒子的沉降平衡，貝林(P

23、errin)導出粒子濃度隨高度的分布定律：)(1ln12012hhRTMgCC 1) 該式只適用于粒子大小相等的體系，但形狀不限；該式只適用于粒子大小相等的體系，但形狀不限；2) 粒子越重（粒子越重（M 大），隨大），隨 h 增加，濃度降低越快。增加，濃度降低越快。C: 粒子數密度粒子數密度 0：介質密度：介質密度上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-25沉降與沉降平衡（sedimentation equilibrium）上式可用于計算大氣壓力 p 與高度 h 的關系： RThhMgpp/ )(ln1212 不考慮溫度影響時：不考慮溫度影響時：p2/p1=C2/

24、C1大氣中的分子不必做浮力校正，大氣中的分子不必做浮力校正，1-( 0/ )=1)(1ln12012hhRTMgCC 上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-2512.4 溶膠的電學性質 溶膠的膠團結構 (2) 電滲 (3) 流動電勢(4) 沉降電勢 擴散雙電層理論(1) 電泳 電動現象上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-25電動現象 膠粒在重力場作用下發生沉降，而產生沉降電勢；帶電的介質發生流動，則產生流動電勢。（因動而產生電） 以上四種現象都稱為電動現象。 實驗發現，在外電場作用下，膠粒和介質分別向兩個不同的電極移動，就產生了

25、電動現象，電動現象，電泳和電滲。（因電而動）上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-25電動現象 實驗發現溶膠具有電動現象，說明溶膠表面帶實驗發現溶膠具有電動現象，說明溶膠表面帶有電荷。有電荷。 溶膠表面電荷的來源：溶膠表面電荷的來源：（a）溶膠粒子可選擇性地吸附某種離子而帶電溶膠粒子可選擇性地吸附某種離子而帶電;（b）溶膠粒子表面上的某些分子、原子可發生溶膠粒子表面上的某些分子、原子可發生 電離。電離。上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-25電動現象例： 1) AgI溶膠： 溶液中I 過量時，可吸附 I 而帶負電， 溶液中Ag+

26、 過量時，可吸附 Ag+ 而帶正電。 2) 蛋白質中的氨基酸分子: 在 pH 低時，氨基形成 NH3+ 而帶正電； 在 pH 高時，羧基形成 COO 而帶負電。上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-25（1）電泳（electrophoresis） 電泳：電泳：在外電場的作用下，膠體粒子在分散介質中定向移動的現象，稱為電泳。 界面移動法電泳裝置界面移動法電泳裝置 實驗測出在一定時間內界實驗測出在一定時間內界面移動的距離，可求得粒子的面移動的距離，可求得粒子的電泳速度，由電泳速度可求出電泳速度，由電泳速度可求出膠體粒子的膠體粒子的 電勢。電勢。NaC l溶液溶液Fe

27、(OH)3溶膠溶膠+-上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-25 電泳應用廣泛，例如：利用電泳速度不同，可將蛋白質分電泳應用廣泛，例如：利用電泳速度不同，可將蛋白質分子、核酸分子分離；在醫學上可利用血清的紙上電泳，分離各子、核酸分子分離；在醫學上可利用血清的紙上電泳，分離各種氨基酸和蛋白質；在陶瓷工業中，利用電泳將粘土與雜質分種氨基酸和蛋白質；在陶瓷工業中，利用電泳將粘土與雜質分離，得到高純度的粘土等等。離，得到高純度的粘土等等。 影響電泳的因素有影響電泳的因素有：帶電粒子的大小、形狀；：帶電粒子的大小、形狀；粒子表面電荷數目；介質中電解質的種類、離子強粒子表面

28、電荷數目；介質中電解質的種類、離子強度，度，pH值和粘度；電泳的溫度和外加電壓等。值和粘度；電泳的溫度和外加電壓等。（1）電泳（electrophoresis）上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-25 在外電場作用下，分散介質通過多孔固體（膜）而定向移動的現象，稱為電滲。 電滲產生的原因電滲產生的原因：當固體與液體接觸時，由于兩相對電子的：當固體與液體接觸時，由于兩相對電子的親和力不同親和力不同，固體表面會帶電，形成雙電層，而毛細孔則被雙電固體表面會帶電，形成雙電層，而毛細孔則被雙電層所充滿，帶相反電荷。因此通電時液體一般會向某一極運動。層所充滿，帶相反電荷。

