科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列

1、科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列分散體系：把一種或幾種物質(zhì)分散到另一種物質(zhì)中所構(gòu)成的體系；分散相：分散體系中被分散的物質(zhì)；分散介質(zhì)：另一種物質(zhì)叫分散介質(zhì)通常是連續(xù)介質(zhì);膠體分散體系：分散相的大小 r 在109 107m 范圍的分散體系（這是按粒子的大小分類，也有些其它分類發(fā)，后講）?？拼笪锢砘瘜W(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列膠體普遍存在于生物界如：人體和非生物界。關(guān)于膠體研究，由于其應(yīng)用的廣泛，已經(jīng)成為一門獨(dú)立的學(xué)

2、科，本章中只作基本概念的介紹?？拼笪锢砘瘜W(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列一、膠體的發(fā)現(xiàn) 1. Graham滲析裝置 1861年英國的 Graham設(shè)計(jì)如下裝置： 科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列1糖、無機(jī)鹽、尿素等溶液，擴(kuò)散快，易從羊皮紙滲析出來；2）明膠、氫氧化鋁、硅酸等，擴(kuò)散慢，不能或難以滲析出來。 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列 前者 (擴(kuò)散快者)：易于成晶體析出； 后者 (擴(kuò)散慢者)：大多成無定型的膠狀物； Graham首先提出

3、這種膠狀物為 “膠體 ，其溶液叫作 “溶膠” 。 若將待測溶液蒸去水分后：科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列2. 維伊曼實(shí)驗(yàn)1905年，俄國化學(xué)家維伊曼用了200多種物質(zhì)做相關(guān)實(shí)驗(yàn)，得出如下結(jié)論：“任何物質(zhì)既可制成晶體狀態(tài)，又可制成膠體狀態(tài) 。例如：典型的晶體 NaCl 在水中形成真溶液；但在苯或酒精中則可形成溶膠?？拼笪锢砘瘜W(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列結(jié)論：所謂 “膠體 ，只是物質(zhì)存在的一種分散度狀態(tài)，而不是一種特殊類型的物質(zhì)。維伊曼實(shí)驗(yàn)糾正了Graham把物質(zhì)分為晶體和膠體兩類的觀點(diǎn)?？拼笪锢砘瘜W(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考

4、研試題資料系列3. 膠體的界面能由于膠體具有多相高分散度特性，因此膠粒和介質(zhì)之間的總相界面積很大。例如：直徑10nm的球形SiO2膠粒，當(dāng)膠粒總體積為 1cm3 時(shí)，其總表面積為 600 m2。所以膠體有較高的界面能，而界面能與膠體的許多性質(zhì) (如穩(wěn)定性、電性質(zhì)) 密切相關(guān)，以致膠體具有與其他分散體系所不同的性質(zhì)。 科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列1. 以結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性分類1憎液溶膠簡稱：溶膠）膠粒由許多分子組成，體系的相界面大，界面能高，所以極易被破壞而聚沉，并且不能恢復(fù)溶膠原態(tài)?？拼笪锢砘瘜W(xué)課件p

5、pt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列例如：將Au金溶膠沉淀出來后，再將沉淀物懸浮于水中，不能再得到膠狀金。憎液溶膠是熱力學(xué)不穩(wěn)定體系和聚沉不可逆體系。膠粒與液體介質(zhì)之間的親合性弱，所以叫憎液溶膠。 科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列2親液溶膠親液溶膠又稱：大分子化合物溶液、分子溶膠。溶液中分子的大小在膠體范圍內(nèi)例如橡膠分子溶于甲苯）。具有膠體的一些特性，如擴(kuò)散慢、不透過半透膜以及丁鐸爾效應(yīng)等。科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列但親液溶膠是以單個(gè)分子為分散相的真溶液單相體系，與介質(zhì)無相界面。親液溶膠具有熱力學(xué)熱穩(wěn)定性和聚沉可逆

