胶体性质PPT课件

2.1 胶体的运动性质胶体的运动性质2.2 胶体的光学性质胶体的光学性质2.3 胶体的电学性质胶体的电学性质2.4 胶体的流变性质胶体的流变性质2.5 胶体的稳定性胶体的稳定性胶体的基本性质胶体的基本性质1. 布朗运动布朗运动(Brownian motion ,1826)Brown运动第一节第一节 胶体的运动性质胶体的运动性质 1903年发明了超显微镜，为研究布朗运动提供了物质条件。 用超显微镜可以观察到溶胶粒子不断地作不规则“之”字形的运动，从而能够测出在一定时间内粒子的平均位移。 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而改变，但随温度的升高而增加。Brown运动的本质运动的本质 1905年和1906年爱因斯坦（Einstein)和斯莫鲁霍夫斯基（Smoluchowski)分别阐述了Brown运动的本质。 布朗运动是分子热运动的必然结果，是大粒子所具有的热运动。真溶液与胶体溶液运动区别真溶液与胶体溶液运动区别相同：两者运动的本质均是热运动；相同：两者运动的本质均是热运动； 不同：真溶液是单个分子的热运动，而胶体溶不同：真溶液是单个分子的热运动，而胶体溶液中的胶粒的热运动是多个分子热运动的冲击液中的胶粒的热运动是多个分子热运动的冲击的结果。的结果。Einstein-Brown 位移方程位移方程式中 r 为粒子半径，h 为介质的粘度系数， T为温度， t为位移时间。 1905 年爱因斯坦导出一粒子在时间 t 内沿着某一维(x)运动偏离其原来位置的平均位移的表示式为； (Einstein-Brown 位移方程)A3RTtxNrhEinstein-Brown 位移方程位移方程 布朗运动理论的依据：布朗运动理论的依据：热运动的本质是分热运动的本质是分子的不规则运动，它使粒子从高浓度向低浓度子的不规则运动，它使粒子从高浓度向低浓度区移动，而最终趋于均匀。区移动，而最终趋于均匀。2 . 扩散扩散(Diffusion )-Einstern公式的推导公式的推导 即即由于布朗运动的存在由于布朗运动的存在, ,当溶胶中的胶当溶胶中的胶粒存在浓度梯度时粒存在浓度梯度时, ,就会发生扩散就会发生扩散. .121x()2mcc221212()111x()xx222xccdcmccdx当当 很小时，很小时，xFick第一扩散定律第一扩散定律 d dcmDdtdx D : 扩散系数扩散系数(单位浓度梯度下在单位时间 内通过单位面积截面的胶粒的质量)dc/dx : 在 x 方向上的浓度梯度2xD t(Einstein第二扩散公式第二扩散公式)积分后得：积分后得： dcmDtdx 221212()111x()xx222xccdcmccdx结合结合得出得出式中 r 为粒子半径，h 为介质的粘度系数， T为温度， t为位移时间。 (Einstein-Brown 位移方程)A3RTtxNrhEinstein-Brown 位移方程位移方程1= 6ANDRTrh(Einstein第一扩散公式)根据根据得出得出 已知的NA 、r、T 和 t 等已知量求 外，还提供了一种测定阿佛加德罗常数 NA 的方法 xA3RTtxNrh2xDt1= 6ANDRTrh(Einstein第二扩散公式)(Einstein-Brown 位移方程)(Einstein第一扩散公式)半径/mmNA半径/mmNA金溶胶汞0.0220.1200.2666.210235.91023藤黄溶胶乳香0.2125.506.510237.81023Perrin Avogadro常数的验证常数的验证J. Perrin (1962 (1962年诺贝尔奖金获得者年诺贝尔奖金获得者) )（1）Perrin Avogadro常数的验证常数的验证2xDtA16RTDNrh3.Einstein布朗运动公式的应用布朗运动公式的应用t / s位移 /mm粒子半径r =270nm粒子半径r =52nm实验值计算值实验值计算值1.484.448.803.15.37.83.25.47.61.42.94.51.72.94.2布朗运动中位移与颗粒大小的关系（布朗运动中位移与颗粒大小的关系（Svedberg)（2）证明了胶体的分子运动假设的真实性）证明了胶体的分子运动假设的真实性（Svedberg)xA3RTtxNrh总之：总之： 胶体的运动，具备分子运动的性质胶体的运动，具备分子运动的性质不带电球粒在水中的扩散系数和布朗运动位移所需时间不带电球粒在水中的扩散系数和布朗运动位移所需时间（3）定量描述胶粒的扩散速度和布朗运动情况）定量描述胶粒的扩散速度和布朗运动情况半径/cmD / m2s-1位移所需时间1cm1mm1mm10-310-410-510-610-72.15 10-142.15 10-132.15 10-122.15 10-112.15 10-1073a7.3a9mon27d2.7d9mon27d2.7d6.5h40min23s2.3s0.23s2.3 10-2s2.3 10-3sA3RTtxNrhA16RTDNrh4.渗透压与渗透压与Donnan 平衡平衡 nRTVn: 溶胶中所含胶粒的摩尔数。V: 溶胶的体积 一般溶胶的渗透压一般溶胶的渗透压 大分子溶液的渗透压大分子溶液的渗透压2231()RTA cA ccMVirial 方程A2、 A3 virial 系数。 c：kg/m3 0 lim cR TcM/c 对c作图，由截距可得分子量M（或数均分子量） 聚电解质的渗透压聚电解质的渗透压-Donnan 平衡平衡天然的生物聚合体大多是聚电解质PXz P z+ +zX-Pz- (c1) Cl- (c2)Na+ (zc1) Na+ (c2)Pz- (c1) Cl- (c2-x)Na+ (zc1+x) Na+ (c2-x)Cl- (x) 内 （膜） 外渗透平衡时 内外外内外内ClClNaNaNaClNaClaaaaaa 2 2122czccx 1 21czcNaClNaCl内外（1）由于存在不透过半透膜的大离子，平衡时膜的内外NaCl浓度不等，产生一附加渗透压，此即为Donnan效应。z越大， Donnan效应越显著；（2）c1c2时， NaCl几乎都在膜外边；（3） c11/2l l 反射反射 d1/2l l 散射散射 当光束通过分散体系时，一部分自由地通过，一部分被吸收、反射或散射。可见光的波长约在400700 nm之间。（1）当光束通过粗分散体系，由于粒子大于入射光的波长，主要发生反射，使体系呈现混浊。 （2）当光束通过胶体溶液，由于胶粒直径小于可见光波长，主要发生散射，可以看见乳白色的光柱。（3）当光束通过分子溶液，由于溶液十分均匀，散射光因相互干涉而完全抵消，看不见散射光。3.经典光散射理论（静态光散射）经典光散射理论（静态光散射） 1871年，Rayleigh研究了大量的光散射现象，导出了散射光总能量的计算公式，称为Rayleigh公式：前提条件：介质中的粒子： (1)球形； (2)非导体； (3)比入射光波长要小，D/l1/20 (4)粒子间无相互作用 当散射光与入射光的频率相同时，光散射为弹性光散射。静态光射研究体系的平衡性质。（1）Rayleigh公式公式2202222221422219() (1)os22cnncInnvIRl散射光的角分布（对小粒子体系）223222104222124()2nncvIIInnlRayleigh公式公式Rayleigh公式：式中：I 散射光强度 I0 入射光强度 c 单位体积中粒子数 v 每个粒子的体积 l 入射光波长， n1与n2分别为分散介质和分散相的折射率223222104222124()2nncvIInnl 从Rayleigh公式可得出如下结论：232222140222124()2InncInnvl1. 入射光波长愈短，散射愈强。蓝(400600nm)比红光(600700nm)易散射。41/Il2. 2Iv3. ，质点愈多，散射光愈强。Ic4. n1与n2 差别愈大，散射光愈强。Rayleigh公式公式3.