第十二章膠體化學

第十二章膠體化學§12—1分散體系的分類膠體：物質以一定分散程度而存在的一種物質狀態(tài)，屬于多相的分散體系。普通溶液：懸浮液：FeCl3Fe(OH)31nm~1μm膠體普通溶液懸浮體<1nm>1μm膠體是一種多相的分散系統(tǒng)分散相：分散體系中被分散的粒子分散介質：分散粒子所處的介質粒子大小類型分散相性質實例<1nm低分子分散系統(tǒng)均相、熱力學穩(wěn)定系統(tǒng)、擴散快、能透過半透膜、能形成真溶液蔗糖、NaCl水溶液100～1nm膠體分散系統(tǒng)大分子溶液大分子均相、熱力學不穩(wěn)定系統(tǒng)、擴散慢、不能透過半透膜、能形成真溶液聚乙烯醇水溶液溶膠膠粒多相、熱力學不穩(wěn)定系統(tǒng)、擴散慢、不能透過半透膜、能透過濾紙、能形成膠體溶液金溶膠、氫氧化鐵溶膠>100nm粗分散系統(tǒng)粗顆粒多相、熱力學不穩(wěn)定系統(tǒng)、擴散極慢、不能透過半透膜及濾紙、能形成膠懸浮液、乳狀液或泡沫渾濁泥水、牛奶、豆?jié){、肥皂泡分散系統(tǒng)的分類膠體具有巨大的比表面，是熱力學不穩(wěn)定系統(tǒng)s肥皂膜實驗←←←←←←←肥皂膜baF表面張力：沿著與液體表面相切的方向，垂直作用于表面任意單位長度上，使液體表面收縮的力表面能：單位表面上的分子比相同數(shù)量的內部分子過剩的能量表面功：恒溫、恒壓使液體的表面積增加所消耗的功比表面、表面能、表面張力分散相分散介質名稱體系名稱氣體液體固體液體（液）溶膠泡沫乳狀液溶膠氣體液體固體固體固溶膠固體泡沫固體乳狀液固溶膠液體固體氣體氣溶膠霧、云煙、塵根據(jù)分散相和分散介質的聚集態(tài)分類：根據(jù)膠體化學的研究對象分類溶膠大分子溶液締合膠體親液溶膠憎液溶膠根據(jù)分散相和分散介質的親和力大小分類：膠體的特性1.高分散程度2.不均勻性3.聚結不穩(wěn)定性§12—2溶膠的動力性質一.布朗(Brown)運動一粒子的平均自由程介質的粘度粒子的半徑溶膠具有熱力學不穩(wěn)定性而具有動力穩(wěn)定性二.擴散與滲透壓擴散系數(shù)分散相密度c1c2愛因斯坦認為：擴散力與滲透力大小相等,符號相反三.沉降平衡平衡時：高度分布公式為：ρ0：粒子（分散相）密度ρ：介質密度k：波茲曼常數(shù)結論：布朗運動是使溶膠穩(wěn)定的因素之一，稱為溶膠的動力穩(wěn)定性沉降：粒子在重力作用下向下沉積而與流體分離的過程§12—3溶膠的光學性質波長λ：大小雷萊公式：丁達爾(Tyndall)效應和雷萊公式：(散色)

紅橙黃綠青藍紫討論1.散色光強與入射光波長的四次方成反比(藍天定律)即：波長越短，散色光越強2.散色光強與分散介質和分散相之間的折光率有關3.4.濁度計或乳光計§12—4溶膠的電學性質一.電動現(xiàn)象1.電泳在外加電場作用下，溶膠的分散相粒子在分散介質中向某一電極定向移動的現(xiàn)象叫電泳溶膠輔助液：KCl+-電泳儀2.電滲在電場作用下分散介質通過毛細管或多孔性物質向某一電極移動的現(xiàn)象叫電滲+-溶膠3.沉降電勢分散相粒子與介質發(fā)生相對位移而產生的電位差叫沉降電勢——電泳的逆過程（天大教材定義）：分散相粒子在重力場或離心力場作用下迅速移動時，在移動方向的兩端產生的電勢差4.流動電勢

