第五章-胶体的稳定性(精心制作)课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第五章 胶体的稳定性,5.1 电解质的聚沉作用,5.2 高分子化合物的絮凝作用,5.3 高分子化合物的稳定作用,秦可欣 哈尔滨商业大学,11/17/2024,第五章 胶体的稳定性5.1 电解质的聚沉作用秦可欣 哈,1,胶体的稳定性概论,胶体溶液的稳定性实指其某种性质（如分散相浓度、颗粒大小、体系黏度和密度等）在一定程度的不变性。包括热力学稳定性、动力稳定性和聚结稳定性。,1热力学稳定性,胶体是高度分散的多相体系，有巨大的界面能，因而是热力学不稳定体系。,11/17/2024,胶体的稳定性概论 胶体溶液的稳定性实指其某种性,2,胶体的稳定性概论,由于胶粒很小，强烈的Brown运动能阻止其在重力场中的沉降，因而具有动力稳定性。如Farady制备的金溶胶放置了几十年才沉下来。,3聚结稳定性,粒子间有相互聚结而降低其界面能的趋势，称为聚结不稳定性。,稳定的溶胶必须同时兼备聚结稳定性和动力稳定性，其中聚结稳定性更为重要，一旦失去聚结稳定性，粒子相互聚结变大，最终将导致失去动力学稳定性。,2动力稳定性,11/17/2024,胶体的稳定性概论 由于胶粒很小，强烈的Brow,3,胶体的稳定性概论,两者可统称为,聚集作用,把无机电解质使溶胶沉淀的作用称为,聚沉作用,把高分子使溶胶沉淀的作用称为,絮凝作用,无机电解质和高分子都能对溶胶的稳定性产生重大影响，但其机理不同。为加以区别，通常：,11/17/2024,胶体的稳定性概论两者可统称为把无机电解质使溶胶沉淀的作用称为,4,第一节 电解质的聚沉作用,11/17/2024,第一节 电解质的聚沉作用10/9/2023,5,5.1 电解质的聚沉作用,胶体的离子有很大的比表面，体系的表面能也很高，所以粒子有自动聚集以降低其表面能的趋势。粒子由小变大的过程称为,聚集过程（aggregation），,由胶体粒子聚集而成的大粒子称为,聚集体（aggregate），,如聚集的最终结果导致粒子从溶液中沉淀析出则称为,聚沉过程,。为了加速聚集，可以外加其他物质作聚沉剂，如电解质等。,11/17/2024,5.1 电解质的聚沉作用 胶体的离子有很大的比表,6,表征电解的聚沉能力的参数是,聚沉值,。聚沉值是指在规定条件下使溶胶聚沉所需电解质的最低浓度，常以mmol/L为单位。聚沉值的倒数为,聚沉率,。,聚沉值越小，该电解质的聚沉作用越强，聚沉能力越大。,聚沉值与测定条件有关，所以只能对相同条件的结果进行对比。,下面的表给出了一些体系的聚沉值。,5.1 电解质的聚沉作用,聚沉值,11/17/2024,表征电解的聚沉能力的参数是聚沉值。聚沉值是指在规定条,7,5.1 电解质的聚沉作用,As,2,S,3,（负电）,AgI(负电),Al,2,O,3,（正电）,LiCl 58,NaCl 51,KCl 49.5,KNO,3,50,LiNO,3,165,NaNO,3,140,KNO,3,136,RbNO,3,126,NaCL 43.5,KCl 46,KNO,3,60,CaCl,2,0.65,MaCl,2,0.72,MaSO,4,0.81,Ca(NO,3,),2,2.40,Ma(N0,3,),2,2.60,Pb(NO,3,),2,2.43,K,2,SO,4,0.30,K,2,Cr,2,O,7,0.63,草酸钾 0.69,AlCl,3,0.093,1/2Al(SO,4,),3,0.096,Al(NO,3,)0.095,Al(NO,3,),3,0.067,La(NO,3,),3,0.069,Ce(NO,3,),3,0.069,K,3,Fe(CN),6,0.08,表5-1 电解质对溶胶聚沉浓度 （单位：mmol/L）,11/17/2024,5.1 电解质的聚沉作用As2S3（负电）AgI(负电)Al,8,起聚沉作用的主要是反离子，反离子的价数越高，聚沉效率也越高。