【大學(xué)課件】膠體分散體系和大分子溶液

1、上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/2021物理化學(xué)電子教案第五章上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/2021u5.1 膠體及其基本特性第十三章 膠體分散體系和大分子溶液u5.2 溶膠的制備與凈化u5.3 溶膠的動力性質(zhì)u5.4 溶膠的光學(xué)性質(zhì)u5.5 溶膠的電學(xué)性質(zhì)u5.6 溶膠的穩(wěn)定性和聚沉作用u5.8 大分子概說u5.10 donnan平衡u5.7 乳狀液http:/ 膠體及其基本特性分散相與分散介質(zhì)分散體系分類 （1）按分散相粒子的大小分類 （2）按分散相和介質(zhì)的聚集狀態(tài)分類 （3）按膠體溶液的穩(wěn)定性分類憎液溶膠的特性膠粒的形狀上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/20

2、21分散相與分散介質(zhì) 把一種或幾種物質(zhì)分散在另一種物質(zhì)中就構(gòu)成分散體系。其中，被分散的物質(zhì)稱為分散相，另一種物質(zhì)稱為分散介質(zhì)。例如：云，牛奶，珍珠上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/2021分散體系分類分類體系通常有三種分類方法：分子分散體系膠體分散體系粗分散體系按分散相粒子的大小分類：按分散相和介質(zhì)的聚集狀態(tài)分類：液溶膠固溶膠氣溶膠按膠體溶液的穩(wěn)定性分類： 憎液溶膠親液溶膠上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/2021（1）按分散相粒子的大小分類 1.分子分散體系 分散相與分散介質(zhì)以分子或離子形式彼此混溶，沒有界面，是均勻的單相，分子半徑大小在10-9 m以下 。通常把這種體系稱為

3、真溶液，如cuso4溶液。2.膠體分散體系 分散相粒子的半徑在1 nm1000nm之間的體系。目測是均勻的，但實際是多相不均勻體系。3.粗分散體系 當(dāng)分散相粒子大于1000 nm，目測是混濁不均勻體系，放置后會沉淀或分層，如黃河水。上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/2021（2）按分散相和介質(zhì)聚集狀態(tài)分類1.液溶膠 將液體作為分散介質(zhì)所形成的溶膠。當(dāng)分散相為不同狀態(tài)時，則形成不同的液溶膠：a.液-固溶膠 如油漆，agi溶膠b.液-液溶膠 如牛奶，石油原油等乳狀液c.液-氣溶膠 如泡沫上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/2021（2）按分散相和介質(zhì)聚集狀態(tài)分類2.固溶膠 將固體作為

4、分散介質(zhì)所形成的溶膠。當(dāng)分散相為不同狀態(tài)時，則形成不同的固溶膠：a.固-固溶膠 如有色玻璃，不完全互溶的合金b.固-液溶膠 如珍珠，某些寶石c.固-氣溶膠 如泡沫塑料，沸石分子篩上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/2021（2）按分散相和介質(zhì)聚集狀態(tài)分類3.氣溶膠 將氣體作為分散介質(zhì)所形成的溶膠。當(dāng)分散相為固體或液體時，形成氣-固或氣-液溶膠，但沒有氣-氣溶膠，因為不同的氣體混合后是單相均一體系，不屬于膠體范圍.a.氣-固溶膠 如煙，含塵的空氣b.氣-液溶膠 如霧，云上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/2021（3）按膠體溶液的穩(wěn)定性分類1.憎液溶膠 半徑在1 nm100 nm之間

5、的難溶物固體粒子分散在液體介質(zhì)中，有很大的相界面，易聚沉，是熱力學(xué)上的不穩(wěn)定體系。 一旦將介質(zhì)蒸發(fā)掉，再加入介質(zhì)就無法再形成溶膠，是 一個不可逆體系，如氫氧化鐵溶膠、碘化銀溶膠等。 這是膠體分散體系中主要研究的內(nèi)容。上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/2021（3）按膠體溶液的穩(wěn)定性分類2.親液溶膠 半徑落在膠體粒子范圍內(nèi)的大分子溶解在合適的溶劑中，一旦將溶劑蒸發(fā)，大分子化合物凝聚，再加入溶劑，又可形成溶膠，親液溶膠是熱力學(xué)上穩(wěn)定、可逆的體系。上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/2021憎液溶膠的特性（1）特有的高度分散性 粒子的大小在10-910-7 m之間，因而擴散較慢，不能透

