第2章膠體西安電子科技大學(xué)理學(xué)院

第十二章膠體化學(xué)分散系統(tǒng)的種類(lèi)及特征膠體分散系統(tǒng)均相系統(tǒng)，分散質(zhì)粒子直徑<1nm，不存在相界面分散相粒子直徑>1000nm分散相粒子直徑在1－1000nm粗分散系統(tǒng)分散相與介質(zhì)分散系統(tǒng)均相分散系統(tǒng)多相分散系統(tǒng)〔分子分散〕膠體化學(xué)研討的對(duì)象：至少在某個(gè)方向粒子直徑在l～1000nm之間的分散系統(tǒng)§12—2膠體系統(tǒng)的制備1、膠體制備的普通條件〔1〕．分散相在介質(zhì)中的溶解度須極小〔2〕．必需有穩(wěn)定劑存在制備過(guò)程可簡(jiǎn)單的表示為：B:化學(xué)凝聚法：經(jīng)過(guò)化學(xué)反響〔如復(fù)分解反響、水解反響、氧化或復(fù)原反響等〕使生成物呈過(guò)飽和形狀，然后粒子再結(jié)合成溶膠。2、膠體制備的方法〔l〕．分散法利用機(jī)械設(shè)備，將粗分散的物料分散成為膠體。分散法常采用以下設(shè)備?！瞐〕膠體磨〔2〕．凝聚法由分子〔或原子、離子〕的分散形狀凝聚為膠體分散形狀的一種方法。A:物理凝聚法：(a)蒸氣凝聚法(b)過(guò)飽和法〔b〕氣流粉碎機(jī)〔又稱(chēng)放射磨〕〔c〕電弧法：〔3〕溶膠的凈化(b)電滲析法在外加電場(chǎng)下進(jìn)展?jié)B析可以添加離子遷移的速度，通稱(chēng)為電滲析法。〔c〕超越濾法用孔徑細(xì)小的半透膜〔約10--8～3x10-7m〕在加壓或吸濾的情況下使膠粒與介質(zhì)分開(kāi)，這種方法稱(chēng)為超越濾法。(a〕滲析法把溶膠放在裝有半透膜的容器內(nèi)，膜外放溶劑。膜內(nèi)的離子向半透膜外遷移。假設(shè)不斷改換膜外溶劑，那么可逐漸降低溶膠中的電解質(zhì)或雜質(zhì)的濃度而到達(dá)凈化的目的?！?2－2膠體系統(tǒng)的光學(xué)性質(zhì)1．丁鐸爾效應(yīng)假設(shè)令一束會(huì)聚的光經(jīng)過(guò)溶膠，那么從側(cè)面〔即與光束垂直的方向〕可以看到一個(gè)發(fā)光的圓錐體，這就是丁鐸爾效應(yīng)。產(chǎn)生丁鐸爾景象的本質(zhì)是光的散射。2．瑞利公式非導(dǎo)電性球性粒子單位體積溶膠的散射光強(qiáng)度I與入射光的強(qiáng)度I。近似滿(mǎn)足以下方程：

結(jié)論：〔l〕散射光強(qiáng)度與每個(gè)粒子體積的平方成正比?！?〕波長(zhǎng)愈短，其散射光愈強(qiáng)。〔3〕粒子的折射率與周?chē)橘|(zhì)的折射率相差越大，粒子的散射光越強(qiáng)?！?〕散射光強(qiáng)度與單位體積中的粒子數(shù)C成正比，3．超顯微鏡與粒子大小的近似測(cè)定普通顯微鏡是在入射光的反方向上察看，散射角a=180o，這時(shí)的散射光遭到透射光劇烈的干擾，故不能看到膠體粒子的存在根據(jù)丁鐸爾效應(yīng)設(shè)計(jì)出的超顯微鏡，是強(qiáng)光源照射，在與入射光垂直的方向上及黑暗視野的條件下察看。這樣可以看到一個(gè)個(gè)閃閃發(fā)亮、不斷挪動(dòng)的光點(diǎn)。假設(shè)知單位體積溶膠中分散相的質(zhì)量，那么可由數(shù)密度求得每個(gè)膠體粒子的質(zhì)量m。