第十二章+膠體化學(xué)

1、第十二章第十二章 膠體化學(xué)膠體化學(xué)五邑大學(xué)化環(huán)學(xué)院五邑大學(xué)化環(huán)學(xué)院Page 2內(nèi)容內(nèi)容n 概述概述n 溶膠的制備溶膠的制備n 溶膠的光學(xué)性質(zhì)溶膠的光學(xué)性質(zhì)n 溶膠的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)溶膠的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)n 溶膠的電學(xué)性質(zhì)溶膠的電學(xué)性質(zhì)n 溶膠的穩(wěn)定與聚沉溶膠的穩(wěn)定與聚沉n 乳狀液乳狀液n 泡沫泡沫n 懸浮液懸浮液n 氣溶膠氣溶膠n 高分子化合物的滲透壓和黏度高分子化合物的滲透壓和黏度Page 3概述概述n 分散相與分散介質(zhì)分散相與分散介質(zhì)n把一種或幾種物質(zhì)分把一種或幾種物質(zhì)分散在另一種物質(zhì)中就散在另一種物質(zhì)中就構(gòu)成構(gòu)成分散體系分散體系。n其中，被分散的其中，被分散的物質(zhì)稱(chēng)為物質(zhì)稱(chēng)為分散相分散相 (disp

2、ersed phase)，n另一種物質(zhì)稱(chēng)為另一種物質(zhì)稱(chēng)為分散分散介質(zhì)介質(zhì) (dispersing medium)。 例如例如：云、牛奶、珍珠：云、牛奶、珍珠Page 4分散體系分散體系n 按分散相粒子的大小，通常有三種分散系統(tǒng)按分散相粒子的大小，通常有三種分散系統(tǒng)1. 真溶液真溶液 / 分子分散系統(tǒng)分子分散系統(tǒng)：n分散相與分散介質(zhì)以分子、原子或離子形式彼此混溶，分散相與分散介質(zhì)以分子、原子或離子形式彼此混溶，沒(méi)有界面，是均勻的沒(méi)有界面，是均勻的單相單相，分子半徑在，分子半徑在1 nm 以下以下 。2. 粗分散系統(tǒng)粗分散系統(tǒng)：懸濁液、乳狀液、泡沫、粉塵：懸濁液、乳狀液、泡沫、粉塵n當(dāng)分散相粒子大

3、于當(dāng)分散相粒子大于1000 nm，目測(cè)是混濁不均勻系統(tǒng)，目測(cè)是混濁不均勻系統(tǒng)，放置后會(huì)沉淀或分層。放置后會(huì)沉淀或分層。3. 膠體分散系統(tǒng)膠體分散系統(tǒng)：n分散相粒子的半徑在分散相粒子的半徑在1 nm1000 nm之間，目測(cè)是均勻之間，目測(cè)是均勻的，但實(shí)際是多相不均勻系統(tǒng)。的，但實(shí)際是多相不均勻系統(tǒng)。Page 5膠體分散系統(tǒng)膠體分散系統(tǒng)n 憎液溶膠憎液溶膠n簡(jiǎn)稱(chēng)簡(jiǎn)稱(chēng)溶膠溶膠，由難溶物分散在分散介質(zhì)中所形成，粒子，由難溶物分散在分散介質(zhì)中所形成，粒子都是由很大數(shù)目的分子構(gòu)成，大小不等都是由很大數(shù)目的分子構(gòu)成，大小不等n系統(tǒng)具有很大的相界面，很高的表面系統(tǒng)具有很大的相界面，很高的表面Gibbs自由能，

4、很自由能，很不穩(wěn)定，極易被破壞而聚沉不穩(wěn)定，極易被破壞而聚沉n聚沉之后往往不能恢復(fù)原態(tài)，因而是熱力學(xué)中的不穩(wěn)聚沉之后往往不能恢復(fù)原態(tài)，因而是熱力學(xué)中的不穩(wěn)定和不可逆系統(tǒng)。定和不可逆系統(tǒng)。n 本章主要討論本章主要討論溶膠溶膠Page 6膠體分散系統(tǒng)膠體分散系統(tǒng)n 親液溶膠親液溶膠 / 高分子溶液高分子溶液n大（高）分子化合物的溶液通常屬于親液溶膠大（高）分子化合物的溶液通常屬于親液溶膠n它是分子溶液，但其分子的大小已經(jīng)到達(dá)膠體的范圍，它是分子溶液，但其分子的大小已經(jīng)到達(dá)膠體的范圍，因此具有膠體的一些特性（例如：擴(kuò)散慢，不透過(guò)半因此具有膠體的一些特性（例如：擴(kuò)散慢，不透過(guò)半透膜，有透膜，有Tynd

5、all效應(yīng)等等）效應(yīng)等等） n若設(shè)法去除大分子溶液的溶劑使它沉淀，重新再加入若設(shè)法去除大分子溶液的溶劑使它沉淀，重新再加入溶劑后大分子化合物又可以自動(dòng)再分散，因而它是熱溶劑后大分子化合物又可以自動(dòng)再分散，因而它是熱力學(xué)中穩(wěn)定、可逆的系統(tǒng)。力學(xué)中穩(wěn)定、可逆的系統(tǒng)。 n 締合膠體締合膠體 / 膠體電解質(zhì)膠體電解質(zhì)n由表面活性劑締合形成的由表面活性劑締合形成的膠束膠束Page 7膠體分散系統(tǒng)膠體分散系統(tǒng)n 根據(jù)分散相和分散介質(zhì)聚集狀態(tài)不同，可將溶膠根據(jù)分散相和分散介質(zhì)聚集狀態(tài)不同，可將溶膠分為：分為：n 液溶膠液溶膠n將液體作為分散介質(zhì)所形成的溶膠。當(dāng)分散相為不同將液體作為分散介質(zhì)所形成的溶膠。當(dāng)分