6、過半透膜，滲透壓低但有較強的動力穩(wěn)定性 和乳光現(xiàn)象。（2）多相不均勻性 具有納米級的粒子是由許多離子或分子聚結(jié)而成，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有的保持了該難溶鹽的原有晶體結(jié)構(gòu)，而且粒子大小不一，與介質(zhì)之間有明顯的相界面，比表面很大。（3）熱力學(xué)不穩(wěn)定性 因為粒子小，比表面大，表面自由能高，是熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，有自發(fā)降低表面自由能的趨勢，即小粒子會自動聚結(jié)成大粒子。上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/2021膠粒的結(jié)構(gòu) 形成憎液溶膠的必要條件是： （1）分散相的溶解度要?。?（2）還必須有穩(wěn)定劑存在，否則膠粒易聚結(jié)而 聚沉。 上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/2021膠粒的形狀 作為憎液溶膠基本質(zhì)

7、點的膠粒并非都是球形，而膠粒的形狀對膠體性質(zhì)有重要影響。 質(zhì)點為球形的，流動性較好；若為帶狀的，則流動性較差，易產(chǎn)生觸變現(xiàn)象。上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/2021膠粒的形狀例如：（1）聚苯乙烯膠乳是球形質(zhì)點（2） v2o5 溶膠是帶狀的質(zhì)點（3） fe(oh)3 溶膠是絲狀的質(zhì)點上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/20215.2 溶膠的制備與凈化溶膠的制備 （1）分散法 1.研磨法 2.膠溶法 3.超聲波分散法 4.電弧法（2）凝聚法 1.化學(xué)凝聚法 2.物理凝聚法溶膠的凈化 （1）滲析法（2）超過濾法上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/20215.4 溶膠的光學(xué)性質(zhì)

8、 光散射現(xiàn)象 tyndall效應(yīng) rayleigh公式 乳光計原理 濁度 超顯微鏡上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/2021光散射現(xiàn)象 當(dāng)光束通過分散體系時，一部分自由地通過，一部分被吸收、反射或散射?？梢姽獾牟ㄩL約在400700 nm之間。 （1）當(dāng)光束通過粗分散體系，由于粒子大于入射光的波長，主要發(fā)生反射，使體系呈現(xiàn)混濁。 （2）當(dāng)光束通過膠體溶液，由于膠粒直徑小于可見光波長，主要發(fā)生散射，可以看見乳白色的光柱。 （3）當(dāng)光束通過分子溶液，由于溶液十分均勻，散射光因相互干涉而完全抵消，看不見散射光。上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/2021光散射的本質(zhì) 光是一種電磁波，照射

9、溶膠時，分子中的電子分布發(fā)生位移而產(chǎn)生偶極子，這種偶極子像小天線一樣向各個方向發(fā)射與入射光頻率相同的光，這就是散射光。 分子溶液十分均勻，這種散射光因相互干涉而完全抵消，看不到散射光。 溶膠是多相不均勻體系，在膠粒和介質(zhì)分子上產(chǎn)生的散射光不能完全抵消，因而能觀察到散射現(xiàn)象。上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/2021tyndall效應(yīng) tyndall效應(yīng)實際上已成為判別溶膠與分子溶液的最簡便的方法。 1869年tyndall發(fā)現(xiàn)，若令一束會聚光通過溶膠，從側(cè)面（即與光束垂直的方向）可以看到一個發(fā)光的圓錐體，這就是tyndall效應(yīng)。其他分散體系也會產(chǎn)生一點散射光，但遠不如溶膠顯著。 上一

10、內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/2021tyndall效應(yīng)上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/2021rayleigh公式 1871年，rayleigh研究了大量的光散射現(xiàn)象，對于粒子半徑在47nm以下的溶膠，導(dǎo)出了散射光總能量的計算公式，稱為rayleigh公式：222222122212424()2a vnninn式中：a 入射光振幅， 單位體積中粒子數(shù) 入射光波長， 每個粒子的體積 分散相折射率， 分散介質(zhì)的折射率1n2nv上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/2021rayleigh公式 從rayleigh公式可得出如下結(jié)論：1. 散射光總能量與入射光波長的四次方成反比。

11、入 射光波長愈短，散射愈顯著。所以可見光中，藍、 紫色光散射作用強。2.分散相與分散介質(zhì)的折射率相差愈顯著，則散射作 用亦愈顯著。3.散射光強度與單位體積中的粒子數(shù)成正比。上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/2021超顯微鏡的特點 普通顯微鏡分辨率不高，只能分辨出半徑在200 nm以上的粒子，所以看不到膠體粒子。 超顯微鏡分辨率高，可以研究半徑為5150 nm的粒子。但是， 超顯微鏡觀察的不是膠粒本身，而是觀察膠粒發(fā)出的散射光。是目前研究憎液溶膠非常有用的手段之一。上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/2021超顯微鏡的類型 狹縫式 照射光從碳弧光源射擊，經(jīng)可調(diào)狹縫后，由透鏡會聚，從