再假設(shè)粒子為圓球形，其半徑為r，分散相的密度為p，那么由可求得膠體粒子的r§12－3膠體系統(tǒng)的動(dòng)力性質(zhì)1、布朗運(yùn)動(dòng)微粒在分散介質(zhì)中呈現(xiàn)不規(guī)那么的運(yùn)動(dòng)形狀稱(chēng)為布朗運(yùn)動(dòng)。布朗運(yùn)動(dòng)是分子熱運(yùn)動(dòng)的必然結(jié)果。愛(ài)因斯坦一布朗平均位移公式2、分散〔1〕分散：有濃度梯度存在時(shí)，物質(zhì)粒子因熱運(yùn)動(dòng)〔布朗運(yùn)動(dòng)〕而發(fā)生宏觀(guān)上的定向遷移景象。〔2〕菲克第一定律闡明：※單位時(shí)間經(jīng)過(guò)某一截面的物質(zhì)的量與該處的濃度梯度及面積成正比。負(fù)號(hào)表示分散方向與濃度梯度方向相反?！稚⑾禂?shù)D意義：?jiǎn)挝粷舛忍荻?、單位時(shí)間經(jīng)過(guò)單位面積的物質(zhì)的量通常以分散系數(shù)的大小來(lái)衡量分散速率。當(dāng)一束會(huì)聚光經(jīng)過(guò)溶膠時(shí)，站在與光線(xiàn)垂直方向的同窗看到的光柱的顏色是淡藍(lán)色，而站在入射光180度方向的同窗看到的是橙紅色，這是為什么？在入射光側(cè)面的同窗看到的是膠粒的散射光，根據(jù)瑞利公式入射光波長(zhǎng)越短，散射光越強(qiáng)，所以藍(lán)色紫色光容易散射，所以散射光呈淡藍(lán)色。而對(duì)著入射光看的同窗看到的是透射光，在白光中，波長(zhǎng)較短的藍(lán)色紫色光已散射，剩下的透射光主要是波長(zhǎng)較長(zhǎng)的光，所以看到的透射光是橙紅色的。利用了膠體化學(xué)中的滲析和超越濾原理。由于血液是含有多種蛋白質(zhì)，離子和大量水得膠體體系。腎臟的功能之是利用它的浸透膜來(lái)除去血液中得有害物質(zhì)和排泄水分。當(dāng)病人得腎功能衰竭以后，醫(yī)生要定時(shí)給病人進(jìn)展血液進(jìn)展透析，即將病人的血液進(jìn)展體外循環(huán)，經(jīng)過(guò)人工腎臟的浸透膜，將血液的有害物質(zhì)除去。另外利用浸透膜兩邊的壓差，將多余得水分除去，起到超越濾得作用。在生物醫(yī)學(xué)工程中得人工腎臟利用了膠體化學(xué)中得什么原理？江河入海處為什么會(huì)構(gòu)成三角洲？由于水土流失，江水中經(jīng)常夾帶大量泥沙，到入海處河道變寬，流速變慢，泥沙堆積。另一緣由是江水中的泥沙微粒是帶負(fù)電的膠粒，碰到含有大量電解質(zhì)的海水就凝聚下沉。這樣長(zhǎng)時(shí)間的堆積就構(gòu)成了三角洲。膠體:分散相粒子直徑在1－1000nm粗分散系統(tǒng):分散相粒子直徑>1000nm★按分散相質(zhì)點(diǎn)真溶液:分散質(zhì)粒子直徑<1nm★丁鐸爾效應(yīng)的本質(zhì)及產(chǎn)生的條件本質(zhì)：分散粒子對(duì)光的散射的作用產(chǎn)生的條件：入射光的波長(zhǎng)大于分散粒子尺寸電動(dòng)景象電滲流動(dòng)電勢(shì)沉降電勢(shì)電泳★溶膠系統(tǒng)的電學(xué)性質(zhì)★膠體系統(tǒng)的動(dòng)力性質(zhì)：布朗運(yùn)動(dòng)分散沉降愛(ài)因斯坦～斯托克斯方程計(jì)算愛(ài)因斯坦－布朗位移方程〔3〕分散系數(shù)D的計(jì)算測(cè)出分散系數(shù)D、介質(zhì)的粘度η和分散相的密度ρ，可用下式來(lái)計(jì)算球形粒子稀溶膠粒子的摩爾質(zhì)量：3．