6、性。分子分散相和液體介質(zhì)間有很大的親合能力，所以叫親液溶膠。 科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列常以介質(zhì)的聚集狀態(tài)命名膠體 分散介質(zhì) 分散相 體 系 實(shí) 例 氣 液固 氣溶膠 霧 煙、塵 液 氣 液 固液溶膠 泡沫、乳狀液（牛奶、石油） 溶膠、懸浮體 固 氣液 固 固溶膠 浮石、泡沫塑料 珍珠、某些寶石 合金、有色玻璃 科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列說明：有些分散體系，如乳狀液、泡沫、懸浮體等，其分散相顆粒已大于通常的膠粒尺寸( 10 9 10 7 m )，屬粗分散體

7、系。盡管如此，這樣的體系仍有很大的相界面，與憎液溶膠一樣屬于熱力學(xué)不穩(wěn)定體系。因此，有時(shí)也把它們歸入膠體體系來討論?？拼笪锢砘瘜W(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列對于典型的憎液溶膠，其基本特性為：1. 特有的分散度10 910 7m：使溶膠具有特有的動(dòng)力性質(zhì)、光學(xué)性質(zhì)等；科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列2. 不均勻多相性：膠粒與介質(zhì)之間存在明顯的物理分界面，所以溶膠是一種超微不均勻相（盡管用肉眼看是均勻的）；3. 聚結(jié)不穩(wěn)定性：界面能大，膠粒處于不穩(wěn)定狀態(tài)，有相互聚結(jié)成較大顆粒而聚

8、沉的趨勢?？拼笪锢砘瘜W(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列穩(wěn)定劑：由于溶膠的聚結(jié)不穩(wěn)定性，需在溶膠中加入少量電解質(zhì)即穩(wěn)定劑，其離子吸附在分散相顆粒表面上形成雙電層結(jié)構(gòu)，由于帶電和溶劑化作用，膠體粒子可相對穩(wěn)定地存于介質(zhì)中。 例如以 KI 為穩(wěn)定劑的 AgI 溶膠（如圖）：科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列膠團(tuán)：膠粒連同周圍介質(zhì)中的相反電荷過剩離子形成膠團(tuán)，整個(gè)膠團(tuán)是電中性的。膠核：大量AgI分子 ( m 103 ) 形成膠

9、核；膠粒：膠粒連同吸附在其上的離子所形成結(jié)構(gòu)膠粒常帶電 ( 如上為負(fù)電) 膠粒是溶膠中的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)單位；科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列說明：1由于離子溶劑化，膠粒和膠團(tuán)也是溶劑化的。2）膠團(tuán)的結(jié)構(gòu)表達(dá)橫式）須掌握。 科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列一、溶膠的制備膠體的分散相具有特有的分散度：10-910-7m，制備溶膠有兩類方法：1.分散法：大顆粒分割成膠體粒子；2.凝聚法：使小的分子離子顆粒聚集成膠體粒子?？拼笪锢砘瘜W(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料

10、系列科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列1研磨法：機(jī)械粉碎法，適用于脆而易碎的分散相，最細(xì)到 1m 的顆粒；2）超聲波法：用 106 Hz 超聲波產(chǎn)生的能量來分散，廣泛用于制備乳狀液液-液溶膠）；3）膠溶法：新鮮的反應(yīng)沉淀，如 Fe(OH)3，Al(OH)3，經(jīng)洗滌后加少量的穩(wěn)定劑（膠溶劑）后，制成溶膠。 科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列4電孤法：金屬Au，Ag，Pt）電極放電高溫蒸發(fā)，隨后又被溶液冷卻凝聚而得到金屬溶膠。（這里包含了分散、凝聚兩個(gè)過程，用 NaOH 作穩(wěn)定劑） 科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題

11、資料系列科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列將真溶液以適當(dāng)方法沉淀下來。1改換溶劑法：利用一種物質(zhì)在不同溶劑中溶解度相差懸殊的特性來制備。例如：將松香的酒精溶液滴入水中，由于松香在水中的溶解度很低，溶質(zhì)就從溶液中析出膠粒，形成松香水溶膠 ?？拼笪锢砘瘜W(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列2化學(xué)凝聚法 ：化學(xué)反應(yīng)生成物的過飽和溶液再結(jié)合成溶膠。例如：科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列當(dāng) V成核 V長大 ，則可得到高分散膠體； C：過飽和溶液濃度；CS：溶解度；