12、側(cè)面射到盛膠體溶液的樣品池中。 超顯微鏡的目鏡看到的是膠粒的散射光。如果溶液中沒有膠粒，視野將是一片黑暗。上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/2021 從超顯微鏡可以獲得哪些有用信息？（1） 可以測定球狀膠粒的平均半徑。（2） 間接推測膠粒的形狀和不對稱性。例如，球狀 粒子不閃光，不對稱的粒子在向光面變化時有 閃光現(xiàn)象。（3） 判斷粒子分散均勻的程度。粒子大小不同，散 射光的強度也不同。（4） 觀察膠粒的布朗運動 、電泳、沉降和凝聚等 現(xiàn)象。超顯微鏡的類型上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/20215.3 溶膠的動力性質(zhì) brown 運動 膠粒的擴散 溶膠的滲透壓 沉降平衡上一內(nèi)容

13、下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/2021brown運動(brownian motion) 1827 年植物學(xué)家布朗（brown)用顯微鏡觀察到懸浮在液面上的花粉粉末不斷地作不規(guī)則的運動。 后來又發(fā)現(xiàn)許多其它物質(zhì)如煤、 化石、金屬等的粉末也都有類似的現(xiàn)象。人們稱微粒的這種運動為布朗運動。 但在很長的一段時間里，這種現(xiàn)象的本質(zhì)沒有得到闡明。 上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/2021brown運動(brownian motion) 1903年發(fā)明了超顯微鏡，為研究布朗運動提供了物質(zhì)條件。 用超顯微鏡可以觀察到溶膠粒子不斷地作不規(guī)則“之”字形的運動，從而能夠測出在一定時間內(nèi)粒子的平均位移。

14、 通過大量觀察，得出結(jié)論：粒子越小，布朗運動越激烈。其運動激烈的程度不隨時間而改變，但隨溫度的升高而增加。上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/2021brown運動的本質(zhì) 1905年和1906年愛因斯坦（einstein)和斯莫魯霍夫斯基（smoluchowski)分別闡述了brown運動的本質(zhì)。認為brown運動是分散介質(zhì)分子以不同大小和不同方向的力對膠體粒子不斷撞擊而產(chǎn)生的，由于受到的力不平衡，所以連續(xù)以不同方向、不同速度作不規(guī)則運動。隨著粒子增大，撞擊的次數(shù)增多，而作用力抵消的可能性亦大。當(dāng)半徑大于5 m，brown運動消失。上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/2021bro

15、wn運動的本質(zhì)上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/2021brown運動的本質(zhì) einstein認為，溶膠粒子的brown運動與分子運動類似，平均動能為 。并假設(shè)粒子是球形的，運用分子運動論的一些基本概念和公式，得到brown運動的公式為：32kt式中 是在觀察時間t內(nèi)粒子沿x軸方向的平均位移；xr為膠粒的半徑；為介質(zhì)的粘度；l為阿伏加德羅常數(shù)。 213rtlrtx 這個公式把粒子的位移與粒子的大小、介質(zhì)粘度、溫度以及觀察時間等聯(lián)系起來。上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/2021膠粒的擴散 膠粒也有熱運動，因此也具有擴散和滲透壓。只是溶膠的濃度較稀，這種現(xiàn)象很不顯著。 如圖所示，

16、在cdfe的桶內(nèi)盛溶膠，在某一截面ab的兩側(cè)溶膠的濃度不同，c1c2。 由于分子的熱運動和膠粒的布朗運動，可以觀察到膠粒從c1區(qū)向c2區(qū)遷移的現(xiàn)象，這就是膠粒的擴散作用。上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/2021膠粒的擴散上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/2021 1905年，愛因斯坦假定粒子為球形，導(dǎo)出了粒子在t時間的平均位移(x)和擴散系數(shù)(d)之間的關(guān)系式：22xdt6rtdrl根據(jù)布朗運動公式得到 d為擴散系數(shù)，它的物理意義是在單位濃度梯度下，單位時間內(nèi)，通過單位面積的質(zhì)量。粒子的半徑越小、介質(zhì)的黏度越小、溫度越高，則d越大，粒子就越易擴散。 上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o