6、散相為不同狀態(tài)時(shí)，則形成不同的液溶膠：狀態(tài)時(shí)，則形成不同的液溶膠：n液液-固溶膠固溶膠：如油漆，：如油漆，AgI溶膠溶膠n液液-液溶膠液溶膠：如牛奶，石油原油等乳狀液：如牛奶，石油原油等乳狀液n液液-氣溶膠氣溶膠：如泡沫：如泡沫Page 8膠體分散系統(tǒng)膠體分散系統(tǒng)n 固溶膠固溶膠n將固體作為分散介質(zhì)所形成的溶膠。當(dāng)分散相為不同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：狀態(tài)時(shí)，則形成不同的固溶膠：固固-固溶膠固溶膠：如有色玻璃，不完全互溶的合金：如有色玻璃，不完全互溶的合金固固-液溶膠液溶膠：如珍珠，某些寶石：如珍珠，某些寶石固固-氣溶膠氣溶膠：如泡沫塑料，沸石分

7、子篩：如泡沫塑料，沸石分子篩Page 9固溶膠：煙水晶固溶膠：煙水晶Page 10膠體分散系統(tǒng)膠體分散系統(tǒng)n 氣溶膠氣溶膠n將將氣體氣體作為分散介質(zhì)所形成的溶膠。當(dāng)分散相為固體作為分散介質(zhì)所形成的溶膠。當(dāng)分散相為固體或液體時(shí)，形成氣或液體時(shí)，形成氣-固或氣固或氣-液溶膠，但沒(méi)有氣液溶膠，但沒(méi)有氣-氣溶膠，氣溶膠，因?yàn)椴煌臍怏w混合后是單相均一系統(tǒng)，不屬于膠體因?yàn)椴煌臍怏w混合后是單相均一系統(tǒng)，不屬于膠體范圍。范圍。氣氣-固溶膠固溶膠：如煙，含塵的空氣：如煙，含塵的空氣 氣氣-液溶膠液溶膠：如霧，云：如霧，云Page 11溶膠的特性溶膠的特性1. 特有的分散程度特有的分散程度n 粒子的大小在粒子

8、的大小在11000 nm之間，因而擴(kuò)散較慢，不能透過(guò)半透膜，之間，因而擴(kuò)散較慢，不能透過(guò)半透膜，滲透壓低但有較強(qiáng)的動(dòng)力穩(wěn)定性滲透壓低但有較強(qiáng)的動(dòng)力穩(wěn)定性 和乳光現(xiàn)象。和乳光現(xiàn)象。2. 多相的不均勻性多相的不均勻性n 具有納米級(jí)的粒子是由許多離子或分子聚結(jié)而成，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有具有納米級(jí)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)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。之間有明顯的相界面，比表面很大。3. 易聚結(jié)不穩(wěn)定性易聚結(jié)不穩(wěn)定性 n 因?yàn)榱Ｗ有?，比表面大，表面自由能高，是熱力學(xué)不穩(wěn)定系統(tǒng)，

9、因?yàn)榱Ｗ有?，比表面大，表面自由能高，是熱力學(xué)不穩(wěn)定系統(tǒng)，有自發(fā)降低表面自由能的趨勢(shì)，即小粒子會(huì)自動(dòng)聚結(jié)成大粒子。有自發(fā)降低表面自由能的趨勢(shì)，即小粒子會(huì)自動(dòng)聚結(jié)成大粒子。Page 12膠體分散系統(tǒng)膠體分散系統(tǒng)n 膠體分散系統(tǒng)在生物界和非生物界都普遍存在，膠體分散系統(tǒng)在生物界和非生物界都普遍存在，在實(shí)際生活和生產(chǎn)中也占有重要的地位。在實(shí)際生活和生產(chǎn)中也占有重要的地位。 n 在工農(nóng)業(yè)等上有廣泛的應(yīng)用在工農(nóng)業(yè)等上有廣泛的應(yīng)用Page 1312.1 溶膠的制備溶膠的制備n 分散法分散法n 用機(jī)械、化學(xué)等方法使固體的粒子變成膠體大小。用機(jī)械、化學(xué)等方法使固體的粒子變成膠體大小。n 膠體磨膠體磨n 氣流粉碎

10、機(jī)氣流粉碎機(jī)n 電弧法電弧法n 凝聚法凝聚法n 使分子、原子或離子聚結(jié)成膠粒使分子、原子或離子聚結(jié)成膠粒n 物理凝聚法物理凝聚法：將蒸氣狀態(tài)的物質(zhì)或溶解狀態(tài)的物質(zhì)凝聚成膠體的：將蒸氣狀態(tài)的物質(zhì)或溶解狀態(tài)的物質(zhì)凝聚成膠體的方法。有蒸氣凝聚法和過(guò)飽和法方法。有蒸氣凝聚法和過(guò)飽和法n 化學(xué)凝聚法化學(xué)凝聚法：利用生成不溶性物質(zhì)的化學(xué)反映，通過(guò)控制析晶過(guò)：利用生成不溶性物質(zhì)的化學(xué)反映，通過(guò)控制析晶過(guò)程，使其停留在膠核尺度階段而獲得溶膠。程，使其停留在膠核尺度階段而獲得溶膠。n 溶膠的凈化溶膠的凈化：采用半透膜進(jìn)行：采用半透膜進(jìn)行滲析滲析。Page 1412.2 溶膠的光學(xué)性質(zhì)溶膠的光學(xué)性質(zhì)n Tynda

