山東建筑大學(xué)物理化學(xué)ppt課件

1、第九章膠體化學(xué)第九章膠體化學(xué)例如：云，牛奶，珍珠例如：云，牛奶，珍珠9-1 分散系統(tǒng)的分類及主要特征分散系統(tǒng)的分類及主要特征一、分散系統(tǒng)、分散相與分散介質(zhì)一、分散系統(tǒng)、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)中所構(gòu)成的體系稱為分散把一種或幾種物質(zhì)分散在另一種物質(zhì)中所構(gòu)成的體系稱為分散體系。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)。介質(zhì)。l1 1、按分散相的質(zhì)點(diǎn)大小分類、按分散相的質(zhì)點(diǎn)大小分類 類 型 粒子的大小 實(shí) 例分子分散系統(tǒng)分子分散系統(tǒng) 10-9m 空氣、乙醇的水溶空氣、乙醇的水溶液液膠體分散系統(tǒng)膠體分散系統(tǒng) 10

2、-910-7m Al(OH)3水溶膠水溶膠粗分散系統(tǒng)粗分散系統(tǒng) 10-7m 泥漿泥漿一、分散系統(tǒng)、分散相與分散介質(zhì)一、分散系統(tǒng)、分散相與分散介質(zhì)二、膠體系統(tǒng)的分類二、膠體系統(tǒng)的分類l 2、按分散相及分散介質(zhì)的聚集態(tài)分類 （1 1憎液溶膠憎液溶膠 系統(tǒng)具有很大的相界面，很高的表面Gibbs自由能，很不穩(wěn)定，極易被破壞而聚沉 簡(jiǎn)稱溶膠，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 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)。 本章主要討論憎液溶膠l3、按膠體溶液的穩(wěn)定性分類、按膠體溶液的穩(wěn)定性分類二、膠體系統(tǒng)的分類二、膠體系統(tǒng)的分類 （2親液溶膠親液溶膠

3、大高分子化合物的溶液通常屬于親液溶膠 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)半透膜，有Tyndall效應(yīng)等等） 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，因而它是熱力學(xué)中穩(wěn)定、可逆的系統(tǒng)。 二、膠體系統(tǒng)的分類二、膠體系統(tǒng)的分類1 1、BrownBrown運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)一、動(dòng)力學(xué)性質(zhì)一、動(dòng)力學(xué)性質(zhì)9-29-2溶膠的性質(zhì)溶膠的性質(zhì) 通過(guò)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。當(dāng)半徑大于當(dāng)半徑大于5 5 m m，BrownBrown運(yùn)動(dòng)消失。運(yùn)動(dòng)消失。2

4、2、膠粒的擴(kuò)散、膠粒的擴(kuò)散 在有濃度梯度存在時(shí),膠粒因熱運(yùn)動(dòng)而發(fā)生定向遷移的現(xiàn)象,稱為擴(kuò)散。3 3、沉降與沉降平衡、沉降與沉降平衡 溶膠是高度分散體系，膠粒一方面受到重力吸引而下降，稱為沉降;另一方面由于布朗運(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，如下圖。這種平衡稱為沉降平衡。一、動(dòng)力學(xué)性質(zhì)一、動(dòng)力學(xué)性質(zhì)TyndallTyndall效應(yīng)效應(yīng) 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。 1869年Tyndall發(fā)現(xiàn)，若令一束會(huì)聚光通過(guò)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

5、效應(yīng)。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。 二、溶膠的光學(xué)性質(zhì)二、溶膠的光學(xué)性質(zhì)在外電場(chǎng)作用下，分散相和分散介質(zhì)發(fā)生相對(duì)移在外電場(chǎng)作用下，分散相和分散介質(zhì)發(fā)生相對(duì)移動(dòng)現(xiàn)象，稱為溶膠的電動(dòng)現(xiàn)象。動(dòng)現(xiàn)象，稱為溶膠的電動(dòng)現(xiàn)象。三、溶膠的電學(xué)性質(zhì)三、溶膠的電學(xué)性質(zhì)1、電動(dòng)現(xiàn)象、電動(dòng)現(xiàn)象1 1電泳電泳 帶電膠粒在外加電場(chǎng)的作用下在分散介質(zhì)中作定向移動(dòng)的現(xiàn)象稱為電泳。2 2電滲電滲 在外加電場(chǎng)作用下，帶電的介質(zhì)通過(guò)多孔膜或半徑為1-10 nm的毛細(xì)管作定向移動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為電滲。 3 3流動(dòng)電勢(shì)流動(dòng)電勢(shì)含有離子的液體在加壓或重力等外力的作用下，流含有離子的液體在加壓或重力等外力的作用下，流經(jīng)

