膠體與界面化學(xué)

1、膠體與界面化學(xué)授課教師：鄭歐授課教師：鄭歐College of Chemistry and Chemical Engineering課程參考書課程參考書v膠體與表面化學(xué)膠體與表面化學(xué) 沈鐘，王果庭編沈鐘，王果庭編 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社v應(yīng)用膠體與界面化學(xué)應(yīng)用膠體與界面化學(xué)趙振國(guó)趙振國(guó) 編著編著 化學(xué)化工出版社化學(xué)化工出版社v膠體化學(xué)基礎(chǔ)周祖康、顧惕人編著 北京大學(xué)出版社v膠體與界面化學(xué)陳宗淇 等編著 高等教育出版社v應(yīng)用膠體化學(xué)候萬(wàn)國(guó) 等編著 科學(xué)出版社College of Chemistry and Chemical Engineering課程內(nèi)容課程內(nèi)容緒論緒論第一章第一章 膠體與

2、納米粒子的制備膠體與納米粒子的制備第二章第二章 膠體的基本性質(zhì)膠體的基本性質(zhì)第三章第三章 表面張力與潤(rùn)濕作用表面張力與潤(rùn)濕作用第四章第四章 表面活性劑溶液表面活性劑溶液第五章第五章 乳狀液、微乳狀液、泡沫、凝膠等乳狀液、微乳狀液、泡沫、凝膠等College of Chemistry and Chemical Engineering緒論 0.1 膠體與界面膠體與界面 0.2 膠體與界面化學(xué)的基本內(nèi)容膠體與界面化學(xué)的基本內(nèi)容 0.3 膠體和界面化學(xué)與其他學(xué)科的關(guān)系膠體和界面化學(xué)與其他學(xué)科的關(guān)系 0.4 膠體與界面化學(xué)的發(fā)展與展望膠體與界面化學(xué)的發(fā)展與展望 第一節(jié)第一節(jié) 膠體與界面膠體與界面一杯泥土

3、一杯泥土泥沙泥沙+渾濁的小土粒渾濁的小土粒（底部）（底部） 土中的土中的鹽類形成鹽類形成真溶液真溶液既不下沉、也不溶解的極既不下沉、也不溶解的極為微小的土壤顆粒稱為膠為微小的土壤顆粒稱為膠體顆粒；體顆粒；含膠體顆粒的體系稱為含膠體顆粒的體系稱為膠膠體體系體體系；膠體化學(xué)，狹義地說(shuō)就研膠體化學(xué)，狹義地說(shuō)就研究這些微小顆粒分散體系究這些微小顆粒分散體系的科學(xué)。的科學(xué)。College of Chemistry and Chemical Engineering把一種或幾種物質(zhì)分散在另把一種或幾種物質(zhì)分散在另一種物質(zhì)中就構(gòu)成一種物質(zhì)中就構(gòu)成 例如：云，牛奶，珍珠（1）分子分散體系）分子分散體系-真溶液真

4、溶液 分散相與分散介質(zhì)以分子或離子形式彼此分散相與分散介質(zhì)以分子或離子形式彼此混溶，沒(méi)有界面，是混溶，沒(méi)有界面，是均勻的單相均勻的單相，分子半徑大，分子半徑大小在小在10-9 m以下以下 。通常把這種體系稱為。通常把這種體系稱為真溶液真溶液，如如CuSO4溶液。溶液。（2）膠體分散體系）膠體分散體系 分散相粒子的半徑在分散相粒子的半徑在1 nm100 nm之間的體系。之間的體系。目測(cè)是均勻的，但實(shí)際是目測(cè)是均勻的，但實(shí)際是多相不均勻體系多相不均勻體系。也有的。也有的將將1 nm 1000 nm之間的粒子歸入膠體范疇。之間的粒子歸入膠體范疇。（3）粗分散體系）粗分散體系當(dāng)分散相粒子大于當(dāng)分散相粒

5、子大于1000 nm，目測(cè)是，目測(cè)是混濁不均混濁不均勻體系勻體系，放置后會(huì)沉淀或分層，如黃河水。，放置后會(huì)沉淀或分層，如黃河水。膠體的定義膠體的定義(1915 Owtwald):膠體是一種尺寸在膠體是一種尺寸在1100nm以至以至1000nm的分散體。的分散體。分散體系的分類分散體系的分類-分散相的尺寸分散相的尺寸College of Chemistry and Chemical Engineeringv分散體系分散體系是指一種或幾種物質(zhì)以一定的分散度是指一種或幾種物質(zhì)以一定的分散度分散在另一種物質(zhì)中形成的體系分散在另一種物質(zhì)中形成的體系v以顆粒分散狀態(tài)存在的不連續(xù)相稱為以顆粒分散狀態(tài)存在的不

6、連續(xù)相稱為分散相分散相；而連續(xù)相稱為而連續(xù)相稱為分散介質(zhì)分散介質(zhì)v顆粒某一線度大于顆粒某一線度大于1000nm，粗分散體系粗分散體系v顆粒某一線度小于顆粒某一線度小于1nm，真溶液體系真溶液體系v顆粒某一線度為顆粒某一線度為1-1000nm 膠體體系膠體體系College of Chemistry and Chemical Engineering分散體系的分類分散體系的分類-聚集狀態(tài)聚集狀態(tài)College of Chemistry and Chemical Engineering膠體是一種尺寸在膠體是一種尺寸在1100nm以至以至1000nm的分散體系。的分散體系。College of Che

7、mistry and Chemical Engineering（1 1）親液溶膠（）親液溶膠（lyophilic colloid)lyophilic colloid)（2 2）憎液溶膠（）憎液溶膠（lyophobic colloid) lyophobic colloid) College of Chemistry and Chemical Engineering親液溶膠：親液溶膠：一旦將溶劑蒸發(fā)，分散相凝聚，再加入溶劑，又可形成溶膠，親液溶膠是熱力學(xué)上穩(wěn)定、自發(fā)、可逆的體系。College of Chemistry and Chemical Engineering憎液溶膠：憎液溶膠：半徑在1

8、nm100 nm之間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(wú)法再形成溶膠，是 一個(gè)不可逆體系，如氫氧化鐵溶膠、碘化銀溶膠等。College of Chemistry and Chemical Engineering憎液溶膠的特性憎液溶膠的特性A A 特有的分散程度特有的分散程度 粒子的大小在10-910-7 m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)定性和乳光現(xiàn)象。B B 多相不均勻性多相不均勻性 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

9、，與介質(zhì)之間有明顯的相界面，比表面很大。C C 熱力學(xué)不穩(wěn)定性熱力學(xué)不穩(wěn)定性 因?yàn)榱Ｗ有?，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(shì)，即小粒子會(huì)自動(dòng)聚結(jié)成大粒子。College of Chemistry and Chemical Engineering 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，否則膠粒易聚結(jié)而聚沉。 College of Chemistry and Chemical Engineering（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(shí)，則形成不同的液溶膠：A.液-固溶膠 如：油漆，AgI溶膠B