11、ll效應(yīng)效應(yīng)n Rayleigh公式公式n 超顯微鏡與粒子大小的近似測(cè)定超顯微鏡與粒子大小的近似測(cè)定Page 15溶膠的光學(xué)性質(zhì)：溶膠的光學(xué)性質(zhì)：Tyndall效應(yīng)效應(yīng)n 1869年年Tyndall發(fā)現(xiàn)，若令一束會(huì)聚光通過(guò)溶膠，發(fā)現(xiàn)，若令一束會(huì)聚光通過(guò)溶膠，從側(cè)面可以看到一個(gè)發(fā)光的圓錐體，這就是從側(cè)面可以看到一個(gè)發(fā)光的圓錐體，這就是Tyndall效應(yīng)效應(yīng)。n 其他分散體系也會(huì)產(chǎn)生一點(diǎn)散射光，但遠(yuǎn)不如溶其他分散體系也會(huì)產(chǎn)生一點(diǎn)散射光，但遠(yuǎn)不如溶膠顯著。膠顯著。n Tyndall效應(yīng)已成為判別溶膠與分子溶液的最簡(jiǎn)便效應(yīng)已成為判別溶膠與分子溶液的最簡(jiǎn)便的方法。的方法。n Tyndall效應(yīng)的另一特點(diǎn)

12、是，不同方向觀察到的效應(yīng)的另一特點(diǎn)是，不同方向觀察到的光柱有不同的顏色光柱有不同的顏色Page 16Tyndall效應(yīng)效應(yīng)4CuSO 溶溶液液光源光源Fe(OH)3溶膠Page 17Dyndall效應(yīng)：美麗的自然效應(yīng)：美麗的自然林間林間Page 18Dyndall效應(yīng)的本質(zhì)：光散射效應(yīng)的本質(zhì)：光散射n 光是一種電磁波，照射溶膠時(shí)，分子中的電子分布發(fā)生光是一種電磁波，照射溶膠時(shí)，分子中的電子分布發(fā)生位移而產(chǎn)生偶極子，這種偶極子向各個(gè)方向發(fā)射與入射光位移而產(chǎn)生偶極子，這種偶極子向各個(gè)方向發(fā)射與入射光頻率相同的光（次級(jí)波），這就是頻率相同的光（次級(jí)波），這就是散射光散射光。n 分子溶液十分均勻，這種

13、散射光因相互干涉而完全抵消，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?？床坏缴⑸涔?。 n 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。光不能完全抵消，因而能觀察到散射現(xiàn)象。n 如果溶膠對(duì)可見(jiàn)光中某一波長(zhǎng)的光有較強(qiáng)的選擇性吸收，如果溶膠對(duì)可見(jiàn)光中某一波長(zhǎng)的光有較強(qiáng)的選擇性吸收，則透過(guò)光中該波長(zhǎng)段將變?nèi)?，這時(shí)透射光將呈該波長(zhǎng)光的則透過(guò)光中該波長(zhǎng)段將變?nèi)?，這時(shí)透射光將呈該波長(zhǎng)光的補(bǔ)色光。補(bǔ)色光。 Page 19瑞利（瑞利（Rayleigh）公式）公式n I0及及l(fā) l分別為入射光的強(qiáng)度

14、和波長(zhǎng)；分別為入射光的強(qiáng)度和波長(zhǎng)；V為每個(gè)分散為每個(gè)分散相粒子的體積；相粒子的體積；C為單位體積內(nèi)的粒子數(shù)目；為單位體積內(nèi)的粒子數(shù)目；n及及n0分別為分散相及介質(zhì)的折射率；分別為分散相及介質(zhì)的折射率；a a為散射角，觀為散射角，觀察方向與入射方向的夾角；察方向與入射方向的夾角；l為觀察者與散射中心為觀察者與散射中心的距離。的距離。I =92V2C24l2n2 n20n2+ 2n20(1 + cos2)I0Page 20Rayleigh公式公式n 單位體積的散射光強(qiáng)度與每個(gè)粒子體積的平方成單位體積的散射光強(qiáng)度與每個(gè)粒子體積的平方成正比；正比；n 散射光強(qiáng)度與入射光波長(zhǎng)的散射光強(qiáng)度與入射光波長(zhǎng)的4

15、次方成正比，即波長(zhǎng)次方成正比，即波長(zhǎng)越短其散射光越強(qiáng)。即在可見(jiàn)光里，藍(lán)光與紫光越短其散射光越強(qiáng)。即在可見(jiàn)光里，藍(lán)光與紫光散射最強(qiáng)；散射最強(qiáng)；n 分散相與分散介質(zhì)的折射率相差愈大，散射光愈分散相與分散介質(zhì)的折射率相差愈大，散射光愈強(qiáng)；強(qiáng)；n 散射光強(qiáng)度與粒子數(shù)密度成正比。散射光強(qiáng)度與粒子數(shù)密度成正比。n 濁度計(jì)原理濁度計(jì)原理Page 21超顯微鏡與粒子大小的近似測(cè)定超顯微鏡與粒子大小的近似測(cè)定n 超顯微鏡觀察的是膠體粒子的超顯微鏡觀察的是膠體粒子的散射光散射光n 可用來(lái)估算膠體粒子的平均大?。嚎捎脕?lái)估算膠體粒子的平均大?。簃 =43r3 =BC)r =3m41=3=3B4C1=3Page 221