沉降與沉降平衡〔1〕沉降多相分散系統(tǒng)中的物質(zhì)粒子，因受重力作用而下沉的過(guò)程稱(chēng)之〔2〕沉降平衡假設(shè)分散速率等于沉降速率，那么系統(tǒng)到達(dá)沉降平衡?？捎?jì)算大小不等的粒子的分布〔可用于不同高度h處大氣壓力P的計(jì)算〕不同高度處C2／C1=P2/P1高度分布定律1．電動(dòng)景象電泳：帶電的膠粒在電場(chǎng)作用下作定向挪動(dòng)電滲：是帶電的介質(zhì)在電場(chǎng)中作定向挪動(dòng)§12－4溶膠系統(tǒng)的電學(xué)性質(zhì)電動(dòng)電勢(shì)〔ξ電勢(shì)〕：質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)固、液兩相發(fā)生相對(duì)挪動(dòng)時(shí)邊境處與液體內(nèi)部的電勢(shì)差。流動(dòng)電勢(shì)：由于介質(zhì)的挪動(dòng)而產(chǎn)生的電勢(shì)差沉降電勢(shì)：帶電膠粒在重力場(chǎng)作用下發(fā)生沉降產(chǎn)生的電勢(shì)差沉降電勢(shì)※膠粒帶電的緣由a〕固體外表可以從溶液中有選擇的吸附某種離子而帶電b〕固體外表上的物質(zhì)粒子，在溶液中發(fā)生電離?！?、雙電層實(shí)際〔1〕雙電層構(gòu)造模型〔a〕雙電層平板電容器模型〔亥姆霍茲雙電層模型〕要點(diǎn)：A：正負(fù)離子整齊地陳列于界面層的兩側(cè)。B：正負(fù)電荷分布的情況就好像平行板電容器那樣。2．分散雙電層實(shí)際(2)、分散雙電層的模型要點(diǎn)：①由于靜電吸引作用和熱運(yùn)動(dòng)，接近固體外表的反離子呈分散形狀分布在溶液中，并非整齊地陳列在一個(gè)平面上。②緊靠固體外表過(guò)剩的反離子濃度最大，相應(yīng)的固體外表上的電勢(shì)φ0即為熱力學(xué)電勢(shì)?！?〕斯特恩雙電層模型①緊靠固體外表構(gòu)成一個(gè)固定的吸附層，稱(chēng)為固定層或斯特恩層。②被吸附的反離子的中心構(gòu)成的平面稱(chēng)為斯特恩面。③在斯特恩面層以外，反離子呈分散分布，構(gòu)成分散層。④當(dāng)固、液兩相發(fā)生相對(duì)挪動(dòng)時(shí)，嚴(yán)密層中吸附在固體外表的反離子和溶劑分子與質(zhì)點(diǎn)作為一個(gè)整體一同運(yùn)動(dòng)，滑動(dòng)面與溶液本體之間的電勢(shì)差，稱(chēng)為ξ電勢(shì)。熱力學(xué)電勢(shì)ф0：固體外表與溶液本體間的電勢(shì)差斯特恩電勢(shì)фδ:斯特恩面同溶液本體之間的電勢(shì)差ξ電勢(shì)：滑動(dòng)面與溶液本體之間的電勢(shì)差斯特恩雙電層=固定層+分散層ξ電勢(shì)的特點(diǎn)：ξ電勢(shì)的絕對(duì)值小于熱力學(xué)電勢(shì)的絕對(duì)值ф0ξ電勢(shì)是衡量膠粒所帶凈電荷多少的物理量；ξ電勢(shì)的符號(hào)由膠粒所吸附離子的電荷決議膠粒外表吸附正離子，ξ電勢(shì)為正；膠粒外表吸附負(fù)離子，ξ電勢(shì)為負(fù)少量外加電解質(zhì)會(huì)對(duì)ξ電勢(shì)產(chǎn)生很大的影響處于等電態(tài)的膠體質(zhì)點(diǎn)不帶電在A(yíng)gI溶膠制備過(guò)程中，當(dāng)Iˉ過(guò)量時(shí)，