《完整溶膠》PPT課件

1、第八章 膠體分散系統(tǒng)（第一、第二節(jié)）分散系統(tǒng)的分類分散系統(tǒng)：一些物質(zhì)被分散到另一種物質(zhì)中所形成的系統(tǒng) 分散相： 非連續(xù)形式存在的被分散的物質(zhì)分散介質(zhì)：連續(xù)相形式存在的物質(zhì)分類：分散系統(tǒng)分散相半徑/nm均相系統(tǒng)（真溶液）小分子溶液 100膠體：分散度為1100 nm的分散系統(tǒng)第一節(jié) 溶膠的分類和基本特征一. 溶膠分類按分散相與分散介質(zhì)聚集狀態(tài)分類（列舉） 分散相的粒徑100 nm時，屬粗分散系統(tǒng) 本章主要討論的是液溶膠，特別是液液溶膠和固液溶膠 氣液固氣溶膠液溶膠固溶膠介質(zhì)：霧煙泡沫牛奶油漆沸石珍珠有色玻璃二. 基本特性溶膠是一定條件下形成的特殊狀態(tài)，并非物質(zhì)的本性，如 NaCl有機(jī)膠體NaCl

2、溶液 水硫磺水溶膠真溶液乙醇這種特殊狀態(tài)，有三個基本特征 1. 特定分散度1100 nm 2. 相不均勻性（多相性） 對介質(zhì)不溶憎液膠體 高分子溶液親液膠體 3. 熱力學(xué)不穩(wěn)定性 高分散度，巨大表面積和比表面能，有自發(fā)聚集傾向，以降低表面能 高分子溶液：熱力學(xué)穩(wěn)定體系第二節(jié) 溶膠的制備和凈化第二節(jié) 溶膠制備和凈化二種途徑： 溶膠1100 nm 小分子真溶液 100 nm 分散 凝聚 一. 分散法（物理的）研磨法（膠體磨）超聲粉碎氣流粉碎膠溶法 二凝聚法 1. 物理凝聚法 如鈉的苯溶膠制備 接真空泵液態(tài)空氣鈉苯苯接受管點(diǎn)擊此處演示二凝聚法 1. 物理凝聚法 2. 化學(xué)凝聚法 凡能有沉淀析出的化學(xué)

3、反應(yīng)都可能用來制備相應(yīng)溶膠 如水解反應(yīng)制備Fe (OH)3溶膠 FeCl3 +3H2O Fe (OH)3 + 3HCl二凝聚法 1. 物理凝聚法 2. 化學(xué)凝聚法 3. 改變?nèi)軇┓?使溶解度驟變，如 松香在乙醇中：溶 水點(diǎn)擊此處演示水中：不溶 溶膠 三. 溶膠凈化 溶膠溶膠化學(xué)法制備的溶膠，往往含有過多的電解質(zhì) 一定量電解質(zhì)是溶膠穩(wěn)定的必要條件 過量電解質(zhì)使溶膠不穩(wěn)定1 滲析法 普通滲析 半透膜電滲析 水+半透膜水水三. 溶膠凈化 2 超慮法：小分子電解質(zhì)濾去，再用介質(zhì)重新分散 減壓過濾 加壓過濾 真空泵壓縮空氣半透膜半透膜四均勻分散膠體 均勻分散膠體是粒子大小基本一致的膠體，有廣泛的應(yīng)用 制

4、備需滿足的條件： (1) 暴發(fā)性成核，使速率r晶核形成r晶體長大 (2) 同步長大 應(yīng)用： (1) 驗(yàn)證基本理論 (2) 理想的標(biāo)準(zhǔn)材料 (3) 新材料 (4) 催化劑性能的改進(jìn) (5) 制造特種陶瓷 五. 納米粒子和納米技術(shù) 納米粒子：尺度為1100 nm之間的粒子 1. 納米粒子的結(jié)構(gòu)和特性(1) 小尺寸效應(yīng) (2) 表面效應(yīng) (3) 量子尺寸效應(yīng) (4) 宏觀量子隧道效應(yīng)2納米粒子的制備方法基本方法與制備憎液溶膠雷同 納米組裝材料的制備技術(shù) 自組織技術(shù) 模板合成法3納米技術(shù)在藥學(xué)中的應(yīng)用 第三節(jié) 溶膠的動力性質(zhì)第三節(jié) 溶膠的動力性質(zhì)熱運(yùn)動擴(kuò)散，布朗運(yùn)動 重力場重力降沉和平衡 離心力場離心

