第9章-胶体体学课件

胶体化学是物理化学的一个重要分支。它所研究胶体化学是物理化学的一个重要分支。它所研究的领域是化学、物理学、材料科学、生物化学等诸多的领域是化学、物理学、材料科学、生物化学等诸多学科的交叉与重叠，它已成为这些学科的重要基础理学科的交叉与重叠，它已成为这些学科的重要基础理论。论。胶胶体体化化学学的的理理论论和和技技术术现现在在已已广广泛泛应应用用于于化化工工、石石油油开开采采、催催化化、涂涂料料、造造纸纸、农农药药、纺纺织织、食食品品、化化妆妆品品、染染料料、医医药药和和环环境境保保护护等等工工业业部部门门和和技技术术领领域。域。胶体化学是物理化学的一个重要分支。它所研究1 基本概念基本概念基本概念2 分散系统：分散系统：一种或几种物质分散在另一种物一种或几种物质分散在另一种物质之中所构成的系统；质之中所构成的系统；分分 散散 相：相：被分散的物质；被分散的物质；分散介质：分散介质：另一种连续分布的物质另一种连续分布的物质我们常说的溶液是不是分散系统？我们常说的溶液是不是分散系统？胶体是一种分散系统胶体是一种分散系统例：例：NaCl水溶液水溶液-分散系统的分类及其主要特征分散系统的分类及其主要特征分散系统：一种或几种物质分散在另一种物质之中所构成的系统；3 分子分散系统按分散相粒子的大小大小分：胶体分散系统粗分散系统分散系统的分类：分散系统的分类：分散相线度分散相线度d1000nm-分散系统的分类及其主要特征分散系统的分类及其主要特征分子分散系统按分散相粒胶体分散系统粗分散系统分散系统的分类：4 分子分散体系分子分散体系(d1000nm）目测是混浊不均匀体系，放置后会沉淀或分层，如黄河水。多相、热力学不稳定系统。各种分散体系的特征：-分散系统的分类及其主要特征分散系统的分类及其主要特征分子分散体系(d1000nm高度分散的；多相的；热力学不稳定-分散系统的分类及其主要特征粗分散系统乳状液：液体分散9 胶体的制备及性质胶体的制备及性质胶体的制备及性质10 9-2溶胶的制备与净化溶胶的制备与净化粗分散系统粗分散系统(d1000nm)分子分散系统分子分散系统(d1nm)胶体系统胶体系统(1d1000nm)聚集分散 9-2溶胶的制备与净化粗分散系统分子分散系统胶体系统聚集11 1、丁达尔（、丁达尔（Tyndall）效应）效应2、瑞利、瑞利(L.W.Rayleigh)公式公式 9-3胶体系统的光学性质胶体系统的光学性质 1、丁达尔（Tyndall）效应2、瑞利(L.W.Rayl12 问题问题1 1、为什么晴天的天空呈蓝色？为什么日出、日落时、为什么晴天的天空呈蓝色？为什么日出、日落时云彩特别红？云彩特别红？2 2、为为什什么么危危险险信信号号灯灯用用红红色色？为为什什么么车车辆辆在在雾雾天天行驶时雾灯规定用黄色？行驶时雾灯规定用黄色？3 3、为什么在做旋光分析时，光源用的是钠光灯？、为什么在做旋光分析时，光源用的是钠光灯？问题1、为什么晴天的天空呈蓝色？为什么日出、日落时云彩特别红13 9-3-1 Tyndall（丁达尔）效应（丁达尔）效应丁达尔效应：在暗室中，将一束聚集的光线投射到胶体系统上，在与入射光垂直的方向上，可观察到一个发亮的光锥，此现象称为丁达尔效应。溶胶透镜光源丁达尔效应 9-3-1 Tyndall（丁达尔）效应丁达尔效应：14 入射光波长入射光波长 分散粒子尺寸分散粒子尺寸散射散射（可见光波长（可见光波长 400-760 nm 400-760 nm；胶粒胶粒 1-1000nm)1-1000nm)入射光频率入射光频率 =分子固有频率分子固有频率 吸收吸收 无作用无作用 透过透过光照射到微粒表面时光照射到微粒表面时可见光的波长约在400-700nm之间。9-3-1 Tyndall（丁铎尔）效应（丁铎尔）效应 光照射到微粒表面时可见光的波长约在400-700 15 （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，可以看见光柱，溶胶是多相不均匀体系，在胶粒和介质分子上产生的散射光不能完全抵消。（3）当光束通过分子溶液，因溶液均匀，散射光因相互干涉而完全抵消，或散射光太弱，看不见散射光。