物理化學(xué)電子教案：表面現(xiàn)象.膠體-（2）膠體概述(4學(xué)時(shí)環(huán)境專業(yè))

1、物理化學(xué)電子教案物理化學(xué)電子教案 華南師范大學(xué)物理化學(xué)研究所華南師范大學(xué)物理化學(xué)研究所膠體化學(xué)與界面化學(xué)的相關(guān)性膠體化學(xué)與界面化學(xué)的相關(guān)性膠體的基本特性：膠體的基本特性： 特有的分散程度、多相性、聚結(jié)不穩(wěn)定性 研究物質(zhì)的界面特性研究物質(zhì)的界面特性界面化學(xué)界面化學(xué) 表面張力、表面能、表面現(xiàn)象、表面吸附、單分子膜、表面潤濕等研究一群質(zhì)點(diǎn)所構(gòu)成的分散體系的性質(zhì)研究一群質(zhì)點(diǎn)所構(gòu)成的分散體系的性質(zhì) 膠體化學(xué) 動(dòng)力性質(zhì)、電性質(zhì)、光學(xué)性、流變性質(zhì)、膠體的聚結(jié)與穩(wěn)定性等什么是膠體？ “膠體”的概念最早由英國科學(xué)家Thomas Grahaim（1861）年提出。H 2ONaCl、蔗糖半透膜半透膜蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)Al

2、（OH）3膠體是否物質(zhì)固有的狀態(tài)？膠體是否物質(zhì)固有的狀態(tài)？H 2O 1905年BeAPH用200多種物質(zhì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)證明： 任何典型的晶體物質(zhì)都可以用降低其溶解度或選任何典型的晶體物質(zhì)都可以用降低其溶解度或選用適當(dāng)?shù)姆稚⒔橘|(zhì)而制成溶膠用適當(dāng)?shù)姆稚⒔橘|(zhì)而制成溶膠什么是膠體？什么是膠體？H 2O苯苯NaCl溶膠溶膠真溶液真溶液膠體不是物質(zhì)固有的狀態(tài)，是物質(zhì)以一定分散度而存在的一種膠體不是物質(zhì)固有的狀態(tài)，是物質(zhì)以一定分散度而存在的一種狀態(tài)。狀態(tài)。問題1.什么是膠體？膠體的分類?憎液溶膠的基本特性是 什么？2.膠團(tuán)結(jié)構(gòu)與膠團(tuán)結(jié)構(gòu)的表示方法？3.什么是膠體的動(dòng)力性質(zhì)，舉例說說研究膠體的動(dòng)力性質(zhì)的作用與

3、應(yīng)用。4.什么是膠體的光學(xué)性質(zhì)？如何通過瑞利公式說明丁達(dá)爾效應(yīng)？舉例說說丁達(dá)爾效應(yīng)的應(yīng)用。4.膠體的電學(xué)性質(zhì)包括哪些？電動(dòng)電位的定義？什么是電泳？研究膠體的電學(xué)性質(zhì)的作用與應(yīng)用？5.膠體的聚沉與穩(wěn)定性與哪些因素有關(guān)？叔采哈代規(guī)則、感膠離子序的應(yīng)用？ 把一種或幾種物質(zhì)分散在另一種物質(zhì)中就構(gòu)成散系統(tǒng)。云： 水分散在空氣中被分散的物質(zhì)稱為分散相（dispersed phase)另一種物質(zhì)稱為分散介質(zhì)（dispersing medium)牛奶：乳脂分散在水中珍珠：水分散在蛋白質(zhì)中膠體分散系統(tǒng)的分類分類系統(tǒng)通常有三種分類方法：分子分散系統(tǒng)1. 按分散相粒子的大小分：2. 按分散介質(zhì)的物態(tài)分：液溶膠3.

4、按膠體分散系統(tǒng)的性質(zhì)分： 憎液溶膠 膠體分散系統(tǒng)粗分散系統(tǒng)固溶膠氣溶膠親液溶膠締合溶膠 膠體分散系統(tǒng)概述(1) 分子分散系統(tǒng) 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 。通常把這種系統(tǒng)稱為真溶液，如CuSO4水溶液。（2）膠體分散系統(tǒng) 分散相粒子的半徑在1 nm100 nm之間的系統(tǒng)。目測(cè)是均勻的，但實(shí)際是多相不均勻系統(tǒng)。也有的將1 nm 1000 nm之間的粒子歸入膠體范疇。（3）粗分散系統(tǒng) 當(dāng)分散相粒子大于1000 nm,目測(cè)是混濁不均勻系統(tǒng)，放置后會(huì)沉淀或分層，如黃河水。 1.按分散相粒子的大小分類2.按分散介質(zhì)的物態(tài)分類（1）液溶