29、因此通電時液體一般會向某一極運動。（2）電滲（electro-osmosis)上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-25 介質流動的方向及流速與介質流動的方向及流速與多孔塞的材料多孔塞的材料及及流體流體的性質的性質有關。有關。 電滲方法有許多實際應用，如溶膠凈化、海水電滲方法有許多實際應用，如溶膠凈化、海水淡化、紙漿脫水、陶坯脫水、泥炭和染料的干燥等。淡化、紙漿脫水、陶坯脫水、泥炭和染料的干燥等。（2）電滲（electro-osmosis)上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-25（3）流動電勢（streaming potenti

30、al) 在外力作用下，迫使液體通過多孔隔膜（或毛細管）定向流動，在多孔隔膜兩端所產生的電勢差，稱為流動電勢。（可視為電滲的逆過程）P：電位差計電位差計N2上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-25 貯油罐中的油內常會有水滴，水滴的沉降會形成很高的電勢差，有時會引發事故。通常在油中加入有機電解質加入有機電解質，增加介質電導，降低沉降電勢。 (4)沉降電勢 (sedimentation potential) 分散相粒子在重力場或離心力場的作用下迅速移動時，在移動方向的兩端所產生的電勢差，稱為沉降電勢。（可視為電泳的逆過程）上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主

31、目錄返回返回2022-2-25四種電動現象的相互關系： 電泳電泳 電滲電滲流動電勢流動電勢沉降電位沉降電位（液體靜止，固體粒子運動）（液體靜止，固體粒子運動）（固相不動，液體移動）（固相不動，液體移動）外 加 電外 加 電場 引 起場 引 起相 對 運相 對 運動動相 對 運相 對 運動 產 生動 產 生電位差電位差上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-25雙電層（double layer)常用名詞：雙電層： 質點表面電荷與周圍介質中的反離子構成的電層；表面電勢0：帶電質點表面與液體的電勢差 電勢： 固、液兩相發生相對運動的邊界處與液 體內部的電勢差。上一內容上

32、一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-25 膠核可以從溶液中選擇性吸附某種離子，也可以是固體分子本身發生電離而使離子進入溶液，以致使固液兩相分別帶有不同符號的電荷，在界面上形成了雙電層的結構。 對于雙電層的具體結構，一百多年來不同學者提出了不同的看法。最早于1879年Helmholz提出平板型模型；雙電層（double layer) 1910年Gouy和1913年Chapman修正了平板型模型，提出了擴散雙電層模型；后來Stern又提出了Stern模型。上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-25亥姆霍茲平板電容器模型 亥姆霍茲認為固體的表面

33、電荷與溶液中的反離子構成平行的兩層，如同一個平板電容器。整個雙電層厚度為。缺點： 1)不能解釋表面電勢 o 與 電勢的區別； 2)不能解釋電解質對 電勢的影響 1879年，亥姆霍茲首先提出在固液兩相之間的界面上形成雙電層的概念。上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-25古依查普曼擴散雙電層模型 1910年，古依和查普曼提出了擴散雙電層理論 靜電力：使反離子趨向表面靜電力：使反離子趨向表面 熱擴散：使反離子均勻分布熱擴散：使反離子均勻分布 總結果總結果 ： 反離子平衡分布反離子平衡分布 上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-25古依

34、查普曼擴散雙電層模型上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-25古依查普曼擴散雙電層模型 古依查普曼模型正確反映了反離子在擴散層中分布的情況，及相應電勢的變化，并區分了 與 0 的不同。這些觀點在今天看來仍是正確的。缺點： 1) 沒有給出 電勢的具體位置及意義 2) 沒有考慮膠粒表面上的固定吸附層上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-25斯特恩(Stern)雙電層模型固體表面固體表面Stern層層滑動面滑動面距離距離 1924年，斯特恩提出擴散雙電層模型。他認年，斯特恩提出擴散雙電層模型。他認為：為： 1)離子有一定的大小；離子有一