9-3-1 Tyndall（丁铎尔）效应（丁铎尔）效应（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16 9-3-2 瑞利（瑞利（Rayleigh）公式公式 I ：单位体积散射光强度：单位体积散射光强度 ；I0 0 ：入射光强度；入射光强度；：入射光波长入射光波长；V：每个分散相粒子的体积；每个分散相粒子的体积；C：单位体积中的粒子数；：单位体积中的粒子数；n2 2：分散相的折射率；分散相的折射率；n1 1：分散介质的折射率；：分散介质的折射率；：散射角散射角（观察方向与入射方向夹角）（观察方向与入射方向夹角）；r ：观测距离观测距离（观察者与散射中心的距离）。（观察者与散射中心的距离）。9-3-2 瑞利（Rayleigh）公式 I：单位体17 用丁达尔效应可鉴别真溶液、高分子溶液、和溶胶。溶胶-丁达尔效应显著散色光称为乳光，乳光的强度又称为浊度。真溶液-无丁达尔效应(V太小)高分子溶液-丁达尔效应微弱(n和n0相差太小)粗分散系统-由于分散相粒子的尺寸,无散射9-3-2 瑞利（瑞利（Rayleigh）公式公式用丁达尔效应可鉴别真溶液、高分子溶液、和溶胶。溶胶-丁18 问题答案问题答案答：太阳光由七色光组成。空气中有灰层微粒和小水滴，当阳光照射地球时，其中，波长较短的蓝光、紫光被微粒散射后的散射光较强，所以，看到的天空呈蓝色，实际上看到的是这种散射光。而在日出、日落时，太阳接近地平线，阳光要穿过厚厚的大气层我们才能看到。阳光中短波长的青色、蓝色、紫色光被大气层中的微粒散射掉了，我们看到的是散射较弱的红色、橙色的透射光，所以特别绚丽多彩。1、为什么晴天的天空呈蓝色？为什么日出、日落时云彩特别红？问题答案答：太阳光由七色光组成。空气中有灰层微粒和小水滴，当19 答：因为红色光波长很长，不容易散射，传得远，可以让人在很远时看到危险信号。雾天，如果用白色雾灯，其中一部分短波长的光被雾滴散射，光线就会变弱。而黄色光波长较长，不容易散射。所以雾天在高速公路上，必须把后雾灯打开，黄色的雾灯很远就能看见，可以防止汽车追尾相撞。2、为什么危险信号灯用红色？为什么车辆在雾天行驶时雾灯规定用黄色？问题答案答：因为红色光波长很长，不容易散射，传得远，可以让人在很远时20 答：因为在蔗糖水解时，主要测定其旋光度的变化，而不希望有散射因素干扰。钠光灯放出的是单一的、波长较长的黄色光，不容易发生散射。3、为什么在做旋光分析时，光源用的是钠光灯？问题答案答：因为在蔗糖水解时，主要测定其旋光度的变化，而不希望有散射21 1、Brown 运动运动2、扩散、扩散3、沉降与沉降平衡、沉降与沉降平衡 9-4溶胶的动力性质1、Brown 运动2、扩散3、沉降与沉降平衡 9-4溶胶22 9-4-1 Brown 运动运动 1827年年,植物学家布朗植物学家布朗(Brown)在显微镜下在显微镜下,看到悬浮看到悬浮在水中的花粉粒子处于不停息的无规则运动状态。在水中的花粉粒子处于不停息的无规则运动状态。以后发现，线度以后发现，线度C2。胶粒从。胶粒从C1区向区向C2区迁移的现象区迁移的现象A BCDFFC1C2 9-4-2 扩散 在有浓度梯度存在时，因分子的热25 9-4-3 沉降与沉降平衡沉降与沉降平衡 多相分散系统中的粒子，因受多相分散系统中的粒子，因受重力作用重力作用而下沉而下沉的过程，称为的过程，称为沉降沉降。沉降沉降与布朗运动所产生的与布朗运动所产生的扩散扩散为一对矛盾的两个方面。为一对矛盾的两个方面。沉降沉降沉降沉降 扩散扩散扩散扩散 分散相分布分散相分布分散相分布分散相分布真溶液真溶液真溶液真溶液 主主主主 均相均相均相均相粗分散系统粗分散系统粗分散系统粗分散系统 主主主主 沉于底部沉于底部沉于底部沉于底部胶体系统胶体系统胶体系统胶体系统 平衡平衡平衡平衡 形成浓梯形成浓梯形成浓梯形成浓梯当扩散力和重力相等时达沉降平衡当扩散力和重力相等时达沉降平衡 9-4-3 沉降与沉降平衡 多相分散系统中的粒子，26 沉降平衡：分散相粒子本身的重力使粒子沉降；而介质的粘度及布朗运动引起的扩散作用阻止粒子下沉；当扩散速率等于沉降速率时，体系达到沉降平衡。达沉降平衡时，粒子的浓度随高度不同有一定的梯度，且这种浓度梯度不随时间而变。h1h2dh 9-4-3 沉降与沉降平衡沉降与沉降平衡沉降平衡：分散相粒子本身的重力使粒子沉降；而介质的粘度及布朗27 1 1、电动现象、电动现象 2 2、胶体的带电的原因、胶体的带电的原因 4 4、溶胶的胶团结构、溶胶的胶团结构9-5 溶胶的电学性质溶胶的电学性质 3 3、双电层理论、双电层理论 1、电动现象 2、胶体的带电的原因 4、溶胶的胶团结构9-28 1、贮油罐中通常要加入少量有机电解质，否则有爆炸的危险，这是为什么？