17、返回11/10/2021沉降平衡（sedimentation equilibrium） 溶膠是高度分散體系，膠粒一方面受到重力吸引而下降，另一方面由于布朗運動促使?jié)舛融呌诰弧?當(dāng)這兩種效應(yīng)相反的力相等時，粒子的分布達到平衡，粒子的濃度隨高度不同有一定的梯度，如圖所示。 這種平衡稱為沉降平衡。上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/2021 達到沉降平衡時，粒子隨高度分布的情況與氣體類似，可以用高度分布定律。高度分布定律 如圖所示，設(shè)容器截面積為a，粒子為球型，半徑為r，粒子與介質(zhì)的密度分別為 和 ，在 x1和x2處單位體積的粒子數(shù)分別n1，n2， 為滲透壓，g為重力加速度。 0304d()

18、3na xrg 在高度為dx的這層溶膠中，使n個粒子下降的重力為：上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/20215.5 溶膠的電學(xué)性質(zhì) 膠粒帶電的本質(zhì) 電動現(xiàn)象 雙電層 動電電位上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/2021 （1）吸附 膠粒在形成過程中，膠核優(yōu)先吸附某種離子，使膠粒帶電。 例如：在agi溶膠的制備過程中，如果agno3過量，則膠核優(yōu)先吸附ag+離子，使膠粒帶正電；如果ki過量，則優(yōu)先吸附i -離子，膠粒帶負電。膠體表面帶電的主要原因如下：上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/2021 （2）電離 對于可能發(fā)生電離的大分子的溶膠而言，則膠粒帶電主要是其本身發(fā)生電離引

19、起的。 例如蛋白質(zhì)分子，當(dāng)它的羧基或胺基在水中解離時，整個大分子就帶負電或正電荷。當(dāng)介質(zhì)的ph較低時，蛋白質(zhì)分子帶正電，ph較高時，則帶負電荷。 當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)分子所帶的凈電荷為零時，這時介質(zhì)的ph稱為蛋白質(zhì)的等電點。在等電點時蛋白質(zhì)分子的移動已不受電場影響，它不穩(wěn)定且易發(fā)生凝聚。 上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/2021 （2）電離 對于可能發(fā)生電離的大分子的溶膠而言，則膠粒帶電主要是其本身發(fā)生電離引起的。 離子型固體電解質(zhì)形成溶膠時，由于正、負離子溶解量不同，使膠粒帶電。 例如：將agi制備溶膠時，由于ag+較小，活動能力強，比i-容易脫離晶格而進入溶液，使膠粒帶負電。上一內(nèi)容下一內(nèi)容

20、回主目錄o返回11/10/2021 （3 3）同晶置換 黏土礦物中如高嶺土，主要由鋁氧四面體和硅氧四面體組成，而與周圍4個氧的電荷不平衡，要由或等正離子來平衡電荷。 這些正離子在介質(zhì)中會電離并擴散，所以使黏土微粒帶負電。如果被或同晶置換，則黏土微粒帶的負電更多。上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/2021電動現(xiàn)象 1807年，列斯（peiic）曾用兩支無底的玻璃管插在潮濕的黏土上，管底墊上一層洗凈的沙，管中加上蒸餾水，使兩管水面相平。在將電源的兩個電極分別插入兩管時，發(fā)現(xiàn)負電極管中的水位上升，正電極管中水位下降；正電極管的底部呈現(xiàn)渾濁狀態(tài)，而負電極管中則清亮如初， 上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目

21、錄o返回11/10/2021電動現(xiàn)象 膠粒在重力場作用下發(fā)生沉降，而產(chǎn)生沉降電勢；帶電的介質(zhì)發(fā)生流動，則產(chǎn)生流動電勢。這是因動而產(chǎn)生電。 以上四種現(xiàn)象都稱為電動現(xiàn)象。 由于膠粒帶電，而溶膠是電中性的，則介質(zhì)帶與膠粒相反的電荷。在外電場作用下，膠粒和介質(zhì)分別向帶相反電荷的電極移動，就產(chǎn)生了電泳和電滲的電動現(xiàn)象，這是因電而動。上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/2021電動現(xiàn)象u+u+u+u+u+u+u+u+u+u+u+u+u+u+u+u+u+u電泳上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/2021電動現(xiàn)象上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/2021沉降電勢和流動電勢 在重力場的作用下

22、，帶電的分散相粒子，在分散介質(zhì)中迅速沉降時，使底層與表面層的粒子濃度懸殊，從而產(chǎn)生電勢差，這就是沉降電勢。 貯油罐中的油內(nèi)常會有水滴，水滴的沉降會形成很高的電勢差，有時會引發(fā)事故。通常在油中加入有機電解質(zhì)，增加介質(zhì)電導(dǎo)，降低沉降電勢。 上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/2021 含有離子的液體在加壓或重力等外力的作用下，流經(jīng)多孔膜或毛細管時會產(chǎn)生電勢差。沉降電勢和流動電勢 這種因液體流動而產(chǎn)生的電勢稱為流動電勢。上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/2021沉降電勢和流動電勢 因為管壁會吸附某種離子，使固體表面帶電，電荷從固體到液體有個分布梯度。 在用泵輸送原油或易燃化工原料時，要