经典光散射理论（静态光散射）经典光散射理论（静态光散射）粒径：1/20D/l1（2）Debye散射公式散射公式290900Rr II02242(/)nncKNl其中瑞利比：式中：c为浓度（g/mL)，A2为第二个维里系数 I0 入射光强度，N为Avogadro常数 I90 为散射角90o距离散射中心rcm处每毫升溶液所产生的光强l 为入射光波长， n0为溶剂的折光系数， 为折光系数随浓度的变化率（示差折射率仪测定）/nc9021/2K c RMA cDebye式示差折射率仪测定静态光散射仪测定（3）Mie散射公式散射公式粒径：D/l1散射光的角分布（对大粒子体系）4. 动态光散射及其测量动态光散射及其测量在实际体系中小粒子不停地做布朗运动，散射光频率与入射光的频率比较，发生频移。粒子运动速度也不完相同，有一定的速度分布，故频率也有一定的分布。这样，散射光频率将以入射光时频率0为中心展宽，或者说是散射光强随时是变化发生涨落。这种由于胶体体系中粒子动态性质引起的光散射变化称为动态光散射动态光散射。2/DK布朗运动强度的平动扩散系数布朗运动强度的平动扩散系数D动态光散射动态光散射-DLS技术技术 散射光强随时间涨落的变化可用时间相关函数散射光强随时间涨落的变化可用时间相关函数表征，散射光强时间相关函数定义为表征，散射光强时间相关函数定义为RI（t t）h/(6)RkTDh对于球形粒子对于球形粒子（1）利用散射光测定颗粒大小与浓度）利用散射光测定颗粒大小与浓度 -浊度法浊度法5.静态散射光应用静态散射光应用21IK cv/mscvVVC34 3vr23112IK cvK CvK Cr 当分散相和分散介质等条件都相同，Rayleigh公式可改写成：232221402222124()2IcnnInnvl23112IK cvK CvK Cr323121rrII 保持浓度相同，2121ccII 保持粒子大小相同 如果已知一种溶液的散射光强度和粒子半径（或浓度），测定未知溶液的散射光强度，就可以知道其粒径（或浓度），这就是乳光计。（2）溶胶的颜色溶胶的颜色I0可见光可见光400-700nmI散散I0EcdII e()0E A cdII e其中，E和A分别为吸收系数和散射系数对于溶液，Beer定律对于胶体溶液，Beer定律改写为三种大小不同粒子的金溶胶的消光系数与波长的关系不同大小粒子的银溶胶的颜色7. 显微镜及其对粒子大小和形状的测定显微镜及其对粒子大小和形状的测定 普通显微镜分辨率不高，只能分辨出半径在200 nm以上的粒子，所以看不到胶体粒子。2sinAnl普通显微镜分辨率A：使用500nm的入射光(1) 显微镜显微镜 超显微镜分辨率高，可以研究半径为5150 nm的粒子。但是， 超显微镜观察的不是胶粒本身，而是观察胶粒发出的散射光。是目前研究憎液溶胶非常有用的手段之一。(2)超显微镜超显微镜超显微镜的类型超显微镜的类型（1） 狭缝式 照射光从碳弧光源射击，经可调狭缝后，由透镜会聚，从侧面射到盛胶体溶液的样品池中。 超显微镜的目镜看到的是胶粒的散射光。如果溶液中没有胶粒，视野将是一片黑暗。超显微镜的类型超显微镜的类型2. 心形聚光器 这种超显微镜有一个心形腔，上部视野涂黑，强烈的照射光通入心形腔后不能直接射入目镜，而是在腔壁上几经反射，改变方向，最后从侧面会聚在试样上。目镜在黑暗的背景上看到的是胶粒发出的的散射光。 从超显微镜可以获得哪些有用信息？从超显微镜可以获得哪些有用信息？（1） 可以测定球状胶粒的平均半径。（2） 间接推测胶粒的形状和不对称性。 例如，球状粒子不闪光， 不对称的粒子在向光面变化时有闪光现象。（3） 判断粒子分散均匀的程度。粒子大小不同，散射光的强度也不同。（4） 观察胶粒的布朗运动 、电泳、沉降和凝聚等现象。胶体与界面化学胶体与界面化学一一. 带电的胶体粒子带电的胶体粒子第三节第三节 胶体的电学性质胶体的电学性质胶粒带电的本质胶粒带电的本质 （1）胶粒在形成过程中，胶核优先吸附某种离子，使胶粒带电。 例如：在AgI溶胶的制备过程中，如果AgNO3过量，则胶核优先吸附Ag+离子，使胶粒带正电；如果KI过量，则优先吸附I -离子，胶粒带负电。