16、2.3 溶膠的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)溶膠的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)n 布朗運(yùn)動(dòng)布朗運(yùn)動(dòng)n分散介質(zhì)熱運(yùn)動(dòng)對(duì)膠體粒子的碰撞是不平衡的，因此分散介質(zhì)熱運(yùn)動(dòng)對(duì)膠體粒子的碰撞是不平衡的，因此膠體粒子將產(chǎn)生位移，即膠體粒子將產(chǎn)生位移，即布朗運(yùn)動(dòng)布朗運(yùn)動(dòng)。n 愛(ài)因斯坦布朗平均位移公式：愛(ài)因斯坦布朗平均位移公式：x =R T t3Lr1=2 為粒子在時(shí)間為粒子在時(shí)間t內(nèi)的平均位移；內(nèi)的平均位移；r為粒子半徑；為粒子半徑；n為分為分散介質(zhì)的黏度；散介質(zhì)的黏度；T為熱力學(xué)溫度；為熱力學(xué)溫度；R為摩爾氣體常數(shù)；為摩爾氣體常數(shù)；L為阿伏加德羅常數(shù)為阿伏加德羅常數(shù)xPage 23擴(kuò)散擴(kuò)散n 體系中各組分由高濃度向低濃度遷移從而使?jié)舛润w系中各組分

17、由高濃度向低濃度遷移從而使?jié)舛融呌诰唬椿瘜W(xué)勢(shì)趨于相等），即趨于均一（即化學(xué)勢(shì)趨于相等），即擴(kuò)散擴(kuò)散。n Fick第一擴(kuò)散定律第一擴(kuò)散定律dndt= D Asdcdx* D =R T6Lr; x =R T t3Lr1=2; m =43r3 =1622R TLD3)D =x22t;M= m L =162(L)2R TLD3Page 24沉降與沉降平衡沉降與沉降平衡n 多相分散系統(tǒng)中的粒子，因受重力作用而下沉的多相分散系統(tǒng)中的粒子，因受重力作用而下沉的過(guò)程稱(chēng)為過(guò)程稱(chēng)為沉降沉降。n 當(dāng)粒子大小合適時(shí)，重力作用和擴(kuò)散作用相近，當(dāng)粒子大小合適時(shí)，重力作用和擴(kuò)散作用相近，將構(gòu)成將構(gòu)成沉降平衡沉降平衡。沉

18、降平衡時(shí)，粒子數(shù)密度隨高。沉降平衡時(shí)，粒子數(shù)密度隨高度的分布可用度的分布可用Perrin公式表示：公式表示：l nC2C1= M gR T1 0(h2 h1)n 重力場(chǎng)的氣體濃度隨高度的變化：重力場(chǎng)的氣體濃度隨高度的變化：l np2p1= M gR T(h2 h1)Page 2512.4 溶膠的電學(xué)性質(zhì)溶膠的電學(xué)性質(zhì)n 電動(dòng)現(xiàn)象電動(dòng)現(xiàn)象n 擴(kuò)散雙電層理論擴(kuò)散雙電層理論n 溶膠的膠團(tuán)結(jié)構(gòu)溶膠的膠團(tuán)結(jié)構(gòu)Page 26電動(dòng)現(xiàn)象電動(dòng)現(xiàn)象n 電動(dòng)現(xiàn)象：電動(dòng)現(xiàn)象：n在外電場(chǎng)作用下，固、液兩相可發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，反過(guò)在外電場(chǎng)作用下，固、液兩相可發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，反過(guò)來(lái)，在外力的作用下，固、液兩相發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，可來(lái)，

19、在外力的作用下，固、液兩相發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，可產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。溶膠這種與電動(dòng)勢(shì)有關(guān)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。溶膠這種與電動(dòng)勢(shì)有關(guān)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為電動(dòng)現(xiàn)象電動(dòng)現(xiàn)象。n 電動(dòng)現(xiàn)象包括電動(dòng)現(xiàn)象包括電泳電泳、電滲電滲、流動(dòng)電勢(shì)流動(dòng)電勢(shì)和和沉降電勢(shì)沉降電勢(shì)n 電泳電泳：n在外電場(chǎng)作用下，膠粒在分散介質(zhì)中定向移動(dòng)的現(xiàn)象在外電場(chǎng)作用下，膠粒在分散介質(zhì)中定向移動(dòng)的現(xiàn)象稱(chēng)為電泳。稱(chēng)為電泳。n 溶膠電泳現(xiàn)象的存在說(shuō)明膠粒是溶膠電泳現(xiàn)象的存在說(shuō)明膠粒是帶電帶電的的Page 27電泳電泳n 影響電泳的因素有：帶電粒子的大小、形狀；粒影響電泳的因素有：帶電粒子的大小、形狀；粒子表面電荷的數(shù)目；介質(zhì)中電解質(zhì)的種類(lèi)、離子子表面電荷的

