第七章-膠體的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)ppt課件

1、1,膠體化學(xué) (Colloid Chemistry,第七章 膠體的動(dòng)力學(xué)性質(zhì),7.1 布朗(Brown)運(yùn)動(dòng),膠體顆粒的無規(guī)則運(yùn)動(dòng); - 顆粒越小, 運(yùn)動(dòng)越劇烈,原因,顆粒本身的熱運(yùn)動(dòng) 介質(zhì)分子對(duì)膠粒的不對(duì)稱碰撞,平均位移公式,時(shí)間 t 內(nèi), x方向上的凈位移：x,x 的算數(shù)平均值 = 0 平方平均值 0,2,1905年 Einstein,7.1 布朗(Brown)運(yùn)動(dòng),D - 擴(kuò)散系數(shù),平均位移 or 均方根位移,Einstein 擴(kuò)散定律,f - 摩擦系數(shù),Stockes 定律: 球形粒子,- 介質(zhì)粘度 r - 粒子半徑,3,7.2.1 Fick 第一擴(kuò)散定律,第七章 膠體的動(dòng)力學(xué)性質(zhì),7

2、.2 擴(kuò)散,膠粒自發(fā)的從高濃度區(qū)向低濃度區(qū)遷移的現(xiàn)象 - 原因: 布朗運(yùn)動(dòng),c1 c2,dt 時(shí)間內(nèi)通過 A 的量為,沿 x 方向的濃度梯度,D物理意義: 單位濃度梯度下, 在單位時(shí)間內(nèi), 流經(jīng)單位 截面積的膠粒量。 m2s-1,Fick第一定律表明: dc/dx 是擴(kuò)散的推動(dòng)力,4,7.2.2 Fick 第二擴(kuò)散定律,7.2 擴(kuò)散,小體積單元體積: Adx 截面積: A,dt 時(shí)間內(nèi), 膠粒增加值,x 處濃度梯度,x + dx 處濃度梯度,據(jù) Fick 第一定律,5,7.2 擴(kuò)散,位置 x 處, 濃度隨 t 的變化,7.2.3 Einstein-Brown 位移方程,c1 c2,時(shí)間 t 內(nèi)

3、, 經(jīng) AB 平面移向右方的質(zhì)點(diǎn)量,經(jīng) AB 平面移向左方的質(zhì)點(diǎn)量,6,7.2 擴(kuò)散,時(shí)間 t 內(nèi), 從左向右通過的凈粒子量,據(jù) Fick 第一定律,A = 1,積分上式得,比較*和*式得,擴(kuò)散和布朗運(yùn)動(dòng)的內(nèi)在聯(lián)系： 擴(kuò)散是布朗運(yùn)動(dòng)的宏觀表現(xiàn) 布朗運(yùn)動(dòng)是擴(kuò)散的微觀基礎(chǔ),7,7.2.4 Einstein 擴(kuò)散方程,7.2 擴(kuò)散,粒子移動(dòng)距離： dx,反抗阻力,做功,應(yīng)等于化學(xué)勢的變化,總體看，擴(kuò)散 (移動(dòng)了,Fick 第一定律,8,7.2 擴(kuò)散,由 * 和 * 兩式可知,Df = kT,D : 宏觀量, ( )T, p下與 無關(guān), 決定于物質(zhì)本性,f : 微觀量, 與粒子大小和形狀有關(guān),7.2.