胶粒的结构胶粒的结构例1：AgNO3 + KIKNO3 + AgI 过量的 KI 作稳定剂AgI+- - - - - - - - - - -(AgI)mn I (n-x)K+ x xK+ 内核内壳紧密吸附层扩散层胶粒（带负电）胶团（电中性）胶团的结构表达式： 胶团的图示式：胶核胶核胶壳胶壳紧密吸附层紧密吸附层扩散层扩散层例2：AgNO3 + KIKNO3 + AgI 过量的 AgNO3 作稳定剂 胶团的图示式：胶粒的结构胶粒的结构AgI+ +-(AgI)mn Ag+ (n-x)NO3x+ x NO3 内核内壳紧密吸附层扩散层胶粒（带正电）胶团（电中性）胶团的结构表达式：胶核胶核胶壳胶壳紧密吸附层紧密吸附层扩散层扩散层 （2） 离子型固体电解质形成溶胶时，由于正、负离子溶解量不同，使胶粒带电。 例如：将AgI制备溶胶时，由于Ag+较小，活动能力强，比I-容易脱离晶格而进入溶液，使胶粒带负电。（3）可电离的大分子溶胶，由于大分子本身发生电离，而使胶粒带电。 例如蛋白质分子，有许多羧基和胺基，在pH较高的溶液中，离解生成PCOO-离子而负带电；在pH较低的溶液中，生成P-NH3+离子而带正电。 Pencc实验 1809年，年，Pencc实验实验 由于胶粒带电，而溶胶是电中性的，则介质带与胶粒相反的电荷。在外电场作用下，胶粒和介质分别向带相反电荷的电极移动，就产生了电泳和电渗的电动现象，这是因电而动。二、二、 胶体分散体系电动现象及其应用胶体分散体系电动现象及其应用 胶粒在重力场作用下发生沉降，而产生沉降电势；带电的介质发生流动，则产生流动电势。这是因动而产生电。 以上四种现象都称为以上四种现象都称为电动现象电动现象。 流动电位 沉降电位1.电泳（电泳（electrophoresis） 带电胶粒或大分子在外加电场的作用下向带相反电荷的电极作定向移动的现象称为电泳。 影响电泳的因素有：带电粒子的大小、形状；粒子表面电荷的数目；介质中电解质的种类、离子强度，pH值和粘度；电泳的温度和外加电压等。 从电泳现象可以获得胶粒或大分子的电荷符号以及结构、大小和形状等有关信息。界面移动电泳仪界面移动电泳仪首先在漏斗中装上待测溶胶，U型管下部活塞内径与管径相同。 实验开始时，打开底部活塞，使溶胶进入U型管，当液面略高于左、右两活塞时即关上，并把多余溶胶吸走。在管中加入分散介质，使两臂液面等高。 小心打开活塞 ，接通电源，观察液面的变化。若是无色溶胶，必须用紫外吸收等光学方法读出液面的变化。 根据通电时间和液面升高或下降的刻度计算电泳速度。 注： 另外要选择合适的介质，使电泳过程中保持液面清晰。 沿aa,bb和cc都可以水平滑移。实验开始时，从bb处将上部移开，下面A，B部分装上溶胶，然后将上部移到原处，在C部装上超滤液，在bb处有清晰界面。TiseliusTiselius电泳仪电泳仪(1948(1948年获得诺贝尔化学奖年获得诺贝尔化学奖) )提赛留斯电泳仪的纵、横剖面图如图所示。 接通直流电源，在电泳过程中可以清楚的观察到界面的移动。从而可以判断胶粒所带电荷和测定电泳速度等。 区带电泳实验简便、易行，样品用量少，分离效率高，是分析和分离蛋白质的基本方法。 常用的区带电泳有：纸上电泳，圆盘电泳和板上电泳等。区带电泳区带电泳 将惰性的固体或凝胶作为支持物，两端接正、负电极，在其上面进行电泳，从而将电泳速度不同的各组成分离。 a.纸上电泳纸上电泳 用滤纸作为支持物的电泳称为纸上电泳。 先将一厚滤纸条在一定pH的缓冲溶液中浸泡，取出后两端夹上电极，在滤纸中央滴少量待测溶液，电泳速度不同的各组分即以不同速度沿纸条运动。 经一段时间后，在纸条上形成距起点不同距离的区带，区带数等于样品中的组分数。将纸条干燥并加热，将蛋白质各组分固定在纸条上，再用适当方法进行分析。纸上电泳应用纸上电泳应用 血清蛋白质电泳图谱b.凝胶电泳凝胶电泳 用淀粉凝胶、琼胶或聚丙烯酰胺等凝胶作为载体，则称为凝胶电泳。 将凝胶装在玻管中，电泳后各组分在管中形成圆盘状，称为圆盘电泳圆盘电泳； 凝胶电泳的分辨率极高。例如，纸上电泳只能将血清分成五个组分，而用聚丙烯酰胺凝胶作的圆盘电泳可将血清分成25个组分。如果将凝胶铺在玻板上进行的电泳称为平板电泳。 c.