20、數(shù)目；介質(zhì)中電解質(zhì)的種類(lèi)、離子強(qiáng)度，強(qiáng)度，pH值和黏度；電泳的溫度和外加電壓等。值和黏度；電泳的溫度和外加電壓等。Page 28電滲電滲n 電滲電滲n在外電場(chǎng)作用下，若溶膠例子不動(dòng)（如將其吸附固定在外電場(chǎng)作用下，若溶膠例子不動(dòng)（如將其吸附固定于棉花或凝膠等多孔性物質(zhì)），介質(zhì)做定向流動(dòng)，這于棉花或凝膠等多孔性物質(zhì)），介質(zhì)做定向流動(dòng)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為種現(xiàn)象稱(chēng)為電滲電滲。n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，電滲速度降低，甚至?xí)淖冸姖B的方向。增加，電滲速度降低，甚至?xí)淖冸姖B的方向。n電滲方法有許多實(shí)際應(yīng)用，如溶膠凈化、海水淡化、電滲方法有

21、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。泥炭和染料的干燥等。Page 29電滲電滲n 圖中，圖中，3為多孔膜，可以用為多孔膜，可以用濾紙、玻璃或棉花等構(gòu)成；濾紙、玻璃或棉花等構(gòu)成；也可以用氧化鋁、碳酸鋇、也可以用氧化鋁、碳酸鋇、AgI等物質(zhì)構(gòu)成等物質(zhì)構(gòu)成n 如果多孔膜吸附陰離子，則如果多孔膜吸附陰離子，則介質(zhì)帶正電，通電時(shí)向陰極介質(zhì)帶正電，通電時(shí)向陰極移動(dòng)；反之，多孔膜吸附陽(yáng)移動(dòng)；反之，多孔膜吸附陽(yáng)離子，帶負(fù)電的介質(zhì)向陽(yáng)極離子，帶負(fù)電的介質(zhì)向陽(yáng)極移動(dòng)。移動(dòng)。n 在在U型管型管1,2中盛電解質(zhì)溶液，中盛電解質(zhì)溶液，將電極將電極5,6接通直流電后，可接通直流電后，可從有刻度的毛細(xì)管

22、從有刻度的毛細(xì)管 4中，準(zhǔn)中，準(zhǔn)確地讀出液面的變化。確地讀出液面的變化。 Page 30流動(dòng)電勢(shì)流動(dòng)電勢(shì)n 在外力的作用下，液體通過(guò)多孔隔膜（或毛細(xì)管）在外力的作用下，液體通過(guò)多孔隔膜（或毛細(xì)管）做定向流動(dòng)，多孔膜兩端所產(chǎn)生的電勢(shì)差，稱(chēng)為做定向流動(dòng)，多孔膜兩端所產(chǎn)生的電勢(shì)差，稱(chēng)為流動(dòng)電勢(shì)流動(dòng)電勢(shì)。流動(dòng)電勢(shì)為電滲的逆過(guò)程。流動(dòng)電勢(shì)為電滲的逆過(guò)程Page 31流動(dòng)電勢(shì)流動(dòng)電勢(shì)n 因?yàn)楣鼙跁?huì)吸附某種離子，使固體表面帶電，電因?yàn)楣鼙跁?huì)吸附某種離子，使固體表面帶電，電荷從固體到液體有個(gè)分布梯度。荷從固體到液體有個(gè)分布梯度。n 當(dāng)外力迫使擴(kuò)散層移動(dòng)時(shí)，流動(dòng)層與固體表面之當(dāng)外力迫使擴(kuò)散層移動(dòng)時(shí)，流動(dòng)層與固體

23、表面之間會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)差，當(dāng)流速很快時(shí)，有時(shí)會(huì)產(chǎn)生電間會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)差，當(dāng)流速很快時(shí)，有時(shí)會(huì)產(chǎn)生電火花?；鸹?。 在用泵輸送原油或易燃化工原料時(shí)，要使管道接在用泵輸送原油或易燃化工原料時(shí)，要使管道接地或加入油溶性電解質(zhì)，增加介質(zhì)電導(dǎo)，防止流地或加入油溶性電解質(zhì)，增加介質(zhì)電導(dǎo)，防止流動(dòng)電勢(shì)可能引發(fā)的事故。動(dòng)電勢(shì)可能引發(fā)的事故。Page 32沉降電勢(shì)沉降電勢(shì)n 分散相粒子在重力場(chǎng)或離心場(chǎng)的作用下迅速移動(dòng)分散相粒子在重力場(chǎng)或離心場(chǎng)的作用下迅速移動(dòng)時(shí)，在移動(dòng)方向的兩端所產(chǎn)生的電勢(shì)差，稱(chēng)為時(shí)，在移動(dòng)方向的兩端所產(chǎn)生的電勢(shì)差，稱(chēng)為沉沉降電勢(shì)降電勢(shì)。n 貯油罐中的油內(nèi)常會(huì)有水滴，水滴的沉降會(huì)形成貯油罐中的油內(nèi)常會(huì)有水

24、滴，水滴的沉降會(huì)形成很高的電勢(shì)差，有時(shí)會(huì)引發(fā)事故。通常在油中加很高的電勢(shì)差，有時(shí)會(huì)引發(fā)事故。通常在油中加入有機(jī)電解質(zhì)，增加介質(zhì)電導(dǎo)，降低沉降電勢(shì)。入有機(jī)電解質(zhì)，增加介質(zhì)電導(dǎo)，降低沉降電勢(shì)。 Page 33擴(kuò)散雙電層理論擴(kuò)散雙電層理論n 當(dāng)固體與液體接觸時(shí)，可以是固體從溶液中選擇當(dāng)固體與液體接觸時(shí)，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(jìn)入溶液，以致使固液兩相分別離作用而使離子進(jìn)入溶液，以致使固液兩相分別帶有不同符號(hào)的電荷，在界面上形成了帶有不同符號(hào)的電荷，在界面上形成了雙電層雙電層的的結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。 n 早在早在1