膠核外表吸附Iˉ帶負(fù)電，其構(gòu)造為:3、溶膠的膠團(tuán)構(gòu)造當(dāng)Ag+過(guò)量時(shí)，膠核外表吸附Ag+帶正電，其構(gòu)造為：膠團(tuán)構(gòu)造SiO2溶膠§12－5溶膠的穩(wěn)定與聚沉1、溶膠的經(jīng)典穩(wěn)定實(shí)際—DLVO實(shí)際根本要點(diǎn)：〔1〕DLVO實(shí)際根本要點(diǎn)：〔A〕膠團(tuán)之間既存在斥力勢(shì)能，同時(shí)也存在著吸引力勢(shì)能?！睟〕膠體系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定或聚沉取決于斥力勢(shì)能或吸力勢(shì)能的相對(duì)大小〔C〕斥力勢(shì)能、吸力勢(shì)能以及總勢(shì)能都隨著粒子間間隔的變化而變化〔D〕電解質(zhì)的參與會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的總勢(shì)能發(fā)生很大的變化〔2〕吸力勢(shì)能及斥力勢(shì)能對(duì)溶膠穩(wěn)定性的影響表示兩膠粒接近時(shí)排斥能添加的情況表示吸引能變化的情況當(dāng)兩膠粒相距較遠(yuǎn)時(shí),吸引力占優(yōu)勢(shì)，曲線(xiàn)在橫軸以下，總位能為負(fù)值；隨著膠粒間間隔變近，斥力起作用，總位能逐漸上升為正值，至一定間隔處，總位能最大，出現(xiàn)一個(gè)能峰Emax。如越過(guò)能峰Emax，勢(shì)能即迅速下降，這意味著膠粒將發(fā)生聚集。要使膠粒聚集在一同，必需經(jīng)過(guò)勢(shì)能峰Emax〔3〕影響溶膠穩(wěn)定的主要要素膠粒帶電溶劑化作用布朗運(yùn)動(dòng)2、溶膠的聚沉聚沉：溶膠中的分散相微粒相互聚結(jié)，顆粒變大，進(jìn)而發(fā)生沉淀的景象?！?〕電解質(zhì)的聚沉作用〔A〕電解質(zhì)濃度的影響C3>C2>C1聚沉值使溶膠發(fā)生明顯的聚沉所需電解質(zhì)的最小濃度某電解質(zhì)的聚沉值愈小，其聚沉才干愈大電解質(zhì)的聚沉才干倒數(shù)隨著電解質(zhì)濃度的加大，溶膠聚沉?xí)r所需抑制的勢(shì)壘變得更低〔B〕舒爾策一哈迪價(jià)數(shù)規(guī)那么：反離子的價(jià)數(shù)愈高，聚沉才干愈大As2S3溶膠的膠體粒子帶負(fù)電荷，起聚沉作用的是電解質(zhì)的陽(yáng)離子〔C〕對(duì)于同價(jià)離子來(lái)說(shuō)，聚沉才干也各不一樣。聚沉值KClMgCl2AlCl3〔mol.m-3〕49.50.70.093某些一價(jià)正、負(fù)離子．對(duì)帶相反電荷膠體粒子的聚沉才干大小的順序，可陳列為〔感膠離子序〕：〔2〕高分子化合物的聚沉作用〔A〕搭橋效應(yīng)：〔B〕脫水效應(yīng)；〔C〕電中和效應(yīng)★按分散相質(zhì)點(diǎn)膠體:分散相粒子直徑在1－1000nm粗分散系統(tǒng):分散相粒子直徑>1000nm真溶液:分散質(zhì)粒子直徑<1nm★丁鐸爾效應(yīng)的本質(zhì)及產(chǎn)生的條件本質(zhì)：分散粒子對(duì)光的散射的作用產(chǎn)生的條件：入射光的波長(zhǎng)大于分散粒子尺寸電泳，電滲，流動(dòng)電勢(shì)，沉降電勢(shì)★溶膠系統(tǒng)的電學(xué)性質(zhì)★膠體系統(tǒng)主要的特征：高度分散的多相性