板上电泳板上电泳 在外加电场作用下，带电的介质通过多孔膜或半径为110 nm的毛细管作定向移动，这种现象称为电渗。 电渗方法有许多实际应用，如溶胶净化溶胶净化、海水淡化海水淡化、泥泥炭和染料的干燥炭和染料的干燥等。2.电渗（电渗（electro-osmosis)电渗析法电渗析法亦换膜电渗析法。该法的技术关键是新型离子交换膜的研制。离子交换膜是0.5-1.0mm厚度的功能性膜片，按其选择透过性区分为正离子交换膜（阳膜）与负离子交换膜（阴膜）。 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。3.流动电势（流动电势（streaming potential) 这种因流动而产生的电势称为流动电势。 流动电位 因为管壁会吸附某种离子，使固体表面带电，电荷从固体到液体有个分布梯度。 在用泵输送原油或易燃化工原料时，要使管道接地或加入油溶性电解质，增加介质电导，防止流动电势可能引发的事故。 当外力迫使扩散层移动时，流动层与固体表面之间会产生电势差，当流速很快时，有时会产生电火花。 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，从而产生电势差，这就是沉降电势。 贮油罐中的油内常会有水滴，水滴的沉降会形成很高的电势差，有时会引发事故。通常在油中加入有机电解质，增加介质电导，降低沉降电势。 4.沉降电势沉降电势 (sedimentation potential) 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，也可以是固体分子本身发生电离作用而使离子进入溶液，以致使固液两相分别带有不同符号的电荷，在界面上形成了双电层的结构。 对于双电层的具体结构，一百多年来不同学者提出了不同的看法。最早于1879年Helmholz提出平板型模型；三、双电层结构模型和电动电位（三、双电层结构模型和电动电位（z z电位）电位） 1910年Gouy和1913年Chapman修正了平板型模型，提出了扩散双电层模型；后来Stern又提出了Stern模型。1.Helmhotz1.Helmhotz平板电容理论平板电容理论 亥姆霍兹认为固体的表面电荷与溶液中带相反电荷的（即反离子）构成平行的两层，如同一个平板电容器。整个双电层厚度为。 固体表面与液体内部的总的电位差即等于热力学电势0 ，在双电层内，热力学电势呈直线下降。 在电场作用下，带电质点和溶液中的反离子分别向相反方向运动。 这模型过于简单，由于离子热运动，不可能形成平板电容器。2.Gury-Chapman(1913)2.Gury-Chapman(1913)扩散双电层模型扩散双电层模型 Gouy和Chapman认为，由于正、负离子静电吸引和热运动两种效应的结果，溶液中的反离子只有一部分紧密地排在固体表面附近，相距约一、二个离子厚度称为紧密层； 另一部分离子按一定的浓度梯度扩散到本体溶液中，离子的分布可用玻兹曼公式表示，称为扩散层。 双电层由紧密层和扩散层构成。移动的切动面为AB面。Gouy-Chapman(1913)Gouy-Chapman(1913)扩散双电层模型扩散双电层模型 双电层定量处理：目的是求出双电层厚度，即电荷密度从表面到体相一致处之间厚度。说明了双电层内的电荷与电势分布。Gouy-Chapman(1913)扩散双电层模型扩散双电层模型 Gouy-Chapman双电层理论的结论：0很低时， （1）双电层电位与距离成指数关系满足x0, 0；x, 0。双电层电位与距离关系 （2）k具有长度量纲， 当k x=1时，0/e作为一个表征量，1/k为扩散双电层的有效厚度。 （3）可利用求k ， 从而求得双电层的有效厚度具有长度量纲， Gouy-Chapman(1913)Gouy-Chapman(1913)扩散双电层模型扩散双电层模型Gouy-Chapman(1913)Gouy-Chapman(1913)扩散双电层模型扩散双电层模型 Gouy-Chapman双电层理论的困难： （1）在k x值很小时（即0大时），表面离子浓度的理论值太大。