23、使管道接地或加入油溶性電解質(zhì)，增加介質(zhì)電導(dǎo)，防止流動電勢可能引發(fā)的事故。 當(dāng)外力迫使擴散層移動時，流動層與固體表面之間會產(chǎn)生電勢差，當(dāng)流速很快時，有時會產(chǎn)生電火花。 上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/2021 當(dāng)固體與液體接觸時，可以是固體從溶液中選擇性吸附某種離子，也可以是固體分子本身發(fā)生電離作用而使離子進入溶液，以致使固液兩相分別帶有不同符號的電荷，在界面上形成了雙電層的結(jié)構(gòu)。 對于雙電層的具體結(jié)構(gòu)，一百多年來不同學(xué)者提出了不同的看法。最早于1879年helmholz提出平板型模型；雙電層（double layer) 1910年gouy和1913年chapman修正了平板型模型，提

24、出了擴散雙電層模型；后來stern又提出了stern模型。上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/2021平板型模型 亥姆霍茲認為固體的表面電荷與溶液中帶相反電荷的（即反離子）構(gòu)成平行的兩層，如同一個平板電容器。整個雙電層厚度為0 。 固體表面與液體內(nèi)部的總的電位差即等于熱力學(xué)電勢0 ，在雙電層內(nèi)，熱力學(xué)電勢呈直線下降。 在電場作用下，帶電質(zhì)點和溶液中的反離子分別向相反方向運動。 這模型過于簡單，由于離子熱運動，不可能形成平板電容器。上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/2021擴散雙電層模型 gouy和chapman認為，由于正、負離子靜電吸引和熱運動兩種效應(yīng)的結(jié)果，溶液中的反離子只有

25、一部分緊密地排在固體表面附近，相距約一、二個離子厚度稱為緊密層； 另一部分離子按一定的濃度梯度擴散到本體溶液中，離子的分布可用玻茲曼公式表示，稱為擴散層。雙電層由緊密層和擴散層構(gòu)成。移動的切動面為ab面。上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/2021擴散雙電層模型上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/2021stern模型 stern對擴散雙電層模型作進一步修正。 他認為吸附在固體表面的緊密層約有一、二個分子層的厚度，后被稱為stern層； 由反號離子電性中心構(gòu)成的平面稱為stern平面。上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/2021 由于離子的溶劑化作用，膠粒在移動時，緊密層會結(jié)

26、合一定數(shù)量的溶劑分子一起移動，所以滑移的切動面由比stern層略右的曲線表示。stern模型從固體表面到stern平面，電位從0直線下降為 。上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/2021電動電勢（electrokinetic potential） 在stern模型中，帶有溶劑化層的滑移界面與溶液之間的電位差稱為 電位。電動電勢亦稱為 電勢。 在擴散雙電層模型中，切動面ab與溶液本體之間的電位差為 電位； 電位總是比熱力學(xué)電位低，外加電解質(zhì)會使 電位變小甚至改變符號。只有在質(zhì)點移動時才顯示出 電位，所以又稱電動電勢。 帶電的固體或膠粒在移動時，移動的切動面與液體本體之間的電位差稱為電動電勢

27、。上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/2021電動電勢（electrokinetic potential）上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/2021膠粒的結(jié)構(gòu) 膠粒的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，先有一定量的難溶物分子聚結(jié)形成膠粒的中心，稱為膠核； 然后膠核選擇性的吸附穩(wěn)定劑中的一種離子，形成緊密吸附層；由于正、負電荷相吸，在緊密層外形成反號離子的包圍圈，從而形成了帶與緊密層相同電荷的膠粒； 膠粒與擴散層中的反號離子，形成一個電中性的膠團上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/2021膠粒的結(jié)構(gòu) 膠核吸附離子是有選擇性的，首先吸附與膠核中相同的某種離子，用同離子效應(yīng)使膠核不易溶解。 若無相同離

28、子，則首先吸附水化能力較弱的負離子，所以自然界中的膠粒大多帶負電，如泥漿水、豆?jié){等都是負溶膠。 上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/2021膠粒的結(jié)構(gòu)例1：agno3 + kikno3 + agi 過量的 ki 作穩(wěn)定劑 膠團的結(jié)構(gòu)表達式 ： (agi)m n i (n-x)k+x xk+ |_| |_|膠核膠粒（帶負電）膠團（電中性）膠核膠粒膠團膠團的圖示式：上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/2021膠粒的結(jié)構(gòu)例2：agno3 + kikno3 + agi 過量的 agno3 作穩(wěn)定劑 膠團的結(jié)構(gòu)表達式： (agi)m n ag+ (n-x)no3x+ x no3 |_|_|膠

