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膠體與界面化學(xué)

導(dǎo)論（七）

—環(huán)境工程專業(yè)

膠體與界面化學(xué)

導(dǎo)論（七）

13.4膠體的電學(xué)性質(zhì)Electricpropertiesofcolloid1.電動(dòng)現(xiàn)象(1)電泳(electrophoresis)(+)(-)

在外加電場(chǎng)作用下，膠體粒子在分散介質(zhì)中定向移動(dòng)的現(xiàn)象稱為電泳3.4膠體的電學(xué)性質(zhì)1.電動(dòng)現(xiàn)象(1)電泳(elect2(2)電滲(electro-osmosis)粘土(+)(-)在外加電場(chǎng)作用下，分散介質(zhì)的定向移動(dòng)現(xiàn)象稱為電滲。在外加電場(chǎng)作用下，分散相和分散介質(zhì)的相對(duì)移動(dòng)現(xiàn)象統(tǒng)稱為電動(dòng)現(xiàn)象。(2)電滲(electro-osmosis)粘土(+)32.膠粒的帶電特征(1)吸附由于膠粒顆粒度小,具有巨大的表面能,因此有吸附分散介質(zhì)中的離子,以降低其表面能的趨勢(shì)。FajansRule具有與膠?；瘜W(xué)組成相同的離子優(yōu)先被吸附。例：AgNO3+KI→AgI+KNO3

若AgNO3過量，則AgI膠粒吸附Ag＋而帶正電若KI過量，則AgI膠粒吸附I－而帶負(fù)電。2.膠粒的帶電特征(1)吸附由于膠粒顆粒度4(2)電離SiO2溶膠表面水解SiO2＋H2O→H2SiO3若溶液顯酸性H2SiO3→HSiO2++OH-OH－進(jìn)入溶液，而使膠粒帶正電若溶液顯堿性H2SiO3→HSiO3++H＋H＋進(jìn)入溶液，而使膠粒帶負(fù)電(2)電離SiO2溶膠表面水解若溶液顯酸性若溶液顯堿性53.膠粒的雙電層結(jié)構(gòu)Helmholtz平板電容器理論++++++______φ3.膠粒的雙電層結(jié)構(gòu)Helmholtz平板電容器理論+_6Gouy－Chapman擴(kuò)散雙電層模型＋＋＋＋＋＋＋++__________緊密層擴(kuò)散層φζ電勢(shì)Gouy－Chapman擴(kuò)散雙電層模型＋_緊密層擴(kuò)散層φζ7Stern擴(kuò)散雙電層模型＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－－－－－反號(hào)離子溶劑分子擴(kuò)散層緊密層（Stern層）滑移界面（Stern面）φζStern擴(kuò)散雙電層模型＋－反號(hào)離子溶劑分子擴(kuò)散層緊密層（S8擴(kuò)散雙電層模型膠粒表面吸附離子反號(hào)離子緊密層擴(kuò)散層(離子和溶劑化分子）ζ電勢(shì)：膠粒表面滑移界面處的電勢(shì)。膠粒表面熱力學(xué)電勢(shì)φ和電動(dòng)電勢(shì)（ζ電勢(shì)）的區(qū)別：①發(fā)生在不同的部位；②大小不同，一般情況下ζ電勢(shì)只是熱力學(xué)電勢(shì)的一部分，其絕對(duì)值小于φ。擴(kuò)散雙電層模型膠粒表面吸附離子反號(hào)離子緊密層擴(kuò)散層(離子和溶9③φ只取決于被吸附的離子和溶膠中的反號(hào)離子的活度,而ζ電勢(shì)的值還與溶膠中外加電解質(zhì)有關(guān)。當(dāng)溶膠中有外加電解質(zhì)存在時(shí)，可使緊密層中反粒子濃度增加，擴(kuò)散層變薄，ζ電勢(shì)的絕對(duì)值減小，甚至變?yōu)榱慊蛳喾吹闹?。③φ只取決于被吸附的離子和溶膠中的反號(hào)10④膠粒的電泳速率與ζ電勢(shì)的關(guān)系：ε：分散介質(zhì)的介電常數(shù)η：分散介質(zhì)的粘度E：外加電場(chǎng)強(qiáng)度④膠粒的電泳速率與ζ電勢(shì)的關(guān)系：ε：分散介質(zhì)的介電常數(shù)114.溶膠的膠團(tuán)結(jié)構(gòu)(AgI)mI-I-I-I-I-I-I-I-K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+AgNO3+KI→AgI+KNO3KI過量[(AgI)mnI-,(n-x)K+]x-xK+膠核膠粒膠團(tuán)緊密層擴(kuò)散層4.溶膠的膠團(tuán)結(jié)構(gòu)(AgI)mI-I-I-I-I-I-I-12膠粒=膠核+被吸附離子+緊密層反離子膠團(tuán)=膠粒+擴(kuò)散層反離子膠粒=膠核+被吸附離子+緊密層反離子13《電動(dòng)電位的測(cè)定及應(yīng)用》文獻(xiàn)導(dǎo)讀（1）水中膠粒Zata電位及影響混凝效果的研究—《包頭鋼鐵學(xué)院學(xué)報(bào)》（2）膨潤(rùn)土及其酸化土、堿處理酸化土的電動(dòng)性質(zhì)研究——《北京師范大學(xué)學(xué)報(bào)》（3）蒙脫石黏土/水分散體系中顆粒的性質(zhì)——《油田化學(xué)》（4）河口懸浮粒子Stern電位的測(cè)定方法——《黃渤海海洋》《電動(dòng)電位的測(cè)定及應(yīng)用》文獻(xiàn)導(dǎo)讀（1）水中膠粒Zata電位及143.5膠體的流變性流變性:物質(zhì)在外力作用下的變形和流動(dòng)性質(zhì)研究膠體流變性質(zhì)研究膠體質(zhì)點(diǎn)的大小、形狀以及質(zhì)點(diǎn)與介質(zhì)間的相互作用解決生產(chǎn)中的重要問題（油漆、牙膏、陶土成形、照相乳劑的涂布、鉆井用泥漿等）3.5膠體的流變性流變性:物質(zhì)在外力作用下的變形和流動(dòng)性質(zhì)151.基本概念與術(shù)語