5、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(shí)，則形成不同的液溶膠C. 液-固溶膠 如油漆，AgI溶膠等B. 液-液溶膠 如牛奶，石油原油等A. 液-氣溶膠 如泡沫 按分散介質(zhì)的物態(tài)分類（2） 固溶膠 將固體作為分散介質(zhì)所形成的溶膠。當(dāng)分散相為不同狀態(tài)時(shí)，則形成不同的固溶膠C. 固-固溶膠 有色玻璃，不完全互溶的合金B(yǎng). 固-液溶膠 珍珠，某些寶石A. 固-氣溶膠 泡沫塑料，沸石分子篩按分散介質(zhì)的物態(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(shí)，形成氣-固或氣-液溶膠B. 氣-固溶膠 如青煙，含細(xì)塵的空氣A. 氣-液溶膠 如霧，某些云 沒有氣-氣溶膠，因?yàn)?/p>

6、不同的氣體混合后是單相均一系統(tǒng)，不屬于膠體范圍。 我們?nèi)粘３Ｒ姷撵F霾天氣大 多數(shù)情況下就是由pm2.5造成的。雖然pm2.5在大氣中的含量極少，但是，由于質(zhì)量小，攜帶病毒及有害物質(zhì)時(shí)間長、傳輸渠道多樣、移動(dòng)距離較遠(yuǎn)、對(duì)人 體造成的危害較大，pm2.5的確是名符其實(shí)的隱型殺手!有數(shù)據(jù)顯示，由于不明白pm2.5是什么意思，對(duì)pm2.5的危害不夠重視，2010年北京、上海兩地因PM2.5污染致死的人數(shù)分別為2349人和2980人，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于當(dāng)?shù)亟煌ㄒ馔馑劳鋈藬?shù)。國環(huán)保署實(shí)驗(yàn)室研究發(fā)現(xiàn)對(duì)于空氣凈化而言主要有三種清除粉塵的方法：布朗運(yùn)動(dòng)、濾網(wǎng)攔截、負(fù)氧離子中和沉降。pm為英文particulate mat

7、ter的縮寫，翻譯成中文叫做顆粒物。pm2.5是指大氣中直徑小于或等于2.5微米的顆粒物，有時(shí)也被稱作入肺顆粒物。3.按膠體分散系統(tǒng)的性質(zhì)分類（1）憎液溶膠 半徑在1 nm100 nm之間的難溶物固體粒子保持了原有的性質(zhì)，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)定系統(tǒng) 一旦將介質(zhì)蒸發(fā)，再加入介質(zhì)就無法再形成溶膠，是 一個(gè)不可逆系統(tǒng)，如氫氧化鐵溶膠、碘化銀溶膠等。 這是膠體分散系統(tǒng)中主要研究的內(nèi)容。 由 ， 和 等難溶物質(zhì)分散在液體介質(zhì)(通常是水)中形成的溶膠。 AgI(s)Au(s)3Fe(OH) (s)3. 按膠體分散系統(tǒng)的性質(zhì)分類（2）親液溶膠 半徑落在膠體粒子范圍內(nèi)的大

8、分子物質(zhì)，溶解在合適的溶劑中形成的溶膠。親液溶膠是熱力學(xué)上穩(wěn)定、可逆的系統(tǒng)。 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。 分散相分子本身的大小已達(dá)到膠粒范圍，它的擴(kuò)散速率小、不能透過半透膜等性質(zhì)與膠體系統(tǒng)相似。 按膠體分散系統(tǒng)的性質(zhì)分類（3 3）締合膠體）締合膠體 由表面活性物質(zhì)締合形成膠束，分散在介質(zhì)中，膠束半徑已落在膠體粒子范圍內(nèi)。 或由締合表面活性物質(zhì)保護(hù)的一種微小液滴，均勻地分散在另一種液體介質(zhì)中，形成半徑落在膠體粒子范圍內(nèi)的微乳狀液。 對(duì)球形顆粒，是指直徑，俗稱為納米粒子或超細(xì)微粒；對(duì)片狀物質(zhì)，是指厚度，俗稱納米膜；對(duì)線狀物質(zhì)，指線徑或管徑，俗稱納米線或納米管。 按

9、膠體分散系統(tǒng)的基本性質(zhì)憎液溶膠 形成憎液溶膠的必要條件是： （A）分散相的溶解度要??； （B）還必須有穩(wěn)定劑存在，否則膠粒容易聚結(jié)，而發(fā)生聚沉現(xiàn)象。 憎液溶膠的基本特性 特有的分散程度特有的分散程度 不均勻性（多相性）不均勻性（多相性） 聚結(jié)不穩(wěn)定性（熱力學(xué)不穩(wěn)定性）聚結(jié)不穩(wěn)定性（熱力學(xué)不穩(wěn)定性） 憎液溶膠的制備與凈化憎液溶膠的制備與凈化 制備溶膠必須使分散相粒子的大小落在膠體分散系統(tǒng)的范圍之內(nèi)，并加入適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定劑。制備方法大致可分為兩類： 1. 分散法分散法： 用機(jī)械、化學(xué)等方法使固體的粒子變小。 2. 凝聚法凝聚法：使分子或離子聚結(jié)成膠粒 研磨法；膠溶法、超聲波分散法。 化學(xué)凝聚法、物理凝

