物理化學(xué)-第八章表面現(xiàn)象與分散系統(tǒng)-8-表面與膠體化學(xué)-印永嘉

第八章

表面現(xiàn)象與分散系統(tǒng)（一）表面現(xiàn)象：相與相之間界面上發(fā)生的特殊現(xiàn)象（二）分散系統(tǒng)：具有巨大相界面的系統(tǒng)分散系統(tǒng)表面現(xiàn)象12(一)表面現(xiàn)象§8.1表面自由能與表面張力§8.2純液體的表面現(xiàn)象§8.3氣體在固體表面上的吸附§8.4溶液的表面吸附§8.5表面活性劑及其作用3§8.1表面自由能與表面張力

（Surfacefreeenergyandsurfacetension）單組分密閉系統(tǒng)：

dG=-SdT+Vdp-

wr’在等溫等壓條件下：(dG)T,p=-

wr’=

dA表面功：可逆擴(kuò)大表面積所做的功

-

wr’=

dA=(dG)T,p

4一、表面自由能，比表面能----比表面能單位：J

m-2物理意義：從定義式看，定溫定壓下，可逆增加單位表面積引起系統(tǒng)自由能的增量即為比表面能。

：?jiǎn)挝槐砻娣e上的分子比相同數(shù)量的內(nèi)部分子超額的吉布斯自由能。5

液體內(nèi)部分子所受的力可以彼此抵銷，但表面分子受到體相分子的拉力大，受到氣相分子的拉力?。ㄒ?yàn)闅庀嗝芏鹊停员砻娣肿邮艿奖焕塍w相的作用力。

這種作用力使表面有自動(dòng)收縮到最小的趨勢(shì)，并使表面層顯示出一些獨(dú)特性質(zhì)，如表面張力、表面吸附、毛細(xì)現(xiàn)象、過飽和狀態(tài)等。6二、表面張力

單位：N

m-1物理意義：表面緊縮力。定義：在相表面的切面上，垂直作用于表面任意單位長(zhǎng)度上的緊縮力。；表面為一曲面：例如：表面為一平面：肥皂水膜凸液面凹液面平面7表面張力（surfacetension）

在兩相(特別是氣-液)界面上，處處存在著一種張力，它垂直與表面的邊界，指向液體方向并與表面相切。將一含有一個(gè)活動(dòng)邊框的金屬線框架放在肥皂液中，然后取出懸掛，活動(dòng)邊在下面。由于金屬框上的肥皂膜的表面張力作用，可滑動(dòng)的邊會(huì)被向上拉，直至頂部。8L

dl(a)圖7-4平液面表面張力示意圖圖7-5 球形液面表面張力示意圖表面張力

9(a)(b)10三、影響表面張力的因素1.物質(zhì)的種類及共存相的種類（性質(zhì)）20℃H2O(l)C6H6(l)CCl4(l)

/N

m-10.07280.02890.0269

(H2O-C6H6)0.0326

(H2O-CCl4)0.0452.溫度：一般情況下，T

，

。因分子間引力減弱如常壓下的純液體：為溫度不變時(shí)擴(kuò)大表面積所吸的熱Q>011四、表面熱力學(xué)12五、表面自由能（巨大表面系統(tǒng)）例1：20℃，p

下，將1kg水分散成10-9m半徑的小水滴需做功多少？已知

=0.0728N

m-1,

=1000kg

m-3

解：–Wr’=

A=

(A2–A1)

A2=

n

4

r2而1kg=n×(4/3

r3

)

n=2.4

1023個(gè)–Wr’=3

10-3

/r=218kJ而218kJ的能量相當(dāng)于1kg水升溫50℃所需的能.對(duì)于1kg水(0.0485m2)，表面能約為3.5

10-3J。13§8.2純液體的表面現(xiàn)象

Surfacephenomenaofpureliquid一、彎曲液面的附加壓力平面凸液面(convex)凹液面(concave)

p=0

p指向球心p指向球心

p＝？14研究以AB為直徑的一個(gè)環(huán)作為邊界，由于環(huán)上每點(diǎn)的兩邊都存在表面張力，大小相等，方向相反，所以沒有附加壓力。1.在平面上剖面圖液面正面圖15（2）在凸面上：研究以AB為弦長(zhǎng)的一個(gè)球面上的環(huán)作為邊界。由于環(huán)上每點(diǎn)兩邊的表面張力都與液面相切，大小相等，但不在同一平面上，所以會(huì)產(chǎn)生一個(gè)向下的合力。剖面圖所有的點(diǎn)產(chǎn)生的總壓力為Ps，稱為附加壓力。凸面上受的總壓力為：Po+