如果0 300mV, c0=10-3mol/L，则表面离子浓度可达160mol/L，不可不可能能。双电层电位与距离关系 （2）不能解释表面电势变符号的现象3.Stern3.Stern模型模型 Stern对扩散双电层模型作进一步修正。 他认为吸附在固体表面的紧密层约有一、二个分子层的厚度，后被称为Stern层； 由反号离子电性中心构成的平面称为Stern平面。 由于离子的溶剂化作用，胶粒在移动时，紧密层会结合一定数量的溶剂分子一起移动，所以滑移的切动面由比Stern层略右的曲线表示。 从固体表面到Stern平面，电位从0直线下降为 。电动电势（电动电势（electrokinetic potentialelectrokinetic potential） 在Stern模型中，带有溶剂化层的滑移界面与溶液之间的电位差称为z电位。电动电势亦称为z电势。 在扩散双电层模型中，切动面AB与溶液本体之间的电位差为z电位； 电位总是比热力学电位低，外加电解质会使z电位变小甚至改变符号。只有在质点移动时才显示出z电位，所以又称电动电势。 带电的固体或胶粒在移动时，移动的切动面与液体本体之间的电位差称为电动电势。电动电势（电动电势（electrokinetic potentialelectrokinetic potential）四四 胶体的稳定与聚沉胶体的稳定与聚沉 胶体由于具有巨大的表面能，因此是热力学不稳定体系，但在某些条件下，也能稳定的存在一段时间。胶体的稳定是相对的、暂时的和有条件的，而不稳定则是绝对的。1. 溶胶的稳定性溶胶的稳定性影响溶胶稳定性的因素(1) 溶胶的动力稳定因素(2) 胶粒带电的稳定作用(3) 溶剂化的稳定作用 1941年由德查金年由德查金(Darjaguin)和朗道和朗道(Landau)以及以及1948年维韦年维韦(Verwey)和奥弗比克和奥弗比克(Overbeek)分别提出了带电胶分别提出了带电胶体粒子稳定的理论体粒子稳定的理论, 简称简称DLVO理论理论. 要点如下要点如下: (1) 在胶团之间在胶团之间, 既存在着斥力势能既存在着斥力势能, 存在着引力势能存在着引力势能l扩散层未重叠扩散层未重叠, 两胶团之间两胶团之间不产生斥力不产生斥力l扩散层重叠扩散层重叠, 平衡破坏平衡破坏, 产生渗产生渗透性斥力和静电斥力透性斥力和静电斥力DLVO理论理论(2) 胶体系统的相对稳定或聚沉取决于胶体系统的相对稳定或聚沉取决于斥力势能斥力势能和和吸力吸力势能势能的相对大小的相对大小. 当粒子间斥力势能在数值上大于吸力势当粒子间斥力势能在数值上大于吸力势能能,而且足以阻止由于布朗运动使粒子相互碰撞而粘结时而且足以阻止由于布朗运动使粒子相互碰撞而粘结时, 则胶体处于相对稳定状态则胶体处于相对稳定状态; 当吸力势能在数值上大于斥力当吸力势能在数值上大于斥力势能势能, 粒子将相互靠拢而发生聚沉粒子将相互靠拢而发生聚沉. 调整两者的相对大小调整两者的相对大小, 可以改变胶体系统的稳定性可以改变胶体系统的稳定性.(3) 斥力势能斥力势能, 吸力势能以及总势吸力势能以及总势能都随粒子间距离的变化而变化能都随粒子间距离的变化而变化, 且在某一距离范围吸力占优势且在某一距离范围吸力占优势, 而在另一距离范围斥力占优势而在另一距离范围斥力占优势.(4) 加入电解质对吸力势能影响加入电解质对吸力势能影响不大不大, 但对斥力势能的影响却十但对斥力势能的影响却十分显著分显著. 电解质的加入会导致系电解质的加入会导致系统的总势能发生很大的变化统的总势能发生很大的变化, 适适当调整电解质浓度当调整电解质浓度, 可以得到相可以得到相对稳定的胶体对稳定的胶体.在电荷作用下稳定存在的在电荷作用下稳定存在的Fe2O3溶胶溶胶2. 溶胶的聚沉溶胶的聚沉聚沉聚沉: 憎液溶胶中分散相微粒互相聚结构， 颗粒变大, 进而发生沉淀的现象。加热，辐射或加入电解质皆可导致溶胶的聚沉。 三种溶胶聚沉. (左)Al(OH)3; (中)Fe(OH)3; (右)Cu(OH)22. 