10、.液-液溶膠 如：牛奶，石油原油等乳狀液C.液-氣溶膠 如：泡沫College of Chemistry and Chemical Engineering（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：A.固-固溶膠 如：有色玻璃，不完全互溶的合金B(yǎng).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College of Chemistry and Chemical Engineering（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，但沒(méi)有氣-氣溶膠，因?yàn)椴煌臍怏w混合后是單相均一體系，

11、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 例如，把邊長(zhǎng)為1cm的立方體1cm3逐漸分割成小立方體時(shí)，表面積增長(zhǎng)情況列于下表：邊長(zhǎng)/m立方體數(shù)比表面Av/（m2/m3）110-2110-3110-5 110-7 110-91 103109 1015 1021 6 102 6 103 6 105 6 107 6 109 從表上可以看出，當(dāng)將邊長(zhǎng)為從表上可以看出，當(dāng)將邊長(zhǎng)為1010-2-2m m的立方體分割的立方體分割成成1010-9-9m m的小立方體時(shí)，比表面增長(zhǎng)了一千萬(wàn)倍。的小立方體時(shí)，比表面增長(zhǎng)了一千萬(wàn)倍。College of Chemistry and Ch

12、emical Engineering粒徑/nm 原子數(shù) 表面上的原子數(shù) 總的原子數(shù) 20 10 5 2 1 2.5105 3104 4103 250 30 10 20 40 80 99College of Chemistry and Chemical Engineering膠體的特點(diǎn)膠體的特點(diǎn)-納米粒子的特點(diǎn)納米粒子的特點(diǎn) (1) 巨大的比表面，界面現(xiàn)象重要巨大的比表面，界面現(xiàn)象重要例如：巨大的表面和表面能使膠體體系具有很強(qiáng)的吸附能力，可以制造各種吸附劑和催化劑。College of Chemistry and Chemical Engineering (2) 最強(qiáng)烈的尺寸效應(yīng)最強(qiáng)烈的尺寸效應(yīng)

13、（a）熔點(diǎn)變化，例如：12nm的TiO2在室溫下就已熔合（正常熔點(diǎn)：18301850 ）（b）力學(xué)性能，例如：500oC時(shí)所得硬度相當(dāng)于粗晶塊在1100oC燒結(jié)所得（c）電學(xué)性質(zhì)：Kubo效應(yīng)-即粒子保持電學(xué)中性類別粒徑/nm 起始燒結(jié)溫度/oC Cu Fe Ag Ni 50502020 200(1083)200300(1593)6080(960)200(1453) College of Chemistry and Chemical Engineering（d）光學(xué)效應(yīng)：College of Chemistry and Chemical Engineering單分散球形硫化鋅（單分散球形硫化鋅

14、（a a）立方碳酸鎘粒子（）立方碳酸鎘粒子（b b）的）的SEMSEM圖圖（a）b b-FeOOHFeOOH棒狀粒子；棒狀粒子；（b）a a-FeFe2 2O O3 3橢球狀粒子；橢球狀粒子；（c）b b-FeOOHFeOOH棒狀粒子立方狀粒子；棒狀粒子立方狀粒子；（d） b b-FeOOHFeOOH和和a a-FeFe2 2O O3 3混合化學(xué)組成的棒狀粒子混合化學(xué)組成的棒狀粒子 的的TEMTEM圖圖College of Chemistry and Chemical EngineeringCollege of Chemistry and Chemical Engineering接觸的不相混溶

15、的兩相交界處稱為界面。接觸的不相混溶的兩相交界處稱為界面。界面包括：界面包括：氣/液、液/液、固/液、氣/固、液/固等5種不同界面。通常氣/液和氣/固界面又稱為表面。 宏觀表面或界面宏觀表面或界面 微觀界面微觀界面 如生物膜、表面活性劑的各種類型有序聚集體（膠束、囊泡及脂質(zhì)體、微乳液等）的微觀界面College of Chemistry and Chemical EngineeringCollege of Chemistry and Chemical EngineeringCollege of Chemistry and Chemical Engineering 界面上的分子的聚集狀態(tài)、排列方

16、式、分子間的相互作用賦予其界面上獨(dú)特的物理化學(xué)作用、化學(xué)反應(yīng)和生物化學(xué)過(guò)程 例如：吸附作用、界面化學(xué)反應(yīng)，細(xì)胞對(duì)陰、陽(yáng)離子、中離分子的選擇性運(yùn)輸作用，細(xì)胞膜中的各種酶促反應(yīng)。 物理化學(xué)作用及化學(xué)反應(yīng)與構(gòu)成界面的物質(zhì)組成、化學(xué)結(jié)構(gòu)、表面結(jié)構(gòu)與基團(tuán)、界面面積大小等因素有關(guān)， 例如：水在硅膠表面上的吸附量受硅膠表面硅羥基濃度、硅膠孔結(jié)構(gòu)和比表面的影響;氫和烴易在過(guò)渡金屬表面吸附，故過(guò)渡金屬是氫和烴反應(yīng)的良好催化劑。College of Chemistry and Chemical EngineeringCollege of Chemistry and Chemical Engineering生物表面

17、自清潔現(xiàn)象生物表面自清潔現(xiàn)象College of Chemistry and Chemical EngineeringCollege of Chemistry and Chemical EngineeringCollege of Chemistry and Chemical Engineering翅膀具有集水功能翅膀具有集水功能College of Chemistry and Chemical Engineering自然界中具有結(jié)構(gòu)色的生物及其微觀結(jié)構(gòu)自然界中具有結(jié)構(gòu)色的生物及其微觀結(jié)構(gòu)College of Chemistry and Chemical Engineering 第二節(jié)第二節(jié) 膠

18、體與界面化學(xué)的基本內(nèi)容膠體與界面化學(xué)的基本內(nèi)容膠體與界面化學(xué)膠體與界面化學(xué)是研究：界面現(xiàn)象及除小分子分散體系以外的多相分散體系物理化學(xué)性質(zhì)的科學(xué)，其內(nèi)容涉及各種界面現(xiàn)象、表面層結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，各種分散體系的形成與性質(zhì)。分散體系分散體系分散體系的形成與穩(wěn)定分散體系的形成與穩(wěn)定光學(xué)性能、流變性能光學(xué)性能、流變性能智能流體、電磁流變體智能流體、電磁流變體界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象有序組合體有序組合體納米材料納米材料潤(rùn)濕、吸附、界面電現(xiàn)象、潤(rùn)濕、吸附、界面電現(xiàn)象、界面雙電層結(jié)構(gòu)界面雙電層結(jié)構(gòu)生物膜、仿生膜、生物膜、仿生膜、溶液中的有序分子組合體溶液中的有序分子組合體第三節(jié)第三節(jié) 膠體與界面化學(xué)與其他學(xué)科的關(guān)系膠體與