为什么输油管要接地？2、在一个U型管中间，放用AgCl晶体组成的多孔塞,管中放浓度为0.001mol.dm-3的KCl溶液。多孔塞两边放接直流电源的电极。通电时溶液将向哪一极方向移动?问题问题1、贮油罐中通常要加入少量有机电解质，否则有爆炸的危险，这是29 溶胶是一个高度分散的、多相、具有较高的表面自由焓的热力学不稳定系统，粒子有自动聚结变大的趋势，但事实上很多溶胶可以在相当长的时间内稳定存在而不聚结，有时竟可长达几年甚至几十年。像法拉第于1858年制成的红色金溶胶，一直保存到20世纪20年代才沉淀下来。经研究表明与胶粒带电有直接关系，粒子带电是溶胶稳定的主要原因。9-5-1电动现象电动现象 溶胶是一个高度分散的、多相、具有较高的表面自由30 电泳在外加电场作用下，带电的分散相粒子在分散介质中向相反符号电极移动的现象。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。图图10-7 10-7 电泳电泳+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。电动现象分四类9-5-1电动现象电动现象 电泳 在外加电场作用下，带电的分散相粒子在分散介质中31 电渗电渗 在外加电场作用下，在外加电场作用下，分散介质分散介质(由过剩反离子所由过剩反离子所携带携带)通过多孔膜或极细的通过多孔膜或极细的毛细管移动的现象毛细管移动的现象(此时带此时带电的固相不动电的固相不动)+图10-8电渗 流动电势流动电势在外加压力下，在外加压力下，迫使液体流经相对静止的固迫使液体流经相对静止的固体表面体表面(如毛细管如毛细管)而产生的而产生的电势叫流动电势电势叫流动电势(它是电渗的它是电渗的逆现象逆现象)。气体V压力毛细管图10-9流动电势9-5-1电动现象电动现象 电渗 在外加电场作用下，分散介质(由过剩反离子所携带)32 沉沉降降电电势势 由由于于固固体体粒粒子子或或液液滴滴在在分分散散介介质质中中沉沉降降使使流流体体的的表表面面层层与与底底层层之之间间产产生生的的电电势势差差叫叫沉沉降电势降电势(它是电泳的逆现象它是电泳的逆现象)。图沉降电势+V9-5-1电动现象电动现象 沉降电势 由于固体粒子或液滴在分散介质中沉降使流体33 胶粒在重力场作用下发生沉降，产生沉降电势；带电的介质发生流动，产生流动电势。因动而产生电。以上四种现象都称为电动现象。故电动现象证明胶体粒子是带电的。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，产生了电泳和电渗的电动现象，因电而动。9-5-1电动现象电动现象 胶粒在重力场作用下发生沉降，产生沉降电势；带电的介质发生流34 答：因为油中常含有小水滴，形成油包水的乳状液，答：因为油中常含有小水滴，形成油包水的乳状液，水滴带有电荷。进入贮油罐后，由于重力的作用，小水滴带有电荷。进入贮油罐后，由于重力的作用，小水滴下沉，会产生一定的沉降电势，给油罐带来危险。水滴下沉，会产生一定的沉降电势，给油罐带来危险。所以加入一定量的有机电解质，增加油的电导，减小所以加入一定量的有机电解质，增加油的电导，减小沉降电势，防止事故的发生。在用泵输送石油或其它沉降电势，防止事故的发生。在用泵输送石油或其它碳氢化合物时，由于压差迫使液体流动，在扩散层和碳氢化合物时，由于压差迫使液体流动，在扩散层和管道表面会产生电势差，这是流动电势，在高压下会管道表面会产生电势差，这是流动电势，在高压下会产生火花。为了防止事故发生，都将这种管道接地或产生火花。为了防止事故发生，都将这种管道接地或加入有机电解质。加入有机电解质。1 1、贮油罐中通常要加入少量有机电解质，否则有爆、贮油罐中通常要加入少量有机电解质，否则有爆炸的危险，这是为什么？为什么输油管要接地？炸的危险，这是为什么？为什么输油管要接地？问题解答问题解答答：因为油中常含有小水滴，形成油包水的乳状液，水滴带有电荷。35 2、在在一一个个U型型管管中中间间，放放用用AgCl晶晶体体组组成成的的多多孔孔塞塞,管管中中放放浓浓度度为为0.001mol.dm-3的的 KCl溶溶液液。多多孔孔塞塞两两边边放放接接直直流流电电源源的的电电极极。通通电电时时溶溶液液将将向向哪哪一一极极方方向向移移动动?答答：开开始始通通电电时时，溶溶液液将将向向负负极极移移动动。