5、降沉和平衡 電學(xué)性質(zhì) 光學(xué)性質(zhì) 動力性質(zhì)溶膠性質(zhì) 一. Browm運(yùn)動與Einstein方程Browm運(yùn)動：溶膠粒子在介質(zhì)中無規(guī)則運(yùn)動 一. Browm運(yùn)動與Einstein方程Browm運(yùn)動：溶膠粒子在介質(zhì)中無規(guī)則的運(yùn)動 原因：粒子受各個方向介質(zhì)分子的撞擊撞擊的動量不能完全抵消而移動 分子熱運(yùn)動的宏觀表現(xiàn)。 Einstein公式：Brown運(yùn)動平均位移的計(jì)算 x其關(guān)系： 若在時間 t 內(nèi)觀察布朗運(yùn)動位移 ，很容易在顯微鏡下觀察，由此可求得溶膠粒子半徑 二. 擴(kuò)散和滲透 擴(kuò)散：溶質(zhì)從高濃度（大）向低濃度（?。┮苿拥默F(xiàn)象。 結(jié)果Gibbs能G，熵S，是自發(fā)進(jìn)行的過程 。 擴(kuò)散速度與濃梯關(guān)系Fic

6、k第一定律 mols1 擴(kuò)散系數(shù) 面積 濃度梯度 1擴(kuò)散 擴(kuò)散系數(shù)與Brown運(yùn)動平均位移關(guān)系：滲透壓：半透膜兩側(cè)的壓差 =p2p1平衡時兩側(cè)化學(xué)勢相等可導(dǎo)出稀溶液的 = cRT( c: mol/m3 ) 二. 擴(kuò)散和滲透2滲透 滲透：溶劑通過半透膜（對溶質(zhì)不通透）向溶質(zhì)高濃度區(qū)移動的現(xiàn)象 （對溶劑而言，濃度從高低） 溶劑溶液半透膜（只容許溶劑通過）滲透壓p1p2滲透壓 = p2 p1反滲透：施加外壓，使溶劑分子從溶液一側(cè)透過半透膜進(jìn)入純?nèi)軇┮粋?cè) 二. 擴(kuò)散和滲透例 金溶膠濃度為2 gdm3,介質(zhì)粘度為0.00l Pas。已知膠粒半徑為1.3 nm，金的密度為19.3103 kgm3。計(jì)算金溶

7、膠在25C時(1) 擴(kuò)散系數(shù),(2) 布朗運(yùn)動移動0.5 mm的時間,(3) 滲透壓。解 (1) 擴(kuò)散系數(shù)(2) 二. 擴(kuò)散和滲透例 金溶膠濃度為2 gdm3,介質(zhì)粘度為0.00l Pas。已知膠粒半徑為1.3 nm，金的密度為19.3103 kgm3。計(jì)算金溶膠在25C時(1) 擴(kuò)散系數(shù),(2) 布朗運(yùn)動移動0.5 mm的時間,(3) 滲透壓。解 (1) (2) (3) 將濃度2 gdm3轉(zhuǎn)換為體積摩爾濃度，molm-3=cRT=0.018708.314298.16=46.34 Pa三. 重力沉降與沉降平衡溶膠粒子在外力場定向移動稱沉降 沉降粒子濃集 擴(kuò)散粒子分散 粒子小，力場小擴(kuò)散 粒子大

8、或力場大沉降 擴(kuò)散沉降相當(dāng)平衡 沉降與擴(kuò)散是兩個相對抗的運(yùn)動 兩者對抗有三種形態(tài) 三. 重力沉降與沉降平衡1. 重力沉降 重力場：不強(qiáng)的力場，粗分散系（104m）可有明顯沉降 平衡力： F沉 = F阻 F沉 = F重 F浮= Vg V0g F沉 F阻F阻= 6rv 6rv 沉降速度 沉降分析法，測v求粒徑r (2) 落球式粘度計(jì)，測v求 應(yīng)用 三. 重力沉降與沉降平衡2. 沉降平衡 如果粒徑不太大時 平衡力： F沉 = F擴(kuò) 平衡濃度：F沉 F擴(kuò)三. 重力沉降與沉降平衡2. 沉降平衡 平衡濃度：此式表明相同粒度r，h，c 相同高度h，r，c2/c1 小粒h1h2大粒h1c1h2c2第四節(jié) 溶膠