12、C CS 即：溶解度 CS 越小，越易制成膠體。3物理凝聚法：例如：將汞蒸氣通入冷水制得汞溶膠。 科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列未經(jīng)凈化的溶膠中往往含有很多電解質(zhì)或其他雜質(zhì)；少量的電解質(zhì)可起穩(wěn)定劑作用，但過量的電解質(zhì)對膠體的穩(wěn)定反而有害。因此，膠體制得后需經(jīng)凈化處理。科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列1滲析法 用此法將多余的電解質(zhì)或小分子雜質(zhì)除去。 常見的半透膜有：羊皮紙、火棉膠膜、醋酸纖維膜等等。電滲析法：外加電場，可加速滲析速度?？拼笪锢砘瘜W(xué)課件ppt-第十三章

13、膠體與大分子-考研試題資料系列2超過濾法快速用極小孔徑的半透膜（10-8_310-7 m）在加壓或吸濾情況下利用壓差使溶膠流經(jīng)濾膜，雜質(zhì)透過濾膜而除掉，剩下的為較純的膠粒；再溶解到純介質(zhì)中，再加壓過濾，反復(fù)多次?？拼笪锢砘瘜W(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列膠粒的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致：擴(kuò)散、滲透壓、外力場中的定向運(yùn)動(dòng)等動(dòng)力性質(zhì)。一、擴(kuò)散現(xiàn)象當(dāng)存在濃差時(shí)，膠粒由高濃區(qū)域自發(fā)地移向低濃區(qū)域，此即擴(kuò)散現(xiàn)象?？拼笪锢砘瘜W(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列在擴(kuò)散傳質(zhì)過程中，遵守 Fick 定律。 科大物理化學(xué)課

14、件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列D為擴(kuò)散系數(shù)：單位濃度梯度下通過單位截面積的物質(zhì)量擴(kuò)散速率m2 / s 科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列顯然，濃度梯度的存在是發(fā)生擴(kuò)散作用的前提。Fick 第一定律 較多適用于各處濃度梯度恒定的情況，亦即流體中各處濃度、濃度梯度恒定的情況下穩(wěn)流過程。而實(shí)際情況往往是擴(kuò)散方向上各處的濃度或濃度梯度是變化的，所以僅用 Fick 第一定律難以推定擴(kuò)散系數(shù) D?？拼笪锢砘瘜W(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章

15、膠體與大分子-考研試題資料系列考慮tt + d t時(shí)間內(nèi)小體積元（xx+dx）中溶質(zhì)增加量（dm dm ）科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列由Fick 第一定律 ：科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列顯然，x x+ dx 的濃差為 由 (1)、(2) 式：科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列 由Fick 第二定律可求得擴(kuò)散系數(shù) D； D 不隨時(shí)間和濃度而變化 (只是溫度的函數(shù))； Fick 第二定律是擴(kuò)散的普遍公式。 科大物理化學(xué)課件ppt-第十

16、三章 膠體與大分子-考研試題資料系列 膠體的擴(kuò)散系數(shù)系數(shù)： 1010 1012 m2 / s 小分子物質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)：109 m2 / s 一些典型的擴(kuò)散系數(shù)值20C水中 物 質(zhì)分 子 量D (10-10 m2/s)蔗 糖3424.586膠態(tài)金 = 1.3 nm1.63纖維蛋白質(zhì)330,0000.197膠態(tài)硒 = 56 nm0.038科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列1. Brown運(yùn)動(dòng)的發(fā)現(xiàn)1827年，英國植物學(xué)家Brown發(fā)現(xiàn)，在顯微鏡下能觀察到懸浮在液面水上的花粉末不斷地作不規(guī)則的運(yùn)動(dòng)。后來又發(fā)現(xiàn)

17、其它細(xì)粉末（如煤、化石、金屬等粉末）也如此，這種無規(guī)則運(yùn)動(dòng)即Brown運(yùn)動(dòng)。在很長一段時(shí)間里，Brown運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象的本質(zhì)沒有得到闡明。科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列1903年，超顯微鏡的發(fā)明，為研究布郎運(yùn)動(dòng)提供了物質(zhì)條件，觀測結(jié)果表明： 1粒子越小，布朗運(yùn)動(dòng)越劇烈； 2）溫度升高，布郎運(yùn)動(dòng)變劇烈。科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列1905年和1906年，愛因斯坦Einstein和斯莫魯霍夫斯基（Smoluchowski）獨(dú)立地提出了Brown 運(yùn)動(dòng)理論及其實(shí)驗(yàn)研究方法：