6、多孔膜或毛細(xì)管時(shí)會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)差。這種因流動(dòng)而經(jīng)多孔膜或毛細(xì)管時(shí)會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)差。這種因流動(dòng)而產(chǎn)生的電勢(shì)稱為流動(dòng)電勢(shì)。產(chǎn)生的電勢(shì)稱為流動(dòng)電勢(shì)。三、溶膠的電學(xué)性質(zhì)三、溶膠的電學(xué)性質(zhì) 在重力場(chǎng)的作用下，帶電的分散相粒子，在分散介質(zhì)中迅速沉降時(shí)，使底層與表面層的粒子濃度懸殊，從而產(chǎn)生電勢(shì)差，這就是沉降電勢(shì)。 4)4)沉降電勢(shì)沉降電勢(shì)三、溶膠的電學(xué)性質(zhì)三、溶膠的電學(xué)性質(zhì) 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(法揚(yáng)斯規(guī)則：與溶膠粒子有相同化學(xué)元素的離子能優(yōu)先被吸附) ，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帶有不同符號(hào)的電荷，在界面上形成了雙電層的結(jié)構(gòu)。 2 2

7、、 雙電層理論雙電層理論三、溶膠的電學(xué)性質(zhì)三、溶膠的電學(xué)性質(zhì)SternStern模型模型吸附在固體表面的緊密層吸附在固體表面的緊密層約有一、二個(gè)分子層的厚約有一、二個(gè)分子層的厚度，后被稱為度，后被稱為SternStern層；層；由反號(hào)離子電性中心構(gòu)成由反號(hào)離子電性中心構(gòu)成的平面稱為的平面稱為SternStern平面。平面。三、溶膠的電學(xué)性質(zhì)三、溶膠的電學(xué)性質(zhì) 由于離子的溶劑化作用，膠粒在移動(dòng)時(shí)，緊密層會(huì)結(jié)合一定數(shù)量的溶劑分子一起移動(dòng)，所以滑移的切動(dòng)面由比Stern層略右的曲線表示。三、溶膠的電學(xué)性質(zhì)三、溶膠的電學(xué)性質(zhì) 電位總是比熱力學(xué)電位低，外加電解質(zhì)會(huì)使 電位變小甚至改變符號(hào)。只有在質(zhì)點(diǎn)移動(dòng)

8、時(shí)才顯示出 電位。分散相固體表面與溶液本體之間的電勢(shì)差稱為熱力分散相固體表面與溶液本體之間的電勢(shì)差稱為熱力學(xué)電勢(shì)。學(xué)電勢(shì)。 滑動(dòng)面與溶液本體之間的電勢(shì)差決定溶膠粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)速度，故稱為電動(dòng)電勢(shì)()電勢(shì)。電動(dòng)電勢(shì)（電動(dòng)電勢(shì)（電勢(shì)電勢(shì)) )三、溶膠的電學(xué)性質(zhì)三、溶膠的電學(xué)性質(zhì)24(3 0 0 )()uVD E D:介質(zhì)的介電常數(shù)；介質(zhì)的介電常數(shù)； :介質(zhì)的粘度泊）；介質(zhì)的粘度泊）；E :電場(chǎng)強(qiáng)度單位長(zhǎng)度上的電勢(shì)差）；電場(chǎng)強(qiáng)度單位長(zhǎng)度上的電勢(shì)差）；u:電泳速度單位時(shí)間內(nèi)移動(dòng)的距離）；電泳速度單位時(shí)間內(nèi)移動(dòng)的距離）；:電動(dòng)電勢(shì)固液兩相發(fā)生相對(duì)移動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的電動(dòng)電勢(shì)固液兩相發(fā)生相對(duì)移動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的

9、電勢(shì)差。電勢(shì)差。 三、溶膠的電學(xué)性質(zhì)三、溶膠的電學(xué)性質(zhì)例例1 1：AgNO3 + KIKNO3 + AgIAgNO3 + KIKNO3 + AgI 過(guò)量的過(guò)量的 KI KI 作穩(wěn)定劑作穩(wěn)定劑 膠團(tuán)的結(jié)構(gòu)表達(dá)式膠團(tuán)的結(jié)構(gòu)表達(dá)式 ： 膠核膠核膠粒膠粒膠團(tuán)膠團(tuán)膠團(tuán)的圖示式：膠團(tuán)的圖示式：9-3憎液溶膠的膠團(tuán)結(jié)構(gòu)憎液溶膠的膠團(tuán)結(jié)構(gòu)例例2 2：AgNO3 + KIKNO3 + AgIAgNO3 + KIKNO3 + AgI 過(guò)量的過(guò)量的 AgNO3 AgNO3 作穩(wěn)定劑作穩(wěn)定劑 膠團(tuán)的結(jié)構(gòu)表達(dá)式：膠團(tuán)的結(jié)構(gòu)表達(dá)式： 固相固相緊密層緊密層擴(kuò)散層擴(kuò)散層 (AgI)m nAg+ （n-xNO3-x+xNO3-