35、定的大小； 2)質點與表面除靜電作用外，質點與表面除靜電作用外， 還有范德華作用；還有范德華作用； 因此表面可形成一固定吸附層，此層稱為因此表面可形成一固定吸附層，此層稱為Stern層。層。 稱為斯特恩電勢稱為斯特恩電勢 為滑動面與溶液本體之間的電勢差為滑動面與溶液本體之間的電勢差Stern 模型：固定層擴散層模型：固定層擴散層上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-25斯特恩(Stern)雙電層模型 當溶液中電解質濃度增加時，介質中反離子的濃度加大，將壓縮擴散層使其變薄，把更多的反離子擠進滑動面以內，使 電勢在數值上變小， 電勢，表明： 膠粒帶電 ， 滑動面與溶

36、液本體之間的電勢差 ， 擴散層厚度 = 0 時，為等電點，u = 0，溶膠極易聚沉滑動面滑動面上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-25斯特恩(Stern)雙電層模型斯特恩模型: v給出了 電勢明確的物理意義，v解釋了溶膠的電動現象，v解釋了電解質濃度對溶膠穩定性的影響，v使人們對雙電層的結構有了更深入的認識。上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-25斯特恩(Stern)雙電層模型對于球形質點： 當粒子半徑 r 較大 雙電層厚度 -1較小即r 1，質點表面可當作平面處理，有： Evu或Ev 式中：式中：v 電泳速度，單位為電泳速度

37、，單位為m s-1； E 電場強度（或稱電位梯度），單位為電場強度（或稱電位梯度），單位為Vm-1； u 膠核的電遷移率，單位為膠核的電遷移率，單位為m2 V-1 s-1， 表示單位場強下的電泳速度；表示單位場強下的電泳速度； 介質的介電常數，單位為介質的介電常數，單位為F m-1， = r 0 ; r 相對介電常數，相對介電常數， 0 真空介電常數；真空介電常數； 介質的粘度，單位為介質的粘度，單位為Pa s。Smoluchowski公式公式 (斯莫魯科夫斯基斯莫魯科夫斯基)上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-25斯特恩(Stern)雙電層模型當 球形粒子半

38、徑r較小 雙電層厚度 -1較大即r 1時: 5 . 1 Evu Hckel 公式公式該式一般用于非水體系該式一般用于非水體系上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-25溶膠的膠團結構例：例： AgNO3 + KI AgI + KNO3KI 過量過量 ：AgI 溶膠吸附溶膠吸附 I 帶負電，帶負電， K為反離子；為反離子；AgNO3過量：過量：AgI 溶膠吸附溶膠吸附 Ag帶正電，帶正電， NO3為反離子為反離子上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-25溶膠的膠團結構膠團結構表示：例：I過量，生成帶負電的膠粒，K為反離子 膠團膠團 A

39、gIm nI (n-x)K+x- xK+ 膠核膠核 膠粒膠粒特點：1) 膠核：首先吸附過量的成核離子，然后吸附反離子；2) 膠團整體為電中性上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-25膠粒的結構膠核膠粒膠團膠團的圖示式：上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-25膠粒的結構例2：AgNO3 + KIKNO3 + AgI 過量的 AgNO3 作穩定劑 膠團的結構表達式： 膠核膠粒膠團 膠團的圖示式：(AgI)m n Ag+ (n-x)NO3x+ x NO3 |_|_|膠核膠粒（帶正電）膠團（電中性）上一內容上一內容下一內容下一內容回主目

40、錄回主目錄返回返回2022-2-25膠粒的形狀例如：（1）聚苯乙烯膠乳是球形質點（2） V2O5 溶膠是帶狀的質點（3） Fe(OH)3 溶膠是絲狀的質點上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-25膠粒的形狀 溶膠的膠粒并非都是球形，而膠粒的形狀對膠體性質有重要影響。 質點為球形的，流動性較好；若為帶狀的，則流動性較差。上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-2512.5 溶膠的穩定與聚沉 溶膠的經典穩定理論DLVO理論 溶膠的聚沉上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-25溶膠的經典穩定理論DLVO理論

41、 溶膠是熱力學不穩定系統，但有些溶膠卻能在相當長的時間內穩定存在。例如法拉第所制的紅色金溶膠，靜置數十年后才聚沉。 那么是什么原因可以使溶膠穩定存在？又是什么原因會導致溶膠聚沉呢？ 1941年杰里亞金(Derjaguin)和朗道(Landau)、1948年維韋(Verwey)和奧弗比克(Overbeek)分別提出了帶電膠體粒子穩定的理論，簡稱DLVO理論，從理論上揭示了溶膠穩定與聚沉的原因。上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-25溶膠的經典穩定理論DLVO理論溶膠粒子間的作用力：van der Waals 吸引力： EA -1/x2雙電層引起的靜電斥力：ER