4、5 擴(kuò)散的應(yīng)用舉例,測定球形質(zhì)點(diǎn)的半徑和粒子量,測出 D 而得 r,粒子量,粒子的偏微比容,所測質(zhì)點(diǎn)的半徑為流體力學(xué)半徑 對(duì)多分散體系, r 和 M 為平均值,9,第七章 膠體的動(dòng)力學(xué)性質(zhì),7.3 沉降,膠粒在外力場中的定向移動(dòng),7.3.1 重力場中的沉降,v,重力,浮力,阻力,1) 沉降速度,沉降力,摩擦力: f v,勻速沉降： 沉降力 = 摩擦阻力,球形粒子：半徑 r,Stockes公式,10,Stockes公式： 質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)很慢; 質(zhì)點(diǎn)間無相互作用; 介質(zhì)是連續(xù)的; 質(zhì)點(diǎn)是剛性的,7.3 沉降,粒子質(zhì)量,討論,擴(kuò)散和沉降結(jié)合測粒子質(zhì)量,不必假設(shè)粒子形狀,沉降速度：沉降粒中, 單分散體系有一

5、個(gè)清晰的界面, 可測 . 多分散體系無清晰的界面, 不可測,測定粒度分布 - 沉降分析法,11,7.3 沉降,2) 沉降平衡 沉降速度 = 擴(kuò)散速度 粒子濃度在某一高度上保持不變, 但隨高度的增加而降低,單位體積中的粒子數(shù),高度越高，質(zhì)量越小的粒子越多 高度越低，質(zhì)量越小的粒子越少,7.3.2 離心力場中的沉降,1) 沉降速度,離心力,浮力,- 角速度,阻力,12,7.3 沉降,沉降力,粒子偏微比容,m - 粒子質(zhì)量,勻速沉降,定義： 沉降系數(shù),13,7.3 沉降,Svedberg公式,討論,S 的測定 單分散體系有清晰的界面,影響 S 的因素 * 濃度 c 1/S c 作圖 c0求 S *多

6、分散體系 可測粒子量分布 *電荷效應(yīng) 沉降速度變慢,2) 沉降平衡,測M的獨(dú)立方法,14,第七章 膠體的動(dòng)力學(xué)性質(zhì),7.4 滲透 - 大分子溶液,1) Vant Hoff 方程,理想溶液,- 滲透壓,cB - 溶質(zhì)的體積摩爾濃度,c - 體積質(zhì)量濃度,M - 分子量,2) Virial (維利) 方程,非理想溶液,= RT ( A1c + A2c2 + A3c3 +,A1、A2、A3 稱為維利第一、二、三系數(shù),15,7.4 滲透 - 大分子溶液,截距求 M (數(shù)均分子量,斜率求 A2,A2 0 良溶劑 A2 0 不良溶劑 A2 = 0 溶劑,7.5 Donnan (陶南) 平衡 - 聚電解質(zhì)的

7、滲透壓,Donnan效應(yīng) - 大離子存在時(shí), 能透過膜的小離子在膜兩邊 成不均等分布的效應(yīng),7.5.1 Donnan 平衡,小分子電解質(zhì)在膜兩邊的分布平衡,16,7.5 Donnan (陶南) 平衡,m1 PXz,相,相,膜外,膜內(nèi),膜,m1 P z,zm1 X,m2 MX,m2 X,m2 M,m1 P z,zm1 + x) X,x M,m2 - x) X,m2 - x) M,相,相,膜外,膜內(nèi),膜,m, x 體積摩爾濃度,平衡時(shí),x MX,由 滲入,設(shè)濃度很稀,17,7.5 Donnan (陶南) 平衡,由于大離子的存在, 平衡時(shí)膜內(nèi)外的MX濃度不等, 將產(chǎn)生 附加滲透壓。z 越大, Donnan效應(yīng)越大,m1 m2,7.5.2 聚電解質(zhì)的滲透壓,電中性,討論,MX 幾乎都在膜外邊,m2 m1,MX 在膜兩邊分布均勻,平衡時(shí)： 兩相化學(xué)勢相等,18,7.5 Donnan (陶南) 平衡,討論,無外加電解質(zhì),c - g/dm3,PXz分子量,z不易測定, 同時(shí)聚電解質(zhì)樣品中難免有小分子, 影響 的測定,19,消除了Donnan效應(yīng),取級(jí)數(shù)展開式的前三項(xiàng),7.5 D