由表5-1可粗略的估计出。对于给定溶胶来说，聚沉值与反离子的价数的六次方成反比。即：,聚沉作用规律,1,叔尔采哈迪（,Schulze-Hardy）规则,5.1 电解质的聚沉作用,上式括号中的分母就相当于反离子的价数，这个规则称为Schulze-Hardy规则。,11/17/2024,起聚沉作用的主要是反离子，反离子的价数越高，,9,5.1 电解质的聚沉作用,一价离子的聚沉值：25150mmol/L之间,二价离子的聚沉值：0.52mmol/L之间,三价离子的聚沉值：0.010.1mmol/L之间,2 异号离子大小（感胶离子序）,聚沉值的大小与水合离子半径有一定关系，同价离子、水合离子半径越小，越容易靠近胶体粒子，聚沉能力就越大；水合离子半径越大，越不易被胶粒吸附（静电引力越弱），聚沉能力越弱。对一价离子犹其明显。,正离子：H,Cs,+,Rb,+,NH,4,+,K,+,Na,+,Li,+,负离子：,F,C1,ClO,3,Br,NO,3,I,SCN,OH,11/17/2024,5.1 电解质的聚沉作用,10,同价离子聚沉能力的次序称为,感胶离子序,。,对于高价离子的聚沉能力，电荷作用是主要的，离子大小的影响相对的就不那么显著了。而大的有机离子，如表面活性剂，由于与胶粒间有较强的范德华引力，容易在胶体粒子上吸附，所以聚沉能力比同价小离子要大得多。,与胶粒所带电荷相同的离子称为同号离子，,一般来说他们对胶体有一定的稳定作用，特别是高价离子或有机离子，在胶粒表面特性吸附后可降低反离子的聚沉作用。,5.1 电解质的聚沉作用,3 同号离子的影响,11/17/2024,同价离子聚沉能力的次序称为感胶离子序。与胶粒,11,4 不规则聚沉,有时少量的电解质使溶胶聚沉，电解质浓度高时沉淀又重新分散成溶胶，并使胶粒所带电荷符号改变，浓度再高时，又使溶胶再次聚沉。这种现象称为不规则聚沉。此时，电解质的浓度已经很高，再增加电解质也不能使沉淀再分散。多发生在高价反离子或有机反离子为聚沉剂的情况。,不规则聚沉可通过反离子对,电势的影响来解释，见下页图。,5.1 电解质的聚沉作用,11/17/2024,4 不规则聚沉 有时少量的电解质使溶胶聚沉，电解质浓,12,当,电势绝对值低于临界值（一般为30mv）时，溶胶就聚沉，高于此值，体系稳定。,不规则聚沉示意图,聚沉区,稳定区,稳定区,+30mv,0,30mv,5.1 电解质的聚沉作用,11/17/2024,当电势绝对值低于临界值（一般为30mv）时,13,5 溶胶相互聚沉,两种电性相反的溶胶混合时可发生相互聚沉作用，聚沉的程度与两胶体的比例有关，比例相差很大时，聚沉不完全或不发生聚沉，在等电点附近沉淀最完全。,相互聚沉的原因可能有两种：,两种胶粒电性中和；,两种胶粒的稳定剂相互发生破坏（如沉淀）。,5.1 电解质的聚沉作用,6,Burton-Bishop规则,溶胶的浓度也影响电解质的聚沉值。,11/17/2024,5 溶胶相互聚沉 两种电性相反的溶胶混合时可发,14,5.1 电解质的聚沉作用,通常对一价反离子来说，溶胶稀释时聚沉值增加；对二价反离子：不变；对三价反离子：降低。这就是BurtonBishop规则。,7 法扬斯（Fajans)规则,能与胶体的组成离子形成不溶物或难电离化合物的异电离子优先被吸附，具有强的聚沉能力。,11/17/2024,5.1 电解质的聚沉作用 通常对一价反离子来说，溶胶稀,15,5.1 电解质的聚沉作用,胶体粒子表面带有双电层，由双电层模型知道其周围是离子氛。当粒子相互靠近，离子氛发生重叠，粒子之间因静电作用而相互排斥，当粒子之间的斥力大于引力时，粒子之间相互接触的机会就比较小，而阻止粒子的聚集，使其具有一定的聚集稳定性。,聚沉作用机理,11/17/2024,5.1 电解质的聚沉作用 胶体粒子表面带有双电层，由双,16,离子氛示意图,（大圆圈表示正电荷的作用范围）,离子氛靠近、重叠,5.1 电解质的聚沉作用,而当向溶胶中加入电解质时，,电解质就会使胶体粒子表面的双电层受到压缩，,而降低,电动,势，使粒子间静电斥力减小，,从而使得粒子之间的引力大于斥力，而使溶胶失去聚集稳定性，胶体粒子之间相互接触，而产生聚沉。