29、核膠粒（帶正電）膠團（電中性）膠核膠粒膠團 膠團的圖示式：上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/20215.6 溶膠的穩(wěn)定性和聚沉作用 溶膠的穩(wěn)定性 影響溶膠穩(wěn)定性的因素 聚沉值與聚沉能力 schulze-hardy規(guī)則 電解質(zhì)對溶膠穩(wěn)定性的影響上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/2021溶膠的穩(wěn)定性1.動力學(xué)穩(wěn)定原因：溶膠粒子較小，布朗運動激烈，因此在重力場中不易沉降，即具有動力學(xué)穩(wěn)定性。2.聚結(jié)穩(wěn)定性：由于膠團雙電層結(jié)構(gòu)的存在，膠粒都帶有相同的電荷，相互排斥，故不易聚沉。這是溶膠穩(wěn)定存在的最重要原因。3.水化膜：在膠團的雙電層中反離子都是水化的，因此在膠粒外有一層水化膜，它阻止了

30、膠粒的相互碰撞而導(dǎo)致膠粒結(jié)合變大。u溶膠穩(wěn)定的原因：上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/2021溶膠穩(wěn)定理論 膠粒之間有相互吸引的能量va和相互排斥的能量vr，總作用能 為va+vr。如圖所示： 當(dāng)粒子相距較大時，主要為吸力，總勢能為負值；當(dāng)靠近到一定距離，雙電層重疊，排斥力起主要作用，勢能升高。要使粒子聚結(jié)必須克服這個勢壘。dlvo理論 上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/2021溶膠的穩(wěn)定性上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/2021影響溶膠穩(wěn)定性的因素2.濃度的影響。濃度增加，粒子碰撞機會增多。3.溫度的影響。溫度升高，粒子碰撞機會增多，碰撞強度增加。4.膠體體系的相互

31、作用。帶不同電荷的膠?；ノ鄢痢?.外加電解質(zhì)的影響。這影響最大，主要影響膠粒的帶電情況，使 電 位下降，促使膠粒聚結(jié)。上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/2021聚沉值與聚沉能力聚沉值使一定量的溶膠在一定時間內(nèi)完全聚沉所需電解質(zhì)的最小濃度。從已知的表值可見，對同一溶膠，外加電解質(zhì)的離子價數(shù)越低，其聚沉值越大。聚沉能力是聚沉值的倒數(shù)。聚沉值越大的電解 質(zhì)，聚沉能力越?。环粗?，聚沉值越小 的電解質(zhì)，其聚沉能力越強。上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/2021schulze-hardy規(guī)則 聚沉能力主要決定于膠粒帶相反電荷的離子的價數(shù)。聚沉值與異電性離子價數(shù)的六次方成反比，這就是sc

32、hulze-hardy規(guī)則。 例如，對于給定的溶膠，異電性離子分別為一、二、三價，則聚沉值的比例為： 100 1.6 0.14 即為： 666111 123 :上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/2021（1） 與膠粒帶相反電荷的離子的價數(shù)影響最大，價數(shù)越高，聚沉能力越強。（2） 與膠粒帶相反電荷的離子就是價數(shù)相同，其聚沉能力也有差異。電解質(zhì)對溶膠穩(wěn)定性的影響 例如，對膠粒帶負電的溶膠，一價陽離子硝酸鹽的聚沉能力次序為：h+cs+rb+nh4+k+na+li+ 對帶正電的膠粒，一價陰離子的鉀鹽的聚沉能力次序為： f-cl-br-no3-i- scn- 這種次序稱為感膠離子序（lyotro

33、pic series)。上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/2021（3） 有機化合物的離子都有很強的聚沉能力，這可能與其具有強吸附能力有關(guān)。（4）當(dāng)與膠體帶相反電荷的離子相同時，則另一同性離子的價數(shù)也會影響聚沉值，價數(shù)愈高，聚沉能力愈低。這可能與這些同性離子的吸附作用有關(guān)。電解質(zhì)對溶膠穩(wěn)定性的影響 例如，對亞鐵氰化銅溶膠的聚沉值： kbr 為 27.5 。而 k4fe(cn)6 為 260.0 。 3mol m3mol m上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/2021上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/2021乳狀液乳狀液的定義乳狀液的定義 乳狀液乳狀液種或幾種液體以液珠形式

