第二章 膠體的制備和性質(zhì)課件

膠體與表面化學(xué)概論—第二章

的制備

和性質(zhì)第二章膠體的制備和性質(zhì)第二章 膠體的制備和性質(zhì)2.1溶膠的制備與凈化2.2溶膠的動(dòng)力性質(zhì)2.3溶膠的光學(xué)性質(zhì)2.4溶膠的電學(xué)性質(zhì)和膠團(tuán)結(jié)構(gòu)2.5溶膠的穩(wěn)定性2.6流變性質(zhì)第二章膠體的制備和性質(zhì)2.1

溶膠的制備與凈化溶膠的制備

（1）分散法1.研磨法2.膠溶法3.超聲波分散法4.電弧法（2）凝聚法1.化學(xué)凝聚法2.物理凝聚法溶膠的凈化

（1）滲析法（2）超過(guò)濾法第二章膠體的制備和性質(zhì)1、形成憎液溶膠的必要條件是：

（1）分散相的溶解度要??；

（2）還必須有穩(wěn)定劑存在，否則膠粒易聚結(jié)而聚沉。一、膠體分散體系的制備第二章膠體的制備和性質(zhì)二、溶膠的制備方法

制備溶膠必須使分散相粒子的大小落在膠體分散體系的范圍之內(nèi)，并加入適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定劑。制備方法大致可分為兩類(lèi)：

（1）分散法

用機(jī)械、化學(xué)等方法使固體的粒子變小。（2）凝聚法

使分子或離子聚結(jié)成膠粒。用這兩種方法直接制出的粒子稱(chēng)為原級(jí)粒子。

視具體制備條件不同，這些粒子又可以聚集成較大的次級(jí)粒子。

通常所制備的溶膠中粒子的大小不是均一的，是一個(gè)多級(jí)分散體系。第二章膠體的制備和性質(zhì)1、分散法①.機(jī)械分散法

用機(jī)械粉碎的方法將固體磨細(xì)。

這種方法適用于脆而易碎的物質(zhì)，對(duì)于柔韌性的物質(zhì)必須先硬化后再粉碎。例如，將廢輪胎粉碎，先用液氮處理，硬化后再研磨。

膠體磨的形式很多，其分散能力因構(gòu)造和轉(zhuǎn)速的不同而不同。第二章膠體的制備和性質(zhì)盤(pán)式膠體磨第二章膠體的制備和性質(zhì)轉(zhuǎn)速約每分鐘1萬(wàn)～2萬(wàn)轉(zhuǎn)。

A為空心轉(zhuǎn)軸，與C盤(pán)相連，向一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，B盤(pán)向另一方向旋轉(zhuǎn)。

分散相、分散介質(zhì)和穩(wěn)定劑從空心軸A處加入，從C盤(pán)與B盤(pán)的狹縫中飛出，用兩盤(pán)之間的應(yīng)切力將固體粉碎，可得1000nm左右的粒子。

第二章膠體的制備和性質(zhì)

電弧法主要用于制備金、銀、鉑等金屬溶膠。制備過(guò)程包括先分散后凝聚兩個(gè)過(guò)程。②.電分散法

將金屬做成兩個(gè)電極，浸在水中，盛水的盤(pán)子放在冷浴中。在水中加入少量NaOH作為穩(wěn)定劑。

制備時(shí)在兩電極上施加100V左右的直流電，調(diào)節(jié)電極之間的距離，使之發(fā)生電火花，這時(shí)表面金屬蒸發(fā)，是分散過(guò)程，接著金屬蒸氣立即被水冷卻而凝聚為膠粒。第二章膠體的制備和性質(zhì)

③.超聲波分散法

這種方法目前只用來(lái)制備乳狀液。

如圖所示，將分散相和分散介質(zhì)兩種不混溶的液體放在樣品管4中。樣品管固定在變壓器油浴中。

在兩個(gè)電極上通入高頻電流，使電極中間的石英片發(fā)生機(jī)械振蕩，使管中的兩個(gè)液相均勻地混合成乳狀液。

第二章膠體的制備和性質(zhì)

④、膠溶法又稱(chēng)解膠法，僅僅是將新鮮的凝聚膠粒重新分散在介質(zhì)中形成溶膠，并加入適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定劑。