因因为为AgCl晶晶体体优优先先吸吸附附Cl-离离子子，多多孔孔塞塞带带负负电电，介介质质带带正正电电，所所以以电电渗渗时时液液体体向向负负极极移移动动。KCl浓浓度度增增加加，电电位位下下降降，电电渗渗速速度度变变慢慢。当当用用AgNO3代代替替KCl，AgCl优优先先吸吸附附Ag+离子，介质带负电，电渗方向与刚才相反。离子，介质带负电，电渗方向与刚才相反。问题解答问题解答2、在一个U型管中间，放用AgCl晶体组成的多孔塞,管中放浓36 溶胶是高度分散的多相系统，有很高的表面自由溶胶是高度分散的多相系统，有很高的表面自由焓，所以胶体粒子表面会自动地，有选择的吸附溶液中焓，所以胶体粒子表面会自动地，有选择的吸附溶液中的某种离子以降低系统的自由焓，使系统趋于稳定。的某种离子以降低系统的自由焓，使系统趋于稳定。（1 1）吸附）吸附吸附正离子吸附正离子-带正电带正电 吸附负离子吸附负离子-带负电带负电 胶核吸附离子是有选择性的，首先吸附与胶核中胶核吸附离子是有选择性的，首先吸附与胶核中相同的某种离子，用同离子效应使胶核不易溶解。相同的某种离子，用同离子效应使胶核不易溶解。法扬斯规则：法扬斯规则：与胶体具有相同化学元素的离子优先与胶体具有相同化学元素的离子优先 被吸附。被吸附。9-5-29-5-2胶粒带电的原因胶粒带电的原因 溶胶是高度分散的多相系统，有很高的表面自由焓，所以37 稳定剂：稳定剂：含有被吸附离子的物质对溶胶起稳定作用，称含有被吸附离子的物质对溶胶起稳定作用，称例；以例；以KI溶液滴加至溶液滴加至AgNO3溶液中形成的溶液中形成的AgI溶胶溶胶 若若KI过量过量-吸附吸附I-带负电、若带负电、若AgNO3过量过量-吸附吸附Ag+带正电带正电 （2 2）电离）电离:可电离的大分子溶胶，由于大分子本身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。发生电离，而使胶粒带电。例如硅胶是许多硅酸分子的聚集体例如硅胶是许多硅酸分子的聚集体氢离子进入液相氢离子进入液相,硅酸要留在固体表面硅酸要留在固体表面,使硅胶带使硅胶带负电负电.9-5-2胶粒带电的原因胶粒带电的原因稳定剂：含有被吸附离子的物质对溶胶起稳定作用，称例；以KI38 当固体与液体接触时当固体与液体接触时，由于吸附或电离，由于吸附或电离,使固液两相带使固液两相带有不同符号的电荷，有不同符号的电荷，在界面上形成了双电层的结构。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。了不同的看法。1910年年Gouy和和1913年年Chapman古依古依-查普曼查普曼,修正修正了平板型模型，提出了了平板型模型，提出了扩散双电层模型扩散双电层模型；后来后来Stern斯特恩又提出了斯特恩又提出了Stern模型模型。最早于最早于1879年年Helmholz亥姆霍兹提出亥姆霍兹提出平板型模型；平板型模型；9-5-39-5-3双电层理论双电层理论由于胶体粒子表面带电由于胶体粒子表面带电,而溶胶是电中性的而溶胶是电中性的,故分散介故分散介质中必有符号相反电荷的离子质中必有符号相反电荷的离子-反离子或异电离子反离子或异电离子 当固体与液体接触时，由于吸附或电离,使固液两相带有不同符39 1 1）正负电荷如平板电容器那样分布；）正负电荷如平板电容器那样分布；2 2）两层距离约为一个分子厚度；）两层距离约为一个分子厚度；3 3）在外加电场下，带电质点与溶液中）在外加电场下，带电质点与溶液中 反电离子分别向相反方向移动。反电离子分别向相反方向移动。1.1.1.1.亥姆霍兹平板双电层理论亥姆霍兹平板双电层理论亥姆霍兹平板双电层理论亥姆霍兹平板双电层理论固体表面与液体内部的总的电位差即等于固体表面与液体内部的总的电位差即等于热力学电势热力学电势 0 0，在双电层内，热力学电势呈直线下降。在双电层内，热力学电势呈直线下降。模型太简单，由于离子热运动，不可能形成平板电容器。模型太简单，由于离子热运动，不可能形成平板电容器。例例:正正 溶胶溶胶,NO-3是反离子。是反离子。9-5-3双电层理论双电层理论1）正负电荷如平板电容器那样分布；1.亥姆霍兹平板双电层理论40 2.Gouy(2.Gouy(古依古依古依古依)和和和和Chapman(Chapman(查普曼查普曼查普曼查普曼)扩散双电层理论扩散双电层理论扩散双电层理论扩散双电层理论Gouy和和Chapman认认为，由于正、为，由于正、负离子负离子静电静电吸引吸引和和热运热运动动两种效应两种效应的结果，造的结果，造成反离子的成反离子的扩散分布扩散分布.