19、界面化學(xué)與其他學(xué)科的關(guān)系農(nóng)業(yè) 生物學(xué)與醫(yī)學(xué)日用品的生產(chǎn)與使用 輕工業(yè)環(huán)境科學(xué) 分析化學(xué)材料 海洋科學(xué)天文與氣象學(xué) 油田開(kāi)發(fā)研究涉及領(lǐng)域研究涉及領(lǐng)域College of Chemistry and Chemical Engineering一些涉及膠體和表面化學(xué)的實(shí)例一些涉及膠體和表面化學(xué)的實(shí)例v分析化學(xué)中的吸附指示劑、離子交換、色譜等分析化學(xué)中的吸附指示劑、離子交換、色譜等v物理化學(xué)中的成核作用、過(guò)飽和及液晶等物理化學(xué)中的成核作用、過(guò)飽和及液晶等v生物化學(xué)和分子生物學(xué)中的電泳、膜現(xiàn)象、蛋白質(zhì)和核酸生物化學(xué)和分子生物學(xué)中的電泳、膜現(xiàn)象、蛋白質(zhì)和核酸等等v化學(xué)制造中的催化劑、洗滌劑、潤(rùn)滑劑、粘合劑等

20、化學(xué)制造中的催化劑、洗滌劑、潤(rùn)滑劑、粘合劑等v環(huán)境科學(xué)中的氣溶膠、泡沫、污水處理等環(huán)境科學(xué)中的氣溶膠、泡沫、污水處理等v材料科學(xué)中納米材料、纖維、陶瓷制品、水泥、涂料等材料科學(xué)中納米材料、纖維、陶瓷制品、水泥、涂料等v日用品中的牛奶、豆?jié){、啤酒、雨衣等日用品中的牛奶、豆?jié){、啤酒、雨衣等v石油工業(yè)中的油品回收、乳化等石油工業(yè)中的油品回收、乳化等College of Chemistry and Chemical EngineeringCollege of Chemistry and Chemical Engineering滲析實(shí)驗(yàn)與滲析實(shí)驗(yàn)與“膠體膠體”名詞的由來(lái)名詞的由來(lái) （1861 英國(guó)科學(xué)家

21、）英國(guó)科學(xué)家）物質(zhì)溶解在不同溶劑中所形成的溶液物質(zhì)溶解在不同溶劑中所形成的溶液狀態(tài)的研究狀態(tài)的研究（俄國(guó)科學(xué)家）（俄國(guó)科學(xué)家）第四節(jié)第四節(jié) 膠體與界面化學(xué)的發(fā)展與展望膠體與界面化學(xué)的發(fā)展與展望College of Chemistry and Chemical Engineeringv祖先制造陶器、漢朝利用纖維造紙、后漢發(fā)祖先制造陶器、漢朝利用纖維造紙、后漢發(fā)明墨水、豆腐制作等等明墨水、豆腐制作等等v古埃及利用木材浸水膨脹來(lái)破裂山巖古埃及利用木材浸水膨脹來(lái)破裂山巖v17771777年瑞典化學(xué)家做木炭吸附氣體的實(shí)驗(yàn)?zāi)耆鸬浠瘜W(xué)家做木炭吸附氣體的實(shí)驗(yàn)v18091809年俄國(guó)化學(xué)家發(fā)現(xiàn)土粒的電泳現(xiàn)象年俄

22、國(guó)化學(xué)家發(fā)現(xiàn)土粒的電泳現(xiàn)象v18291829年英國(guó)植物學(xué)家年英國(guó)植物學(xué)家BROWNBROWN觀察花粉的布朗觀察花粉的布朗運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)College of Chemistry and Chemical Engineering1861年膠體化學(xué)作為一門學(xué)科，創(chuàng)始人英國(guó)科年膠體化學(xué)作為一門學(xué)科，創(chuàng)始人英國(guó)科學(xué)家學(xué)家Thomas Graham1907年年 第一本膠體化學(xué)專門刊物第一本膠體化學(xué)專門刊物膠體化學(xué)和膠體化學(xué)和工業(yè)雜志工業(yè)雜志創(chuàng)刊；創(chuàng)刊；（膠體化學(xué)真正作為一門獨(dú)立學(xué)科）（膠體化學(xué)真正作為一門獨(dú)立學(xué)科） 毛細(xì)管化學(xué)毛細(xì)管化學(xué)（ 1909年年Freundich）和）和膠體膠體化學(xué)化學(xué)（ Zsigmon

23、dy 1902年）兩本名著出版年）兩本名著出版實(shí)驗(yàn)技術(shù)的不斷發(fā)展（如超離心機(jī)、光散射、實(shí)驗(yàn)技術(shù)的不斷發(fā)展（如超離心機(jī)、光散射、X射線、多種電子顯微鏡、紅外線以及各種能譜等射線、多種電子顯微鏡、紅外線以及各種能譜等應(yīng)用）促進(jìn)了膠體化學(xué)的發(fā)展應(yīng)用）促進(jìn)了膠體化學(xué)的發(fā)展College of Chemistry and Chemical Engineeringv膠體化學(xué)是一門與實(shí)際應(yīng)用密切結(jié)合的學(xué)科膠體化學(xué)是一門與實(shí)際應(yīng)用密切結(jié)合的學(xué)科v現(xiàn)代科學(xué)儀器的發(fā)展為膠體化學(xué)的研究提供全現(xiàn)代科學(xué)儀器的發(fā)展為膠體化學(xué)的研究提供全新的手段新的手段v近代化學(xué)和物理的成就促進(jìn)了膠體化學(xué)基礎(chǔ)理近代化學(xué)和物理的成就促進(jìn)了膠

24、體化學(xué)基礎(chǔ)理論問(wèn)題的探討論問(wèn)題的探討v生物物理、生物化學(xué)、環(huán)境學(xué)、地礦學(xué)、天文生物物理、生物化學(xué)、環(huán)境學(xué)、地礦學(xué)、天文學(xué)等領(lǐng)域的研究成就吸取了膠體化學(xué)的理論和學(xué)等領(lǐng)域的研究成就吸取了膠體化學(xué)的理論和方法，同時(shí)給膠體化學(xué)帶來(lái)了廣闊的研究空間方法，同時(shí)給膠體化學(xué)帶來(lái)了廣闊的研究空間膠體化學(xué)的特點(diǎn)膠體化學(xué)的特點(diǎn)College of Chemistry and Chemical Engineering1.物理和生物科學(xué)的新成就給膠體科學(xué)的物理和生物科學(xué)的新成就給膠體科學(xué)的研究增加了許多新內(nèi)容研究增加了許多新內(nèi)容（1）物理學(xué)的發(fā)展，指出了納米顆粒的量子效應(yīng)，提出問(wèn)題：如何制備穩(wěn)定的超細(xì)顆粒，如何使超細(xì)顆