PsPo為大氣壓力，Ps為附加壓力。附加壓力示意圖16（3）在凹面上：研究以AB為弦長(zhǎng)的一個(gè)球形凹面上的環(huán)作為邊界。由于環(huán)上每點(diǎn)兩邊的表面張力都與凹形的液面相切，大小相等，但不在同一平面上，所以會(huì)產(chǎn)生一個(gè)向上的合力。所有的點(diǎn)產(chǎn)生的總壓力為Ps，稱為附加壓力。凹面上向下的總壓力為：Po-Ps

，所以凹面上所受的壓力比平面上小。剖面圖附加壓力示意圖17

彎曲液面可分為兩種：凸液面和凹液面，如圖7-6所示。圖7-6 球形彎曲液面(b)氣泡（凹液面）液

氣???????????(a)液滴（凸液面）

氣

液??????????????????????(c)、兩相平衡

18

根據(jù)數(shù)學(xué)上規(guī)定，凸面的曲率半徑取正值，凹面的曲率半徑取負(fù)值。所以，凸面的附加壓力指向液體，凹面的附加壓力指向氣體，即附加壓力總是指向球面的球心。1805年Young-Laplace導(dǎo)出了附加壓力與曲率半徑之間的關(guān)系式：19實(shí)驗(yàn)：Young-LaplaceequationP’20Young-Laplace

公式:

p=2

/r式中r：曲率半徑。

r越大，

p越?。黄矫鏁r(shí)r

，

p=0注意：1.不管是凸液面，還是凹液面，附加壓力的方向總是指向球心，即球內(nèi)的壓力一定大于球外的壓力；2.液膜（肥皂泡）

p=4

/r21(c)附加壓力

p

總是指向球面的球心（或曲面的曲心)。圖7-8 附加壓力方向示意圖

氣液

p

pgpl??????????????(a)氣液

p

plpg?????(b)

p=0液氣pl?????????pg?22例：打開活塞后，兩肥皂泡將如何變化？達(dá)平衡時(shí)怎樣？RP’rP23二、曲率對(duì)蒸氣壓的影響-----Kelvineq.()T:1mol液體

(液相)PP’=P+2

/r(氣相)蒸氣壓ppr氣液平衡：

(g)=

(l)()T:d

(g)=d

(l)即dGm(g)=dGm(l)

RTdlnp=Vm(l)dP(l)rP’

P24Kelvineq.注意：凹（液中氣泡）：r取負(fù)值，pr<p凸（小液滴）：r取正值，pr>p25即，pr*(凸液面)>pr*(平液面)>pr*(毛細(xì)管中凹液面)，附圖pr*(凸液面)>pr*(平液面)>pr*(毛細(xì)管中凹液面)液氣?????????P*（平）?氣液P*(凹)?????氣液??????????????P*(凸)2610-1101100102103123r/

nm{Pr}圖7-9

表面曲率半徑對(duì)水的蒸汽壓的影響小液滴毛細(xì)管中凹液面298.15K平面液體27例2已知水在20℃時(shí)的表面張力為0.072N

m-1，

=1gcm-3，0℃時(shí)水的飽和蒸氣壓為610.5Pa。在0℃～20℃內(nèi)水的

vapHm=40.67kJ

mol-1。求在20℃時(shí)半徑為10-9m水滴的飽和蒸氣壓。解：要求20℃時(shí)水滴的飽和蒸氣壓，首先要求出該溫度下平面水的飽和蒸氣壓。則根據(jù)克-克方程：

p(293K)=2074Pa根據(jù)Kelvin公式pr=6011Pa28Kelvin公式的應(yīng)用：幾種亞穩(wěn)狀態(tài)1）過飽和蒸氣——人工降雨20℃時(shí)(pr=6kPa)>>(p=2kPa)。若現(xiàn)在(35℃)蒸氣壓為5.6kPa，迅速冷卻至20℃，雖p>p(20℃)，但仍<pr，所以成為過飽和蒸氣2）過熱液體：暴沸現(xiàn)象violentbumping