紧密层 x+AB扩散层 9-5-3双电层理论双电层理论2.Gouy(古依)和Chapman(查普曼)扩散双电层41 另一部分离子按一定的浓度梯度另一部分离子按一定的浓度梯度(离表面越远离表面越远,浓度越小浓度越小)扩散到本体溶液中，称为扩散到本体溶液中，称为扩散层扩散层。溶液中的反离子只有一部分紧密地排在固体表面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、二个离子厚度称为附近，相距约一、二个离子厚度称为紧密层紧密层；双电层由双电层由紧密层和扩散层紧密层和扩散层构成。移动的滑动面构成。移动的滑动面为为AB面。面。局限局限:认为离子是点电荷认为离子是点电荷,没考虑反离子的吸附、没考虑反离子的吸附、离子的溶剂化。离子的溶剂化。9-5-3双电层理论双电层理论 另一部分离子按一定的浓度梯度(离表面越远,浓度越小)42 Stern对扩散双电层模型作进一步修正。肯定了扩散双电层理论中反离子呈扩散状态分布于溶液中，他还认为离子是有一定大小的，没有考虑离子的溶剂化及离子与质点表面除了静电作用外，还有范德华力。3.Stern3.Stern扩散双电层理论扩散双电层理论由紧密层中反离子电性中心构成的平面称为Stern平面假想面。由于离子的溶剂化作用，胶粒在移动时，紧密层会结合一定量的溶剂分子一起移动，所以滑移的滑动面由比Stern层略右的曲线表示9-5-双电层理论双电层理论 Stern对扩散双电层模型作进一步修正。肯定了43 固体表面固体表面+斯特恩层斯特恩层(紧密层紧密层)扩散层扩散层-+-+-斯特恩面斯特恩面滑动面滑动面 0扩散层:分为固定层和可动层.固定层:斯特恩面与滑移面之间.可动层:滑移面以外的部分.9-5-3双电层理论固体表面+斯特恩层(紧密层)扩散层-44 斯特恩层：斯特恩层：斯特恩面与固体表面之间的空间。斯特恩面与固体表面之间的空间。斯特恩面：斯特恩面：反离子的电性中心所形成的假想面称反离子的电性中心所形成的假想面称滑动面：滑动面：固、液两相发生相对移动时的接触面。固、液两相发生相对移动时的接触面。在斯特恩面稍外。在斯特恩面稍外。在外加电场作用下，当固、液两相发生相对移动时，在外加电场作用下，当固、液两相发生相对移动时，紧密层中吸附在固体表面的反离子和溶剂分子与质点紧密层中吸附在固体表面的反离子和溶剂分子与质点作为一个整体一起运动，其滑动面在斯特恩面稍靠外作为一个整体一起运动，其滑动面在斯特恩面稍靠外一些，因斯特恩面是假想面。一些，因斯特恩面是假想面。9-5-3双电层理论双电层理论斯特恩层：斯特恩面与固体表面之间的空间。斯特恩面：反离子的电45 从固体表面到Stern平面，电位从0直线下降为。斯特恩电势-Stern面与溶液本体间的电势差；电动电势称为 电势。带电的固体或胶粒在移动时，滑动面与液体本体之间的电位差称为电动电势。因与电动现象密切相关,故称动电电势.热力学电势-由固体表面至溶液本体间的电势差0；9-5-39-5-3双电层理论双电层理论从固体表面到Stern平面，电位从0直线下降为。斯特46 电势的特点：电势只是热力学电势的一部分；电势的符号，反映了胶粒带电的符号；电势为0时，为等电态，溶液的稳定性最低。热力学电势与外加电解质无关，电势与外加电解质有关。电势的大小，反映了胶粒带电的程度。电势越高，表明：胶粒带电越多，滑动面与溶液本体之间的电势差越大，扩散层厚度越厚9-5-39-5-3双电层理论双电层理论电势的特点：电势只是热力学电势的一部分；电势的符47 当溶液中电解质浓度增加时，介质中反离子的浓度加大，将压缩扩散层使其变薄，把更多的反离子挤进滑动面以内，使电势在数值上变小，如下图。0滑动面c4c3c2c1距离反离子浓度电势的大小与电泳,电渗的速度有关；介质的粘度、介质的介电常数、真空相对介电常数0、电位梯度E有关。9-5-39-5-3双电层理论双电层理论 当溶液中电解质浓度增加时，介质中反离子的浓度加大，48 电势越高，表明胶粒带电越多，其滑动面与溶液本体之间的电势差越大，扩散层越厚。当溶液中电解质浓度增加时，介质中反离子的浓度加大，将压缩扩散层使其变薄，把更多的反离子挤进滑动面以内，使电势在数值上变小，当电解质的浓度足够大时，可使电势为零，此时的状态称为等电态。