34、分散在另一種種或幾種液體以液珠形式分散在另一種與其不互溶與其不互溶(或部分互溶或部分互溶)液體中所形成的分散系統(tǒng)。液體中所形成的分散系統(tǒng)。乳狀液是由兩種液體構(gòu)成的分散體系。乳狀液是由兩種液體構(gòu)成的分散體系。上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/20215.7 乳狀液類型 簡單的乳狀液通常分為兩大類。習(xí)慣上將不溶于水的有機物稱油，將不連續(xù)以液珠形式存在的相稱為內(nèi)相，將連續(xù)存在的液相稱為外相。1.水包油乳狀液，用o/w表示。內(nèi)相為油，外相為水，這種乳狀液能用水稀釋，如牛奶等。2.油包水乳狀液，用w/o表示。內(nèi)相為水，外相為油，如油井中噴出的原油。上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/202

35、15.7 乳狀液類型u油u水u油u水油內(nèi)相（不連續(xù)相）水外相（連續(xù)相） 水包油型(o/w) 水內(nèi)相（不連續(xù)相）油外相（連續(xù)相） 油包水型(w/o) 上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/2021乳狀液鑒別乳狀液鑒別檢驗水包油乳狀液加入水溶性染料如亞甲基藍，說明水是連續(xù)相。加入油溶性的染料紅色蘇丹，說明油是不連續(xù)相。上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/20212、乳化劑或表面活性劑的選擇、乳化劑或表面活性劑的選擇乳化劑乳化劑( emulsifying agent)( emulsifying agent) 為了形成穩(wěn)定的乳狀液所必須加入的第三組分。常用的乳化劑有：蛋白質(zhì)、樹膠、磷脂等天然

36、產(chǎn)物；各種表面活性劑；固體粉末等。乳化劑的作用：乳化劑的作用：(i)降低油-水界面張力： 乳化劑吸附在油水界面上，親水的極性基團浸在水中，親油的非極性基團伸向油中，形成定向的界面膜，降低了油水體系的界面張力，使乳狀液變得較為穩(wěn)定。上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/20212、乳化劑或表面活性劑的選擇、乳化劑或表面活性劑的選擇乳化劑的作用：乳化劑的作用：(ii)在分散相(內(nèi)相)周圍形成堅固的保護膜； 乳化劑分子在油水界面上的定向排列，形成一層具有一定機械強度的界面膜，可以將分散相液滴相互隔開，防止其在碰撞過程中聚結(jié)變大，從而得到穩(wěn)定的乳狀液。(iii)液滴雙電層的排斥作用 由于同性電荷之

37、間的靜電斥力，阻礙了液滴之間的相互聚結(jié)，從而使乳狀液穩(wěn)定。上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/20212、乳化劑或表面活性劑的選擇、乳化劑或表面活性劑的選擇(iiii)固體粉末的穩(wěn)定作用 固體粉末作乳化劑時，粉末在油水界面上形成保護膜而使乳狀液穩(wěn)定。親水性固體如二氧化硅、蒙脫土等可作為制備o/w型乳化液的乳化劑；親油性固體如石墨可作為w/o型乳化劑。上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/20213、乳狀液的轉(zhuǎn)化和破壞、乳狀液的轉(zhuǎn)化和破壞 由w/o型乳狀液轉(zhuǎn)化成o/w 型乳狀液稱為乳狀乳狀液的轉(zhuǎn)化液的轉(zhuǎn)化 一般可以通過加入足量的反型乳化劑的方法實現(xiàn)乳狀液的轉(zhuǎn)化乳狀液的破壞（破乳乳狀液的

38、破壞（破乳 deemulsification )(1) 機械法 （離心分離、泡沫分離、蒸餾、過濾等）(2) 高壓電法(石油的破乳脫水）(4) 加入表面活性更強但不能形成保護膜的表面活性 劑(如戊醇、辛醇、十二烷基磺酸鈉等）(3) 升溫法上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/2021泡沫泡沫1.降低界面張力 由于形成泡沫時體系增大界面，起泡劑分子被吸附在氣-液界面上后降低了界面張力,所以降低界面張力有助于降低體系的界面自由能，從而降低了氣泡之間自發(fā)合并的趨勢，因此使得泡沫處于穩(wěn)定狀態(tài)。2所產(chǎn)生的泡沫膜牢固，具有一定的機械強度和彈性。3形成具有適當(dāng)黏度的液膜，泡沫液膜內(nèi)包含的液體受到重力作用和