溶胶的聚沉溶胶的聚沉(1) 电解质的聚沉作用电解质的聚沉作用 在溶胶中加入少量电解质，可以使胶粒吸附的离子增加，电势提高，增加溶胶的稳定性，称为稳定剂稳定剂。 但当电解质的浓度足够大，部分反粒子进入紧密层，而使电势降低，扩散层变薄，胶粒之间静电斥力减小而导致聚沉，则称为聚沉剂聚沉剂。 聚称值和聚沉率聚称值和聚沉率聚沉速率电解质浓度 c电势/mV c1 c 230 0聚沉值：聚沉值：使溶胶以明显速率聚沉所需的电解质的最小浓度。聚沉率：聚沉率：聚沉值的倒数。电解质的聚沉值越小，聚沉率越大，则聚沉能力越强不同电解质的聚沉值不同电解质的聚沉值(mmol/dm3) LiCl 58.4 NaCl 51 KCl 501/2 K2SO4 65 HCl 31 CaCl2 0.65 BaCl2 0.69 MgSO4 0.801/2Al3(SO4)3 0.096 AlCl3 0.093负溶胶负溶胶(As2S3)正溶胶正溶胶(Al2O3)NaCl 43.5KCl 46KNO3 60K2SO4 0.30K2Cr2O7 0.63K2C2O4 0.69K3Fe(CN)6 0.08 影响电解质聚沉能力的因素：影响电解质聚沉能力的因素：(a) 主要取决于与胶粒所带电荷相反的离子（反离子）所带的电荷数（即价数）。反离子的价数越高，聚沉能力越强。Schulze-Hardy rule 电解质的聚沉值与胶粒的异电性离子的价数的6次方成反比 )31( :)21( :)11(: 666)3()2()1(jjjcccCj(i) : i 价电解质的聚沉值(b) 价数相同的反离子的水合半径越小，聚沉 能力越强。例如，对一价阳离子,按聚沉能力排列： H+ Cs+ Rb+ NH4+ K+ Na+ Li+对一价阴离子： F- Cl- Br- NO3- I-(c) 与胶粒电性相同的离子，一般说来，价数越高，水合半径越小（盐析作用） ，聚沉能力越弱(2) 溶胶的相互聚沉作用溶胶的相互聚沉作用 当两种带相反电荷的溶胶所带电量相等时，当两种带相反电荷的溶胶所带电量相等时， 相互混合也会发生聚沉。相互混合也会发生聚沉。 (3) 高分子化合物的作用高分子化合物的作用 在溶胶中加入少量高分子化合物可使溶胶聚沉，称为敏化作用敏化作用(絮凝作用)。 在溶胶中加入足够多的高分子化合物，则会阻止溶胶的聚沉，称为空间空间保护作用保护作用。胶体与界面化学胶体与界面化学第五节第五节 胶体的流变性质胶体的流变性质流变学流变学来源于希腊，由来源于希腊，由BinghamBingham和和CrawfordCrawford为了表示为了表示液体的流动和固体的变形现象而提出来的概念。液体的流动和固体的变形现象而提出来的概念。流变学则是研究物质的变形和流动的一门科学。流变学则是研究物质的变形和流动的一门科学。 一一. 流变性质的流变性质的基本概念与基本概念与规律规律1.1.切应变、切应力和切变速度切应变、切应力和切变速度切应力：切应力：单位面积受到的切力称为切应力（单位面积受到的切力称为切应力（t t） 变形：变形：对某一物体外加压力，其内部的各部分的形状和对某一物体外加压力，其内部的各部分的形状和体积发生的变化。主要与固体的性质相关。体积发生的变化。主要与固体的性质相关。 由外部应力而产生的固体的变形，如除去其应力，则固由外部应力而产生的固体的变形，如除去其应力，则固体恢复原状，这种性质称为体恢复原状，这种性质称为弹性弹性。 对于固体：对于固体：把这种可逆性变形称为把这种可逆性变形称为弹性变形，弹性变形，而非可逆性变形称为而非可逆性变形称为塑性变形。塑性变形。 Gt在弹性极限内，切应力在弹性极限内，切应力t t与切应变与切应变 成正比，即成正比，即 流动主要表示液体和气体的性质。流动的难流动主要表示液体和气体的性质。流动的难易与物质本身具有的性质有关，把这种现象称易与物质本身具有的性质有关，把这种现象称为为粘性（粘性（ViscosityViscosity）。）。流动也视为一种非可逆流动也视为一种非可逆性变形过程。性变形过程。 对于纯液体：对于纯液体： 在流速不太快时，可将流动着的液体视为互相平行移动的液层叫层流层流（如下图），由于各层的速度不同，便形成速度梯度速度梯度d du u/d/dy y，这是流动的基本特征。 