25、粒具有特定的形狀與結(jié)構(gòu)，并要示研究固體表面張力、固體的潤(rùn)濕性與膨脹性能、吸附層厚度對(duì)濃分散體系穩(wěn)定性與流變性的影響。這大大推動(dòng)了膠體化學(xué)本身向更深入更微觀的方向發(fā)展College of Chemistry and Chemical Engineering（2）生物學(xué)的發(fā)展，對(duì)細(xì)胞膜的深入了解和人類基因組的解讀計(jì)劃的成功，使基因診斷和基因治療從夢(mèng)想變?yōu)槭聦?shí)。提出要求：研究生物功能分子是如何組裝的，組裝結(jié)構(gòu)與組合體功能之間的關(guān)系。這使膠體的粒子和顆粒的組裝規(guī)律找到了十分重要的新應(yīng)用。College of Chemistry and Chemical Engineering其中，兩個(gè)根本的問(wèn)題始終是

26、膠體和界其中，兩個(gè)根本的問(wèn)題始終是膠體和界面科學(xué)工作者研究的中心面科學(xué)工作者研究的中心（1）分子間力和界面力的性質(zhì)問(wèn)題分子間力和界面力的性質(zhì)問(wèn)題，主要是弱弱相互作用相互作用。在分散體系中，分散相的相互作用，分散相與分散介質(zhì)的相互作用，分散相與吸附物的相互作用，分散介質(zhì)與吸附物的相互作用，以及吸附層中吸附物的相互作用等都受到這種力的作用。College of Chemistry and Chemical Engineering（2）研究和控制分子集合體的堆積與排列研究和控制分子集合體的堆積與排列，用現(xiàn)代化的語(yǔ)言說(shuō)，是研究二級(jí)結(jié)構(gòu)以至三級(jí)結(jié)構(gòu)的科學(xué)，或稱超分子結(jié)構(gòu)的科學(xué)超分子結(jié)構(gòu)的科學(xué)。傳統(tǒng)化學(xué)關(guān)

27、注：分子本身的結(jié)構(gòu)，即原子與原子間的排列組合現(xiàn)代化學(xué)更關(guān)注：現(xiàn)代化學(xué)更關(guān)注：分子與分子間的排列與結(jié)構(gòu)（二級(jí)結(jié)構(gòu)），以及形成的二聚體、三聚體的規(guī)律和性質(zhì)，包括這些聚集體之間的相互作用的規(guī)律、排列與結(jié)構(gòu)（三級(jí)結(jié)構(gòu)）College of Chemistry and Chemical Engineering近代科學(xué)的一個(gè)主要趨勢(shì)就是近代科學(xué)的一個(gè)主要趨勢(shì)就是“以小到以小到大大”取代取代“以大到小以大到小”的方法來(lái)制備各種的方法來(lái)制備各種尖端材料乃至計(jì)算機(jī)元件。尖端材料乃至計(jì)算機(jī)元件。 納米技術(shù)、有序分子組合體、超分子化學(xué)、分子層次以上的化學(xué)等學(xué)科應(yīng)運(yùn)而生，而膠體科學(xué)的理論寶庫(kù)中有許多這方面的知識(shí)Col

28、lege of Chemistry and Chemical Engineering儀器的發(fā)展對(duì)膠體科學(xué)發(fā)展起到重要作用儀器的發(fā)展對(duì)膠體科學(xué)發(fā)展起到重要作用例如：在1960年以前，人們對(duì)表面的理解大部分只能用間接的宏觀的方法；1970年后，人們能用實(shí)驗(yàn)方法直接測(cè)出表面組成以及表面鍵合性質(zhì)，現(xiàn)代表面分析技術(shù)包括：電子衍射譜（LEED）、光電子能譜（PES）、振動(dòng)光譜（包括反射和吸收紅外光譜（RALRA）、電子能量損失譜（EEIS）和高分辨力電子顯微鏡（HREM）等。College of Chemistry and Chemical Engineering中國(guó)膠體化學(xué)的發(fā)展中國(guó)膠體化學(xué)的發(fā)展傅鷹先

29、生（傅鷹先生（1902-1979 祖籍福建閩侯祖籍福建閩侯）1954年年 傅鷹院士（北京大學(xué)）傅鷹院士（北京大學(xué)） 中國(guó)膠體化學(xué)的奠基人之一中國(guó)膠體化學(xué)的奠基人之一1955年年 戴安邦院士（南京大學(xué)）戴安邦院士（南京大學(xué)） 中國(guó)有了第一批膠體化學(xué)畢業(yè)生中國(guó)有了第一批膠體化學(xué)畢業(yè)生戴安邦先生（戴安邦先生（1901-1999 江蘇丹徒）江蘇丹徒） 江龍先生（江龍先生（1933祖籍福建建甌祖籍福建建甌）江龍?jiān)菏浚ㄖ锌圃夯瘜W(xué)研究所）江龍?jiān)菏浚ㄖ锌圃夯瘜W(xué)研究所） 第一章 溶膠與納米粒子的制備分散系統(tǒng)的分類：分散系統(tǒng)的分類：分散體系均相分散體系 (溶液、氣體混合物）多相分散體系粗分散體系(d 100m)膠

30、體( 100nm d 1nm)膠體憎液溶膠-溶膠（sol) 親液溶膠-表面活性劑締合膠體 大分子溶液 溶膠溶膠 (sol)通常指通常指分散相粒子很小（一般小于100nm，或小于1um）的分散體系。第一節(jié)第一節(jié) 溶膠的制備溶膠的制備憎液溶膠的基本特征：憎液溶膠的基本特征：1. 高度的分散性2. 多相性3. 熱力學(xué)不穩(wěn)定性1.1 溶膠的制備溶膠的制備1.2 單分散溶膠單分散溶膠1.3 膠體晶體膠體晶體第一章 溶膠與納米粒子的制備膠粒的結(jié)構(gòu)膠粒的結(jié)構(gòu)例1：AgNO3 + KIKNO3 + AgI 過(guò)量的 KI 作穩(wěn)定劑AgI+- - - - - - - - - - -(AgI)mn I (n-x)K

31、+ x xK 內(nèi)核內(nèi)殼緊密吸附層擴(kuò)散層膠粒（帶負(fù)電）膠團(tuán)（電中性）膠團(tuán)的結(jié)構(gòu)表達(dá)式： 膠團(tuán)的圖示式：膠核膠核膠殼膠殼緊密吸附層緊密吸附層擴(kuò)散層擴(kuò)散層例2：AgNO3 + KIKNO3 + AgI 過(guò)量的 AgNO3 作穩(wěn)定劑 膠團(tuán)的圖示式：膠粒的結(jié)構(gòu)AgI+ +-(AgI)mn Ag+ (n-x)NO3x+ x NO3 內(nèi)核內(nèi)殼緊密吸附層擴(kuò)散層膠粒（帶正電）膠團(tuán)（電中性）膠團(tuán)的結(jié)構(gòu)表達(dá)式：膠核膠核膠殼膠殼緊密吸附層緊密吸附層擴(kuò)散層擴(kuò)散層1-100nm離子、分子離子、分子凝聚凝聚(新相形成新相形成)粗粒子粗粒子分散分散膠體分散體系的獲得膠體分散體系的獲得機(jī)械法電分散化法超聲分散法膠溶法物理凝聚法