9、的光學(xué)性質(zhì)一溶膠的光散射現(xiàn)象光通過分散系統(tǒng)時基本現(xiàn)象 真溶液粗分散溶膠透明有色(補(bǔ)色)混濁乳光透射吸收反射散射吸收：取決于化學(xué)組成 反射：粒徑 波長散射：粒徑 x過量反離子x吸附同號大離子Stern模型在數(shù)學(xué)定量處理上還有困難，一般仍用擴(kuò)散雙電層模型處理，只是用d代替0 0d0d膠團(tuán)結(jié)構(gòu)式：(膠核)m n定位離子（nx）內(nèi)反離子 x外反離子 四. 膠團(tuán)結(jié)構(gòu)定位離子按Fajans規(guī)則確定 定位離子 Stern面 滑動面 膠核 吸附層 擴(kuò)散層膠粒 膠團(tuán) 四. 膠團(tuán)結(jié)構(gòu)例1 Fe (OH)3溶膠 結(jié)構(gòu)式：例2 AgI 溶膠 制備1：AgNO3 + KI (過量) AgI + KNO3 結(jié)構(gòu)式：(Ag

10、I)m制備2：AgNO3 (過量) + KI AgI + KNO3 結(jié)構(gòu)式：(AgI)m制備：FeCl3 + H2O Fe (OH)3 + H+ + ClFe (OH)3 (部分) + H+ FeO+ +H2O( Fe (OH)3 )mn FeO+ (n-x) Cl xClK+ + I n I (n-x) K+ x K+（負(fù)溶膠）Ag+ + NO3 n Ag+ (n-x) NO3 x NO3（正溶膠)五. 電泳的測定溶膠電動電勢的大小決定其在電場中運(yùn)動速度，因而可通過測定電泳速度求得 平衡力： F阻= F電 F電= qE （電量電場強(qiáng)度） F阻= 6rv qE= 6rv F電F阻球形帶電體表面

11、電勢 與電量 q 關(guān)系： 0真空介電常數(shù)= 8.821012 C2m2N1 r相對介電常數(shù)（無單位），水r=81 rq1. 電泳速度求算電動電勢五. 電泳的測定球形帶電體表面電勢 與電量 q 關(guān)系： 動電位計(jì)算式： 受粒子大小和形狀的影響 球形較大，或平板形，或棒形作校正 v：電泳速度（m/s）E：電場強(qiáng)度（V/m）五. 電泳的測定2. 電泳實(shí)驗(yàn)方法界面移動電泳：觀測溶膠界面在電場中的移動 顯微電泳：顯微鏡下直接對粒子的運(yùn)動進(jìn)行測定 +dPt電極溶膠輔助液第六節(jié) 溶膠的穩(wěn)定性和聚沉作用一、膠體穩(wěn)定性穩(wěn)定溶膠的因素 ：動力穩(wěn)定性（擴(kuò)散力）：擴(kuò)散，Brown運(yùn)動，有利穩(wěn)定粒徑越小、介質(zhì)粘度越大，越

12、使溶膠穩(wěn)定2. 表面帶電（靜電斥力）：帶電后的電性斥力，是溶膠穩(wěn)定的主要原因3. 溶劑化（水化膜斥力 ）：降低表面能，有利穩(wěn)定4. 添加高分子保護(hù)熱力學(xué)因素：高分散度，比表面能大，有自發(fā)聚集傾向 二、 溶膠的聚沉電解質(zhì)影響溶膠電性，溶膠對其十分敏感 適量電解質(zhì)是溶膠穩(wěn)定必要條件 適量定位離子使溶膠荷電而穩(wěn)定（制備時不可凈化過度） 過多電解質(zhì)使溶膠發(fā)生聚沉 聚沉原因：反離子壓縮雙電層，使 d，= 0時最不穩(wěn)定 聚沉值：使溶膠聚沉所加的電解質(zhì)的最低濃度 不同電解質(zhì)聚沉能力(聚沉值)不同，其規(guī)律 聚沉：溶膠聚結(jié)沉降現(xiàn)象 1電解質(zhì)對溶膠穩(wěn)定性的影響二、 溶膠的聚沉聚沉值： 使溶膠聚沉所加的電解質(zhì)的最低

13、濃度 不同電解質(zhì)聚沉能力不同，可用聚沉值來衡量，其規(guī)律有 (1) 反離子：價數(shù)： 1價: 2價: 3價 = 同價：水化半徑越小，越易靠近質(zhì)點(diǎn)，聚沉能力越強(qiáng) (2) 同號離子：對溶膠有穩(wěn)定作用，價數(shù)越高作用越強(qiáng) (3) 有機(jī)化合物的離子：通常有強(qiáng)吸附能力，有很強(qiáng)的聚沉能力 (4) 不規(guī)則聚沉：溶膠對高價反離子強(qiáng)烈吸附的結(jié)果 2溶膠的相互聚沉作用1電解質(zhì)對溶膠穩(wěn)定性的影響帶相反電荷的溶膠互相混合發(fā)生聚沉 二、 溶膠的聚沉(1) 保護(hù)作用：有足量的大分子化合物 原因：高分子覆蓋溶膠表面可起保護(hù)作用 應(yīng)用：如墨汁，油漆，照相乳劑(2) 絮凝作用：少量大分子化合物 原因：大分子的搭橋效應(yīng)、脫水效應(yīng)、電中

