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Chap.10胶体化学,ColloidChemistry,2020/6/2,Chap.10ColloidChemistry,2,第一节：引言(Introduction),（一）分散系统和胶体Dispersedsystemandcolloid（二）胶体的基本特征Elementarycharacteristics,2020/6/2,Chap.10ColloidChemistry,3,（一）分散系统和胶体,分散系统：一种或数种物质分散在另一种物质中所形成的系统。分散介质(dispersedmedium)分散相（dispersedphase),2020/6/2,Chap.10ColloidChemistry,4,均相（homogeneous)分散系统：物质彼此以分子形态分散或混合所形成的均相系统。多相(heterogeneous)分散系统：物质以微相形态分散在分散介质中所形成的多相系统。,2020/6/2,Chap.10ColloidChemistry,5,多相分散系统（1）按分散相粒子大小分类(d为粒子尺度),A、粗分散系统d10mB、悬浮体，乳状液d0.1-10mC、溶胶(sol)d1100nm（2）按聚集状态分类：8大类,2020/6/2,Chap.10ColloidChemistry,6,表8-1多相分散系统按聚集状态分类,2020/6/2,Chap.10ColloidChemistry,7,缔合胶体(associated):由缔合的表面活性剂保护的微小液滴,分散于介质中形成微乳状液。表面活性剂缔合形成胶束,分散于介质中得到胶束(mucus)溶液;胶体系统：溶胶；高分子溶液；缔合胶体。d1100nm；d=11000nm包括悬浮体，乳状液(emulsion)，泡沫,2020/6/2,Chap.10ColloidChemistry,8,（二）胶体的基本特征,（1）多相(multiphase)性在胶体系统中，分散相粒子由众多分子或离子组成，粒子内部与外部分散介质的许多物理和化学性质都不相同，所以性质是不均匀的，因而是多相系统。包围胶体粒子的界面是相界面。,2020/6/2,Chap.10ColloidChemistry,9,（2）高分散(highdispersion)性与一般的多相系统不同。（3）不稳定(instability)性具有很高的界面能，是热力学不稳定系统。,2020/6/2,Chap.10ColloidChemistry,10,第二节胶体系统的制备,比分子大得多，比通常的晶粒，粉末等小得多（一）分散法（二）凝聚法（三）胶体的净化,2020/6/2,Chap.10ColloidChemistry,11,（一）分散(dispersion)法,直接将大块物质粉碎为小颗粒，并使之分散于介质中。机械分散法；超声波(ultrasonic)分散法（图10-1）；电分散法；胶溶法。,2020/6/2,Chap.10ColloidChemistry,12,2020/6/2,Chap.10ColloidChemistry,13,（二）凝聚（agglomeration)法,将分子或离子凝聚成胶体颗粒。化学凝聚法；物理凝聚法（溶剂置换法）,2020/6/2,Chap.10ColloidChemistry,14,（三）胶体的净化(purification),净化的目的是将其中的多余电解质及杂质除掉。渗析：溶胶中的电解质与小分子杂质会透过半透膜进入水中，若不断更换膜外的水，经一定的时间，便可将溶胶净化。为加快渗析速度，可外加一电渗析。,2020/6/2,Chap.10ColloidChemistry,15,超过滤法(ultrafiltration),用孔径极小而孔数极多的膜片作滤膜，让介质连同其中的电解质或低分子杂质透过滤膜成为滤液，从而将胶粒与介质分开，达到净化的目的。如也增加一个电场，一则降低超过滤的压力，二则可更快地除去多余的电解质。-电超滤法。