u uy y 剪切应力与剪切速率剪切应力与剪切速率表征体系流变性质的两个基本参数：表征体系流变性质的两个基本参数： 1. 剪切应力剪切应力，简称剪切力，单位为N/m2，以t表示。 2. 剪切速度剪切速度，单位为s-1，以D表示。FDAth切应力切应力t t完全用于克服液体的内摩擦，则切应力与完全用于克服液体的内摩擦，则切应力与切变速率切变速率D D成正比，即成正比，即 牛顿定律实际上，某一种物质对外力表现为弹性弹性和粘性粘性双重特性（粘弹性粘弹性）。这种性质称为流变学性质流变学性质，对这种现象进行定量解析的学问称为流变学流变学。二、浓分散几种典型的流型二、浓分散几种典型的流型1.非时间依赖性流型非时间依赖性流型非时间依赖性流体流变曲线DthcDtth1牛顿流体牛顿流体牛顿粘度定律：纯液体和多数低分子溶液在层流条件下的剪切应力（S）与剪切速度（D）成正比。遵循该法则的液体为牛顿流体。 FSDAh1DSh式中，h粘度或粘度系数，是表示流体粘性的物理常数。单位为泊，1P= 0.1Nsm-2，SI单位中粘度用Pas或 Kg/(ms)表示。cDtthcDtth塑性流体流变性质的两个基本参数：塑性流体流变性质的两个基本参数： 1. t tc，屈服值；，屈服值； 2. h h* ，塑性粘度塑性粘度2. 塑性流体塑性流体cccDth thhtt如：油漆、泥浆等塑性流体流变性质的特征参数：塑性流体流变性质的特征参数： 1. t tc，屈服值；，屈服值； 2. h h* ，塑性粘度塑性粘度特点：特点：切稀。切稀。(01)nk Dnt流变曲线特点：流变曲线特点：通过原点凸向切应力轴的曲线。通过原点凸向切应力轴的曲线。例如：羧甲基纤维素等大分子化合物溶液、淀粉水悬浮体等3.假塑性流体假塑性流体1nkDDth(1)nk D nt流变曲线特点：流变曲线特点：通过原点凸向切变速度的曲线。通过原点凸向切变速度的曲线。例如：淀粉-乙二醇糊状物、颜料的浓悬浮体等4.胀流性流体胀流性流体1nkDDth2. 时间依赖性流型时间依赖性流型-触变型触变型触变性流体流变曲线例如：一定浓度的泥浆、溶胶、油漆等三、稀分散体系的粘度三、稀分散体系的粘度1.与粘度有关的常用符号与术语与粘度有关的常用符号与术语 00r0sp00spsp01/lim/ccchhhhhhhhhhhhhh粘度粘度纯溶剂粘度纯溶剂粘度相对粘度相对粘度增比粘度增比粘度比浓度粘度比浓度粘度特性粘度特性粘度2. Einstein粘度公式粘度公式0(1)hh四、粘度的测量四、粘度的测量1.同心转筒式粘度计同心转筒式粘度计四、粘度的测量四、粘度的测量2.毛细管式粘度计毛细管式粘度计四、粘度的测量四、粘度的测量3.锥板式粘度计锥板式粘度计4.渗透压与渗透压与Donnan 平衡平衡 nRTVn: 溶胶中所含胶粒的摩尔数。V: 溶胶的体积 一般溶胶的渗透压一般溶胶的渗透压 胶体粒子在重力作用下的沉降必然导致浓度差的出现，而浓度梯度又使得粒子朝着沉降的反方向扩散。当沉降与扩散速率相等时，则体系达到沉降平衡。 由波尔兹曼分布律可导出粒子浓度 c 随高度 x 的分布关系为 21()21M g xxRTcc e 重力场下平衡重力场下平衡I入入可见光可见光400-700nmI散散I反反I透透l l可见光可见光400-700nmd1/2l l 反射反射 d1/2l l 散射散射 2202222221422219() (1)os22cnncInnvIRl散射光的角分布（对小粒子体系）223222104222124()2nncvIIInnl胶体与界面化学胶体与界面化学Gouy-Chapman(1913)Gouy-Chapman(1913)扩散双电层模型扩散双电层模型 双电层定量处理：目的是求出双电层厚度，即电荷密度从表面到体相一致处之间厚度。说明了双电层内的电荷与电势分布。胶体与界面化学胶体与界面化学如：油漆、泥浆等塑性流体流变性质的特征参数：塑性流体流变性质的特征参数： 1. t tc，屈服值；，屈服值； 2. h h* ，塑性粘度塑性粘度特点：特点：切稀。切稀。