42、ae-x總作用勢能：E = ER + EAEmaxEREAE勢勢能能x第一最小值第一最小值第二最小值第二最小值第一最小值第一最小值0粒子的平動能(3/2) RT Emax時，溶膠不穩定上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-25溶膠的經典穩定理論DLVO理論EA曲線的形狀由粒子本性決定，不受電解質影響；ER曲線的形狀、位置強烈地受電解質濃度的影響。EREAEc1c2c3勢勢 能能0電解質濃度電解質濃度 ：ER ，Emax ， 溶膠穩定性溶膠穩定性 電解質濃度對膠體粒子勢能的影響：電解質濃度：電解質濃度： c3 c2 c1上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主

43、目錄返回返回2022-2-25溶膠的經典穩定理論DLVO理論所以溶膠穩定的原因：1)膠粒帶電 增加膠粒間的排斥作用；2)溶劑化作用 形成彈性水化外殼，增加溶膠聚合的阻力；3)Brown運動 使膠粒克服受重力影響而不下沉 除膠粒帶電是溶膠穩定的主要原因外，溶劑化作用和布朗運動也是溶膠穩定的有利因素。上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-25溶膠的聚沉 溶膠粒子合并、長大，進而發生沉淀的現象，稱為聚沉聚沉。溶膠從本質上說是不穩定的，許多因素可導致溶膠聚沉，如加熱、輻射、加入電解質等。溶膠對電解質很敏感，這方面的研究也較深入。(1)電解質的聚沉作用 少量的電解質可對溶

44、膠起穩定作用，但電解質加入過多時，尤其是含高價反離子電解質的加入，往往會使溶膠發生聚沉。上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-25溶膠的聚沉聚沉值 使溶膠發生明顯的聚沉所需電解質的 最小濃度； 聚沉能力 聚沉值的倒數 電解質對溶膠的聚沉規律： (i)反離子的價數起主要作用 價數，聚沉值，聚沉能力 聚沉值 1/Z 6，聚沉能力 Z 6 Schultz-Hardy規則上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-25溶膠的聚沉(ii) 同價離子，有感膠離子序 正離子的聚沉能力： H+ Cs+ Rd+ NH4+ K+ Na+ Li+ 負離子的聚

45、沉能力 ： FClBrNO3IOH正離子水化能力強, r, 水化能力, 水化層厚, 進入緊密層少, 聚沉能力負離子水化能力弱, r, 水化能力, 水化層薄, 進入緊密層多,聚沉能力上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-25溶膠的聚沉(2) 高分子化合物的聚沉作用j搭橋效應 一個大分子通過吸附，把許多膠粒 聯結起來，變成較大的聚集體而聚 沉；k脫水效應 高分子對水的親合力強，由于它的 存在，使膠粒脫水，失去水化外殼 而聚沉；電中和效應 離子型的高分子，吸附到帶電膠 粒上，中和了粒子表面電荷，使 粒子間斥力降低，進而聚沉。上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主

46、目錄返回返回2022-2-2512.6 乳狀液 乳狀液 乳狀液的分類及鑒別 乳狀液的去乳化 乳化劑的選擇上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-25 習慣上將不溶于水的有機物稱油，將不連續以液珠形式存在的相稱為內相，將連續存在的液相稱為外相。 由兩種互不相容或部分互溶的液體形成的粗分由兩種互不相容或部分互溶的液體形成的粗分散系稱為散系稱為乳狀液乳狀液。O + W + 乳化劑乳化劑 乳狀液乳狀液乳化劑表面活性劑固體粉末上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-25乳狀液的分類及鑒別2.油包水型，用W/O表示。水分散在油中水分散在油中，如油

47、井中噴出的原油。1.水包油型：用O/W表示。油分散在水中，這種乳狀液能用水稀釋，如牛奶等。乳狀液的鑒別方法：乳狀液的鑒別方法：染色法、稀釋法、導電法。簡單的乳狀液分為兩大類。簡單的乳狀液分為兩大類。上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-25乳狀液鑒別(1)染色法：將油（水）溶性染料滴入乳狀液， 在顯微鏡下觀察，染色的一相為油 （水）相。(2)稀釋法：將乳狀液滴入水中或油中，若乳狀 液在水中能稀釋，即為O/W型；在 油中能稀釋，即為W/O型。(3)導電法：O/W型乳狀液的導電性能遠好于 W/O型乳狀液，通過測電導可區別 兩者。上一內容上一內容下一內容下一內容回主目