10、聚法、更換溶劑法溶膠的凈化 在制備溶膠的過程中，常生成一些多余的電解質(zhì)，如制備 Fe(OH)3溶膠時(shí)生成的HCl。 少量電解質(zhì)可以作為溶膠的穩(wěn)定劑，但是過多的電解質(zhì)存在會(huì)使溶膠不穩(wěn)定，容易聚沉，所以必須除去。 凈化的方法主要有滲析法和超過濾法。 膠團(tuán)的結(jié)構(gòu)膠團(tuán)的結(jié)構(gòu) 膠團(tuán)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； 膠粒與擴(kuò)散層中的反號(hào)離子，形成一個(gè)電中性的膠團(tuán)膠團(tuán)。 由于正、負(fù)電荷相吸，在緊密層外形成反號(hào)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； 膠團(tuán)的結(jié)構(gòu)膠團(tuán)的結(jié)構(gòu)現(xiàn)以制備碘化銀溶膠為例AgN

11、O3 + KI = KNO3 + AgI (溶膠) 過量的 KI 作穩(wěn)定劑 膠團(tuán)的結(jié)構(gòu)表達(dá)式 ： 膠核 膠粒(帶負(fù)電) 膠團(tuán)(電中性)(AgI)m膠核膠粒膠團(tuán)膠團(tuán)的圖示式：n I (n-x)K+x xK+ 李伯托夫法則李伯托夫法則：在膠粒表面從溶液中優(yōu)先吸附性質(zhì)與膠核組成相近離子在膠粒表面從溶液中優(yōu)先吸附性質(zhì)與膠核組成相近離子 膠團(tuán)的結(jié)構(gòu)(AgI)m n Ag+ (n-x)NO3x+ x NO3膠核膠粒膠團(tuán) 膠團(tuán)的圖示式：膠核 膠粒(帶正電) 膠團(tuán)(電中性) 膠團(tuán)的結(jié)構(gòu)表達(dá)式： 過量的 AgNO3 作穩(wěn)定劑 AgNO3 + KI = KNO3 + AgI (溶膠) 溶膠的光學(xué)性質(zhì)溶膠的光學(xué)性質(zhì)

12、光散射現(xiàn)象可見光的波長約在400-700 nm之間。 （1）當(dāng)光束通過粗分散系統(tǒng)，由于粒子大于入射光的波長，主要發(fā)生反射，使系統(tǒng)呈現(xiàn)混濁。 （2）當(dāng)光束通過憎液溶膠時(shí)，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。 當(dāng)光束通過分散系統(tǒng)時(shí)，一部分自由地通過，一部分被吸收、反射或散射。膠粒： 1nm 100nm 可見光： 400nm700nm，可見光照射膠體溶液，將發(fā)生光的散射，由此將產(chǎn)生丁達(dá)爾效應(yīng)。光學(xué)性質(zhì)光學(xué)性質(zhì) （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。光散射現(xiàn)象的本質(zhì) 光是一種電磁波，照射溶膠時(shí)，分子中的電子分布發(fā)生位移而產(chǎn)生偶

13、極子，這種偶極子像小天線一樣向各個(gè)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。 溶膠是多相不均勻系統(tǒng)，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。 光學(xué)性質(zhì)1. Tyndall 效應(yīng)1869年Tyndall發(fā)現(xiàn)，若令一束會(huì)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(gè)發(fā)光的圓錐體，這就是Tyndall效應(yīng)。 其它分散系統(tǒng)也會(huì)產(chǎn)生一點(diǎn)散射光，但遠(yuǎn)不如溶膠顯著。 Tyndall效應(yīng)實(shí)際上已成為判別溶膠與分子溶液的最簡(jiǎn)便的方法。光學(xué)性質(zhì)光學(xué)性質(zhì)1. Tyndall 效應(yīng)4CuSO 溶溶液液3Fe(OH)膠