P+

P=P+2

/rpr3）過冷液體4）過飽和溶液29三、液體的潤(rùn)濕與鋪展wettingandspreading

(s-l)

(s-g)

(l-g)

OO30合力

(s-g)－

(s-l)－

(l-g)cos

：<0，Ｏ點(diǎn)向右移，收縮，如石蠟上的水滴=0，平衡，液滴保持一定形狀>0，Ｏ點(diǎn)向左移，液體鋪展,如潔凈玻璃上的水滴31接觸角的計(jì)算：平衡時(shí)(即合力為零時(shí))

<90

潤(rùn)濕，該固體則稱為親液（水）性固體,如：石英、無機(jī)鹽

=0

：完全潤(rùn)濕，鋪展

>90

不潤(rùn)濕，該固體則稱為憎液（水）性固體，如：石蠟、石墨

=180

：完全不潤(rùn)濕32四、毛細(xì)管現(xiàn)象(capillarity)凹液面

<90,p向上凸液面

>90,p向下

p=(

液－

氣)gh=

液gh=2

/rR’=rcos

r為曲率半徑R’為毛細(xì)管半徑

rR’圖7-13 毛細(xì)管現(xiàn)象

(a)液體在毛細(xì)管中上升h(b)液體在毛細(xì)管中下降h33應(yīng)用：1)鋤地保墑切斷毛細(xì)管，使水分不能沿毛細(xì)管上升到地表而蒸發(fā)；毛細(xì)管凝聚,水在毛細(xì)管中呈凹液面，其飽和蒸氣壓小于水平液面的飽和蒸氣壓，水蒸氣易在切斷的毛細(xì)管中凝結(jié)成水。2)兩塊潔凈的玻璃之間放少量水后，為什么很難拉開？pp

p34例3如果水中僅含有半徑為1.00×10-3mm的空氣泡，試求這樣的水開始沸騰的溫度為多少度？已知100℃以上水的表面張力為0.0589N

m-1，氣化熱為40.7kJmol-1。解：空氣泡上的附加壓力為Δp=2σ/r,當(dāng)水沸騰時(shí)，空氣泡中的水蒸氣壓至少等于(pθ+Δp),應(yīng)用克勞修斯－克拉貝龍方程可求出蒸氣壓為(pθ+Δp)時(shí)的平衡溫度T2，此即沸騰溫度。T2=396K35例4由于天氣干旱，白天空氣相對(duì)濕度僅56%(相對(duì)濕度即實(shí)際水蒸氣壓力與飽和蒸氣壓之比)。設(shè)白天溫度為35℃(飽和蒸氣壓為5.62×103Pa),夜間溫度為25℃(飽和蒸氣壓為3.17×103Pa)。試求空氣中的水份夜間時(shí)能否凝結(jié)成露珠？若在直徑為0.1μm的土壤毛細(xì)管中是否凝結(jié)？設(shè)水對(duì)土壤完全潤(rùn)濕，25℃時(shí)水的表面張力

=0.0715N

m-1，水的密度

=1gcm-3。解：白天溫度為35℃時(shí),空氣相對(duì)濕度為56%，則實(shí)際蒸氣壓p=5.62×103

×56%=3.15×103Pa

此蒸氣壓小于夜間(25℃時(shí))的飽和蒸氣壓3.17×103Pa,所以夜間不會(huì)凝結(jié)。36在直徑為0.1μm的土壤毛細(xì)管中，水形成凹液面。由于水對(duì)土壤完全潤(rùn)濕，故凹液面曲率半徑等于土壤毛細(xì)管半徑=–0.5×10-7m。由開爾文公式：pr/p=0.979pr=3.10×103Pa<3.15×103Pa(實(shí)際)，所以夜間水蒸氣能在土壤毛細(xì)管中凝結(jié)。37例5一個(gè)帶有毛細(xì)管頸的漏斗，其底部裝有半透膜，內(nèi)盛濃度為1×10-3molL-1的稀硬酯酸鈉水溶液。若溶液的表面張力=