10、溶液溶液本體本體膠核膠核膠粒膠?；瑒?dòng)面滑動(dòng)面膠團(tuán)膠團(tuán)一、溶膠的聚沉和絮凝一、溶膠的聚沉和絮凝(1)(1)外加電解質(zhì)對(duì)溶膠聚沉的影響外加電解質(zhì)對(duì)溶膠聚沉的影響1 1、聚沉值、聚沉值: :使一定量的溶膠在一定時(shí)間內(nèi)完全聚沉使一定量的溶膠在一定時(shí)間內(nèi)完全聚沉所需電解質(zhì)的最小濃度。所需電解質(zhì)的最小濃度。2 2、聚沉能力、聚沉能力: :是聚沉值的倒數(shù)。聚沉值越大的電解質(zhì)，是聚沉值的倒數(shù)。聚沉值越大的電解質(zhì)，聚沉能力越??；反之，聚沉值越小的電解質(zhì)，其聚沉能聚沉能力越??；反之，聚沉值越小的電解質(zhì)，其聚沉能力越強(qiáng)。力越強(qiáng)。（2 2舒爾策舒爾策- -哈迪哈迪Schulze-HardySchulze-Hardy價(jià)

11、數(shù)規(guī)則價(jià)數(shù)規(guī)則1、反離子、反離子 與膠粒帶相反電荷的離子。與膠粒帶相反電荷的離子。反離子價(jià)數(shù)越高，聚沉能力越強(qiáng)，聚沉值越小。反離子價(jià)數(shù)越高，聚沉能力越強(qiáng)，聚沉值越小。 Schulze-Hardy規(guī)則規(guī)則9-5憎液溶膠的聚沉憎液溶膠的聚沉（3 3與膠粒帶相反電荷的離子就是價(jià)數(shù)相同，其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。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(yáng)離子的聚沉能力次序?yàn)椋?H+Cs+Rb+NH4+K+Na+Li+ 對(duì)帶正電的膠粒，一價(jià)陰離子的聚沉能力次序?yàn)椋?F-Cl-Br-NO3-I- SCN- OH- 這種將帶有相同電荷的離子按聚沉能力大小排列的次序稱

12、為感膠離子序lyotropic series)。（4 4當(dāng)與膠體帶相反電荷的離子相同時(shí)，則另一同當(dāng)與膠體帶相反電荷的離子相同時(shí)，則另一同性離子的價(jià)數(shù)也會(huì)影響聚沉值，價(jià)數(shù)愈高，聚沉能力性離子的價(jià)數(shù)也會(huì)影響聚沉值，價(jià)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)。愈低。這可能與這些同性離子的吸附作用有關(guān)。例題例題 以等體積的以等體積的0.08mol/LKI和和0.1 mol/LAgNO3溶液溶液混合制備混合制備AgI溶膠，試寫出該溶膠的膠團(tuán)結(jié)構(gòu)示意式，溶膠，試寫出該溶膠的膠團(tuán)結(jié)構(gòu)示意式，并比較電解質(zhì)并比較電解質(zhì)CaCl2,MgSO4,Na2SO4,NaNO3對(duì)該溶膠對(duì)該溶膠聚沉能力的強(qiáng)弱

13、。聚沉能力的強(qiáng)弱。解：制備解：制備AgI溶膠時(shí)由于溶膠時(shí)由于AgNO3過(guò)量，膠核吸附過(guò)量，膠核吸附Ag+而形成正溶膠而形成正溶膠: (AgI)mnAg+ (n-x) NO3-x+ xNO3-由于為由于為AgI正溶膠，主要起聚沉作用的是負(fù)離子。根據(jù)正溶膠，主要起聚沉作用的是負(fù)離子。根據(jù)舒爾策舒爾策-哈迪哈迪Schulze-Hardy價(jià)數(shù)規(guī)則二價(jià)負(fù)離子的價(jià)數(shù)規(guī)則二價(jià)負(fù)離子的聚沉能力強(qiáng)。聚沉能力強(qiáng)。MgSO4,Na2SO4, CaCl2 , NaNO3根據(jù)感膠離子序根據(jù)感膠離子序, Cl- NO3-, CaCl2 NaNO3MgSO4,Na2SO4具有相同的負(fù)離子，再根據(jù)當(dāng)與膠體具有相同的負(fù)離子，再根據(jù)當(dāng)與膠體帶相反電荷的離子相同時(shí)，則另一同性離子的價(jià)數(shù)也帶相反電荷的離子相同時(shí)，則另一同性離子的價(jià)數(shù)也會(huì)影響聚沉值，價(jià)數(shù)愈高，聚沉能力愈低。會(huì)影響聚沉值，價(jià)數(shù)愈高，聚沉能力愈低。Na+ Mg2+綜上所述，對(duì)綜上所述，對(duì)AgI正溶膠聚沉能力強(qiáng)弱的順序?yàn)椋赫苣z聚沉能力強(qiáng)弱的順序?yàn)椋?Na2SO4 MgSO4