這種穩(wěn)定劑又稱(chēng)膠溶劑。根據(jù)膠核所能吸附的離子而選用合適的電解質(zhì)作膠溶劑。

這種方法一般用在化學(xué)凝聚法制溶膠時(shí)，為了將多余的電解質(zhì)離子去掉，先將膠粒過(guò)濾，洗滌，然后盡快分散在含有膠溶劑的介質(zhì)中，形成溶膠。

第二章膠體的制備和性質(zhì)例如：溶膠的制備--膠溶法AgCl(新鮮沉淀）AgCl(溶膠）

Fe(OH)3（新鮮沉淀）Fe(OH)3

(溶膠）第二章膠體的制備和性質(zhì)二、溶膠的制備--凝聚法

1.化學(xué)凝聚法

通過(guò)各種化學(xué)反應(yīng)使生成物呈過(guò)飽和狀態(tài)，使初生成的難溶物微粒結(jié)合成膠粒，在少量穩(wěn)定劑存在下形成溶膠，這種穩(wěn)定劑一般是某一過(guò)量的反應(yīng)物。例如：A.復(fù)分解法

2H3AsO3（?。?3H2S→As2S3（溶膠）+6H2OB.水解法

FeCl3（?。?3H2O（熱）→Fe(OH)3（溶膠）+3HCl第二章膠體的制備和性質(zhì)

C.氧化法

2H2S(?。?SO2(g)→2H2O+3S(溶膠）

Na2S2O3+2HCl→2NaCl+H2O+SO2+S(溶膠）

E.離子反應(yīng)制氯化銀溶膠

AgNO3（?。?KCl（?。?/p>

→AgCl(溶膠）+KNO3D.還原法2HAuCl4(稀）+3HCHO+11KOH

2Au(溶膠）+3HCOOK+8KCl+8H2O

第二章膠體的制備和性質(zhì)2.物理凝聚法

A.

更換溶劑法

利用物質(zhì)在不同溶劑中溶解度的顯著差別來(lái)制備溶膠，而且兩種溶劑要能完全互溶。

例1.松香易溶于乙醇而難溶于水，將松香的乙醇溶液滴入水中可制備松香的水溶膠。例2.將硫的丙酮溶液滴入90℃左右的熱水中，丙酮蒸發(fā)后，可得硫的水溶膠。第二章膠體的制備和性質(zhì)將汞的蒸氣通入冷水中就可以得到汞的水溶膠。4—金屬鈉，2—苯,5—液氮。

B.蒸氣驟冷法羅金斯基等人利用下列裝置，制備堿金屬的苯溶膠。

先將體系抽真空，然后適當(dāng)加熱管2和管4，使鈉和苯的蒸氣同時(shí)在管5外壁凝聚。除去管5中的液態(tài)空氣，凝聚在外壁的混合蒸氣融化，在管3中獲得鈉的苯溶膠。第二章膠體的制備和性質(zhì)蒸氣驟冷法第二章膠體的制備和性質(zhì)3、凝聚法原理凝聚法的核心問(wèn)題：粒子大小即分散度晶核與結(jié)晶生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)研究認(rèn)為，溶液中析出膠粒的過(guò)程與結(jié)晶過(guò)程相似，分為形成晶核和晶體生長(zhǎng)兩個(gè)階段1）形成晶核階段晶核形成速度：v1=dn/dt=k1（C-S）/Sn：產(chǎn)生晶核的數(shù)目；C：析出物質(zhì)的濃度；S：溶解度；（C-S）：過(guò)飽和度

C越大，S越小，則形成晶核的速度越大。

第二章膠體的制備和性質(zhì)2）晶體（晶核）的成長(zhǎng)速度v2=k2D（C-S）D：溶質(zhì)分子的擴(kuò)散系數(shù)3）v1、v2的關(guān)系a、v1?v2