处于等电态的胶体质点不带电，因此不会发生电动现象。电泳、电渗速度为零，此时的溶胶最容易聚沉。9-5-39-5-3双电层理论双电层理论 电势越高，表明胶粒带电越多，其滑动面与溶液49 9-6 憎液溶胶的胶团结构 以KI与AgNO3形成的AgI溶胶(正溶胶）为例：胶团结构式胶团结构式扩散层扩散层胶团胶团固相固相紧密层紧密层（AgI）mnAg+（n-x）NO3-x+xNO3-溶液溶液本体本体胶核胶核胶体粒子胶体粒子注意：在书写胶团结构时，应注意电量平衡。整个注意：在书写胶团结构时，应注意电量平衡。整个胶团是电中性的。胶团是电中性的。可滑动面9-6 憎液溶胶的胶团结构 以KI与AgNO3形成的A50 胶团示意图见图胶团示意图见图(AgI)m胶核胶核I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+胶核胶核胶核胶核胶粒胶粒胶粒胶粒胶团胶团胶团胶团9-6 憎液溶胶的胶团结构胶团示意图见图(AgI)mI-I-I-I-I-I-I-I-51 1、江河入海处为什么会形成三角洲？、江河入海处为什么会形成三角洲？3、用同一支钢笔在不同蓝墨水瓶中吸水后，钢笔被、用同一支钢笔在不同蓝墨水瓶中吸水后，钢笔被堵，写不出来了，这是为什么？堵，写不出来了，这是为什么？4、为什么明矾能将浑浊的水澄清？、为什么明矾能将浑浊的水澄清？2、用用电电解解质质把把豆豆浆浆点点成成豆豆腐腐，有有三三种种盐盐：NaCl,MgCl2,CaSO4.2H2O,哪种聚沉能力最强？哪种聚沉能力最强？问题1、江河入海处为什么会形成三角洲？3、用同一支钢笔在不同蓝墨52 溶胶的溶胶的聚结不稳定性聚结不稳定性溶胶是热力学不稳定系统，溶胶是热力学不稳定系统，胶粒迟早要发生胶粒迟早要发生聚沉聚沉。溶胶的溶胶的稳定性稳定性溶胶能在一段时间内保持稳定存在。溶胶能在一段时间内保持稳定存在。稳定是相对的稳定是相对的,不稳定是绝对的。不稳定是绝对的。溶胶稳定的原因：溶胶稳定的原因：溶胶稳定的原因：溶胶稳定的原因：1)胶粒带电胶粒带电 增加胶粒间的排斥作用；增加胶粒间的排斥作用；2)溶溶剂剂化化作作用用 形形成成弹弹性性水水化化外外壳壳，增增加加溶溶胶胶聚聚合的阻力；合的阻力；3)Brown运动运动 使胶粒受重力的影响而不下沉。使胶粒受重力的影响而不下沉。9-7 9-7 憎液溶胶的稳定憎液溶胶的稳定溶胶的聚结不稳定性溶胶是热力学不稳定系统，胶粒迟早要发生53 9-8 憎液溶胶的聚沉1、电解质的聚沉作用、电解质的聚沉作用 2、高分子化合物的聚沉作用、高分子化合物的聚沉作用 9-8 憎液溶胶的聚沉1、电解质的聚沉作用 2、高分子化54 聚沉:溶胶中的分散相粒子相互聚结,颗粒变大,进而发生沉淀的现象称为聚沉值使溶胶发生明显的聚沉所需该电解质的最小浓度。电解质对溶胶的聚沉规律：聚沉规律：电解质中使溶胶发生聚沉的离子，是与胶体粒子带电符号相反的离子，即反离子。聚沉能力聚沉值的倒数。9-8-19-8-1电解质的聚沉作用电解质的聚沉作用聚沉:溶胶中的分散相粒子相互聚结,颗粒变大,进而发生沉淀的现55 舒尔采-哈迪规则:电解质中能使溶胶发生聚沉的离子是反离子,且反离子价数越高,聚沉能力越强.与溶胶具有相同电荷离子价数越高，聚沉能力越弱。聚沉能力比例Me+：Me2+：Me3+=16：26：36与胶粒带相反电荷的离子就是价数相同，其聚沉能力也有差异。正离子：H+Cs+Rd+NH4+K+Na+Li+负离子：FClBrNO3IOH感胶离子序。9-8-1电解质的聚沉作用舒尔采-哈迪规则:电解质中能使溶胶发生聚沉的离子是反离子,56 1.用用0.08 moldm-3 的的KI和和0.1 moldm-3 的的AgNO3溶溶液液以以等等体体积积混混合合作作成成的的水水溶溶胶胶，电电解解质质CaCl2，Na2SO4，MgSO4对它的聚沉能力为（对它的聚沉能力为（）（A）Na2SO4 CaCl2 MgSO4 （B）MgSO4 Na2SO4 CaCl2（C）Na2SO4 MgSO4 CaCl2 1答：答：C 例题9.8.11.用0.08 moldm-3 的KI和0.1 mold57 答：由于水土流失，江水中常常夹带大量泥沙。答：由于水土流失，江水中常常夹带大量泥沙。到入海处河道变宽，流速变慢，泥沙沉积。另到入海处河道变宽，流速变慢，泥沙沉积。另一原因是江水中的泥沙微粒是带负电的胶粒，一原因是江水中的泥沙微粒是带负电的胶粒，碰到含有大量电解质的海水就凝聚下沉。