18、a）懸浮于液體中的質(zhì)點(diǎn)的平均動(dòng)能和小分子一樣，皆為 (3/2) kBT。Brown 運(yùn)動(dòng)是不斷熱運(yùn)動(dòng)的液體分子對微粒沖擊的結(jié)果。這一理論可以解釋以上兩個(gè)實(shí)驗(yàn)觀測結(jié)果?？拼笪锢砘瘜W(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列b在實(shí)驗(yàn)中不必苛求質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的實(shí)際路徑或?qū)嶋H速度 (也沒有法測得)，只需測定一定時(shí)間間隔 ( t ) 內(nèi)質(zhì)點(diǎn) ( 在 x 軸上 )科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列如下圖為每隔一定時(shí)間間隔 t 記下的某質(zhì)點(diǎn)的位置，我們考察沿某一方向如 x 軸方向上的投影，并設(shè)其在 x 軸上的位

19、移（t 時(shí)間間隔）分別為 x1、x2、x3 ，平均位移科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列如圖一截面面積為A的流體，只考慮粒子在x方向上的位移。設(shè)粒子沿 x 方向濃度逐漸降低。考慮兩個(gè)厚科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列對于每個(gè)質(zhì)點(diǎn)，由于Brown運(yùn)動(dòng)，其沿x軸向左或向右移動(dòng)的幾率相等，故在時(shí)間 t 內(nèi)經(jīng)過平面A右移的質(zhì)點(diǎn)量為： 向左移的質(zhì)點(diǎn)量為： 科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列凈的向右擴(kuò)散量為： 科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大

20、分子-考研試題資料系列比較以上兩式： Brown運(yùn)動(dòng)的Einstein公式科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列Einstein公式揭示了Brown運(yùn)動(dòng)與擴(kuò)散的內(nèi)在聯(lián)系： 擴(kuò)散是 Brown 運(yùn)動(dòng)的宏觀表現(xiàn)； Brown 運(yùn)動(dòng)是擴(kuò)散的微觀基礎(chǔ)?？拼笪锢砘瘜W(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列對于擴(kuò)散系數(shù) D，Einstein 曾導(dǎo)出關(guān)系式：對于球形質(zhì)點(diǎn)，根據(jù)Stokes定律： 科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列由上式可知：T ，擴(kuò)散 D ； ，擴(kuò)散 D ； r ，擴(kuò)散 D 。科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-

21、考研試題資料系列這個(gè)公式把粒子的平均位移與粒子的大小r、介質(zhì)的粘度（）、溫度（T）及觀察間隔（t）聯(lián)系起來了。 Einstein公式科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列1908年，Perrin 等作了各種條件下的觀察實(shí)驗(yàn)，根據(jù) Einstem 公式求算的常數(shù) L 值為 5.51023 81023，結(jié)果已相當(dāng)精確。這說明用分子運(yùn)動(dòng)理論來闡明布朗運(yùn)動(dòng)十分成功，Browm 運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)是質(zhì)點(diǎn)的熱運(yùn)動(dòng)。相應(yīng)地，Perrin 的實(shí)驗(yàn)結(jié)果也為分子運(yùn)動(dòng)理論提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)，從而使分子運(yùn)動(dòng)論成為被普遍接受的理論，推動(dòng)了科學(xué)的發(fā)展?？拼笪锢砘瘜W(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題

22、資料系列科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列上兩式表明：科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列例如：半徑 r = 107 m 的不帶電小球在水中Brown 運(yùn)動(dòng)的平均位移。t0.23 s2.7 天9 個(gè)月1 m1 mm1 cm4.3m/s4.310-3m/s4.310-4m/s科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列若已知粒子的密度為，則 1mol 膠團(tuán)質(zhì)量科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列說明：1上式給出的 r 是質(zhì)點(diǎn)的流