加壓使介質通過多孔膜，使膜兩邊產生電位差，叫流動電勢——反電滲（天大教材定義）：在外壓作用下，迫使液體（分散介質）通過多孔膜定向流動，在多孔膜的兩端產生的電勢差電動現(xiàn)象總結：電泳電滲外加電場時分散相定向移動分散介質定向移動外加壓力時分散相引起沉降電位分散介質引起流動電位二.擴散雙電層

理論與電動電勢δ1.熱力學電勢2.緊密層與擴散層分界處電勢雙電層結構3.電動電勢ζ電解質對電動電勢的影響等電態(tài)：無電動現(xiàn)象的狀態(tài)加入電解質可使ζ改變，但是對熱力學電勢無影響ζ=0：等電態(tài)（此時不產生電動現(xiàn)象）|ζ|越大，溶膠越穩(wěn)定;ζ>0：溶膠帶正電，ζ<0：溶膠帶負電ζ電勢的大小與滑動面兩邊的電荷分布有關，反號離子分布在緊密層越多，則分布在擴散層越少，ζ電勢就越小δ電泳或電滲速度電動電勢是膠體體系的重要技術指標，其符號表示膠粒表面帶電的情況：ζ>0：膠粒帶正電ζ=0：不帶電，無電動現(xiàn)象ζ<0：膠粒帶負電電動電勢的大小取決于反號離子在緊密層和擴散層的分布情況：其值越大，膠粒帶電多，擴散層厚，膠粒就越穩(wěn)定。擴散層緊密層電動現(xiàn)象發(fā)生在溶膠的緊密層與擴散層之間的界面上，所以電動現(xiàn)象與ζ有關三.憎液溶膠的膠團結構膠粒吸附粒子擴散雙電層膠核膠團緊密層擴散層AgNO3+KI→AgI(溶膠)+KNO3KI過量：負溶膠法楊斯規(guī)則：膠核優(yōu)先吸附與之有相同化學因素的離子AgNO3過量：[(AgI)m·nAg+·(n-x)NO3-]x+·xNO3-正溶膠硅酸溶膠（負溶膠）：水溶液中存在平衡：H2SiO3=2H++SiO32-NaSiO3+2HCl=H2SiO3(溶膠)+2NaClSiO2·H2O第五節(jié)溶膠的穩(wěn)定性與聚沉作用一.溶膠的穩(wěn)定性１.吸附：與膠核有相同化學元素的離子優(yōu)先吸附2.動力穩(wěn)定性3.溶劑化的穩(wěn)定作用穩(wěn)定劑：使溶膠相對穩(wěn)定所需的電解質或其它物質4.膠粒帶電的穩(wěn)定作用DLVO理論（溶膠穩(wěn)定性理論）要點：①膠團之間具有范德華引力②膠粒之間具有靜電斥力理論證明：引力與距離的三次方成反比排斥力為膠粒間距離的指數(shù)函數(shù)結論：溶膠在動力學上是穩(wěn)定系統(tǒng)，在熱力學上則是聚結不穩(wěn)定系統(tǒng)溶膠能相對穩(wěn)定存在主要依賴三個穩(wěn)定因素1.動力穩(wěn)定性(布朗運動)對重力的反作用2.膠粒帶電所產生的靜電斥力3.溶劑化膜所引起的機械阻力二.影響聚沉作用的因素聚沉——使溶膠分散度降低，粒子合并變大而發(fā)生沉降的現(xiàn)象１.電解質溶液的影響①電解質濃度較小，則有助于產生ζ，對溶膠起穩(wěn)定作用②電解質濃度過大，擴散層變薄，ζ降低，使溶膠聚沉雙重性：聚沉值（聚沉能力與聚沉值成反比）使一定量的溶膠發(fā)生明顯聚沉所需電解質的最小濃度規(guī)律：聚沉離子主要是反離子：①反離子價數(shù)越高，聚沉能力越大,聚沉值越?、谕瑑r離子的聚沉力與離子半徑有關