,2020/6/2,Chap.10ColloidChemistry,16,胶体系统的破坏,（一）胶体系统絮凝或聚结的因素（二）絮凝和聚结（三）胶体的相互聚沉,2020/6/2,Chap.10ColloidChemistry,17,（一）胶体系统絮凝或聚结的因素,电解质聚结值（coagulation):在一定条件下，使溶胶絮凝(flocculation)的电解质浓度（mmoldm-3）(图10-2）,2020/6/2,Chap.10ColloidChemistry,18,2020/6/2,Chap.10ColloidChemistry,19,起作用的主要是与胶粒带相反电荷的离子，称为反离子。反离子的价数越高其聚沉能力越大，聚结值越小。叔尔兹-哈迪（Schulze-Hardy）经验规则：聚结值与离子电荷数的六次方成反比。对一，二，三价离子为：1：1/26：1/36=1：0.016:0.0014,2020/6/2,Chap.10ColloidChemistry,20,（3）同价反离子的聚结值相近，但依离子的大小不同其聚结能力略有差异。感胶离子序:Cs+Rb+K+Na+Li+;ClBrNO3I絮凝(flocculation)剂：电解质；高分子电解质；表面活性剂温度：热运动加剧，粒子互碰频繁，使聚沉加剧（图10-3）。,2020/6/2,Chap.10ColloidChemistry,21,2020/6/2,Chap.10ColloidChemistry,22,（二）絮凝和聚结,絮凝：胶体颗粒相互缔合形成较疏松的絮凝物，颗粒本身的结构未改变（图10-4）。聚结：胶体相互结合形成大颗粒（图10-5）。统称为聚沉，是胶体不稳定性的主要表现。,2020/6/2,Chap.10ColloidChemistry,23,Fig.10-4Flocculation,2020/6/2,Chap.10ColloidChemistry,24,2020/6/2,Chap.10ColloidChemistry,25,（三）胶体的相互聚沉,若将二种电性相反的溶胶混合，则发生聚沉，称为相互聚沉。,2020/6/2,Chap.10ColloidChemistry,26,胶体系统的动力性质,胶体粒子具有特定的大小，介于真溶液和粗分散系统之间，从而热运动和沉降运动兼而有之。（一）热运动（二）沉降平衡（三）沉降速率,2020/6/2,Chap.10ColloidChemistry,27,（一）热运动（图10-6）,胶体粒子的热运动，在微观上表现为Brown运动，在宏观上表现为扩散。,2020/6/2,Chap.10ColloidChemistry,28,2020/6/2,Chap.10ColloidChemistry,29,（二）沉降(sedimentation)平衡（图10-7）,当溶胶中颗粒的密度大于介质时，颗粒在重力场作用下有向下沉降的趋势；沉降的结果使底部粒子浓度大于上部，即造成上下的浓差，而粒子的扩散将促使浓度趋于均一。当沉降与扩散达平衡时，称为沉降平衡；此时，颗粒浓度自下而上降低，有一个分布。,2020/6/2,Chap.10ColloidChemistry,30,Fig.10-7Determinationofconcentrationgradsassedimentationequilibrium,2020/6/2,Chap.10ColloidChemistry,31,浓度或颗粒的数密度C随高度的分布为：,2020/6/2,Chap.10ColloidChemistry,32,（三）沉降速率（图10-8）,对于颗粒较大的胶体系统，当偏离沉降平衡较大时，可测定出颗粒的沉降速率。,2020/6/2,Chap.10ColloidChemistry,33,2020/6/2,Chap.10ColloidChemistry,34,（1）沉降速度对颗粒大小有明显的依赖关系，以此可测定颗粒的粒度分布；（2）可通过调节密度差或介质黏度，人为地控制沉降速度；,2020/6/2,Chap.10ColloidChemistry,35,第五节胶体系统的动电性质(ZetapropertiesofColloidSystem),胶体粒子间的静电排斥力减少相互碰撞的频率，使聚结的机会大大降低，从而增加了相对的稳定性。（一）胶体粒子带电特征（二）动电势(zetapotential)（三）电泳(electrophoresis)（四）电渗(electroosmosis),2020/6/2,Chap.10ColloidChemistry,36,（一）胶体粒子带电特征,以水为分散介质的溶胶为例，其原因有二个：（1）吸附(adsorption)：巨大的比表面；正溶胶，负溶胶；一般悬浮于水中的胶体粒子易吸附负离子。