形成許多晶核，易形成溶膠b、v1?v2

形成粗大的結(jié)晶，形成懸濁液c、v1?v2

形成溶膠，因（C-S）對(duì)v1的影響大，（C-S）越大，v1越大于v2

，所以溶解度越小，愈易形成膠體第二章膠體的制備和性質(zhì)4、溶液濃度對(duì)晶核生長(zhǎng)過(guò)程的影響Weimarn實(shí)驗(yàn)：在乙醇-水介質(zhì)中，Ba(CNS)2+MgSO4→BaSO4，研究顆粒大小與反應(yīng)物濃度的關(guān)系，結(jié)論：①濃度對(duì)r的影響：A、濃度很小（10-5~10-4mol/L），因晶體生長(zhǎng)速度受到限制，形成溶膠。B、濃度較大（10-2~10-1mol/L），有利于晶體生長(zhǎng)，生成結(jié)晶狀沉淀C、濃度很大（2~3mol/L）時(shí)，生成的晶核極多，導(dǎo)致（C-S）下降很大，晶體成長(zhǎng)速度減慢，有利于形成小粒子膠粒，形成晶核太多，粒距小，形成半固態(tài)凝膠。第二章膠體的制備和性質(zhì)②（C-S）對(duì)r的影響A、（C-S）小，v2＞v1,形成r大，顆粒粗B、（C-S）大，v1＞v2,形成顆粒細(xì)C、制備膠體，必須v1大，v2小，即必須（C-S）高，鹽的溶解度要盡可能小。

第二章膠體的制備和性質(zhì)三、溶膠的凈化

分散法和凝聚法制備的溶膠是多分散的，必須通過(guò)過(guò)濾、沉降或離心方法除去?；瘜W(xué)凝聚法制備溶膠的過(guò)程中，常生成一些多余的電解質(zhì)，如制備Fe(OH)3溶膠時(shí)生成的HCl。

少量電解質(zhì)可以作為溶膠的穩(wěn)定劑，但是過(guò)多的電解質(zhì)存在會(huì)使溶膠不穩(wěn)定，容易聚沉，所以必須除去。除去電解質(zhì)的凈化方法主要有滲析法和超過(guò)濾法。

第二章膠體的制備和性質(zhì)

（1）滲析法

A、簡(jiǎn)單滲析

將需要凈化的溶膠放在羊皮紙或動(dòng)物膀胱等半透膜制成的容器內(nèi)，膜外放純?nèi)軇?/p>

利用濃差因素，多余的電解質(zhì)離子不斷向膜外滲透，經(jīng)常更換溶劑，就可以?xún)艋胪改と萜鲀?nèi)的溶膠。

如將裝有溶膠的半透膜容器不斷旋轉(zhuǎn)，可以加快滲析速度。第二章膠體的制備和性質(zhì)B、電滲析

為了加快滲析速度，在裝有溶膠的半透膜兩側(cè)外加一個(gè)電場(chǎng)，使多余的電解質(zhì)離子向相應(yīng)的電極作定向移動(dòng)。溶劑水不斷自動(dòng)更換，這樣可以提高凈化速度。這種方法稱(chēng)為電滲析法。第二章膠體的制備和性質(zhì)

用半透膜作過(guò)濾膜，利用吸濾或加壓的方法使膠粒與含有雜質(zhì)的介質(zhì)在壓差作用下迅速分離。（2）超過(guò)濾法

將半透膜上的膠粒迅速用含有穩(wěn)定劑的介質(zhì)再次分散。第二章膠體的制備和性質(zhì)四、單分散溶膠1、定義：指膠粒尺寸、形狀和組成都相同的溶膠。2、形成機(jī)理：LaMer的“成核擴(kuò)散控制”模型凝聚法得到多分散溶膠：因?yàn)榫Ш松蓵r(shí)間不同，導(dǎo)致最后得到的顆粒是由不同時(shí)刻得到的晶核長(zhǎng)大而得。制備單分散溶膠：①爆發(fā)式成核：控制溶質(zhì)的過(guò)飽和程度，使之略高于成核濃度，在很短時(shí)間內(nèi)形成全部晶核。②晶核形成之后，溶液濃度迅速降到低于成核濃度，不再生成新的晶核，但濃度仍略高于飽和濃度，已有晶核因擴(kuò)散而以相同的速度慢慢長(zhǎng)大，形成單分散溶膠。第二章膠體的制備和性質(zhì)3、單分散溶膠的制備方法①局部過(guò)飽和法：將高濃度的A液加入低濃度的B中，產(chǎn)生局部過(guò)飽和，生成晶核，但（C-S）小，不易長(zhǎng)出大晶體。②晶核法：在（C-S）很小時(shí)，引入小晶種