14、溶溶光源 光學(xué)性質(zhì)2. Rayleigh 散射定律 1871年，Rayleigh研究了大量的光散射現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)散射光的強(qiáng)度與多種因素有關(guān)，主要因素為：1. 散射光強(qiáng)度與入射光波長的四次方成反比。入 射光波長愈短，散射愈顯著。所以可見光中，藍(lán)、紫色光散射作用強(qiáng)。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(qiáng)度與單位體積中的粒子數(shù)成正比。 光學(xué)性質(zhì)光學(xué)性質(zhì) 在分散相與分散介質(zhì)都相同的情況下，Rayleigh導(dǎo)出了散射光強(qiáng)度的計(jì)算公式，稱為Rayleigh公式,其簡(jiǎn)化公式為：24nVIK式中：I散射光強(qiáng)度入射光波長體積粒子數(shù) n每個(gè)粒子的體積VK與折射率等有關(guān)的常數(shù) )2

15、(24I 2222122214222nnnnNVA根據(jù)瑞利公式思考：根據(jù)瑞利公式思考：真溶液能否發(fā)生光的散射現(xiàn)象？粗分散體系能否發(fā)生光的散射現(xiàn)象？入射光波長越長，散射光強(qiáng)越弱？丁達(dá)爾效應(yīng)的應(yīng)用：丁達(dá)爾效應(yīng)的應(yīng)用： 丁達(dá)爾效應(yīng)是判別真溶液和膠體溶液的簡(jiǎn)便方法。 超顯微鏡測(cè)定粒子的大小。有趣的現(xiàn)象有趣的現(xiàn)象 在月球上看天空，能否看到晴朗、蘭色的天空？美麗的朝霞和落日的余輝？ 1913年的一場(chǎng)“虛驚”：1913年地球上曾通過一個(gè)巨大的彗星尾，彗星為綿延數(shù)百里，當(dāng)時(shí)預(yù)言地球即將毀滅？ 如何解釋晴朗的天空呈蘭色？旭日和夕陽呈紅色？ 為什么表示危險(xiǎn)的信號(hào)用紅色？為什么車輛在霧天行駛時(shí)，裝在車尾的霧燈一般采

16、用黃色？ 為什么旋光儀的光源用的是鈉光燈？ 為什么有的煙囪冒出的是黑煙？有的確實(shí)青煙？溶膠的動(dòng)力性質(zhì)1. Brown運(yùn)動(dòng) 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(yùn)動(dòng)。 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(yùn)動(dòng)為Brown運(yùn)動(dòng)。 但在很長的一段時(shí)間里，這種現(xiàn)象的本質(zhì)沒有得到闡明。 動(dòng)力性質(zhì)1. Brown運(yùn)動(dòng) 1903年發(fā)明了超顯微鏡，為研究布朗運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)從而能夠測(cè)出在一定時(shí)間內(nèi)粒子的平均位移。 動(dòng)力性質(zhì)1. Brown運(yùn)動(dòng) 通過

17、大量觀察，得出結(jié)論：粒子越小，布朗運(yùn)動(dòng)越激烈。 其運(yùn)動(dòng)激烈的程度不隨時(shí)間而改變，但隨溫度的升高而增加。 動(dòng)力性質(zhì)1. Brown運(yùn)動(dòng) 1905年Einstein（愛因斯坦)等人才闡述了Brown運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)。 認(rèn)為Brown運(yùn)動(dòng)是分散介質(zhì)分子以不同大小和不同方向的力對(duì)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(yùn)動(dòng)。 動(dòng)力性質(zhì) Einstein認(rèn)為，溶膠粒子的Brown運(yùn)動(dòng)與分子運(yùn)動(dòng)類似，平均動(dòng)能為 。32kT并假設(shè)粒子是球形的 運(yùn)用分子運(yùn)動(dòng)論的一些基本概念和公式，得到Brown運(yùn)動(dòng)的公式為：123RTtxLr 動(dòng)力性質(zhì)123RTtxLrr 為膠粒的半徑；

18、為介質(zhì)的黏度；L 為 Avogadro 常量 這個(gè)公式把粒子的位移與粒子的大小、介質(zhì)黏度、溫度以及觀察時(shí)間等聯(lián)系起來。是在觀察時(shí)間t內(nèi)粒子沿x軸方向的平均位移；x通過研究膠通過研究膠體的動(dòng)力性體的動(dòng)力性質(zhì)，建立方質(zhì)，建立方法，測(cè)定膠法，測(cè)定膠粒半徑粒半徑動(dòng)力性質(zhì)2. 擴(kuò)散與滲透壓 Einstein 對(duì)球形粒子導(dǎo)出了膠粒在時(shí)間t內(nèi),平均位移與擴(kuò)散系數(shù)D之間的定量關(guān)系1 2(2)xD t123RTtxLr因?yàn)檫@就是Einstein-Brown 位移方程。代入得16RTDLr 動(dòng)力性質(zhì)2. 擴(kuò)散與滲透壓 16RTDLr 從 Brown 運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)，測(cè)出平均位移，就可求出擴(kuò)散系數(shù)D有了擴(kuò)散系數(shù)，就可以從