*-bc,其中

*

=0.07288N

m-1，b=19.62(N

m-1molL-1)，298.2K時(shí)將此漏斗緩慢地插入盛水的燒杯中，測(cè)得毛細(xì)管頸內(nèi)液柱超出水面30.71cm時(shí)達(dá)成平衡，求毛細(xì)管的半徑。若將此毛細(xì)管插入水中，液面上升多少？30.71cm38解：毛細(xì)管內(nèi)液面上升原因有兩個(gè)：一是附加壓力；二是滲透壓。若將此毛細(xì)管插入水中，液面上升多少？根據(jù)公式即Π+Δp=ρgh,而Π=cRT,Δp=2/r則2/r=ρgh–cRT

=1000×9.8×0.3071–1×RT=530.6Pa=

*-bc=0.07288–19.62×10-3=0.05326Nm-1r=2×0.05326/530.6=2.008×10-4m

液面上升7.4cm39§8.3氣體在固體表面的吸附一、氣固吸附的一般常識(shí)吸附質(zhì)：（被吸附的）氣體；吸附劑：（吸附氣體的）固體1.吸附類型物理吸附化學(xué)吸附吸附力范德華力化學(xué)鍵力吸附分子層多分子層單分子層吸附選擇性無，易液化者易吸附有選擇性吸附熱-(20~40)kJ/mol-(40~400)kJ/mol吸附速度快,易脫附,易達(dá)平衡較慢，不易達(dá)平衡402.吸附平衡與吸附量吸附平衡：即rads

=rd，此時(shí)被吸附的氣體量不隨時(shí)間而變化。吸附量：達(dá)吸附平衡時(shí)，單位質(zhì)量吸附劑所吸附的吸附質(zhì)的量a=n(吸附質(zhì))/m(吸附劑)a=V(吸附質(zhì))/m(吸附劑)413）吸附曲線：a=f(T,p)a為吸附量，p為吸附質(zhì)的分壓

吸附等壓線：a=f(T)(isobaric)(isobar)CO在Pt上的吸附等壓線V(CO)T因?yàn)?/p>

H=

G+T

S<0<0

吸附熱小于零，T

，a

吸附是放熱42吸附等量線：p=f(T)類似于C-C方程，可求吸附熱吸附等溫線：a=f(p)isotherm吸附質(zhì)分壓吸附量p397：五種類型，其中第一種是單分子層吸附(見右圖)43二、Langmuir單分子層吸附等溫式基本假設(shè)：1單分子層吸附：空白表面上才能吸附。令表面覆蓋度為，rads

=k1(1-

)p2吸附分子之間無相互作用力：吸附分子脫附時(shí)不受其它吸附分子的影響。rd=k2

()T

達(dá)吸附平衡時(shí)，rads

=rd其中or44討論：1.bp<<1，V=Vmbp即V

p，圖中p很小時(shí)2.bp>>1，V=Vm(常數(shù))，達(dá)到飽和吸附

=1pVVm45直線斜率=1/Vm，Vm=1/slope截距=1/bVm，b=slope/intercept3原式改寫成p/Vp46三、BET吸附等溫式：多分子層氣固吸附理論Vm=1/(slope+intercept)其中C：與吸附熱有關(guān)的常數(shù)

p

：T時(shí)吸附質(zhì)的飽和蒸氣壓BET吸附等溫式的重要應(yīng)用：測(cè)定和計(jì)算固體吸附劑的比表面（單位質(zhì)量吸附劑的表面積）已知吸附質(zhì)分子的截面積為AS比=47例60℃時(shí)，CO在2.964g木炭上吸附的平衡壓力p與吸附氣體標(biāo)準(zhǔn)狀況體積V有下列數(shù)據(jù)p/104Pa0.972.404.127.2011.76V/cm37.516.525.138.152.3(1)試用圖解法求朗格謬爾公式中常數(shù)Vm和b;(2)求CO壓力為5.33×104