,11/17/2024,离子氛示意图离子氛靠近、重叠5.1 电解质的,17,5.1 电解质的聚沉作用,DLVO理论,是由前苏联学者Derjajuin和Landan（1941年）与荷兰学者Verwey和Overbeek（1948年）四人提出的。是目前对,胶体稳定性和电解质的影响,，解释的比较完善的理论。这个理论是以溶胶粒子间的相互吸引力和相互排斥力为基础，当粒子相互接近时，这两种相反的作用力就决定了溶胶的稳定性。当吸引力表现的大时则发生聚沉，排斥力表现的大则可保持胶体稳定存在。,胶体与界面化学 陈宗淇 高等教育出版社,11/17/2024,5.1 电解质的聚沉作用DLVO理论 是由前苏联学者D,18,5.1 电解质的聚沉作用,聚沉作用举例,卤水点豆腐：,卤水中Ca2+、Mg2+等离子使带负电的大豆蛋白胶体聚沉。,黄河三角洲的形成：,海水中的盐类使江河中带负电的土壤胶体聚沉。,明矾KAl(SO,4,),2,12H,2,O净水：,明矾在水中水解成带正电的Al(OH),3,溶胶，使带负电的胶体污物(土壤胶体)聚沉。,11/17/2024,5.1 电解质的聚沉作用聚沉作用举例卤水点豆腐：黄河三角洲的,19,第二节 高分子化合物的絮凝作用,11/17/2024,第二节 高分子化合物的絮凝作用10/9/2023,20,5.2 高分子化合物的絮凝作用,溶胶中加入极少量的可溶性高分子化合物，可导致溶胶迅速沉降，沉淀呈疏松的棉絮状，这类沉淀称为絮凝物。这种现象称为,絮凝作用,，产生絮凝作用的高分子称为,絮凝剂,。,絮凝作用,高分子絮凝作用与电解质聚沉作用的区,别,高分子絮凝剂与电解质的聚沉作用完全不同，由电解质引起的聚沉过程比较缓慢，得到的颗粒比较紧密，这是由于电解质压缩了胶粒的双电层而引起的。,11/17/2024,5.2 高分子化合物的絮凝作用 溶胶中加入极少量的,21,5.2 高分子化合物的絮凝作用,而高分子是由于吸附了胶粒后，由于链段的运动将粒子聚集在一起，因而高分子起着架桥的作用，也称为“,桥联作用,”。,下表对高分子絮凝作用与电解质聚沉作用的区别进行了总结：,11/17/2024,5.2 高分子化合物的絮凝作用 而高分子是由于吸附,22,5.2 高分子化合物的絮凝作用,絮凝作用与聚沉作用区别,过 程,聚沉过程,絮凝过程,作用物质,电解质,高分子,沉淀特点,缓慢、颗粒紧密,体积小,迅速、沉淀疏松、过滤快、絮凝剂用,量少,原 因,电解质压缩了溶,胶粒子的扩散双,电层,高分子吸附了溶胶粒子后，利用本身的,链段旋转和运动，通过“桥联作用”将溶,胶粒子聚集在一起而产生沉淀。,11/17/2024,5.2 高分子化合物的絮凝作用絮凝作用与聚沉作用区别过,23,5.2 高分子化合物的絮凝作用,高分子絮凝剂的分类,高分子絮凝剂按其结构可分为四类：,非离子型：,聚丙烯酰胺、聚氧乙烯以及淀粉等；,阴离子型：,水解聚丙烯酰胺，聚丙烯酸钠等；,阳离子型：,聚胺、聚苯乙烯三甲基氯化铵等；,两性型：,动物胶、蛋白质等。,用得最多的是,聚丙烯酰胺,类,。约占全部絮凝剂用量的70%以上。,11/17/2024,5.2 高分子化合物的絮凝作用高分子絮凝剂的分类高分子絮凝剂,24,5.2 高分子化合物的絮凝作用,可逆絮凝,对于水溶液的分散体系，要求暂时絮凝（如过滤、运输或储存）时，这是一个有用的技术，但条件是可以迅速解絮。溶胶粒子首先用一种离子型高分子化合物处理，这种化合物可以提高粒子之间的斥力势能，以达到使其分散的目的。然后再用极易溶解的电解质处理，目的是压缩粒子表面的双电层，使其达到可以发生絮凝的位置。在需要的时候稀释絮凝物（并降低电解质的浓度）将其重新分散。,11/17/2024,5.2 高分子化合物的絮凝作用可逆絮凝 对于水溶液,25,5.2 高分子化合物的絮凝作