19、上式求粒子半徑 r。 已知 r 和粒子密度 ，可以計(jì)算粒子的摩爾質(zhì)量343MrL 擴(kuò)散系數(shù)D的物理意義是：在單位時(shí)間內(nèi)、單位濃度梯度下通過單位截面積的物質(zhì)的質(zhì)量。 動(dòng)力性質(zhì)2. 擴(kuò)散與滲透壓 由于膠粒不能透過半透膜，而介質(zhì)分子或外加的電解質(zhì)離子可以透過半透膜，所以有從化學(xué)勢(shì)高的一方向化學(xué)勢(shì)低的一方自發(fā)滲透的趨勢(shì)。 溶膠的滲透壓可以借用稀溶液滲透壓公式計(jì)算：nRTcRTV式中c為膠粒的濃度。由于憎液溶膠不穩(wěn)定，濃度不能太大，所以測(cè)出的滲透壓及其它依數(shù)性質(zhì)都很小。動(dòng)力性質(zhì)3. 沉降與沉降平衡 溶膠的膠粒一方面受到重力吸引而下降，另一方面由于Brown運(yùn)動(dòng)促使?jié)舛融呌诰弧?當(dāng)這兩種效應(yīng)相反的力相等

20、時(shí)，粒子的分布達(dá)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。 動(dòng)力性質(zhì)3. 沉降與沉降平衡 達(dá)到沉降平衡時(shí)，粒子隨高度分布的情況與大氣在地球表面分布類似，可以用高度分布定律。 根據(jù)高度分布定律可知 粒子質(zhì)量愈大，其平衡濃度隨高度的降低亦愈大。 上層粒子小而稀疏，下層粒子大而密集。h1h2溶膠中的粒子在高度溶膠中的粒子在高度h h 處的重力勢(shì)能處的重力勢(shì)能ghr）介質(zhì)粒子(34 3r：粒子半徑粒子，介質(zhì)：分別為粒子和介質(zhì) 的密度 Boltzmann 分布定律： )exp()exp(NN 2121kTkT溶膠粒子隨高度的分布公式溶膠粒子隨高度的分布公式 / )(gL

21、(34exp 12312RThhrNN）介質(zhì)粒子溶膠的電學(xué)性質(zhì)電動(dòng)現(xiàn)象分兩類(1) 因電而動(dòng) 膠粒是帶電的，而溶膠是電中性的，所以介質(zhì)所帶的電荷剛好與膠粒的電荷相反。 帶電膠粒在重力場(chǎng)的作用下發(fā)生沉降而產(chǎn)生沉降電勢(shì)；帶電的介質(zhì)定向流動(dòng)而產(chǎn)生流動(dòng)電勢(shì) 在外電場(chǎng)作用下，膠粒向帶相反電荷電極的定向移動(dòng)稱為電泳，介質(zhì)向帶相反電荷電極的定向移動(dòng)稱為電滲。電泳和電滲是因電而動(dòng)。(2) 因動(dòng)而產(chǎn)生電 電泳 （1）吸附膠粒帶電的原因 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

22、 - 離子，膠粒帶負(fù)電。 膠核優(yōu)先吸附與膠核本身結(jié)構(gòu)或組成相似的離子，利用同離子效應(yīng)保護(hù)膠核不被溶解。 電泳 如黏土和分子篩等由硅氧四面體和鋁氧四面體組成，由H+ ，Na+等離子來平衡電荷，當(dāng)離子擴(kuò)散到介質(zhì)中時(shí)，黏土和分子篩等微粒就帶負(fù)電。膠粒帶電的原因 當(dāng)Al3+離子被兩價(jià)離子同晶置換后，黏土和分子篩等微粒帶負(fù)電就更多。(2) 同晶置換 電泳膠粒帶電的原因(3) 電離 離子型固體電解質(zhì)形成溶膠時(shí)，由于正、負(fù)離子的溶解量不同，擴(kuò)散速率不同,使膠粒帶電。 例如：AgI固體分散在介質(zhì)中，由于Ag+較小，擴(kuò)散速率快，比I-容易脫離晶格而進(jìn)入溶液，使AgI膠粒帶負(fù)電。 電泳膠粒帶電的原因(3) 電離