23、體力學(xué)半徑，有溶劑化時(shí)是溶劑化后的半徑，其值比電子顯微鏡的測定值偏高。2）r、M 均為平均值?？拼笪锢砘瘜W(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列在一個(gè)較大的體積內(nèi)，粒子分布是均勻的，但在超顯微鏡下觀察一個(gè)有限的小體積(v)內(nèi)，由于 Brown 運(yùn)動(dòng)，粒子的數(shù)目時(shí)多時(shí)少地變動(dòng) 這就是漲落現(xiàn)象。 科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列設(shè)大體積V內(nèi)粒子數(shù)為N，體積元v內(nèi)平均粒子數(shù)為： 科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列在全部N個(gè)粒子中選取n個(gè)粒子的組合數(shù)有： 選出的

24、n 個(gè)粒子剛好在 v 內(nèi)，而剩下的N n個(gè)粒子在 (V v) 內(nèi)的幾率為： 科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列 在 v 內(nèi)出現(xiàn) n 個(gè)粒子的幾率為： 科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列在大數(shù) N ( 1023量級 ) n 條件下,代入上式：科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列均方差： 科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章

25、膠體與大分子-考研試題資料系列考慮溶劑在左右兩邊由于活度不同引起的化學(xué)勢差： 設(shè)溶膠的摩爾分?jǐn)?shù)為 x，則溶劑的摩爾分?jǐn)?shù)為 1x?？拼笪锢砘瘜W(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列考慮溶劑在右邊增壓后半透膜兩邊化學(xué)勢差：科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列溶膠滲透壓的本質(zhì)是溶劑小分子的濃差擴(kuò)散所致，滲透壓計(jì)算公式： 科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列半透膜兩邊溶膠一側(cè)的液壓超過溶劑一側(cè)的液壓。事實(shí)上，只要有濃差，就有溶劑小分子的擴(kuò)散作用，導(dǎo)致滲透壓。滲透壓方向：高濃 低濃。濃度，；溫度，。成立條件：稀溶膠過濃則聚沉。 科大物

26、理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列滲透作用在生物學(xué)中是十分重要的，細(xì)胞膜可透過水、CO2、O2 和 N2 以及小的有機(jī)分子例如氨基酸、葡萄糖，而不能透過大的高聚物分子（例如蛋白質(zhì)、多糖）反滲析：如果把溶液的壓力增至 P + ，則溶劑就會由溶液向純?nèi)軇﹥袅魍ǎ此^的反滲析現(xiàn)象 反滲析可被用于海水淡化。 科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列沉降運(yùn)動(dòng)：膠體質(zhì)點(diǎn)在外力場中的定向運(yùn)動(dòng)叫沉降運(yùn)動(dòng)，外力可以是重力、離心力等。例如，我們熟知的粗分散體系泥沙懸濁液中的粒子由于重力的作用最終逐漸全

27、部沉淀下來（肉眼能看見）。 科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列沉降與擴(kuò)散是兩個(gè)相對抗的過程： 科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列1重力場中的沉降速度v介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)在重力場中的受凈力： V ( - 0 ) g沉降中粒子所受的阻力： f v = 6 r v ( Stokes 定律 ) 當(dāng)兩力平衡（只需幾個(gè)s 幾個(gè)ms），粒子以穩(wěn)態(tài)速率 v 沉降： 科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列V ( - 0 ) g = 6 r v 科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列說明1沉降速度受質(zhì)點(diǎn)大小影響

28、大： r 2，越大沉降越快。工業(yè)上用于測定顆粒粒度分布的沉降分析法即以此為依據(jù)。2） 1/，粘度越大，速度越慢。落球式粘度計(jì)的原理?？拼笪锢砘瘜W(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列公式適用條件1只適用于 r 100 m 球形質(zhì)點(diǎn)的稀懸浮液能迅速達(dá)穩(wěn)態(tài)沉降）。2）質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)很慢，質(zhì)點(diǎn)間無相互作用，連續(xù)介質(zhì)（用到 stokes 定律）。科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列粒子半徑（m）時(shí) 間102.5 s14.2 min0.1 (100nm)7.0 h0.01 (10nm)29 d0.0015