32、化學(xué)凝聚法分子模板法一、一、 溶膠的制備一般原則和方法溶膠的制備一般原則和方法二、分散法制備溶膠二、分散法制備溶膠盤式膠體磨1. 機(jī)械法機(jī)械法高速分散乳化機(jī)高速分散乳化機(jī)高速乳化分散機(jī)高速乳化分散機(jī) 電分散法主要用于制備金、銀、鉑等金屬溶膠。2. 電分散法電分散法這種方法目前只用來(lái)制備乳狀液。3. 超聲分散法超聲分散法例如：AgCl (新鮮沉淀） AgCl(溶膠）AgNOKCl3加或 Fe(OH)3（新鮮沉淀） Fe(OH)3 (溶膠）3FeCl加4. 膠溶法膠溶法三、凝聚法制備溶膠三、凝聚法制備溶膠凝聚法制備溶膠：處于亞穩(wěn)態(tài)的均相體系析出分散相粒子，其與過(guò)飽和溶液中的結(jié)晶及過(guò)飽和蒸氣的凝結(jié)類

33、似。1. 凝聚法基本原理凝聚法基本原理晶核生成速度晶核生成速度v1:1= ssccvkc晶核生長(zhǎng)速度晶核生長(zhǎng)速度v2:2= ()sDvA cck為常數(shù)，為常數(shù)，c為過(guò)飽和溶液濃度；為過(guò)飽和溶液濃度；cs為飽和溶解度；為飽和溶解度；D為擴(kuò)散系數(shù)；為擴(kuò)散系數(shù)；A為粒子表面積為粒子表面積 2.物理凝聚法物理凝聚法 A. 更換溶劑法 利用物質(zhì)在不同溶劑中溶解度的顯著差別來(lái)制備溶膠，而且兩種溶劑要能完全互溶。 舉例舉例將汞的蒸氣通入冷水中就可以得到汞的水溶膠。 B.蒸氣驟冷法如右圖羅金斯沙利尼科夫制備堿金屬的苯溶膠。 4金屬鈉，2苯,5液氮。 3.化學(xué)凝聚法化學(xué)凝聚法 通過(guò)各種化學(xué)反應(yīng)形成不溶化合物。例

34、如：A.復(fù)分解法 AgNO3（?。? KCl（?。?AgCl (溶膠） +KNO3B. 水解法 FeCl3 （稀）+3H2O （熱） Fe(OH)3（溶膠）+3HCl C.氧化法 2H2S(?。? O2(g) H2O +3S (溶膠） Fe2SiO4 +1/2O2 + 5H2O 2Fe(OH)3(溶膠）+Si(OH)4(溶膠）D. 還原法 2HAuCl4(?。? 3HCHO +11KOH 2Au(溶膠）+3HCOOK + 8KCl + 8H2O 四、溶膠的凈化四、溶膠的凈化 在制備溶膠的過(guò)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，

35、但是過(guò)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(guò)濾法。 1.滲析法2.電滲析法3.超過(guò)濾法4.電超過(guò)濾：第二節(jié)第二節(jié) 單分散溶膠單分散溶膠在特定條件下制備的粒子大小、形狀、組成均相同的溶膠稱為單分散溶膠單分散溶膠(monodisperse sol) ，或稱均勻分散溶膠(homodisperse sol)。一、一、 單分散膠體粒子制備原理單分散膠體粒子制備原理化學(xué)凝聚法制備分散溶膠的基本條件：化學(xué)凝聚法制備分散溶膠的基本條件：1. 形成膠體粒子的化學(xué)反應(yīng)必須有適宜的反形成膠體粒子的化學(xué)反應(yīng)必須有適宜的反應(yīng)速率（即控制合適的溫度和濃度）；應(yīng)速率（即控制合適

36、的溫度和濃度）；2. 控制反應(yīng)條件使晶核在短時(shí)間內(nèi)迅速形成，控制反應(yīng)條件使晶核在短時(shí)間內(nèi)迅速形成，隨后不再形成新的晶核。隨后不再形成新的晶核。二、二、 金屬（水合）氧化物單分散粒子的制備金屬（水合）氧化物單分散粒子的制備1. 強(qiáng)制水解法；強(qiáng)制水解法；2. 控制氫氧離子釋放法控制氫氧離子釋放法3.有機(jī)金屬化合物分解法有機(jī)金屬化合物分解法4.溶膠凝膠轉(zhuǎn)變法溶膠凝膠轉(zhuǎn)變法1. 強(qiáng)制水解法強(qiáng)制水解法 將金屬鹽的水溶液在將金屬鹽的水溶液在80100oC以上的高溫陳化一以上的高溫陳化一定時(shí)間可得金屬（水合）氧化物單分散粒子。定時(shí)間可得金屬（水合）氧化物單分散粒子。2.控制氫氧離子釋放法控制氫氧離子釋放法

37、通過(guò)在金屬鹽的水溶液中慢慢釋放氫氧離子的方通過(guò)在金屬鹽的水溶液中慢慢釋放氫氧離子的方法控制，從而控制金屬氧化物粒子的形成。法控制，從而控制金屬氧化物粒子的形成。3.有機(jī)金屬化合物分解法有機(jī)金屬化合物分解法 有機(jī)醇鹽在低溫加水，可水解生成水合有機(jī)醇鹽在低溫加水，可水解生成水合金屬氧化物。金屬氧化物。例如：酒石酸銅絡(luò)合物在葡萄糖存在下加熱例如：酒石酸銅絡(luò)合物在葡萄糖存在下加熱可以制備出可以制備出CuO單分散粒子。單分散粒子。4.溶膠凝膠轉(zhuǎn)變法溶膠凝膠轉(zhuǎn)變法 膠體粒子相互聯(lián)結(jié)而形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)稱為膠體粒子相互聯(lián)結(jié)而形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)稱為，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的也隙中填充的是分散介質(zhì)（液體或氣網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的也隙中填充的是分散介

38、質(zhì)（液體或氣體）。體）。三、三、 金屬非氧化物類化合物單分散粒子的制備金屬非氧化物類化合物單分散粒子的制備四、乳液聚合法制備有機(jī)高分子聚合物單分散粒子四、乳液聚合法制備有機(jī)高分子聚合物單分散粒子五、包覆粒子與空心粒子的制備五、包覆粒子與空心粒子的制備 以某種物質(zhì)粒子為核心，用不同化學(xué)組成的以某種物質(zhì)粒子為核心，用不同化學(xué)組成的包覆層將其包覆起來(lái)，行成包覆層。包覆層將其包覆起來(lái)，行成包覆層。包覆粒子特點(diǎn)：包覆粒子特點(diǎn)： 用包覆層的表面代替核心粒子的表面，改變用包覆層的表面代替核心粒子的表面，改變； 適當(dāng)改變粒子的比表面、粒徑等。適當(dāng)改變粒子的比表面、粒徑等。五、包覆粒子與空心粒子的制備五、包覆粒