23、又例如蛋白質(zhì)分子，有許多羧基和胺基，在pH較高的溶液中，離解生成PCOO- 離子而負(fù)帶電；在pH較低的溶液中，生成P-NH3+離子而帶正電。 在某一特定的pH條件下，生成的-COO-和-NH3+數(shù)量相等，蛋白質(zhì)分子的凈電荷為零，這個(gè)pH稱為蛋白質(zhì)的等電點(diǎn) 。 電泳 帶電膠?；虼蠓肿釉谕饧与妶?chǎng)的作用下，向帶相反電荷的電極作定向移動(dòng)的現(xiàn)象稱為電泳。 研究電泳的實(shí)驗(yàn)方法很多，根據(jù)溶膠的量和性質(zhì)的不同，可以采用不同的電泳儀。 如界面電泳儀，適用于溶膠量較大的系統(tǒng) 區(qū)帶電泳、凝膠電泳等適用于生物膠體 顯微電泳儀適用于樣品極少或個(gè)別膠粒的觀察 電泳界面移動(dòng)電泳儀 先在漏斗中裝入待測(cè)溶膠打開活塞,使溶膠進(jìn)入

24、U型管待溶膠在左、右兩臂的液面與活塞等高時(shí),關(guān)閉活塞 在活塞上部的管中,加入超濾液或等滲溶液.電泳小心打開活塞 ，接通電源，觀察液面的變化。 根據(jù)通電時(shí)間和液面升高或下降的刻度,計(jì)算電泳的速度。 選擇合適的介質(zhì)，使電泳過程中保持液面清晰。 若是無色溶膠，必須用紫外吸收等光學(xué)方法讀出液面的變化 電泳顯微電泳儀 該方法簡(jiǎn)單、快速，膠體用量少，可以在膠粒所處的環(huán)境中直接觀察和測(cè)定電泳速度和電動(dòng)電勢(shì)。 裝置中用的是鉑黑電極，樣品放在作為觀察管的玻璃毛細(xì)管內(nèi)，電泳池是封閉的。 用顯微鏡直接觀察膠粒，這個(gè)方法只能觀察200 nm以上的膠粒。 電泳影響電泳的因素有：電泳的應(yīng)用: 濃縮天然橡膠的乳液,將橡膠鍍

25、在金屬、布匹或木材上，電泳涂漆、精煉陶土、石油原油的破乳及不同蛋白質(zhì)的分離等(1) 膠粒的大小、形狀和所帶表面電荷的數(shù)目(2) 介質(zhì)中電解質(zhì)的種類、離子強(qiáng)度和溶液的pH(3) 電泳的溫度和外加電場(chǎng)強(qiáng)度等 外加電解質(zhì)會(huì)顯著影響電泳速率，使速率降低直至變?yōu)榱悖踔吝€會(huì)改變膠粒電泳的方向. 雙電層和動(dòng)電電勢(shì)擴(kuò)散雙電層模型 膠粒雖小到肉眼看不見，但從微觀角度看它仍是一個(gè)很大的固體，同樣可以用討論電極表面電荷分布的方法來討論膠粒表面的電荷結(jié)構(gòu)。 Gouy和Chapman提出的擴(kuò)散雙電層模型 在膠粒與介質(zhì)的界面上,也形成了雙電層的結(jié)構(gòu) 緊密層 擴(kuò)散雙電層模型擴(kuò)散雙電層模型x+ + + + + + + +

26、+ + + + +AB0擴(kuò)散層 為熱力學(xué)電勢(shì) 0 是AB線以右的擴(kuò)散層的電勢(shì)差 但無法解釋為何 電勢(shì)受外加電解質(zhì)影響 設(shè)膠粒帶正電荷，相同數(shù)量的負(fù)電荷以擴(kuò)散雙電層的形式分布在膠粒周圍 Stern雙電層x+ + + + + + + + + + + + +AB01將AB面稱為Stern面AB面以左為Stern層層中離子會(huì)水合,切動(dòng)面是個(gè)曲面 是曲面以右的電勢(shì)差 x+ + + + + + + + + + + + +AB01 從固體表面到緊密層電勢(shì)直線下降,用1表示 0 是熱力學(xué)電勢(shì) 1的值要比0小 帶電的膠粒只有在移動(dòng)時(shí)才會(huì)顯示出切動(dòng)面，才會(huì)有 電勢(shì)，所以 電勢(shì)稱為動(dòng)電電勢(shì) 電勢(shì)越大，膠粒越穩(wěn)定,不

27、容易凝聚Stern雙電層雙電層和動(dòng)電電勢(shì) 當(dāng)有外來電解質(zhì)加入時(shí)，與固體所帶電荷相反的離子（稱為異電性離子）會(huì)進(jìn)入溶劑化層，使整個(gè)雙電層變薄。 電勢(shì)會(huì)隨著溶劑化層中離子濃度的改變而改變 的數(shù)值主要取決于與固體成平衡的離子濃度 0 若有足夠多的電解質(zhì)加入，當(dāng)雙電層的厚度變薄到等于切動(dòng)面以左部分的厚度時(shí)，這時(shí) 電勢(shì)就等于零，甚至還會(huì)改變符號(hào)。 雙電層和動(dòng)電電勢(shì)對(duì)于半徑為r 的球形膠粒，在 r 遠(yuǎn)小于雙電層的厚度時(shí)，可以用Hckel公式計(jì)算電泳速率，即 6Eu 可見，電泳速率 u 受介質(zhì)的黏度和介電常數(shù)的影響，受電場(chǎng)強(qiáng)度的影響，也受動(dòng)電電勢(shì)的影響。電泳速率計(jì)算公式通過研究膠體通過研究膠體的電性質(zhì)，建的