例：AuCl3溶液中加入金粒作為晶核，然后加入HCHO，使之長(zhǎng)大?；?qū)⒕Ш朔湃?/p>

2AuCl-+3H2O2→2Au+8Cl-+6H++3O2↑

反應(yīng)慢，不再生核，析出的金原子長(zhǎng)在原有金核上，形成顆粒分布窄的金溶膠。第二章膠體的制備和性質(zhì)③金屬配合物高溫水解法：常用于制備金屬納米顆粒RhCl3+PVA(聚乙烯醇)→Rh3+-PVA（配合物）→CH3OH（還原劑）Rh小粒子（粒徑0.8nm）→Rh（原子）→晶體生長(zhǎng)Rh大粒子（粒徑4nm）④微乳液法：利用微乳液內(nèi)核的大小控制生成粒子的大小。⑤溶膠sol-凝膠gel轉(zhuǎn)變法

例：球形Fe3O4的制備：將FeSO4與KOH混合生成Fe(OH)2凝膠，加入KNO3，凝膠內(nèi)生成許多細(xì)小的Fe3O4粒子，受凝膠網(wǎng)絡(luò)的限制，這些粒子既不長(zhǎng)大也不聚沉，當(dāng)凝膠網(wǎng)絡(luò)溶解后，這些粒子開(kāi)始聚沉，形成單分散溶膠。

第二章膠體的制備和性質(zhì)2.2

溶膠的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)Brown運(yùn)動(dòng)膠粒的擴(kuò)散沉降平衡沉降分析第二章膠體的制備和性質(zhì)一、擴(kuò)散

膠粒也有熱運(yùn)動(dòng)，因此也具有擴(kuò)散和滲透壓。只是溶膠的濃度較稀，這種現(xiàn)象很不顯著。

如圖所示，在CDFE的管內(nèi)盛溶膠，在某一截面AB的兩側(cè)溶膠的濃度不同，C1>C2。

由于分子的熱運(yùn)動(dòng)和膠粒的布朗運(yùn)動(dòng)，可以觀察到膠粒從C1區(qū)向C2區(qū)遷移的現(xiàn)象，這就是膠粒的擴(kuò)散作用。第二章膠體的制備和性質(zhì)設(shè)通過(guò)AB面的擴(kuò)散數(shù)量為m，則擴(kuò)散速度為，它與濃度梯度和AB截面積A成正比。1、斐克第一定律（Fick’sfirstlaw）

如圖所示，設(shè)任一平行于AB面的截面上濃度是均勻的，但水平方向自左至右濃度變稀，梯度為。第二章膠體的制備和性質(zhì)這就是斐克第一定律。

式中D為擴(kuò)散系數(shù)，其物理意義為：?jiǎn)挝粷舛忍荻取挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)單位截面積的物質(zhì)量。單位：m2/s

式中負(fù)號(hào)表示擴(kuò)散發(fā)生在濃度降低的方向，

<0,

而

>0。

用公式表示為：第二章膠體的制備和性質(zhì)2）Einstein第一擴(kuò)散公式D與質(zhì)點(diǎn)在介質(zhì)中運(yùn)動(dòng)時(shí)的阻力系數(shù)f間存在：若顆粒為球形，由Stokes定律：

f=6πηrη:介質(zhì)黏度；r：質(zhì)點(diǎn)半徑Einstein第一擴(kuò)散公式：結(jié)論：濃度梯度越大，質(zhì)點(diǎn)擴(kuò)散越快；質(zhì)點(diǎn)半徑越小，擴(kuò)散能力越強(qiáng)，擴(kuò)散速度越快。第二章膠體的制備和性質(zhì)二、Brown運(yùn)動(dòng)(Brownianmotion)

1）、現(xiàn)象

1827年植物學(xué)家布朗用顯微鏡觀察到懸浮在液面上的花粉粉末不斷地作不規(guī)則的運(yùn)動(dòng)。

后來(lái)又發(fā)現(xiàn)許多其它物質(zhì)如煤、化石、金屬等的粉末也都有類(lèi)似的現(xiàn)象。人們稱(chēng)微粒的這種運(yùn)動(dòng)為布朗運(yùn)動(dòng)。

但在很長(zhǎng)的一段時(shí)間里，這種現(xiàn)象的本質(zhì)沒(méi)有得到闡明。第二章膠體的制備和性質(zhì)