H+>Cs+>Rb+>NH4+>K+>Na+>Li+F->Cl->Br->NO3->I-一價正離子半徑越大，聚沉能力越大一價負離子半徑越小，聚沉能力越大感膠離子序Schulze-Hardy規(guī)則③有機離子的聚沉能力強電解質聚沉值/mol·m-3電解質聚沉值/mol·m-3KCl氯化苯胺氯化嗎啡(C2H5)NH3+Cl-49.52.50.418.20(C2H5)2NH2+Cl-(C2H5)3NH+Cl-(C2H5)4N+Cl-9.962.790.89④電解質中與膠粒同號的離子，價數(shù)越高，聚沉能力越小表面活性劑：少量即可顯著降低水的表面張力的物質兩親分子，具有分子結構的不對稱性，存在于兩相（油水）界面上２.溶膠的相互聚沉相互聚沉的條件：兩種溶膠所帶電荷相反，電量相同時，可以引起完全聚沉３.溫度、濃度的影響溫度升高或濃度增加，聚沉速度加快四.憎液溶膠的保護和敏化作用1.保護作用在溶膠中加入足夠量的大分子化合物溶液，可增加溶膠對電解質溶液的穩(wěn)定性2.敏化作用在溶膠中加入大分子化合物溶液不足夠時，溶膠不穩(wěn)定，易聚沉金數(shù)：保護10ml0.006%的金溶膠，在加入1ml10%NaCl溶液后不發(fā)生聚沉時所需大分子化合物的最小毫克數(shù)紅數(shù)：0.01%剛果紅溶膠五.溶膠的制備和凈化溶膠的制備一.分散法1.機械研磨法2.超聲波法二.凝聚法配制過飽和溶液1.化學反應法

FeCl3+3H2O(沸水)→Fe(OH)3(溶膠)+HCl水解Fe2O3·H2O2.更換溶劑法所用溶劑與水必須完全互溶溶膠的凈化大分子化合物溶液與用憎液溶膠性質的比較大分子化合物溶液憎液溶膠相同性質分子大小達到1～100nm范圍擴散慢不能透過半透膜膠團大小達到1～110范圍擴散慢不能透過半透膜不相同性質1.溶質與溶劑間有強的親合力（能自動分散成溶液)有一定的溶解度2.熱力學穩(wěn)定系統(tǒng)，不需要第三組分作穩(wěn)定劑，穩(wěn)定原因是溶劑化3.對電解質穩(wěn)定性較大。將溶劑蒸發(fā)除去后，成為干燥的大分子化合物。再加人溶劑，又能自動分散形成大分子溶液，即具有可逆性4.平衡系統(tǒng)，可用熱力學函數(shù)來描述5.均相系統(tǒng)，丁達爾效應微弱6.粘度大1.分散相與分散介質間沒有或只有很弱的親合力（不分散、需制備)難溶或不溶2.熱力學不穩(wěn)定系統(tǒng)，需要第三組分作穩(wěn)定劑，穩(wěn)定的主要原因是膠粒帶電3.加入微量電解質就會聚沉，沉淀物經過加熱或加入溶劑等處理，不會復原成膠體溶液，即具有不可逆性4.不平衡系統(tǒng)，只能進行動力學研究5.多相系統(tǒng)，丁達爾效應強6.粘度小（與溶劑相近）第六節(jié)大分子溶液簡介與膜平衡一.高分子化合物的平均摩爾質量二.高分子溶液的滲透壓三.唐南平衡（膜平衡）膠溶作用和觸變作用膠溶作用——溶膠聚沉后又變成溶膠的過程溶膠沉淀聚沉膠溶溶膠凝膠膠凝攪拌觸變作用膠凝作用§12