28、電性質(zhì)，建立方法，測(cè)定立方法，測(cè)定膠粒電動(dòng)電位膠粒電動(dòng)電位，用以膠體的，用以膠體的穩(wěn)定性研究穩(wěn)定性研究 在外加電場(chǎng)作用下，帶電的介質(zhì)通過多孔膜或半徑為110 nm的毛細(xì)管作定向移動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為電滲 電滲 電滲管示意圖 3為多孔膜，可以用濾紙、玻璃或棉花等構(gòu)成 在U型管1，2中盛電解質(zhì)溶液，作為介質(zhì) 也可以用氧化鋁、碳酸鋇、AgI等物質(zhì)構(gòu)成 當(dāng)在電極5，6上施以直流電壓時(shí)，從刻度毛細(xì)管4中彎月面的移動(dòng)可以觀察到管中介質(zhì)的移動(dòng) 電滲 如果多孔膜吸附陰離子，則介質(zhì)帶正電，通電時(shí)介質(zhì)向陰極移動(dòng)； 反之，多孔膜吸附陽離子，帶負(fù)電的介質(zhì)向陽極移動(dòng)。 外加電解質(zhì)對(duì)電滲速度影響顯著，隨著電解質(zhì)濃度的增加，電

29、滲速度降低，甚至?xí)淖冸姖B的方向。 電滲方法有許多實(shí)際應(yīng)用，如溶膠凈化、海水淡化、泥炭和染料的干燥等。 溶膠的穩(wěn)定性和聚沉作用 1. 溶膠的穩(wěn)定性 3. 影響溶膠穩(wěn)定性的其他因素 2. 電解質(zhì)對(duì)溶膠穩(wěn)定性的影響 溶膠的穩(wěn)定性(1) Brown 運(yùn)動(dòng) 由于溶膠粒子小，Brown運(yùn)動(dòng)激烈，在重力場(chǎng)中不易沉降，使溶膠具有動(dòng)力穩(wěn)定性。 但是，如果Brown運(yùn)動(dòng)太激烈，增加了粒子互碰的機(jī)會(huì)，一旦粒子合并變大，在重力場(chǎng)中就會(huì)沉降。 Brown運(yùn)動(dòng)不足以維持憎液溶膠的穩(wěn)定性 憎液溶膠的表面能很高，是熱力學(xué)上的不穩(wěn)定系統(tǒng)。但合格的溶膠在相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)可以保持不聚沉，這主要有兩個(gè)因素： 穩(wěn)定的溶膠應(yīng)該具備聚結(jié)穩(wěn)

30、定性和動(dòng)力穩(wěn)定性 溶膠的穩(wěn)定性膠粒都是帶電的，同一種膠粒都帶相同的電荷。(2) 電勢(shì) 膠粒移動(dòng)時(shí)，從滑移界面到本體溶液的電勢(shì)差稱為動(dòng)電電勢(shì)，或 電勢(shì)。 膠粒帶相同的電荷，同性電荷相斥，使膠粒不易相互靠近，兩個(gè)膠粒要合并必須克服一個(gè)勢(shì)能壘 電勢(shì)越大，勢(shì)能壘也就越高，這也就是制備溶膠時(shí)必須加少量電解質(zhì)作為穩(wěn)定劑的原因 電解質(zhì)對(duì)溶膠穩(wěn)定性的影響 2. 聚沉值與聚沉能力聚沉值 使一定量的溶膠在一定時(shí)間內(nèi)完全聚沉所需外加電解質(zhì)的最小濃度。 對(duì)同一溶膠，外加電解質(zhì)的離子價(jià)數(shù)越低，其聚沉值越大。聚沉能力定性地判斷電解質(zhì)對(duì)溶膠穩(wěn)定性的影響 與聚沉值的次序剛好相反，聚沉值越大的電解質(zhì)，聚沉能力越弱；反之，聚沉值