Pa時(shí)，1g木炭吸附的CO標(biāo)準(zhǔn)狀況體積。解：朗格謬爾吸附等溫式(1)以(p/V)對(duì)p作圖，得一直線，其斜率=1/Vm,截距=1/(bVm)48p/104Pa0.972.404.127.2011.76(p/V)/Pa·cm-3129314551641189022491/Vm

=8.78×10-3

cm-3,1/(bVm)

=1.24×103

Pa·cm-3故Vm

=114cm3,b=7.08×10-6

Pa-1將題給數(shù)據(jù)整理后列表如下:p/Vp斜率截距49(2)求CO壓力為5.33×104

Pa時(shí)，1g木炭吸附的CO標(biāo)準(zhǔn)狀況體積。從圖上查出，當(dāng)pCO=5.33×104

Pa時(shí)，p/V=1707Pa·cm-32.964g木炭吸附的CO標(biāo)準(zhǔn)狀況體積為：V=5.33×104

/1707=31.22cm31g木炭吸附的CO標(biāo)準(zhǔn)狀況體積為：V/m=31.22/2.964=10.5cm350四、其它吸附等溫式1.捷姆金吸附等溫式a=kln(bp)2.付勞因德利希吸附等溫式

lna=lnk+(1/n)lnplna=lnk+(1/n)lnc（溶液中）(n>1)51§8.4溶液的表面吸附一、溶液表面的吸附現(xiàn)象──

和c的關(guān)系c

ⅠⅢⅡ1.負(fù)吸附──表面張力增大Ⅰ(如礦泉水，井水)2.正吸附──表面張力減?、颍?2二、Gibbs吸附公式表面吸附量:定義：物理意義：（表面超量）surfaceexcess

單位面積表面層中溶質(zhì)的物質(zhì)的量比同量溶劑在本體溶液中所含溶質(zhì)的物質(zhì)的量的超出值/mol

m-2（)TT

，

，c

，

，

0，負(fù)吸附，c

，

，

0

正吸附------------Gibbs吸附公式53

的求算：1.作～c曲線的切線，求斜率d/dc，代入Gibbs吸附公式，再作

~c圖。2.經(jīng)驗(yàn)公式：例如對(duì)有機(jī)酸同系物，希施柯夫斯基經(jīng)驗(yàn)公式為：其中*:純?nèi)軇┑谋砻鎻埩?濃度為c時(shí)溶液的表面張力a,b:經(jīng)驗(yàn)常數(shù)。同系物b相同，a不同。54將上式改寫為整理上式得c/

～c作圖，得一直線，

=1/slope5556三、表面活性劑的吸附層結(jié)構(gòu)1表面活性劑：surfactants少量溶質(zhì)加入能使溶液表面張力急劇下降。原因：因?yàn)楸砻婊钚詣┙Y(jié)構(gòu)上的雙親性特點(diǎn)親水基團(tuán)：-OH、-COOH、-COO－、-SO3－憎水基團(tuán)：烷基，苯基。2表面活性劑的吸附層結(jié)構(gòu)：對(duì)于同系物，雖然碳鏈長(zhǎng)度不同，但分子截面積相同(b相同)，所以

相同。設(shè)一個(gè)分子的截面積為A，A

L=1/

573表面膜:58例719℃時(shí)，丁酸水溶液的表面張力與濃度的關(guān)系可以準(zhǔn)確地用下式表示：其中*是純水的表面張力，c為丁酸濃度，A,B為常數(shù)導(dǎo)出此溶液表面吸附量