1903年發(fā)明了超顯微鏡，為研究布朗運(yùn)動(dòng)提供了物質(zhì)條件。

用超顯微鏡可以觀察到溶膠粒子不斷地作不規(guī)則“之”字形的運(yùn)動(dòng)，從而能夠測(cè)出在一定時(shí)間內(nèi)粒子的平均位移。

通過(guò)大量觀察，得出結(jié)論：粒子越小，布朗運(yùn)動(dòng)越激烈。其運(yùn)動(dòng)激烈的程度不隨時(shí)間而改變，但隨溫度的升高而增加。第二章膠體的制備和性質(zhì)2）本質(zhì)

1905年和1906年愛(ài)因斯坦（Einstein)和斯莫魯霍夫斯基（Smoluchowski)分別闡述了Brown運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)。認(rèn)為Brown運(yùn)動(dòng)是分散介質(zhì)分子以不同大小和不同方向的力對(duì)膠體粒子不斷撞擊而產(chǎn)生的，由于受到的力不平衡，所以膠粒連續(xù)以不同方向、不同速度作不規(guī)則運(yùn)動(dòng)。隨著粒子增大，撞擊的次數(shù)增多，而作用力抵消的可能性亦大。當(dāng)粒徑大于5

m，Brown運(yùn)動(dòng)消失。第二章膠體的制備和性質(zhì)3）Einstein-Brown運(yùn)動(dòng)公式

Einstein認(rèn)為，溶膠粒子的Brown運(yùn)動(dòng)與分子運(yùn)動(dòng)類(lèi)似，平均動(dòng)能為。并假設(shè)粒子是球形的，運(yùn)用分子運(yùn)動(dòng)論的一些基本概念和公式，得到Einstein布朗運(yùn)動(dòng)的公式為：式中是在觀察時(shí)間t內(nèi)粒子沿x軸方向的平均位移；r為膠粒的半徑；為介質(zhì)的粘度；NA為阿伏加德羅常數(shù)。

公式把粒子的位移與粒子的大小、介質(zhì)粘度、溫度以及觀察時(shí)間等聯(lián)系起來(lái)。——Einstein布朗運(yùn)動(dòng)公式第二章膠體的制備和性質(zhì)

如圖，設(shè)截面為單位面積，為粒子t時(shí)間內(nèi)在水平方向的平均位移。截面間的距離均為。Einstein-Brown位移方程推導(dǎo)

找出距AB面處的兩根虛線，其濃度恰好為

和。

在t時(shí)間內(nèi)，從兩個(gè)方向通過(guò)AB面的粒子數(shù)分別為和，因，則自左向右通過(guò)AB面的凈粒子數(shù)為：第二章膠體的制備和性質(zhì)設(shè)很小，濃度梯度：這就是Einstein-Brown位移方程。從布朗運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)測(cè)出，就可求出擴(kuò)散系數(shù)D。Einstein-Brown位移方程則擴(kuò)散通過(guò)AB面的凈粒子數(shù)與濃度梯度和擴(kuò)散時(shí)間t成正比，得到：第二章膠體的制備和性質(zhì)4）擴(kuò)散系數(shù)D的測(cè)定（孔片法、自由交界法等）

孔片法孔片由玻璃粉燒結(jié)而成，上面有許多小孔，孔徑5~10μm，插在溶劑、溶液之間，小孔平均長(zhǎng)度h、有效面積A，無(wú)法直接得到。擴(kuò)散量：Δm=C2V2-C1V1測(cè)得Δm、Δt、Δc，利用已知D值的物質(zhì)求出h/A，然后測(cè)未知物的D。第二章膠體的制備和性質(zhì)①利用D的測(cè)定計(jì)算球形質(zhì)點(diǎn)的半徑