39、子與空心粒子的制備1. 使細(xì)小的前體粒子在內(nèi)核表面粒子上沉積；使細(xì)小的前體粒子在內(nèi)核表面粒子上沉積；2. 在一定條件下使介質(zhì)中的某些物質(zhì)在內(nèi)核表面在一定條件下使介質(zhì)中的某些物質(zhì)在內(nèi)核表面發(fā)生沉淀反應(yīng)形成包覆層；發(fā)生沉淀反應(yīng)形成包覆層；3.介質(zhì)中的某些物質(zhì)與內(nèi)核表面的某些基團(tuán)發(fā)生介質(zhì)中的某些物質(zhì)與內(nèi)核表面的某些基團(tuán)發(fā)生反應(yīng)形成包覆層。反應(yīng)形成包覆層。PS：聚苯乙烯硫代乙酰硫代乙酰胺為硫原胺為硫原PSMA： 聚甲基丙烯酸甲酯硅烷偶硅烷偶聯(lián)劑聯(lián)劑Fig.1-2 Soft-templating method (A) cooperative self-assembly (B) liquid-crysta

40、l templating process12.六、分子組裝模板技術(shù)制備納米材料六、分子組裝模板技術(shù)制備納米材料Fig.1-3 Schematic representation of the hard-templating method for the synthesis of order mesoporous materials or isolated nanowires12.第三節(jié)第三節(jié) 膠體晶體膠體晶體 由一種或多種單分散膠體粒子組裝并規(guī)整排列的由一種或多種單分散膠體粒子組裝并規(guī)整排列的二維或三維有序結(jié)構(gòu)稱為二維或三維有序結(jié)構(gòu)稱為。第三節(jié)第三節(jié) 膠體晶體膠體晶體例如：天然蛋白石（例如：天然

41、蛋白石（opal，一種多彩寶石）是由單分，一種多彩寶石）是由單分散二氧化硅球形粒子密堆積而成的膠體晶體，故散二氧化硅球形粒子密堆積而成的膠體晶體，故膠膠體晶體也稱合成蛋白石體晶體也稱合成蛋白石。膠體與界面化學(xué)2.1 膠體的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)膠體的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)2.2 膠體的光學(xué)性質(zhì)膠體的光學(xué)性質(zhì)2.3 膠體的電學(xué)性質(zhì)膠體的電學(xué)性質(zhì)2.4 膠體的流變性質(zhì)膠體的流變性質(zhì)2.5 膠體的穩(wěn)定性膠體的穩(wěn)定性第二章第二章 膠體的基本性質(zhì)膠體的基本性質(zhì)1. 布朗運(yùn)動(dòng)布朗運(yùn)動(dòng)(Brownian motion ,1827)Brown運(yùn)動(dòng)第一節(jié)第一節(jié) 膠體的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)膠體的運(yùn)動(dòng)性質(zhì) 1903年發(fā)明了超顯微鏡，為研究布朗運(yùn)動(dòng)提供了物

42、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。 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。Brown運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)運(yùn)動(dòng)的本質(zhì) 1905年和1906年愛(ài)因斯坦（Einstein)和斯莫魯霍夫斯基（Smoluchowski)分別闡述了Brown運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)。 布朗運(yùn)動(dòng)是分子熱運(yùn)動(dòng)的必然結(jié)果，是大粒子所具有的熱運(yùn)動(dòng)。真溶液與膠體溶液運(yùn)動(dòng)區(qū)別真溶液與膠體溶液運(yùn)動(dòng)區(qū)別相同：兩者運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)均是熱運(yùn)動(dòng)；相同：兩者運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)均是熱運(yùn)動(dòng)； 不同：真溶液是單個(gè)分子的熱運(yùn)動(dòng)，而膠體溶不同：真溶液是

43、單個(gè)分子的熱運(yùn)動(dòng)，而膠體溶液中的膠粒的熱運(yùn)動(dòng)是多個(gè)分子熱運(yùn)動(dòng)的沖擊液中的膠粒的熱運(yùn)動(dòng)是多個(gè)分子熱運(yùn)動(dòng)的沖擊的結(jié)果。的結(jié)果。Einstein-Brown 位移方程位移方程式中 r 為粒子半徑，h 為介質(zhì)的粘度系數(shù)， T為溫度， t為位移時(shí)間。 1905 年愛(ài)因斯坦導(dǎo)出一粒子在時(shí)間 t 內(nèi)沿著某一維(x)運(yùn)動(dòng)偏離其原來(lái)位置的平均位移的表示式為； (Einstein-Brown 位移方程)A3RTtxNrhEinstein-Brown 位移方程位移方程 布朗運(yùn)動(dòng)理論的依據(jù)：布朗運(yùn)動(dòng)理論的依據(jù)：熱運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)是分熱運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)是分子的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，它使粒子從高濃度向低濃度子的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，它使粒子從高濃度向低

44、濃度區(qū)移動(dòng)，而最終趨于均勻。區(qū)移動(dòng)，而最終趨于均勻。2 . 擴(kuò)散擴(kuò)散(Diffusion )-Einstern公式的推導(dǎo)公式的推導(dǎo) 即即由于布朗運(yùn)動(dòng)的存在由于布朗運(yùn)動(dòng)的存在, ,當(dāng)溶膠中的膠當(dāng)溶膠中的膠粒存在濃度梯度時(shí)粒存在濃度梯度時(shí), ,就會(huì)發(fā)生擴(kuò)散就會(huì)發(fā)生擴(kuò)散. .121x()2mcc221212()111x()xx222xccdcmccdx 當(dāng)當(dāng) 很小時(shí)，很小時(shí)，xFick第一擴(kuò)散定律第一擴(kuò)散定律 d dcmDdtdx D : 擴(kuò)散系數(shù)擴(kuò)散系數(shù)(單位濃度梯度下在單位時(shí)間 內(nèi)通過(guò)單位面積截面的膠粒的質(zhì)量)dc/dx : 在 x 方向上的濃度梯度2xD t(Einstein第二擴(kuò)散公式第二擴(kuò)

45、散公式)積分后得：積分后得： dcmDtdx 221212()111x()xx222xccdcmccdx 結(jié)合結(jié)合得出得出式中 r 為粒子半徑，h 為介質(zhì)的粘度系數(shù)， T為溫度， t為位移時(shí)間。 (Einstein-Brown 位移方程)A3RTtxNrhEinstein-Brown 位移方程位移方程1= 6ANDRTrh(Einstein第一擴(kuò)散公式)根據(jù)根據(jù)得出得出 已知的NA 、r、T 和 t 等已知量求 外，還提供了一種測(cè)定阿佛加德羅常數(shù) NA 的方法 xA3RTtxNrh2xDt1= 6ANDRTrh(Einstein第二擴(kuò)散公式)(Einstein-Brown 位移方程)(Eins