與濃度c的關(guān)系;已知A=0.0131N

m-1,B=19.62dm3

mol-1,求丁酸濃度為0.20moldm-3時(shí)的吸附量;求丁酸在溶液表面的飽和吸附量

;假定飽和吸附時(shí)表面全部被丁酸分子占據(jù)，計(jì)算每個(gè)丁酸分子的橫截面積59解:(1)將題目給定關(guān)系式對(duì)濃度c求導(dǎo)，得代入吉布斯吸附公式，得(2)將A=0.0131N

m-1,B=19.62dm3

mol-1,T=292K,c=0.20moldm-3代入上式，計(jì)算得：=4.30×10-6

mol·m-260(3)當(dāng)c很大時(shí)，1+Bc

Bc,則：(4)假定飽和吸附時(shí)表面全部被丁酸分子占據(jù)，則丁酸分子的橫截面積為：61CH3N+

CH2COO

CH3SO3

CH3N+

CH3

CH3§8.5表面活性劑及其作用一、表面活性劑的分類：雙親性特點(diǎn)（見p411表8

4）離子型負(fù)離子型：羧酸鹽、磺酸鹽、磷酸酯鹽

正離子型：銨鹽兩性：氨基酸非離子型：酯類、酰胺類、聚氧乙烯醚CH3CH2···CH2

CH3CH2···CH2

CH3CH2···CH2

O(CH2CH2O)nHCH3CH2···CH2

62二、膠束和臨界膠束濃度CMC

micelleandcriticalmicelleconcentrationCMC──表面活性劑在水溶液中形成膠束所需最低濃度。一般在0.001—0.002mol/dm3，與在溶液表面形成飽和吸附所對(duì)應(yīng)的濃度基本一致63CMC的性質(zhì)：64三、表面活性劑的作用1.潤(rùn)濕作用：由潤(rùn)濕

不潤(rùn)濕或由不潤(rùn)濕

潤(rùn)濕防雨布;浮游選礦;農(nóng)藥2.增溶作用：solubilization3.乳化作用：emulsification

乳狀液(emulsion)：

水包油O/W：牛奶、潤(rùn)滑液

4.起泡，去污油包水W/O：石油、農(nóng)藥、殺蟲劑。65(二)分散系統(tǒng)§8.6分散系統(tǒng)的分類§8.7溶膠的光學(xué)及力學(xué)性質(zhì)§8.8溶膠的電性質(zhì)§8.9溶膠的聚沉和絮凝§8.10溶膠的制備及凈化6667§8.6分散系統(tǒng)的分類一、按分散相粒子大小分類:1）分子分散系統(tǒng)：d<10－9m，單相，真溶液；2）膠體(colloid)分散系統(tǒng)：10－9<d<10－7m，

多相，高度分散系統(tǒng)，熱力學(xué)不穩(wěn)定系統(tǒng)；3）粗分散系統(tǒng)：10－7<d<10－5m，

多相，熱力學(xué)不穩(wěn)定系統(tǒng)如：乳狀液emulsion；懸浮液suspension68二、按分散相和分散介質(zhì)的聚集狀態(tài)分類：分散介質(zhì)分散相名稱

例子液體固體溶膠，懸浮液Fe(OH)3,泥漿液體乳狀液牛奶氣體泡沫肥皂水固體固體固溶膠有色玻璃液體凝膠珍珠氣體固體泡沫饅頭，泡沫塑料氣體固體氣溶膠煙，塵液體氣溶膠霧，云69膠體的分類:Fe(OH)3AgI膠體淀粉膠體霧、云、煙有色玻璃Fe(OH)3AgI膠體70分散體系通常有三種分類方法：真溶液膠體分散體系粗分散體系按分散相粒子的大小分類：按分散相和介質(zhì)的聚集狀態(tài)分類：液溶膠固溶膠氣溶膠按膠體溶液的穩(wěn)定性分類：憎液溶膠親液溶膠71§8.7溶膠的光學(xué)和力學(xué)性質(zhì)一、丁達(dá)爾(Tyndall)效應(yīng)現(xiàn)象：渾濁發(fā)亮原理：散射