Fajans规则：能与晶体的组成离子形成不溶物的离子将优先被吸附。,2020/6/2,Chap.10ColloidChemistry,37,2020/6/2,Chap.10ColloidChemistry,38,（2）电离(ionization),胶体粒子表面的分子与水接触会发生电离，其中一种离子进入介质中，而使胶体粒子带电。,2020/6/2,Chap.10ColloidChemistry,39,“胶体粒子”即胶粒，并非单指固体颗粒，它由三部分组成:溶胶中独立运动的单位.胶核;表面吸附离子；紧密层。“胶团”：胶粒与其外部的扩散层组成；动电势：滑移面与分散介质体相间的电势差，用表示,又称电势。,（二）动电势（图10-10）,2020/6/2,Chap.10ColloidChemistry,40,Fig.10-10,2020/6/2,Chap.10ColloidChemistry,41,电势是胶体系统的一种特性，具有以下几方面的意义,（1）电势的大小是胶粒带电程度的标志。（2）电势的符号标志胶粒的带电性质（即电荷的正负）。（3）电势的值还可反应扩散层的厚度。电势增大，扩散层变厚。（图10-11，10-12）,2020/6/2,Chap.10ColloidChemistry,42,2020/6/2,Chap.10ColloidChemistry,43,（三）电泳(electrophoresis),带电胶体颗粒在电场作用下的定向运动。胶粒运动的速度为：q颗粒电量；E电场强度；r颗粒半径；介质黏度,2020/6/2,Chap.10ColloidChemistry,44,2020/6/2,Chap.10ColloidChemistry,45,（四）电渗(electroosmosis)（图10-14，10-15）,分散介质在电场作用下的定向运动。,2020/6/2,Chap.10ColloidChemistry,46,2020/6/2,Chap.10ColloidChemistry,47,流动电势：若在多孔物质如素烧陶瓷，高分子膜的两边施以压差，使液体强制通过，则在两边产生电势差，称为流动电势。为电渗的逆过程。沉降电势：带电粒子在介质中沉降时，上下将产生电势差，称为沉降电势。为电泳的逆过程。,2020/6/2,Chap.10ColloidChemistry,48,第二节胶体系统的光学性质（OpticsPropertiesofColloidSystem),由于胶体粒子具有特定的大小，决定了它对可见光的强烈散射作用。（一）丁达尔（Tyndall）效应（二）瑞利（Rayleigh）散射,2020/6/2,Chap.10ColloidChemistry,49,（一）丁达尔（Tyndall）效应（图10-16）,如果有一束可见光通过胶体溶液，在与光束前进方向垂直的侧向观察，可以看到溶胶中显示出一个混浊发亮的光柱。这种乳光现象称为丁达尔效应。,2020/6/2,Chap.10ColloidChemistry,50,2020/6/2,Chap.10ColloidChemistry,51,（二）瑞利（Rayleigh）散射(scattering),丁达尔效应的原因是由于胶体粒子对光的散射而引起的。瑞利提出散射光强度I（R，）随散射角和距离R的关系：,2020/6/2,Chap.10ColloidChemistry,52,式中，I0入射光强度；为波长；和分别是颗粒的数密度和单个粒子体积;n1和n2分别是分散介质和颗粒的折射率(refractiveindex),2020/6/2,Chap.10ColloidChemistry,53,（1）散射光强度和波长的四次成反比，波长越短，散射光越强。（2）散射光强度与颗粒数密度成正比。（3）散射光强度与单个粒子的体积成正比。（4）折射率为物质的特性，分散相与分散介质的折射率相差越大，散射作用越强。,2020/6/2,Chap.10ColloidChemistry,54,60年代激光器问世以后，光散射领域有了很大的发展，光散射方法已称成为研究胶体及高分子溶液不可或缺的工具。,
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