46、tein第一擴(kuò)散公式)半徑/mmNA半徑/mmNA金溶膠汞0.0220.1200.2666.210235.91023藤黃溶膠乳香0.2125.506.510237.81023Perrin Avogadro常數(shù)的驗(yàn)證常數(shù)的驗(yàn)證J. Perrin (1962 (1962年諾貝爾獎(jiǎng)金獲得者年諾貝爾獎(jiǎng)金獲得者) )（1）Perrin Avogadro常數(shù)的驗(yàn)證常數(shù)的驗(yàn)證2xDtA16RTDNrh3.Einstein布朗運(yùn)動(dòng)公式的應(yīng)用布朗運(yùn)動(dòng)公式的應(yīng)用t / s位移 /mm粒子半徑r =270nm粒子半徑r =52nm實(shí)驗(yàn)值計(jì)算值實(shí)驗(yàn)值計(jì)算值1.484.448.803.15.37.83.25.47.61

47、.42.94.51.72.94.2布朗運(yùn)動(dòng)中位移與顆粒大小的關(guān)系（布朗運(yùn)動(dòng)中位移與顆粒大小的關(guān)系（Svedberg)（2）證明了膠體的分子運(yùn)動(dòng)假設(shè)的真實(shí)性）證明了膠體的分子運(yùn)動(dòng)假設(shè)的真實(shí)性（Svedberg)xA3RTtxNrh總之：總之： 膠體的運(yùn)動(dòng)，具備分子運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)膠體的運(yùn)動(dòng)，具備分子運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)不帶電球粒在水中的擴(kuò)散系數(shù)和布朗運(yùn)動(dòng)位移所需時(shí)間不帶電球粒在水中的擴(kuò)散系數(shù)和布朗運(yùn)動(dòng)位移所需時(shí)間（3）定量描述膠粒的擴(kuò)散速度和布朗運(yùn)動(dòng)情況）定量描述膠粒的擴(kuò)散速度和布朗運(yùn)動(dòng)情況半徑/cmD / m2s-1位移所需時(shí)間1cm1mm1mm10-310-410-510-610-72.15 10-142.

48、15 10-132.15 10-122.15 10-112.15 10-1073a7.3a9mon27d2.7d9mon27d2.7d6.5h40min23s2.3s0.23s2.3 10-2s2.3 10-3sA3RTtxNrhA16RTDNrh4.滲透壓與滲透壓與Donnan 平衡平衡 nRTVn: 溶膠中所含膠粒的摩爾數(shù)。V: 溶膠的體積 一般溶膠的滲透壓一般溶膠的滲透壓 大分子溶液的滲透壓大分子溶液的滲透壓2231()RTA cA ccMVirial 方程A2、 A3 virial 系數(shù)。 c：kg/m3 0 lim cR TcM/c 對(duì)c作圖，由截距可得分子量M（或數(shù)均分子量） 聚電

49、解質(zhì)的滲透壓聚電解質(zhì)的滲透壓-Donnan 平衡平衡天然的生物聚合體大多是聚電解質(zhì)PXz P z+ +zX-Pz- (c1) Cl- (c2)Na+ (zc1) Na+ (c2)Pz- (c1) Cl- (c2-x)Na+ (zc1+x) Na+ (c2-x)Cl- (x) 內(nèi) （膜） 外滲透平衡時(shí) 內(nèi)外外內(nèi)外內(nèi)ClClNaNaNaClNaClaaaaaa 2 2122czccx 1 21czcNaClNaCl內(nèi)外（1）由于存在不透過(guò)半透膜的大離子，平衡時(shí)膜的內(nèi)外NaCl濃度不等，產(chǎn)生一附加滲透壓，此即為Donnan效應(yīng)。z越大， Donnan效應(yīng)越顯著；（2）c1c2時(shí)， NaCl幾乎都在膜

50、外邊；（3） c11/2l l 反射反射 d1/2l l 散射散射 當(dāng)光束通過(guò)分散體系時(shí)，一部分自由地通過(guò)，一部分被吸收、反射或散射?？梢?jiàn)光的波長(zhǎng)約在400700 nm之間。（1）當(dāng)光束通過(guò)粗分散體系，由于粒子大于入射光的波長(zhǎng)，主要發(fā)生反射，使體系呈現(xiàn)混濁。 （2）當(dāng)光束通過(guò)膠體溶液，由于膠粒直徑小于可見(jiàn)光波長(zhǎng)，主要發(fā)生散射，可以看見(jiàn)乳白色的光柱。（3）當(dāng)光束通過(guò)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(jiàn)散射光。3.典經(jīng)光散射理論（靜態(tài)光散射）典經(jīng)光散射理論（靜態(tài)光散射） 1871年，Rayleigh研究了大量的光散射現(xiàn)象，導(dǎo)出了散射光總能量的計(jì)算公式，稱為Rayleigh

51、公式：前提條件：介質(zhì)中的粒子： (1)球形； (2)非導(dǎo)體； (3)比入射光波長(zhǎng)要小，D/l1/20 (4)粒子間無(wú)相互作用 當(dāng)散射光與入射光的頻率相同時(shí)，光散射為彈性光散射。靜態(tài)光射研究體系的平衡性質(zhì)。（1）Rayleigh公式公式2202222221422219() (1)os22cnncInnvIRl散射光的角分布（對(duì)小粒子體系）223222104222124()2nncvIIInnlRayleigh公式公式Rayleigh公式：式中：I 散射光強(qiáng)度 I0 入射光強(qiáng)度 c 單位體積中粒子數(shù) v 每個(gè)粒子的體積 l 入射光波長(zhǎng)， n1與n2分別為分散介質(zhì)和分散相的折射率2232221042

52、22124()2nncvIInnl 從Rayleigh公式可得出如下結(jié)論：232222140222124()2InncInnvl1. 入射光波長(zhǎng)愈短，散射愈強(qiáng)。藍(lán)(400600nm)比紅光(600700nm)易散射。41/Il2. 2Iv3. ，質(zhì)點(diǎn)愈多，散射光愈強(qiáng)。Ic4. n1與n2 差別愈大，散射光愈強(qiáng)。Rayleigh公式公式3.典經(jīng)光散射理論（靜態(tài)光散射）典經(jīng)光散射理論（靜態(tài)光散射）粒徑：1/20D/l1（2）Debye散射公式散射公式290900Rr II02242(/)nncKNl其中瑞利比：式中：c為濃度（g/mL)，A2為第二個(gè)維里系數(shù) I0 入射光強(qiáng)度，N為Avogadro

53、常數(shù) I90 為散射角90o距離散射中心rcm處每毫升溶液所產(chǎn)生的光強(qiáng)l 為入射光波長(zhǎng)， n0為溶劑的折光系數(shù)， 為折光系數(shù)隨濃度的變化率（示差折射率儀測(cè)定）/nc9021/2K c RMA cDebye式示差折射率儀測(cè)定靜態(tài)光散射儀測(cè)定（3）Mie散射公式散射公式粒徑：D/l1散射光的角分布（對(duì)大粒子體系）4. 動(dòng)態(tài)光散射及其測(cè)量動(dòng)態(tài)光散射及其測(cè)量在實(shí)際體系中小粒子不停地做布朗運(yùn)動(dòng)，散射光頻率與入射光的頻率比較，發(fā)生頻移。粒子運(yùn)動(dòng)速度也不完相同，有定的速度分布，故頻率也有一定的分布。這樣，散射光頻率將以入射光時(shí)頻率0為中心展寬，或者說(shuō)是散射光強(qiáng)隨時(shí)是變化發(fā)生漲落。這種由于膠體體系中粒子動(dòng)態(tài)性