25、879年，年，Helmholz提出了提出了平板型模型平板型模型；n 1910年年Gouy和和1913年年Chapman修正了平板型模型，修正了平板型模型，提出了提出了擴(kuò)散雙電層模型擴(kuò)散雙電層模型；n 后來(lái)后來(lái)Stern又提出了又提出了Stern模型模型。Page 34Helmholtz模型模型 n Helmholtz認(rèn)為固體的表面電荷與認(rèn)為固體的表面電荷與溶液中的反號(hào)離子構(gòu)成平行的兩層，溶液中的反號(hào)離子構(gòu)成平行的兩層，如同一個(gè)平板電容器。如同一個(gè)平板電容器。n 整個(gè)雙電層厚度為整個(gè)雙電層厚度為 n 固體與液體總的電位差即等于熱力固體與液體總的電位差即等于熱力學(xué)電勢(shì)學(xué)電勢(shì) 0 ，在雙電層內(nèi)，熱力

26、學(xué)電，在雙電層內(nèi)，熱力學(xué)電勢(shì)呈直線下降。勢(shì)呈直線下降。n 在電場(chǎng)作用下，帶電質(zhì)點(diǎn)和反離子在電場(chǎng)作用下，帶電質(zhì)點(diǎn)和反離子分別向相反方向運(yùn)動(dòng)。分別向相反方向運(yùn)動(dòng)。n 這模型過(guò)于簡(jiǎn)單，由于離子熱運(yùn)動(dòng)，這模型過(guò)于簡(jiǎn)單，由于離子熱運(yùn)動(dòng)，不可能形成平板電容器不可能形成平板電容器+ + + + + + + + + + +Helmholtz雙電層模型雙電層模型0-Page 35GouyChapman模型模型n Gouy和和Chapman認(rèn)為，由于正、負(fù)離子靜電吸引和熱運(yùn)認(rèn)為，由于正、負(fù)離子靜電吸引和熱運(yùn)動(dòng)兩種效應(yīng)的結(jié)果，溶液中的反離子只有一部分緊密地排動(dòng)兩種效應(yīng)的結(jié)果，溶液中的反離子只有一部分緊密地排在固體表

27、面附近，相距約一、二個(gè)離子厚度稱(chēng)為在固體表面附近，相距約一、二個(gè)離子厚度稱(chēng)為緊密層緊密層；n 另一部分離子按一定的濃度另一部分離子按一定的濃度梯度擴(kuò)散到本體溶液中，離梯度擴(kuò)散到本體溶液中，離子的分布可用子的分布可用Boltzmann公公式表示，稱(chēng)為式表示，稱(chēng)為擴(kuò)散層擴(kuò)散層。n 雙電層由緊密層和擴(kuò)散層構(gòu)雙電層由緊密層和擴(kuò)散層構(gòu)成。移動(dòng)的成。移動(dòng)的切動(dòng)面切動(dòng)面為為AB面面Page 36GouyChapman模型模型x+ + + + + + + + + + + + +擴(kuò)散層擴(kuò)散層AB0緊密層緊密層 = 0e xPage 37Stern模型模型n Stern對(duì)擴(kuò)散雙電層模對(duì)擴(kuò)散雙電層模型作進(jìn)一步修正型

28、作進(jìn)一步修正n Stern認(rèn)為吸附在固體認(rèn)為吸附在固體表面的緊密層約有一、表面的緊密層約有一、二個(gè)分子層的厚度，二個(gè)分子層的厚度，后被稱(chēng)為后被稱(chēng)為Stern層層；n 由反號(hào)離子電性中心由反號(hào)離子電性中心構(gòu)成的平面稱(chēng)為構(gòu)成的平面稱(chēng)為Stern平面。平面。Page 38Stern模型模型n 由于離子的溶劑化作由于離子的溶劑化作用，膠粒在移動(dòng)時(shí)，用，膠粒在移動(dòng)時(shí)，緊密層會(huì)結(jié)合一定數(shù)緊密層會(huì)結(jié)合一定數(shù)量的溶劑分子一起移量的溶劑分子一起移動(dòng)，所以滑移的動(dòng)，所以滑移的切動(dòng)切動(dòng)面面由比由比Stern層層略右略右的的曲線表示。曲線表示。n 從固體表面到從固體表面到Stern平平面，電位從面，電位從 0 0直線

29、下直線下降為降為 。Page 39 電位電位n 帶電的固體或膠粒在移動(dòng)時(shí)，移動(dòng)的切動(dòng)面與液帶電的固體或膠粒在移動(dòng)時(shí)，移動(dòng)的切動(dòng)面與液體本體之間的電位差稱(chēng)為體本體之間的電位差稱(chēng)為 電勢(shì)。電勢(shì)。n 在擴(kuò)散雙電層模型中，切動(dòng)面在擴(kuò)散雙電層模型中，切動(dòng)面AB與溶液本體之間與溶液本體之間的電位差為的電位差為 電勢(shì)；電勢(shì)；n 電勢(shì)總是比熱力學(xué)電勢(shì)低，外加電解質(zhì)會(huì)使電勢(shì)總是比熱力學(xué)電勢(shì)低，外加電解質(zhì)會(huì)使 電電勢(shì)變小甚至改變符號(hào)。勢(shì)變小甚至改變符號(hào)。n 只有在帶電質(zhì)點(diǎn)移動(dòng)時(shí)才顯示出只有在帶電質(zhì)點(diǎn)移動(dòng)時(shí)才顯示出 電勢(shì)，所以它電勢(shì)，所以它又被稱(chēng)為又被稱(chēng)為電動(dòng)電勢(shì)電動(dòng)電勢(shì)。Page 40 電位電位ca外加電解質(zhì)對(duì)外