长时碰到含有大量电解质的海水就凝聚下沉。长时间的沉积形成了三角洲。间的沉积形成了三角洲。1、江河入海处为什么会形成三角洲？、江河入海处为什么会形成三角洲？问题解答答：由于水土流失，江水中常常夹带大量泥沙。到入海处河道变宽，58 问题解答答答：点点豆豆腐腐是是将将豆豆浆浆胶胶粒粒聚聚沉沉，变变成成凝凝胶胶。天天然然的的豆豆浆浆胶胶粒粒带带负负电电，电电解解质质中中正正离离子子起起作作用用。显显然然NaCl聚聚沉沉能能力力最最弱弱，Mg2+和和Ca2+离离子子聚聚沉沉能能力力差差不不多多，但但由由于于MgCl2中中Cl-是是负负一一价价的的，所所以以相相对对而而言言聚聚沉沉能能力力最最强强的的应应该该是是MgCl2。但但由由于于MgCl2 加加多多了了有有苦苦味味，所所以以目目前前较较多多用用CaSO4.2H2O 即即生生石膏点豆腐。石膏点豆腐。2、用用电电解解质质把把豆豆浆浆点点成成豆豆腐腐，有有三三种种盐盐：NaCl,MgCl2,CaSO4.2H2O,哪种聚沉能力最强？哪种聚沉能力最强？问题解答答：点豆腐是将豆浆胶粒聚沉，变成凝胶。天然的豆浆胶59 在憎液溶胶中加入某些大分子溶液，加入的量不同，会出现两种情况：加入大分子溶液太少时，会促使溶胶的聚沉，称为敏化作用敏化作用。加入高聚物分子溶液足够多时，会促使溶胶的稳定存在，称为保护作用；当憎液溶胶中加入足量大分子溶液后，大分子吸附在胶粒周围起到保护溶胶的作用。9-8-2 高分子化合物的聚沉作用 在憎液溶胶中加入某些大分子溶液，加入的量不同，会出现60 1）搭桥效应一个长碳链高分子化合物，通过吸附在许多胶粒上，从而把胶粒联结起来，变成较大的聚集体而聚沉。2）脱水效应高分子对水有更强的的亲合力，由于它的溶解与水化，使胶粒脱水，失去水化外壳而聚沉。3）电中和效应离子型的高分子，吸附到带电胶粒上，中和了胶粒表面电荷，使粒子间斥力降低，进而聚沉。它们的聚沉作用主要有三个方面：9-8-2 高分子化合物的聚沉作用1）搭桥效应 一个长碳链高分子化合物，通过吸附在许多胶61 3 3、用同一支钢笔在不同蓝墨水瓶中吸水后，钢、用同一支钢笔在不同蓝墨水瓶中吸水后，钢笔被堵，写不出来了，这是为什么？笔被堵，写不出来了，这是为什么？答答：蓝蓝墨墨水水一一般般是是铁铁盐盐的的胶胶体体溶溶液液。如如果果两两种种胶胶粒粒带带不不同同电电荷荷，那那混混合合后后，电电荷荷中中和和，发发生生胶胶体体相相互互作作用用而而聚聚沉沉，胶胶粒粒变变大大，堵堵塞塞钢钢笔笔。所所以以使使用用钢钢笔笔时时最最好好使用同一种墨水。使用同一种墨水。问题解答3、用同一支钢笔在不同蓝墨水瓶中吸水后，钢笔被堵，写不出来了62 问题解答n答：明矾是硫酸钾铝复盐。溶于水后产生K+，Al3+等离子。另外，Al3+离子在水中发生水解，产生Al(OH)3 絮状胶体。混浊的水中有大量带负电的泥沙胶粒，受Al3+离子作用很快凝聚，并与Al(OH)3 胶体发生相互作用而一起下沉。所以明矾能使混水迅速变清。但这种含Al3+离子的水不能多吃。4.4.为什么明矾能将浑浊的水澄清？为什么明矾能将浑浊的水澄清？问题解答答：明矾是硫酸钾铝复盐。溶于水后产生K+，Al3+63 1、乳状液稳定的原因、乳状液稳定的原因2、乳状液的去乳化、乳状液的去乳化9-9 乳状液1、乳状液稳定的原因2、乳状液的去乳化9-9 乳状液64 (2)分类:习惯上将不溶于水的有机物称油，用O表示。另一相水用W表示。(1)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。乳状液中分散相粒子的直径一般大于1000纳米,普通显微镜下可见.例:含水原油;橡胶树割淌出的乳胶;洗面奶;配制成农药的乳剂;牛奶等等.9-9 乳状液(2)分类:习惯上将不溶于水的有机物称油，用O表示。另一相水65 水包油乳状液水包油乳状液，表示油分散在水中，这种乳状液，表示油分散在水中，这种乳状液能用水稀释，如牛奶等。用能用水稀释，如牛奶等。用O/W表示。表示。油包水油包水乳状液乳状液，表示水分散在油中。如油井中喷，表示水分散在油中。如油井中喷出的原油，用出的原油，用W/O表示。表示。乳状液通常分为两类。乳状液通常分为两类。油水油水9-9 乳状液水包油乳状液，表示油分散在水中，这种乳状液能用水稀释，如牛66 因油水不溶，要得到相对因油水不溶，要得到相对稳定的乳状液，需加乳化剂稳定的乳状液，需加乳化剂表面活性剂；表面活性剂；粉末状固体；粉末状固体；一些天然物质。