54、質(zhì)引起的光散射變化稱為動(dòng)態(tài)光散射動(dòng)態(tài)光散射。2/DK布朗運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的平動(dòng)擴(kuò)散系數(shù)布朗運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的平動(dòng)擴(kuò)散系數(shù)D動(dòng)態(tài)光散射動(dòng)態(tài)光散射-DLS技術(shù)技術(shù) 散射光強(qiáng)隨時(shí)間漲落的變化可用時(shí)間相關(guān)函數(shù)散射光強(qiáng)隨時(shí)間漲落的變化可用時(shí)間相關(guān)函數(shù)表征，散射光強(qiáng)時(shí)間相關(guān)函數(shù)定義為表征，散射光強(qiáng)時(shí)間相關(guān)函數(shù)定義為RI（t t）h/(6)RkTDh對(duì)于球形粒子對(duì)于球形粒子（1）利用散射光測(cè)定顆粒大小與濃度）利用散射光測(cè)定顆粒大小與濃度 -濁度法濁度法5.靜態(tài)散射光應(yīng)用靜態(tài)散射光應(yīng)用21IK cv/mscvVVC34 3vr23112IK cvK CvK Cr 當(dāng)分散相和分散介質(zhì)等條件都相同，Rayleigh公式可改寫成：

55、232221402222124()2IcnnInnvl23112IK cvK CvK Cr323121rrII 保持濃度相同，2121ccII 保持粒子大小相同 如果已知一種溶液的散射光強(qiáng)度和粒子半徑（或濃度），測(cè)定未知溶液的散射光強(qiáng)度，就可以知道其粒徑（或濃度），這就是乳光計(jì)。（2）溶膠的顏色溶膠的顏色I(xiàn)0可見(jiàn)光可見(jiàn)光400-700nmI散散I0EcdII e()0E A cdII e其中，E和A分別為吸收系數(shù)和散射系數(shù)對(duì)于溶液，Beer定律對(duì)于膠體溶液，Beer定律改寫為三種大小不同粒子的金溶膠的消光系數(shù)與波長(zhǎng)的關(guān)系不同大小粒子的銀溶膠的顏色7. 顯微鏡及其對(duì)粒子大小和形狀的測(cè)定顯微鏡及其

56、對(duì)粒子大小和形狀的測(cè)定 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。2sinAnla普通顯微鏡分辨率A：使用500nm的入射光(1) 顯微鏡顯微鏡 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。(2)超顯微鏡超顯微鏡超顯微鏡的類型超顯微鏡的類型（1） 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(huì)聚，從側(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(méi)有膠粒，視野將是一片黑暗。超顯微鏡的類型超顯微鏡的類型2. 心形

57、聚光器 這種超顯微鏡有一個(gè)心形腔，上部視野涂黑，強(qiáng)烈的照射光通入心形腔后不能直接射入目鏡，而是在腔壁上幾經(jīng)反射，改變方向，最后從側(cè)面會(huì)聚在試樣上。目鏡在黑暗的背景上看到的是膠粒發(fā)出的的散射光。 從超顯微鏡可以獲得哪些有用信息？從超顯微鏡可以獲得哪些有用信息？（1） 可以測(cè)定球狀膠粒的平均半徑。（2） 間接推測(cè)膠粒的形狀和不對(duì)稱性。 例如，球狀粒子不閃光， 不對(duì)稱的粒子在向光面變化時(shí)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(qiáng)度也不同。（4） 觀察膠粒的布朗運(yùn)動(dòng) 、電泳、沉降和凝聚等現(xiàn)象。膠體與界面化學(xué)一一. 帶電的膠體粒子帶電的膠體粒子第三節(jié)第三節(jié) 膠體的電學(xué)性質(zhì)膠體的

58、電學(xué)性質(zhì)膠粒帶電的本質(zhì)膠粒帶電的本質(zhì) （1）膠粒在形成過(guò)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(guò)程中，如果AgNO3過(guò)量，則膠核優(yōu)先吸附Ag+離子，使膠粒帶正電；如果KI過(guò)量，則優(yōu)先吸附I -離子，膠粒帶負(fù)電。膠粒的結(jié)構(gòu)膠粒的結(jié)構(gòu)例1：AgNO3 + KIKNO3 + AgI 過(guò)量的 KI 作穩(wěn)定劑AgI+- - - - - - - - - - -(AgI)mn I (n-x)K+ x xK 內(nèi)核內(nèi)殼緊密吸附層擴(kuò)散層膠粒（帶負(fù)電）膠團(tuán)（電中性）膠團(tuán)的結(jié)構(gòu)表達(dá)式： 膠團(tuán)的圖示式：膠核膠核膠殼膠殼緊密吸附層緊密吸附層擴(kuò)散層擴(kuò)散層例2：AgNO3 + KIKNO3 + A

59、gI 過(guò)量的 AgNO3 作穩(wěn)定劑 膠團(tuán)的圖示式：膠粒的結(jié)構(gòu)AgI+ +-(AgI)mn Ag+ (n-x)NO3x+ x NO3 內(nèi)核內(nèi)殼緊密吸附層擴(kuò)散層膠粒（帶正電）膠團(tuán)（電中性）膠團(tuán)的結(jié)構(gòu)表達(dá)式：膠核膠核膠殼膠殼緊密吸附層緊密吸附層擴(kuò)散層擴(kuò)散層 （2） 離子型固體電解質(zhì)形成溶膠時(shí)，由于正、負(fù)離子溶解量不同，使膠粒帶電。 例如：將AgI制備溶膠時(shí)，由于Ag+較小，活動(dòng)能力強(qiáng)，比I-容易脫離晶格而進(jìn)入溶液，使膠粒帶負(fù)電。（3）可電離的大分子溶膠，由于大分子本身發(fā)生電離，而使膠粒帶電。 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

60、成P-NH3+離子而帶正電。 Pencc實(shí)驗(yàn) 1809年，年，Pencc實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn) 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(chǎng)作用下，膠粒和介質(zhì)分別向帶相反電荷的電極移動(dòng)，就產(chǎn)生了電泳和電滲的電動(dòng)現(xiàn)象，這是因電而動(dòng)。二、二、 膠體分散體系電動(dòng)現(xiàn)象及其應(yīng)用膠體分散體系電動(dòng)現(xiàn)象及其應(yīng)用 膠粒在重力場(chǎng)作用下發(fā)生沉降，而產(chǎn)生沉降電勢(shì)；帶電的介質(zhì)發(fā)生流動(dòng)，則產(chǎn)生流動(dòng)電勢(shì)。這是因動(dòng)而產(chǎn)生電。 以上四種現(xiàn)象都稱為以上四種現(xiàn)象都稱為電動(dòng)現(xiàn)象電動(dòng)現(xiàn)象。 流動(dòng)電位 沉降電位1.電泳（電泳（electrophoresis） 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