31、越小的電解質(zhì)，其聚沉能力越強(qiáng)。 電解質(zhì)對(duì)溶膠穩(wěn)定性的影響 3. 與膠粒帶相反電荷離子的影響 與膠粒帶相反電荷離子的價(jià)數(shù)越高，其聚沉值越小，聚沉能力越強(qiáng)。 Schulze-Hardy 規(guī)則聚沉值與異電性離子價(jià)數(shù)的六次方成反比 例如，對(duì)于給定的溶膠，異電性離子分別為1、2、3 價(jià)，則聚沉值的比例為： 100 1.6 0.14 即 666111 123 : 電解質(zhì)對(duì)溶膠穩(wěn)定性的影響+4HCsRbNHKNaLi 4. 感膠離子序 與膠粒帶相反電荷的離子就是價(jià)數(shù)相同，其聚沉能力也有差異。 例如，對(duì)膠粒帶負(fù)電的溶膠，一價(jià)陽離子硝酸鹽的聚沉能力次序?yàn)?對(duì)帶正電的膠粒，一價(jià)陰離子的鉀鹽的聚沉能力次序?yàn)?這種次

32、序稱為感膠離子序（lyotropic series)。3FClBrNOI離子水化半徑越小，聚沉能力越強(qiáng) 影響溶膠穩(wěn)定性的其他因素 1. 物理因素濃度的影響溫度的影響外加作用力影響濃度增加，粒子碰撞機(jī)會(huì)增多，使膠粒易于凝聚溫度升高，粒子碰撞機(jī)會(huì)增多，碰撞強(qiáng)度增加 將溶膠放入高速離心機(jī)，由于膠粒與介質(zhì)的密度不同，離心力不同而分離。 影響溶膠穩(wěn)定性的其他因素 2. 高分子化合物的影響（1）敏化作用 將少量大分子溶液加入憎液溶膠，就可以促使溶膠聚沉的現(xiàn)象稱為敏化作用； 憎液溶膠的膠粒粘附在大分子上，大分子起了一個(gè)橋梁作用，把膠粒聯(lián)系在一起，使之更容易聚沉 例如，對(duì)SiO2進(jìn)行重量分析時(shí)，在SiO2的溶

33、膠中加入少量明膠，使SiO2 的膠粒粘附在明膠上而聚沉，便于過濾，減少損失，使分析更準(zhǔn)確。 影響溶膠穩(wěn)定性的其他因素 2. 高分子化合物的影響（2）保護(hù)作用 將較多量的大分子溶液加入憎液溶膠，可以保護(hù)溶膠不被聚沉，這種現(xiàn)象稱為大分子溶液對(duì)溶膠的保護(hù)作用； 大分子吸附在憎液溶膠膠粒的周圍，使膠粒不能直接接觸，可以保護(hù)溶膠不被聚沉。 敏化作用 影響溶膠穩(wěn)定性的其他因素 2. 高分子化合物的影響金值（gold number） 齊格蒙弟提出的金值含義： 用“金值”作為大分子化合物保護(hù)金溶膠能力的一種量度，金值越小，保護(hù)劑的能力越強(qiáng)。 為了保護(hù)10 cm3 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.00006的金溶膠，在加入1 c

34、m3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1的NaCl后，在18 h內(nèi)不聚沉,所需高分子的最少質(zhì)量稱為金值，一般用mg表示。 金值越小的高分子物質(zhì)，說明它對(duì)溶膠的保護(hù)能力越強(qiáng)。 影響溶膠穩(wěn)定性的其他因素 3. 有機(jī)化合物離子的影響 用葡萄糖酸內(nèi)脂可以使天然豆?jié){凝聚，制成內(nèi)脂豆腐 一些有機(jī)化合物的離子都具有很強(qiáng)的吸附能力，所以有很強(qiáng)的聚沉能力。 3.有機(jī)化合物離子的影響有機(jī)化合物離子的影響 用葡萄糖酸內(nèi)脂可以使天然豆?jié){凝聚，制成內(nèi)脂豆腐 一些一些有機(jī)化合物的離子都具有有機(jī)化合物的離子都具有強(qiáng)吸附能力強(qiáng)吸附能力，所以有很，所以有很強(qiáng)強(qiáng)的聚沉能力。的聚沉能力。（1）南豆腐南豆腐：也叫嫩豆腐，指用石膏（硫酸鈣）作凝固劑制成的豆腐。質(zhì)地細(xì)嫩，有彈性，含水量大。 （2）北豆腐北豆腐：也叫老豆腐，指用鹽鹵作凝固劑制成的豆腐。其特點(diǎn)是硬度、彈性、韌性較南豆腐強(qiáng)，含水量低于南豆腐，香味濃。 （3）內(nèi)脂豆腐內(nèi)脂豆腐：屬嫩豆腐，以葡萄糖-內(nèi)脂做為凝固劑制成的豆腐。市場(chǎng)上的盒裝、袋裝豆腐多為內(nèi)脂豆腐。采用葡萄糖酸內(nèi)脂作添加劑制作豆腐,取代以鹽鹵、石膏作豆腐凝固劑的傳統(tǒng)加工方法,一般每公斤大豆可以制作56公斤豆腐