29、 (1.5nm)3.5 a科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列實(shí)際所需的沉降時(shí)間通常大于計(jì)算值。因?yàn)橛?jì)算中我們假設(shè)體系處在相對靜止、孤立的平衡狀態(tài)下；實(shí)際溶膠所受諸多外界條件的影響如溫度差引起的對流、機(jī)械振動(dòng)等，都會影響沉降速度；許多溶膠甚至可以維持幾年仍不會沉降下來?？拼笪锢砘瘜W(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列當(dāng)膠粒足夠小時(shí) ( 0.01m)，由于擴(kuò)散的對抗作用使沉降與擴(kuò)散達(dá)到平衡，在重力場中濃度隨高度有一梯度。隨著高度上升，濃度逐漸下降?？拼笪锢砘瘜W(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大

30、分子-考研試題資料系列設(shè)截面為 A 的容器盛以某種溶膠，膠粒半徑為 r，密度 ，介質(zhì)密度 0，n (x) 為高度在 x處單位體積粒子個(gè)數(shù) ?？拼笪锢砘瘜W(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列考慮 x x + dx 液層內(nèi)的膠粒。粒子下降的凈重力為：科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列 溶膠的向上滲透壓： 考慮在高度 x x + dx 的液層溶膠，由滲透壓差引起的向上擴(kuò)散力： 科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列平衡時(shí)，(1)、(2) 式相等；推得：積分后得到： 這和地球表面大氣層氣壓分布公式相似。也就是說，氣體分子的熱運(yùn)動(dòng)與

31、膠體粒子的布朗運(yùn)動(dòng)本質(zhì)上是相同的。 科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列從上式中可以看出：膠粒 越大，平衡濃度隨高度降低越快；小粒子溶膠，r 小，擴(kuò)散強(qiáng)，體系均勻分布 動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性；粗粒子溶膠， r 大，Brown 運(yùn)動(dòng)弱，沉降為主 動(dòng)力學(xué)不穩(wěn)定性?？拼笪锢砘瘜W(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列入稱量盤中的重量為 m，可以把盤中的粒子分為兩部分：用于測定多分散體系的粒子大小分布。將待測顆粒倒入液體，在時(shí)刻 t，落科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列1時(shí)刻 t

32、 時(shí)已完全落到盤中的較大粒子重量：m1 2）時(shí)刻 t 時(shí)已落到盤中的較小粒子重量，并且繼續(xù)以 d m /d t 的均勻速率下沉。由于一直是勻速沉降，所以時(shí)刻 t 時(shí)已落入盤中的小粒子量為： 科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列3因此，時(shí)刻 t 時(shí)已落到盤中的粒子總重量可表為： 科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列上式對 t 求微商： m總 = m1(t )科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列式中的 dm1/dt 可理解為時(shí)刻 t 時(shí)恰好全部落到盤中的那一類大小粒子的落入重量速度。有下關(guān)系式可知，此時(shí)： 科大物理

33、化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列由此式可以求得關(guān)系式 t r (t) , 即不同半徑 r 的粒子在不同時(shí)刻 t 剛好完全落入盤中。 科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列 由 (1)、(3) 式得： 粒子分布的基本方程科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列沉降分析時(shí)，由實(shí)驗(yàn)曲線： 將 t 換成 r 科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列由圖可知，隨著時(shí)間 t 增大，剛好完全沉淀的粒子半徑 r 逐漸減小，m1 隨 r 的變化率增大；當(dāng) r = 10 nm 時(shí)達(dá)最大；然后逐漸減小?？拼笪锢砘瘜W(xué)課件

34、ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列這說明 r = 10 nm 粒子所占的重量分?jǐn)?shù)最大。手工計(jì)算作圖繁雜，現(xiàn)用計(jì)算機(jī)處理，幾乎同步得到結(jié)果。 科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列用離心力代替重力，可以使沉降方法用于較小的膠體質(zhì)點(diǎn)。1923年，Svedberg 創(chuàng)制了超離心機(jī)，在超離心力場中，沉降達(dá)平衡時(shí)：科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列平衡時(shí)，1=（2）；積分得： 科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列式中 M 為溶膠膠粒的 mol

35、質(zhì)量或大分子的mol 質(zhì)量；此式表示：對于 0 的膠粒，離軸越遠(yuǎn)x大，濃度 c 越大?？拼笪锢砘瘜W(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列溶膠具有豐富多彩的光學(xué)性質(zhì)，這與其對光的散射和吸收有關(guān)。也是溶膠的高度分散性及多相不均勻性特點(diǎn)的反映。本節(jié)著重討論膠體的光散射，可以得到質(zhì)點(diǎn)的分子量、體積大小等信息。光散射方法已成為研究膠體與大分子溶液的有力工具。 科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列1869 年，Tyndall 發(fā)現(xiàn)：1令一