48、錄回主目錄返回返回2022-2-25乳狀液鑒別檢驗水包油乳狀液加入水溶性染料如亞甲基藍，說明水是連續相。加入油溶性的染料紅色蘇丹，說明油是不連續相。上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-25乳狀液的穩定(1) 降低界面張力 (a) 加入表面活性劑， ，G表，穩定性 (b) 表面活性劑的HLB值可決定形成乳狀液 的類型： HLB 3-6: 形成W/O型乳狀液； HLB 12-18: 形成O/W型乳狀液。上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-25乳狀液的穩定 大頭朝外，小頭向內，表面活性劑可緊密排列，形成厚壁，使乳狀液穩定。（2）形成

49、定向楔的界面 二價堿金屬皂類，形成W/O型乳狀液：一價堿金屬皂類， 形成O/W型乳狀液：上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-25乳狀液的穩定（3）形成擴散雙電層 離子型表面活性劑可形成擴散雙電層，使乳狀液穩定。（4）界面膜的穩定作用 增強界面膜的強度，可增加乳狀液的穩定性。（5）固體粉末的穩定作用某些固體粉末也可起乳化穩定劑的作用：水能潤濕的固體粉末，可形成O/W型的乳狀液，如粘土，油能潤濕的固體粉末，可形成W/O型的乳狀液，如石墨，煤煙。 上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-25乳狀液的穩定根據Young方程： so sw

50、= ow cos so sw ow固固水水油油如 so sw : cos 為正， 90 o，水能潤濕固體，固體大部分在水中，油水界面向油彎曲，形成O/W乳狀液。如 so 90 o，油能潤濕固體, 固體大部分在油中，油水界面向水彎曲，形成W/O乳狀液。油油水水水水油油上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-25乳狀液的去乳化物理方法：離心分離，靜電破乳，超聲波破乳；物理化學方法：破壞乳化劑，加入破乳劑。例如：1) 加入異戊醇，它的表面活性很強，會替代原來的乳化劑吸附到界面上，但因它的鏈短又有分支，不能形成牢固的界面膜。2) 加入某些能與乳化劑起化學反應的物質，破壞乳

51、化劑，進而達到破乳的目的。去乳化的應用：原油脫水，含油廢水處理，奶粉生產等。去乳化的應用：原油脫水，含油廢水處理，奶粉生產等。 上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-2512.10 高分子化合物的滲透壓和粘度高分子溶液的滲透壓高分子溶液的滲透壓唐南平衡唐南平衡概述：概述：高分子溶液的粘度上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-25概述：三種溶液性質的比較上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-25概述：高分子化合物分類 高分子化合物是指摩爾質量M1104kgmol1的大分子化合物，主要有： 天然大分子：

52、 如淀粉、蛋白質 、纖維素、核酸 和各種生物大分子等。 人工合成大分子： 如合成橡膠、聚烯烴、樹脂和合 成纖維等。 合成的功能高分子材料：光敏高分子、導電性高 分子、醫用高分子和高分子膜等。上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-25高分子溶液的滲透壓非電解質稀溶液的滲透壓與濃度、溫度的關系： = cB RT = BRT/McB 物質的量濃度(mol / L) 溶液滲透壓(kPa)R 氣體常數(8. 31 kPaL/Kmol)T 熱力學溫度(T/K= t/ +273.15)上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-25高分子溶液的滲透壓 在高分子溶液中溶質的溶劑化效應強，滲透壓比相同濃度的小分子溶液大。理想溶液MRTBp高分子溶液BpM1=RT（ +A2 B +A3 B 2+） 高分子溶液的濃度很小時BpMRT+ RT A2 B =上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-25唐南平衡 高分子溶液的膜平衡有三種情況 ： （1）不電離的大分子溶液 （2）能電離的大分子溶液 （3）外加電解質時的大分子溶液上一內容上一內容下一內容下一內容回主目錄回主目錄返回返回2022-2-25膜平衡的三種情況 一般大分子溶液的濃度不能配得很高，否則易發生凝聚，所以產生