39、曲面壓力，會從膜間排走，使液膜變薄繼而導(dǎo)致破裂。如果液膜具有適當(dāng)?shù)酿ざ?，膜?nèi)的液體就不易流走，從而增加了泡沫的穩(wěn)定性。起泡劑所起的作用主要如下：上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/20215.8 大分子概說三種溶液性質(zhì)的比較大分子分類上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/2021 溶液類型性質(zhì)憎液溶膠大分子溶液小分子溶液膠粒大小1100nm1100nm1nm分散相存在單元多分子組成的膠粒單分子單分子能否透過半透膜不能不能能是否熱力學(xué)穩(wěn)定體系不是是是丁鐸爾效應(yīng)強微弱微弱粘度小，與介質(zhì)相似大小對外加電解質(zhì)敏感不太敏感不敏感聚沉后再加分散介質(zhì)不可逆可逆可逆三種溶液性質(zhì)的比較上一內(nèi)容下一內(nèi)容

40、回主目錄o返回11/10/2021大分子分類 staudinger 把相對分子質(zhì)量大于104的物質(zhì)稱之為大分子，主要有： 天然大分子： 如淀粉、蛋白質(zhì) 、纖維素、核酸 和各種生物大分子等。 人工合成大分子： 如合成橡膠、聚烯烴、樹脂和合 成纖維等。 合成的功能高分子材料有：光敏高分子、導(dǎo)電性高 分子、醫(yī)用高分子和高分子膜等。上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/202113.10 大分子相對摩爾質(zhì)量 聚合物摩爾質(zhì)量的表示法 數(shù)均摩爾質(zhì)量 質(zhì)均摩爾質(zhì)量 z均摩爾質(zhì)量 粘均摩爾質(zhì)量 粘度的類型 用粘度法測摩爾質(zhì)量上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/2021聚合物摩爾質(zhì)量的表示法 數(shù)均摩爾

41、質(zhì)量 質(zhì)均摩爾質(zhì)量 z均摩爾質(zhì)量 粘均摩爾質(zhì)量 由于聚合過程中，每個分子的聚合程度可以不一樣，所以聚合物的摩爾質(zhì)量只能是一個平均值。而且，測定和平均的方法不同，得到的平均摩爾質(zhì)量也不同。常用有四種平均方法，因而有四種表示法： 上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/2021數(shù)均摩爾質(zhì)量bbbnnnmnmnmn212211nmbbbnmn數(shù)均摩爾質(zhì)量可以用端基分析法和滲透壓法測定。 有一高分子溶液，各組分的分子數(shù)分別為n1，n2，, nb ,其對應(yīng)的摩爾質(zhì)量為m1，m2，mb。則數(shù)均摩爾質(zhì)量的定義為：上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/2021質(zhì)均摩爾質(zhì)量bbbmmmmm質(zhì)均摩爾質(zhì)量可以

42、用光散射法測定。 設(shè)b組分的分子質(zhì)量為mb，則質(zhì)均摩爾質(zhì)量的定義為：上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/2021z均摩爾質(zhì)量bbbzzmzmbbbmmzbbbmnm 在光散射法中利用zimm圖從而計算的高分子摩爾質(zhì)量稱為z均摩爾質(zhì)量，它的定義是： 式中：上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/2021粘均摩爾質(zhì)量 用粘度法測定的摩爾質(zhì)量稱為粘均摩爾質(zhì)量。它的定義是：/1) 1(bbbbvmnmnm1/bbbm mm 式中 為與溶劑、大分子化合物和溫度有關(guān)的經(jīng)驗常數(shù)。 ，為分子的質(zhì)量。bbbmnm 上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/2021粘度的類型設(shè)純?nèi)軇┑恼扯葹?，大分子溶液

43、的粘度為 ，兩者不同的組合得到不同的粘度表示方法： 00/r 1.相對粘度100rsp 2.增比粘度001/ccsp 3.比濃粘度ccrcspclimlim00 4.特性粘度 上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/2021 特性粘度是幾種粘度中最能反映溶質(zhì)分子本性的一種物理量，由于它是外推到無限稀釋時溶液的性質(zhì)，已消除了大分子之間相互作用的影響，而且代表了無限稀釋溶液中，單位濃度大分子溶液粘度變化的分數(shù)。 實驗方法是用粘度計測出溶劑和溶液的粘度 和 ，計算相對粘度 和增比粘度 。0rsp用粘度法測定摩爾質(zhì)量 當(dāng)溫度、聚合物和溶劑體系選定后，大分子溶液的粘度僅與濃度和聚合物分子的大小有關(guān)。上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄o返回11/10/2021 以 對c 作圖，得一條直線，以 對c作圖得另一條直線。將兩條直線外推至濃度 ，得到特性粘度 。csp/cr/ln0c 從如下經(jīng)驗式