(1)切變速度與切應(yīng)力xv

將流動(dòng)著的液體看作許多相互平行移動(dòng)的液層,各層速度不同,形成速度梯度(dv/dx),這是流動(dòng)的基本特征.1.基本概念與術(shù)語

(1)切變速度與切應(yīng)力16切應(yīng)力由于速度梯度的存在,流動(dòng)較慢的液層阻滯較快液層的流動(dòng),因此.液體產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)阻力.為使液層維持一定的速度梯度運(yùn)動(dòng),必須對(duì)液層施加一個(gè)與阻力相反的反向力.在單位液層面積上施加的這種力,稱為切應(yīng)力τ(N/m2).切變速率(D)D=dv/dx(S-1)切應(yīng)力與切變速率是表征體系流變性質(zhì)的兩個(gè)基本參數(shù)切應(yīng)力由于速度梯度的存在,流動(dòng)較慢的液層阻滯較快液層的流動(dòng),17(2)牛頓公式和黏度流動(dòng)時(shí)液體內(nèi)部形成速度梯度,故產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)阻力,切應(yīng)力反映此阻力大小.τ=ηdv/dx=ηD（牛頓公式）η液體粘度黏度定義:將兩塊面積為1m2的板浸于液體中,兩板距離為1米,若加1N的切應(yīng)力,使兩板之間的相對(duì)速率為1m/s,則此液體的黏度為1Pa.s。牛頓液體：符合牛頓公式的流體。黏度只與溫度有關(guān)，與切變速率無關(guān)，τ與D為正比關(guān)系。非牛頓液體：不符合牛頓公式τ/D=f（D），以ηa表示一定（τ/D）下的黏度，稱表觀黏度。(2)牛頓公式和黏度流動(dòng)時(shí)液體內(nèi)部形成速度梯度,故產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)阻18（3）黏度測(cè)定的方法毛細(xì)管黏度計(jì)用于測(cè)定液體、溶液和膠體溶液的黏度，主要使用于牛頓流體。轉(zhuǎn)筒式黏度計(jì)適用于非牛頓流體的黏度測(cè)定，用于測(cè)定流體流形。錐板式黏度計(jì)適用于非牛頓流體的年黏度測(cè)定。切變速率范圍較大。（3）黏度測(cè)定的方法毛細(xì)管黏度計(jì)19（4）層流和湍流層流：體系的流動(dòng)處于恒穩(wěn)狀態(tài)，體系中任何一點(diǎn)的流速（包括大小、方向）不隨時(shí)間而改變。只有在層流條件下，牛頓公式才成立。湍流：當(dāng)流速超過某一限度時(shí)，有不規(guī)則的或隨時(shí)間而改變的旋渦生成，此時(shí)為湍流。牛頓公式不適合湍流條件下的使用。雷諾系數(shù)（Re）：描述液體的流體狀況 Re=vdρ/ηRe超過1400-2000臨界值時(shí)，層流變?yōu)橥牧?。?）層流和湍流層流：體系的流動(dòng)處于恒穩(wěn)狀態(tài)，體系中任何一點(diǎn)202.稀分散體系的黏度稀分散體系:

黏度與切應(yīng)力無關(guān),僅用黏度可表示其流變性質(zhì).符合牛頓流體的流變性質(zhì)及變化規(guī)律.純液體、低分子稀溶液和稀分散體系符合此體系。影響稀分散體系黏度的因素分散相濃度的影響溫度的影響質(zhì)點(diǎn)形狀的影響質(zhì)點(diǎn)大小的影響電荷對(duì)黏度的影響2.稀分散體系的黏度稀分散體系:213.濃分散體系的流變性質(zhì)流變曲線：切變速率D與切應(yīng)力τ的關(guān)系曲線（表征濃分散體系的流變性質(zhì)）。通過流變曲線特性將濃分散體系分為牛頓型、塑性型、假塑性型、脹性型流體、觸變型流體不同流型的分散體系的應(yīng)用3.濃分散體系的流變性質(zhì)流變曲線：切變速率D與切應(yīng)力τ的關(guān)系22作業(yè)：請(qǐng)思考與回答下列問題：（1）膠體具有動(dòng)力性質(zhì)、光學(xué)性質(zhì)、電學(xué)性質(zhì)等。上述三種性質(zhì)中的那一種性質(zhì)有助于了解膠體體系的穩(wěn)定性？說說你所知道的測(cè)定膠體電學(xué)性質(zhì)的一些實(shí)驗(yàn)方法，并舉例說明。（2）什么是液體的流變性？如何表征不同液體的流變性？舉例說明研究液體流變性質(zhì)的應(yīng)用。作業(yè)：請(qǐng)思考與回答下列問題：23

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243.4膠體的電學(xué)性質(zhì)Electricpropertiesofcolloid1.電動(dòng)現(xiàn)象(1)電泳(electrophoresis)(+)(-)

在外加電場(chǎng)作用下，膠體粒子在分散介質(zhì)中定向移動(dòng)的現(xiàn)象稱為電泳3.4膠體的電學(xué)性質(zhì)1.電動(dòng)現(xiàn)象(1)電泳(elect25(2)電滲(electro-osmosis)粘土(+)(-)在外加電場(chǎng)作用下，分散介質(zhì)的定向移動(dòng)現(xiàn)象稱為電滲。在外加電場(chǎng)作用下，分散相和分散介質(zhì)的相對(duì)移動(dòng)現(xiàn)象統(tǒng)稱為電動(dòng)現(xiàn)象。(2)電滲(electro-osmosis)粘土(+)262.膠粒的帶電特征(1)吸附由于膠粒顆粒度小,具有巨大的表面能,因此有吸附分散介質(zhì)中的離子,以降低其表面能的趨勢(shì)。FajansRule具有與膠粒化學(xué)組成相同的離子優(yōu)先被吸附。例：AgNO3+KI→AgI+KNO3