分散相粒子直徑D>入射光的波長(zhǎng)λ──反射;分散相粒子直徑D<入射光的波長(zhǎng)λ

──

散射.波長(zhǎng)λ越短，粒子直徑D越大，散射作用就越強(qiáng)。1）可見光波長(zhǎng)4～7×10－7m，所以真溶液（d<10－9m）散射極弱；2）而大氣層為氣溶膠，粒子直徑較大，日光中的蘭、紫色波長(zhǎng)短，散射強(qiáng)，所以天空呈藍(lán)色。3）超顯微鏡：可觀察到散射光，僅是膠粒的“影子”4）電子顯微鏡：可觀察到實(shí)象。7273

i)天空呈蔚藍(lán)色，是陽光的散射光；ii)

車輛在霧、雨天行駛時(shí)，前燈需用黃色燈，以減少散射，照得遠(yuǎn)；iii)早晨和傍晚的太陽光需穿過很厚的大氣照到地球表面，由于散射作用，照到地球表面的陽光呈紅色（此為透射光）。散射測(cè)量：采用短波長(zhǎng)光線（如436nm汞線）光源以增強(qiáng)散射效果。74二、布朗（Brown）運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象：1827年布朗觀察到花粉在液面上不規(guī)則運(yùn)動(dòng)現(xiàn)在用超顯微鏡可觀察到膠粒在介質(zhì)中不停地?zé)o規(guī)則運(yùn)動(dòng)。布朗（Brown）運(yùn)動(dòng)示意圖75原理：分子固有熱運(yùn)動(dòng)的體現(xiàn)，無須消耗能量。其速度取決于粒子的大小，溫度，介質(zhì)粘度。顆粒太大時(shí)：1.撞擊力大體抵銷2.質(zhì)量較大，運(yùn)動(dòng)不明顯76三、擴(kuò)散

diffusion

在有濃差的情況下，溶膠粒子會(huì)從高濃度處向低濃度處擴(kuò)散。菲克(Fick)定律：（一維）愛因斯坦：粒子半徑：～10-11m2·s-1，慢而真溶液D～10-9m2·s-1溶膠的平均摩爾質(zhì)量應(yīng)用：通過上式可求擴(kuò)散系數(shù)D，求得M后，可根據(jù)稀溶液公式求滲透壓。77四、沉降和沉降平衡Sedimentation1.沉降平衡：若溶膠粒子密度>分散介質(zhì)的密度，n1、n2：高度為h1、h2處的粒子濃度（數(shù)密度）

、

0：分散相和分散介質(zhì)的密度

V：?jiǎn)蝹€(gè)粒子的體積。其濃度隨高度分布的規(guī)律：在重力作用下由于濃度差當(dāng)沉降速度=擴(kuò)散速度時(shí)，達(dá)沉降平衡，而形成穩(wěn)定的濃度梯度。沉降擴(kuò)散﹕﹕﹕﹕﹕﹕﹕﹕﹕782.沉降：若分散相粒子較大，布朗運(yùn)動(dòng)不足以克服沉降作用時(shí)，就發(fā)生沉降。重力作用：f1=4/3

r3(

－

0)gstokes阻力：f2=6

ru當(dāng)f1=f2時(shí)，粒子以恒定速度u下降可求得M=4/3

r3

L測(cè)u79§8.8溶膠的電學(xué)性質(zhì)溶膠能穩(wěn)定存在的原因：1.溶膠粒子帶電；2.布朗運(yùn)動(dòng)；3.溶劑化一、電動(dòng)現(xiàn)象：電泳；電滲電動(dòng)：在外電場(chǎng)作用下，分散相與分散介質(zhì)發(fā)生相對(duì)移動(dòng)。電泳：在外電場(chǎng)作用下，分散相在分散介質(zhì)中作定向移動(dòng)。電滲：在外電場(chǎng)作用下，液體介質(zhì)作定向移動(dòng)。80電泳