由愛(ài)因斯坦第一擴(kuò)散公式：可以求粒子半徑r。已知

r

和粒子密度，可以計(jì)算粒子的摩爾質(zhì)量。5）擴(kuò)散的應(yīng)用第二章膠體的制備和性質(zhì)②計(jì)算非球形膠粒的軸比值

膠粒形狀偏離球體時(shí)，視為橢球體，求旋轉(zhuǎn)半徑a和最大旋轉(zhuǎn)半徑b，軸比a/b表示膠粒偏離球體的程度

a/b=1球體；a/b>1長(zhǎng)橢球體；a/b<1扁橢球體；a/b?1棒形；a/b?1片狀，帶狀第二章膠體的制備和性質(zhì)具體步驟：a、用其他方法（依數(shù)性等）測(cè)出待測(cè)物未溶劑化時(shí)的分子量，由此計(jì)算出等效球體的阻力系數(shù)f0∵f0=6πηrb、自擴(kuò)散系數(shù)D計(jì)算出實(shí)際的阻力系數(shù)ff=RT/(NAD)c、計(jì)算阻力系數(shù)比f(wàn)/f0,由此確定軸比a/b,f/f0≈a/b第二章膠體的制備和性質(zhì)例：某溶膠粒子的平均直徑為42?，溶膠的黏度為0.01P（1P泊=0.1Pas）求①25℃時(shí)膠粒的D，②在1s內(nèi)由于Brownianmotion粒子沿x軸的是多少？解：D=RT/NAf=8.314×298/(6.02×1023×6×3.14×2.1×10-9×0.01×0.1)=1.04×10-10(m2/s)=(2Dt)1/2

=(2×1.04×10-10×1)1/2=1.44×10-5m第二章膠體的制備和性質(zhì)二、沉降（sedimentation）

溶膠是高度分散體系，膠粒一方面受到重力吸引而下降，另一方面由于布朗運(yùn)動(dòng)促使?jié)舛融呌诰弧?/p>

當(dāng)這兩種效應(yīng)相反的力相等時(shí)，粒子的分布達(dá)到平衡，粒子的濃度隨高度不同有一定的梯度，如圖所示。

這種平衡稱(chēng)為沉降擴(kuò)散平衡。第二章膠體的制備和性質(zhì)1、在重力場(chǎng)中的沉降

1）沉降速度介質(zhì)中粒子(半徑r,密度ρ)所受重力為下沉阻力F2=6πηrνν:粒子沉降速度F1=F2時(shí)，粒子勻速下降第二章膠體的制備和性質(zhì)球形質(zhì)點(diǎn)在液體中的沉降公式：

結(jié)論：a.其他條件相同時(shí),v與r2成正比,r↑,ν↑b.v與介質(zhì)η成反比,增大介質(zhì)η,可提高粒子在介質(zhì)中的穩(wěn)定性,加增稠劑。

第二章膠體的制備和性質(zhì)

例:直徑為1μm的石英微塵，從高度為1.7m處（人的呼吸帶附近）降落到地面需要多少時(shí)間？已知石英的密度為2.63×103kg/m3。空氣黏度為1.8×10-5Pas。

第二章膠體的制備和性質(zhì)2)沉降分析①定義:懸浮液是多分散體系，粒子有大有小，求出其中一定大小粒子所占質(zhì)量分?jǐn)?shù)，即粒度分布，叫沉降分析。

②分析步驟:A.作沉降曲線即稱(chēng)量不同時(shí)間顆粒的沉降質(zhì)量所作的曲線.不同體系的沉降曲線第二章膠體的制備和性質(zhì)沉降分析裝置扭力天平示意圖1-旋扭；2-水平儀；3-指針；4-開(kāi)關(guān)旋扭;

5-天平臂；6-轉(zhuǎn)盤(pán)

第二章膠體的制備和性質(zhì)顆粒直徑相等體系的沉降曲線

兩種顆粒體系的沉降曲線第二章膠體的制備和性質(zhì)顆粒直徑連續(xù)分布體系的沉降曲線

在沉降時(shí)間t1時(shí)，對(duì)應(yīng)的沉降量為W1。其分為兩部分，一為直徑≥d1在t1時(shí)剛好沉降完的所有顆粒，它的沉降量為n1，即對(duì)應(yīng)t1時(shí)曲線的切線在縱軸上的截距值；另一部分為直徑＜d1在t1時(shí)繼續(xù)沉降的顆粒，其已沉降的部分為m1。