30、加電解質(zhì)對(duì) 電勢(shì)的影響電勢(shì)的影響4cxa3c2c1c1d2d3dPage 41 電勢(shì)的測(cè)定電勢(shì)的測(cè)定n Smoluchowski公式：雙電層厚度公式：雙電層厚度k k11較小，即較小，即k kr11u =vE=) =vEn v為電泳速度；為電泳速度；E為電場(chǎng)強(qiáng)度；為電場(chǎng)強(qiáng)度；u為膠核的電遷移為膠核的電遷移率；率；e e為介質(zhì)的介電常數(shù)，為介質(zhì)的介電常數(shù)，e e=e ere e0，e er為相對(duì)介電為相對(duì)介電常數(shù)，常數(shù)，e e0為真空介電常數(shù)；為真空介電常數(shù)；h h為介質(zhì)的黏度；為介質(zhì)的黏度；n Hchkel公式：雙電層厚度公式：雙電層厚度k k11較大，即較大，即k kr1 C s+ R b+

31、 N H+4 K+ N a+ Li+n不同的一價(jià)陰離子所形成的鉀鹽，對(duì)帶正電的溶不同的一價(jià)陰離子所形成的鉀鹽，對(duì)帶正電的溶膠的聚沉能力則有如下次序：膠的聚沉能力則有如下次序：F C l B r N O3 I SC N O Hn同價(jià)離子聚沉能力的這一次序稱(chēng)為同價(jià)離子聚沉能力的這一次序稱(chēng)為感膠離子序感膠離子序。它與它與水合離子半徑水合離子半徑從小到大的次序大致相同。從小到大的次序大致相同。 Page 54大分子的聚沉作用大分子的聚沉作用n 大分子的加入可使溶膠大分子的加入可使溶膠穩(wěn)定穩(wěn)定或或聚沉聚沉n在加入少量大分子溶液時(shí)，會(huì)促使溶膠的聚沉，這種在加入少量大分子溶液時(shí)，會(huì)促使溶膠的聚沉，這種現(xiàn)象稱(chēng)

32、為現(xiàn)象稱(chēng)為敏化作用敏化作用；n搭橋作用搭橋作用n脫水效應(yīng)脫水效應(yīng)n電中和效應(yīng)電中和效應(yīng)n當(dāng)加入大分子溶液的量足夠多時(shí)，會(huì)保護(hù)溶膠不聚沉當(dāng)加入大分子溶液的量足夠多時(shí)，會(huì)保護(hù)溶膠不聚沉n大分子吸附在膠粒的表面而起保護(hù)作用大分子吸附在膠粒的表面而起保護(hù)作用Page 55高分子化合物對(duì)溶膠的絮凝和穩(wěn)定作用高分子化合物對(duì)溶膠的絮凝和穩(wěn)定作用n 高分子化合物對(duì)溶膠的高分子化合物對(duì)溶膠的絮凝絮凝作用作用n高分子的高分子的絮凝作用絮凝作用則是由于吸附了溶膠粒子以后，高則是由于吸附了溶膠粒子以后，高分子化合物本身的鏈段旋轉(zhuǎn)和運(yùn)動(dòng)，將固體粒子聚集分子化合物本身的鏈段旋轉(zhuǎn)和運(yùn)動(dòng)，將固體粒子聚集在一起而產(chǎn)生沉淀。在一

33、起而產(chǎn)生沉淀。n絮凝作用具有迅速、徹底、沉淀疏松、過(guò)濾快、絮凝絮凝作用具有迅速、徹底、沉淀疏松、過(guò)濾快、絮凝劑用量少等優(yōu)點(diǎn)，特別對(duì)于顆粒較大的懸浮體尤為有劑用量少等優(yōu)點(diǎn)，特別對(duì)于顆粒較大的懸浮體尤為有效。這對(duì)于污水處理、鉆井泥漿、選擇性選礦以及化效。這對(duì)于污水處理、鉆井泥漿、選擇性選礦以及化工生產(chǎn)流程的沉淀、過(guò)濾、洗滌等操作都有極重要的工生產(chǎn)流程的沉淀、過(guò)濾、洗滌等操作都有極重要的作用。作用。Page 56高分子化合物絮凝作用高分子化合物絮凝作用n 高分子化合物絮凝作用的特點(diǎn)：高分子化合物絮凝作用的特點(diǎn)：起絮凝作用的高分子化合物一般要具有鏈狀結(jié)構(gòu)起絮凝作用的高分子化合物一般要具有鏈狀結(jié)構(gòu) 任何

34、絮凝劑的加入量都有一最佳值任何絮凝劑的加入量都有一最佳值 高分子的分子質(zhì)量越大，絮凝效率也越高高分子的分子質(zhì)量越大，絮凝效率也越高 高分子化合物基團(tuán)的性質(zhì)對(duì)絮凝效果有十分重要的影響高分子化合物基團(tuán)的性質(zhì)對(duì)絮凝效果有十分重要的影響 絮凝過(guò)程與絮凝物的大小、結(jié)構(gòu)、攪拌的速率和強(qiáng)度等絮凝過(guò)程與絮凝物的大小、結(jié)構(gòu)、攪拌的速率和強(qiáng)度等都有關(guān)系都有關(guān)系Page 57高分子化合物對(duì)溶膠的穩(wěn)定作用高分子化合物對(duì)溶膠的穩(wěn)定作用 n 在溶膠中加入一定量的高分子化合物或締合膠體，在溶膠中加入一定量的高分子化合物或締合膠體，能顯著提高溶膠對(duì)電解質(zhì)的穩(wěn)定性，這種現(xiàn)象稱(chēng)能顯著提高溶膠對(duì)電解質(zhì)的穩(wěn)定性，這種現(xiàn)象稱(chēng)為為保護(hù)作