若AgNO3過量，則AgI膠粒吸附Ag＋而帶正電若KI過量，則AgI膠粒吸附I－而帶負(fù)電。2.膠粒的帶電特征(1)吸附由于膠粒顆粒度27(2)電離SiO2溶膠表面水解SiO2＋H2O→H2SiO3若溶液顯酸性H2SiO3→HSiO2++OH-OH－進(jìn)入溶液，而使膠粒帶正電若溶液顯堿性H2SiO3→HSiO3++H＋H＋進(jìn)入溶液，而使膠粒帶負(fù)電(2)電離SiO2溶膠表面水解若溶液顯酸性若溶液顯堿性283.膠粒的雙電層結(jié)構(gòu)Helmholtz平板電容器理論++++++______φ3.膠粒的雙電層結(jié)構(gòu)Helmholtz平板電容器理論+_29Gouy－Chapman擴(kuò)散雙電層模型＋＋＋＋＋＋＋++__________緊密層擴(kuò)散層φζ電勢(shì)Gouy－Chapman擴(kuò)散雙電層模型＋_緊密層擴(kuò)散層φζ30Stern擴(kuò)散雙電層模型＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－－－－－反號(hào)離子溶劑分子擴(kuò)散層緊密層（Stern層）滑移界面（Stern面）φζStern擴(kuò)散雙電層模型＋－反號(hào)離子溶劑分子擴(kuò)散層緊密層（S31擴(kuò)散雙電層模型膠粒表面吸附離子反號(hào)離子緊密層擴(kuò)散層(離子和溶劑化分子）ζ電勢(shì)：膠粒表面滑移界面處的電勢(shì)。膠粒表面熱力學(xué)電勢(shì)φ和電動(dòng)電勢(shì)（ζ電勢(shì)）的區(qū)別：①發(fā)生在不同的部位；②大小不同，一般情況下ζ電勢(shì)只是熱力學(xué)電勢(shì)的一部分，其絕對(duì)值小于φ。擴(kuò)散雙電層模型膠粒表面吸附離子反號(hào)離子緊密層擴(kuò)散層(離子和溶32③φ只取決于被吸附的離子和溶膠中的反號(hào)離子的活度,而ζ電勢(shì)的值還與溶膠中外加電解質(zhì)有關(guān)。當(dāng)溶膠中有外加電解質(zhì)存在時(shí)，可使緊密層中反粒子濃度增加，擴(kuò)散層變薄，ζ電勢(shì)的絕對(duì)值減小，甚至變?yōu)榱慊蛳喾吹闹?。③φ只取決于被吸附的離子和溶膠中的反號(hào)33④膠粒的電泳速率與ζ電勢(shì)的關(guān)系：ε：分散介質(zhì)的介電常數(shù)η：分散介質(zhì)的粘度E：外加電場(chǎng)強(qiáng)度④膠粒的電泳速率與ζ電勢(shì)的關(guān)系：ε：分散介質(zhì)的介電常數(shù)344.溶膠的膠團(tuán)結(jié)構(gòu)(AgI)mI-I-I-I-I-I-I-I-K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+AgNO3+KI→AgI+KNO3KI過量[(AgI)mnI-,(n-x)K+]x-xK+膠核膠粒膠團(tuán)緊密層擴(kuò)散層4.溶膠的膠團(tuán)結(jié)構(gòu)(AgI)mI-I-I-I-I-I-I-35膠粒=膠核+被吸附離子+緊密層反離子膠團(tuán)=膠粒+擴(kuò)散層反離子膠粒=膠核+被吸附離子+緊密層反離子36《電動(dòng)電位的測(cè)定及應(yīng)用》文獻(xiàn)導(dǎo)讀（1）水中膠粒Zata電位及影響混凝效果的研究—《包頭鋼鐵學(xué)院學(xué)報(bào)》（2）膨潤(rùn)土及其酸化土、堿處理酸化土的電動(dòng)性質(zhì)研究——《北京師范大學(xué)學(xué)報(bào)》（3）蒙脫石黏土/水分散體系中顆粒的性質(zhì)——《油田化學(xué)》（4）河口懸浮粒子Stern電位的測(cè)定方法——《黃渤海海洋》《電動(dòng)電位的測(cè)定及應(yīng)用》文獻(xiàn)導(dǎo)讀（1）水中膠粒Zata電位及373.5膠體的流變性流變性:物質(zhì)在外力作用下的變形和流動(dòng)性質(zhì)研究膠體流變性質(zhì)研究膠體質(zhì)點(diǎn)的大小、形狀以及質(zhì)點(diǎn)與介質(zhì)間的相互作用解決生產(chǎn)中的重要問題（油漆、牙膏、陶土成形、照相乳劑的涂布、鉆井用泥漿等）3.5膠體的流變性流變性:物質(zhì)在外力作用下的變形和流動(dòng)性質(zhì)381.基本概念與術(shù)語

(1)切變速度與切應(yīng)力xv

將流動(dòng)著的液體看作許多相互平行移動(dòng)的液層,各層速度不同,形成速度梯度(dv/dx),這是流動(dòng)的基本特征.1.基本概念與術(shù)語

(1)切變速度與切應(yīng)力39切應(yīng)力由于速度梯度的存在,流動(dòng)較慢的液層阻滯較快液層的流動(dòng),因此.液體產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)阻力.為使液層維持一定的速度梯度運(yùn)動(dòng),必須對(duì)液層施加一個(gè)與阻力相反的反向力.在單位液層面積上施加的這種力,稱為切應(yīng)力τ(N/m2).切變速率(D)D=dv/dx(S-1)切應(yīng)力與切變速率是表征體系流變性質(zhì)的兩個(gè)基本參數(shù)切應(yīng)力由于速度梯度的存在,流動(dòng)較慢的液層阻滯較快液層的流動(dòng),40(2)牛頓公式和黏度流動(dòng)時(shí)液體內(nèi)部形成速度梯度,故產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)阻力,切應(yīng)力反映此阻力大小.τ=ηdv/dx=ηD（牛頓公式）η液體粘度黏度定義:將兩塊面積為1m2的板浸于液體中,兩板距離為1米,若加1N的切應(yīng)力,使兩板之間的相對(duì)速率為1m/s,則此液體的黏度為1Pa.s。牛頓液體：符合牛頓公式的流體。黏度只與溫度有關(guān)，與切變速率無關(guān)，τ與D為正比關(guān)系。非牛頓液體：不符合牛頓公式τ/D=f（D），以ηa表示一定（τ/D）下的黏度，稱表觀黏度。(2)牛頓公式和黏度流動(dòng)時(shí)液體內(nèi)部形成速度梯度,故產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)阻41（3）黏度測(cè)定的方法毛細(xì)管黏度計(jì)