36、束會聚光通過溶膠，則從側(cè)面可以看到一個(gè)乳光柱即明顯的光的路徑），這就是 Tyndall 效應(yīng)；科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列2對于真溶液或純液體，肉眼觀察不到 Tyndall 效應(yīng)，或者說 Tyndall 很不明顯。Tyndall 效應(yīng)是判別溶膠與真溶液的最簡便方法。 科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列一般地，當(dāng)光線射入分散體系時(shí)，有兩種情況：1分散相粒子 入射光波長r ）主要發(fā)生光的反射或折射，體系呈現(xiàn)混濁（不同于乳光柱） 這屬于粗分散體系。2）分散相粒子 入射光波長（r ）主要發(fā)生光的散射；散射：光波繞過粒子而向各方向傳波，波

37、長不變 產(chǎn)生乳光（散射光）。 科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列溶膠粒子1100 nm rBr (水化后)，穩(wěn)定作用強(qiáng)，所以聚沉值：KNO3 KBr（其他各行數(shù)據(jù)同理）。 科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列電性相反的溶膠互相混合，發(fā)生聚沉 互沉現(xiàn)象。聚沉的程度與兩溶膠的比例有關(guān)，在等電點(diǎn)附近的聚沉才完全使膠粒上的電荷中和。例如，用明礬凈水： 水中的懸浮物通常帶負(fù)電（粘土負(fù)電性），明礬的水解產(chǎn)物 Al(OH)3 溶膠帶正電，混合后發(fā)生聚沉，起到凈水作用。科大物理化學(xué)課件pp

38、t-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列一般來說，電性相同的溶膠混合后沒有變化。但也有例外，若兩種膠體上的穩(wěn)定劑相互作用形成沉淀而破壞膠體的穩(wěn)定性，則發(fā)生聚沉。例如：負(fù)電性的 As2S3以 S 2 為穩(wěn)定劑溶膠與負(fù)電性的 S 溶膠（以 S5O62 為穩(wěn)定劑，Raffo 法制得） 混合 S 聚沉 原因是穩(wěn)定劑的相互作用導(dǎo)致聚沉：科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列一、平均分子量由于每個(gè)大分子的聚合度不一定相同，所謂大分子化合物的分子量是指平均值。有幾種不同的平均方法：科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章

39、膠體與大分子-考研試題資料系列1數(shù)均分子量 可用冰點(diǎn)降低、沸點(diǎn)升高，滲透壓法等測試得到。數(shù)均分子量對小分子敏感。 科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列可用光散射法測試大分子得到，其值對大分子敏感。 科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列3Z 均分子量 超離心沉降法測試得到，其值對大分子敏感。 科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料

40、系列科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列1滲透壓法 大分子溶液的滲透壓： 對于大分子稀溶液： 科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列從曲線的斜率為 k (c) = RT A2 任意濃度 c 時(shí)的由圖知，同一大分子在不同溶液中的科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列與溶劑無關(guān) 科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列設(shè)實(shí)際上大分子溶液中，mol 分子質(zhì)量為Mi 的分子濃度為 ci ( kg/m3 )，對滲透壓的貢獻(xiàn)為：科大物理化學(xué)

41、課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列溶液粘度的幾種表示：科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列在稀溶液時(shí)，比濃粘度 sp /c、相對粘度r與溶液濃度 c 的關(guān)系： 科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列即 (1)、(2) 兩式外推至 c 0 時(shí)，值相等。如下圖：科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列外推至 c 0 時(shí)，縱軸上應(yīng)有相同的截距，即為 ；實(shí)際曲線若不相交于縱軸，可取截距平均值作為特性粘度 ；科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章 膠體與大分子-考研試題資料系列特性粘度和大分子化合物分子量之間有如下經(jīng)驗(yàn)關(guān)系： K、 為經(jīng)驗(yàn)常數(shù) (與溶劑、大分子化合物和溫度有關(guān))； 科大物理化學(xué)課件ppt-第十三章