35、用保護(hù)作用，又稱(chēng)之為，又稱(chēng)之為空間穩(wěn)定性空間穩(wěn)定性 n 溶膠被保護(hù)以后，其電泳、對(duì)電解質(zhì)的敏感性等溶膠被保護(hù)以后，其電泳、對(duì)電解質(zhì)的敏感性等會(huì)產(chǎn)生顯著的變化，顯示出一些親液溶膠的性質(zhì)，會(huì)產(chǎn)生顯著的變化，顯示出一些親液溶膠的性質(zhì)，具有抗電解質(zhì)影響、抗老化、抗溫等優(yōu)良性質(zhì)。具有抗電解質(zhì)影響、抗老化、抗溫等優(yōu)良性質(zhì)。Page 5812.6 乳狀液乳狀液n 乳化劑乳化劑n 兩種乳狀液兩種乳狀液O/W型和型和W/O型乳狀液型乳狀液 n 乳狀液的穩(wěn)定性乳狀液的穩(wěn)定性n 乳狀液的不穩(wěn)定性乳狀液的不穩(wěn)定性分層變型和破乳分層變型和破乳 Page 59乳化劑乳化劑n 為了形成穩(wěn)定的乳狀液所必須加的第三組分通常為了

36、形成穩(wěn)定的乳狀液所必須加的第三組分通常稱(chēng)為稱(chēng)為乳化劑乳化劑，通常為人工合成的表面活性劑，能，通常為人工合成的表面活性劑，能顯著降低界面的吉布斯自由能。顯著降低界面的吉布斯自由能。n 乳化劑是乳狀液穩(wěn)定的作用稱(chēng)為乳化劑是乳狀液穩(wěn)定的作用稱(chēng)為乳化作用乳化作用Page 60O/W型和型和W/O型乳狀液型乳狀液n 乳狀液是由一種液體以極小的液滴形式分散在另乳狀液是由一種液體以極小的液滴形式分散在另一種與其不混溶的液體中所構(gòu)成一種與其不混溶的液體中所構(gòu)成 n 如果是如果是“油油”分散在分散在水水中所形成，稱(chēng)為水包油乳中所形成，稱(chēng)為水包油乳狀液，用符號(hào)狀液，用符號(hào)O/W表示表示 n 如果是如果是“水水”分

37、散在分散在油油中所形成，稱(chēng)為油包水乳中所形成，稱(chēng)為油包水乳狀液，用符號(hào)狀液，用符號(hào)W/O表示表示 n 被分散的相稱(chēng)為被分散的相稱(chēng)為內(nèi)相內(nèi)相，是不連續(xù)的；而作為分散，是不連續(xù)的；而作為分散介質(zhì)的相稱(chēng)為介質(zhì)的相稱(chēng)為外相外相，是連續(xù)的，是連續(xù)的 Page 61O/W型和型和W/O型乳狀液型乳狀液W/OW/O型型 O/WO/W型型 水水油油（a a）水水油油（b b）Page 62 確定乳狀液的類(lèi)型確定乳狀液的類(lèi)型n 稀釋法稀釋法：乳狀液能為其外相液體所稀釋?zhuān)喝闋钜耗転槠渫庀嘁后w所稀釋n 染色法染色法：將微量的油溶性染料加到乳狀液中，若：將微量的油溶性染料加到乳狀液中，若整個(gè)乳狀液帶有顏色，則是整個(gè)乳

38、狀液帶有顏色，則是W/O型乳狀液，如只型乳狀液，如只有小液滴帶有顏色，則是有小液滴帶有顏色，則是O/W型乳狀液。型乳狀液。 n 電導(dǎo)法電導(dǎo)法：以水為外相的：以水為外相的O/W型乳狀液有較好的電型乳狀液有較好的電導(dǎo)性能，而導(dǎo)性能，而W/O型乳狀液的電導(dǎo)性能很差。型乳狀液的電導(dǎo)性能很差。 Page 63表面活性劑的表面活性劑的HLB值值n Griffin（格里芬）提出了用（格里芬）提出了用HLB(hydrophile-lipophile balance，親水親油平衡親水親油平衡)值來(lái)表示表面值來(lái)表示表面活性劑的親水性活性劑的親水性 HLB值=親水基質(zhì)量親水基質(zhì)量+憎水基質(zhì)量100/5n 例如：例如：石蠟石蠟無(wú)親水基，所以無(wú)親水基，所以 HLB=0n 聚乙二醇聚乙二醇，全部是親水基，全部是親水基，HLB=20。n 其余非離子型表面活性劑的其余非離子型表面活性劑的HLB值介于值介于020之間。之間。Page 64表面活性劑的表面活性劑的HLB值值n 根據(jù)需要，可根據(jù)根據(jù)需要，可根據(jù)HLB值選擇合適的表面活性劑值選擇合適的表面活性劑n 例如：例如：nHLB值在值在26之間，作油包水型的乳化劑之間，作油包水型的乳化劑n810之間作潤(rùn)濕劑；之間作潤(rùn)濕劑；n1218之間作為水包油型乳化劑。