一些天然物质。常作乳化剂的是：常作乳化剂的是：乳化作用：乳化作用：乳化剂能使乳状液比较稳定存在的作用。乳化剂能使乳状液比较稳定存在的作用。形成何种类型的乳状液决定于乳化剂的性质形成何种类型的乳状液决定于乳化剂的性质 亲水型乳化剂可制成亲水型乳化剂可制成O/W型，亲油型乳化剂可型，亲油型乳化剂可制成制成W/O型乳状液。型乳状液。OW乳化剂乳化剂 乳状液乳状液9-9 乳状液因油水不溶，要得到相对稳定的乳状液，需加乳化剂表面活性剂；67 9-9-1 乳状液稳定的原因乳乳状状液液系系统统的的相相界界面面面面积积比比构构成成它它的的纯纯液液体体要要大大得得多多，是是不不稳稳定定分分散散系系统统。加加入入少少量量表表面面活活性性剂剂，表表面面活活性性剂剂在在两两相相界界面面产产生生正正吸吸附附，明明显显降降低低界界面面张张力力，使使表表面面吉吉布布斯斯函函数数降降低，低，稳定性增加。稳定性增加。IIIIII1)降低界面张力降低界面张力：乳化剂之所以能使乳状液稳定，乳化剂之所以能使乳状液稳定，主要是由于主要是由于9-9-1 乳状液稳定的原因乳状液系统的相界面面积比构成它68 2）形成坚固的界面膜）形成坚固的界面膜 乳乳化化剂剂分分子子在在油油-水水界界面面上上的的定定向向排排列列，形形成成一一层层具具有有一一定定机机械械强强度度的的界界面面膜膜，可可将将分分散散相相液液滴滴相相互互隔隔开，防止其碰撞后聚结变大，得到稳定的乳状液。开，防止其碰撞后聚结变大，得到稳定的乳状液。3）液滴双电层的排斥作用）液滴双电层的排斥作用 对于离子型表面活性剂作乳化剂的乳状液，其液滴对于离子型表面活性剂作乳化剂的乳状液，其液滴常带电荷，其周围形成双电层，由于静电排斥作用，常带电荷，其周围形成双电层，由于静电排斥作用，阻碍液滴相互聚结，从而使乳状液稳定。阻碍液滴相互聚结，从而使乳状液稳定。9-9-1 乳状液稳定的原因2）形成坚固的界面膜3）液滴双电层的排斥作用9-9-1 乳69 4）固体粉末的稳定作用：）固体粉末的稳定作用：分布在乳状液界面层的分布在乳状液界面层的固体微粒固体微粒,也能起到稳定也能起到稳定剂的作用。剂的作用。所以，容易被水润湿的固所以，容易被水润湿的固体，如粘土、体，如粘土、Al2O3，SiO2，大部分在水中。，大部分在水中。油油水水 若要使固体微粒在分散相周围排列成紧密固体膜，若要使固体微粒在分散相周围排列成紧密固体膜，固体粒子大部分应当在分散介质中固体粒子大部分应当在分散介质中。可可形成形成O/W乳状液乳状液。9-9-1 乳状液稳定的原因4）固体粉末的稳定作用：分布在乳状液界面层的70 容易被油润湿的炭黑、石墨粉等容易被油润湿的炭黑、石墨粉等，大部分在油中大部分在油中水水油油可作为可作为W/O型型乳状液的稳定剂乳状液的稳定剂。9-9-1 乳状液稳定的原因 容易被油润湿的炭黑、石墨粉等，大部分在油中水油可作为W/71 破乳：破乳：在生产中有时需把形成的乳状液破坏，即使其在生产中有时需把形成的乳状液破坏，即使其内外相分离内外相分离(分层分层)这叫这叫破乳破乳或去乳化作用或去乳化作用。破乳的主要方法破乳的主要方法是消除或减退乳化剂的保护能力。是消除或减退乳化剂的保护能力。9-9-2 乳状液的去乳化分两步：分两步：1、分散相的微小液滴先絮凝成团，但这时仍未完全、分散相的微小液滴先絮凝成团，但这时仍未完全失去原来各自独立的属性。失去原来各自独立的属性。2、凝聚过程，分散相结合成更大的液滴，在重力场、凝聚过程，分散相结合成更大的液滴，在重力场的作用下自动分层。的作用下自动分层。破乳：在生产中有时需把形成的乳状液破坏，即使其内外相分离(分72 常用方法为：常用方法为：1)用不能形成牢固膜的表面活性物质代替原来的乳化剂。例如，例如，异戊醇，表面活性强而碳氢链短，不能形成牢固的界面膜。2）加入能与乳化剂发生反应的物质，将它变成无乳化作用的物质。例如，例如，油酸钠可使乳状液稳定，加无机酸，可使油酸钠变为不具有乳化作用的油酸，而达到破乳的目的。3）加入类型相反的乳化剂，如向O/W型的乳状液，加入W/O型乳化剂。另外,加热，搅拌，离心分离也可达破乳的目的.9-9-2 乳状液的去乳化常用方法为：1)用不能形成牢固膜的表面活性物质代替原来的乳化73 精品课件精品课件！精品课件！74 精品课件精品课件！精品课件！75 End of chap.9！76