14、和效應(yīng) 應(yīng)用：如污水處理，選礦，土壤改造，造紙 優(yōu)點(diǎn)：效率高，絮塊大，沉降快，具選擇性 ?？炕鶊F(tuán)穩(wěn)定基團(tuán)3大分子化合物的作用絮凝：疏松的棉絮狀沉淀 三. 溶膠穩(wěn)定的DLVD理論(1) Van der Walls 引力（遠(yuǎn)程力） (2) 靜電斥力（近程力） 兩者總結(jié)果，形成能壘，是溶膠的穩(wěn)定點(diǎn) H勢能VVb1. 膠粒之間的作用力和勢能曲線 三. 溶膠穩(wěn)定的DLVD理論(1) 溶膠穩(wěn)定性原因：需克服勢壘 (2) 表面電勢對穩(wěn)定性影響 H勢能VVb2DLVO理論對溶膠穩(wěn)定性的解釋勢壘Vb：1520 kJmol1 增加表面電勢，斥力勢能，勢壘高度，有利于穩(wěn)定 (3) 電解質(zhì)對穩(wěn)定性影響 過量電解質(zhì)壓縮

15、雙電層，值，斥力勢能 ，不利于穩(wěn)定 (4) 反離子價數(shù)對穩(wěn)定性影響 總勢能V=0時電解質(zhì)的濃度c與其價數(shù)z的關(guān)系：熱運(yùn)動：常溫下 ，3.7kJmol1 第七節(jié) 乳狀液、泡沫和氣溶膠一、 乳狀液鑒別類型方法:稀釋法 ：能被水相稀釋，為O/W型；能被油相稀釋，為W/O型 染色法 ：外相被油性染料染色，為W/O型； 外相被水性染料染色，為O/W型；電導(dǎo)法：電導(dǎo)大，為O/W型；電導(dǎo)小，為W/O型 類型：水包油（O/W）、油包水（W/O） 1乳狀液的類型乳狀液：不相溶的液體相互分散形成的系統(tǒng) 內(nèi)相：被分散相外相：分散介質(zhì)水油水油一、 乳狀液穩(wěn)定乳劑(1) 降低界面張力：處于較低能量狀態(tài) (2) 形成界面

16、膜：形成一定機(jī)械強(qiáng)度 (3) 形成雙電層：電性斥力 (4) 固體粉末的穩(wěn)定作用：形成良好界面膜 2乳化劑的作用一、 乳狀液(1) 乳化劑的界面張力：膜水 大，膜向水相彎曲，易形成W/O型膜油 大，膜向油相彎曲，易形成O/W型(2) 乳化劑的溶解度油水分配系數(shù)大，易形成O/W型油水分配系數(shù)小，易形成W/O型(3) 乳化劑的分子構(gòu)型如非極性的雙碳?xì)滏湥臻g障礙大，易形成W/O型(4) 油水的相體積比：體積分?jǐn)?shù)大的液體傾向于作外相 3決定乳狀液類型的因素一、 乳狀液微乳與普通乳狀液有二個顯著不同： (1) 微乳是熱力學(xué)穩(wěn)定系統(tǒng) (2) 微乳外觀均勻透明 4微乳狀液微乳：粒徑880 nm，制備時乳化劑

17、用量占2030， 并需加入了一些極性有機(jī)物作輔助劑 普通乳狀液：粒徑0.110 m，制備時乳化劑用量占110 一、 乳狀液方法：(1) 電解質(zhì)：破壞雙電層起 (2) 改變?nèi)榛瘎┑念愋停侯愋娃D(zhuǎn)變過程中的不穩(wěn)定性使之破壞 (3) 破壞保護(hù)膜：用機(jī)械強(qiáng)度弱的表面活性劑取代之(4) 破壞乳化劑：加入反應(yīng)的試劑，使乳化劑破壞或沉淀 (5) 其他：加熱，高壓電，離心，過濾等 5乳狀液的破壞破乳：乳狀液的破壞過程：分層、轉(zhuǎn)相、破乳等不同階段原理：破壞乳化劑的保護(hù)作用，使油、水分離 二、泡沫粒徑：較大類型:相當(dāng)于O/W穩(wěn)定結(jié)構(gòu)：三泡結(jié)構(gòu)1. 泡沫的形成發(fā)泡劑：表面活性劑，如肥皂泡沫：氣體為分散相的分散系統(tǒng)，屬粗分散系統(tǒng) 2泡沫的穩(wěn)定性(1) 增加液膜的粘度 (2) 增加液膜的電荷 (3