圖2-6電泳示意圖81電滲:Fe(OH)3溶膠82電泳速度和應(yīng)用電泳速度u正比于：粒子荷電量；電壓；1/

(介質(zhì))；1/V(粒子大小)電泳應(yīng)用：

電泳分離（生物學(xué)）：蛋白質(zhì)和核酸分子電泳速率不同；

電泳電鍍：醫(yī)用橡膠手套；電滲應(yīng)用：電沉積法涂漆中使漆膜中水分排出；

泥炭脫水；

水的凈化；83四種電現(xiàn)象的相互關(guān)系：電泳電滲流動(dòng)電勢(shì)沉降電位（液體靜止，固體粒子運(yùn)動(dòng)）（固相不動(dòng)，液體移動(dòng)）外加電場(chǎng)引起相對(duì)運(yùn)動(dòng)相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生電位差84二、溶膠粒子帶電的原因1.吸附：由于表面能高，所以易吸附雜質(zhì)。法揚(yáng)司(Fajans)規(guī)則：優(yōu)先吸附與溶膠粒子有相同元素的離子；例如：AgI溶膠優(yōu)先吸附Ag+或I－2.電離：分散相固體表面分子發(fā)生電離

H2SiO3=2H++SiO32－85三、溶膠粒子的結(jié)構(gòu)──膠團(tuán)（電中性）1.固體粒子(AgI)m稱為膠核(m=108)，由于吸附而帶電；2.由于靜電作用，反離子被吸引在帶電膠核的周圍，形成緊密層，在電場(chǎng)的作用下，緊密層隨膠核運(yùn)動(dòng)；即膠粒在運(yùn)動(dòng)；3.由于熱運(yùn)動(dòng)，部分反離子分散在緊密層外，形成分散層。4.整個(gè)膠團(tuán)為電中性緊密層分散層膠核86膠團(tuán)結(jié)構(gòu)[(AgI)m·nAg+·(n-x)NO3－]x+·xNO3

－

[(AgI)m·nI－·(n-x)K＋]x-·xK＋

膠核緊密層分散層膠粒膠團(tuán)滑動(dòng)面87四、溶膠粒子的雙電層

（熱力學(xué)電勢(shì)）：只與被吸附的離子或電離下去的離子的活度有關(guān)，與其它離子的存在與否及其濃度無關(guān)。

（電動(dòng)電勢(shì)）：與電解質(zhì)的濃度有關(guān)。決定了電泳速度的大小

電勢(shì)

電解質(zhì)濃度增加，分散層變薄dd’d’’

電勢(shì)下降,最后0

d電勢(shì)距離分散層緊密層d’d’’88

（電動(dòng)電勢(shì)）：其中Dr：介質(zhì)相對(duì)于真空的介電常數(shù)（水：Dr=80）

0：真空的介電常數(shù)（8.85

10－12F

m-1）

：介質(zhì)的粘度(Pa

s)E：電勢(shì)梯度(V

m-1)89膠粒間斥力勢(shì)能、吸力勢(shì)能及總勢(shì)能曲線UR∝exp{-

x}UmaxFC{x}0Born排斥{U}勢(shì)壘UUA∝—德拜參量

90§8.9溶膠的聚沉和絮凝一、外加電解質(zhì)對(duì)聚沉的影響（兩重性）：電解質(zhì)濃度小時(shí)：使膠粒帶電,同性相斥,不易聚沉；電解質(zhì)濃度足夠大時(shí):使分散層變薄,

電勢(shì)下降,易聚沉；聚沉值：使溶膠發(fā)生明顯聚沉所需電解質(zhì)的最低濃度。電解質(zhì)濃度c聚沉速率聚沉值（此時(shí)

=25～30mV）思考題：1。江河入海處，為何常形成三角洲？2。做豆腐時(shí)“點(diǎn)漿”的原理是什么？=091聚沉能力大小有以下規(guī)則：1.哈迪-舒爾茲(Hardy-Schulze)規(guī)則：聚沉值與反離子價(jià)數(shù)成反比,聚沉值2.感膠離子序:同價(jià)反離子，聚沉能力略有不同：H+>Cs+>Rb+>NH4+>K+>Na+>Li+（對(duì)負(fù)溶膠體）F－>Cl－>Br－>NO3－>I－（對(duì)正溶膠體）3.同離子：當(dāng)反離子相同時(shí)，同離子價(jià)數(shù)越高，聚沉能力越弱；4.有機(jī)化合物離子有很強(qiáng)的吸附能力，因此有較