第二章膠體的制備和性質(zhì)沉降分析若沉降是完全的，那么總沉降量WC即樣品總量。即為直徑≥d1的顆粒在樣品中所占的百分含量，即為直徑≥d2的顆粒在樣品中所占的百分含量，即為直徑介于d1和d2之間的所有顆粒在樣品中所占的百分含量。第二章膠體的制備和性質(zhì)B.依沉降曲線計(jì)算不同大小粒子所占質(zhì)量百分比SC.作S-d圖，即質(zhì)點(diǎn)大小的積分分布圖D.作dS/dd-d圖，即質(zhì)點(diǎn)大小的微分分布圖第二章膠體的制備和性質(zhì)沉降分析條件體系要求是質(zhì)點(diǎn)大小不超過(guò)100m，濃度不超過(guò)1%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的稀懸浮體。懸浮體有聚結(jié)穩(wěn)定性，即在沉降時(shí)間內(nèi)，質(zhì)點(diǎn)不發(fā)生明顯的聚結(jié)。第二章膠體的制備和性質(zhì)2、離心力場(chǎng)中的沉降1)沉降公式在離心力場(chǎng)中，若ω為離心機(jī)的角速度，x為旋轉(zhuǎn)軸至粒子的距離，則離心加速度α=ω2x普通離心機(jī)的效率是地心引力的幾千倍，而1924年發(fā)明了超離心機(jī)，轉(zhuǎn)速可達(dá)10~16萬(wàn)轉(zhuǎn)/分，離心加速度α約為重力的100萬(wàn)倍。離心力場(chǎng)中，沉降公式仍適用，用離心加速度α代替重力加速度g，粒子在沉降過(guò)程中，x改變，v也是變量，v=dx/dt第二章膠體的制備和性質(zhì)離心力和阻力相等時(shí)，

or第二章膠體的制備和性質(zhì)2)求膠?；虼蠓肿拥南鄬?duì)分子質(zhì)量

求粒子的摩爾質(zhì)量，沉降速度法第二章膠體的制備和性質(zhì)三、分散體系的沉降-擴(kuò)散平衡

粒子小時(shí)，沉降力與反方向的擴(kuò)散力或滲透壓平衡，形成下濃上稀的高度分布，即沉降-擴(kuò)散平衡。1、離心力場(chǎng)中溶膠的滲透壓dπ=RTdc=RTdn/NA

C：摩爾濃度，n：?jiǎn)挝惑w積粒子數(shù)在1cm2的截面，厚度dx的一層內(nèi)，粒子數(shù)為ndx，故離心力為：平衡時(shí)，滲透壓與離心力相等，即：第二章膠體的制備和性質(zhì)可求質(zhì)點(diǎn)的摩爾質(zhì)量——沉降平衡法

第二章膠體的制備和性質(zhì)2、沉降速度法和沉降平衡法

都可用來(lái)求粒子的摩爾質(zhì)量，當(dāng)離心加速度僅是重力加速度g的104~105倍，即α小時(shí)，用沉降平衡法，此時(shí)粒子產(chǎn)生濃度差，從而使產(chǎn)生的反方向的擴(kuò)散作用（或滲透壓）足以與沉降力抗衡，形成沉降平衡。例：在某內(nèi)徑為0.02m的管中盛油，使直徑1.588×10-3m的鋼球從其中落下，下降0.15m需時(shí)16.7s，已知油和鋼球的密度分別為960和7650kg/m3，求油的黏度？第二章膠體的制備和性質(zhì)解：下降速度ν=h/t=0.15/16.7r=d/2=7.94×10-4m4/3πr3(ρ球-ρ油)g=6πηrνη=2r2(ρ球-ρ油)g/9ν=2×(7.94×10-4)2×(7650-960)×9.8/(9×0.15/16.7)=1.023Pas第二章膠體的制備和性質(zhì)例：在離心機(jī)中離心AgCl溶膠10分鐘，起始界面位置x1=0.09m，終止時(shí)界面位置x2=0.14m，計(jì)算溶膠質(zhì)點(diǎn)半徑。已知粒子密度為5.6×103kg/m3，分散介質(zhì)密度1×103kg/m3，離心機(jī)轉(zhuǎn)速n=1000轉(zhuǎn)/min，介質(zhì)黏度1×10-3Pas。第二章膠體的制備和性質(zhì)解：將離心機(jī)轉(zhuǎn)速換算為角速度ω：ω=2πn/60=2×3.14×1000/60=105s-1第二章膠體的制備和性質(zhì)作業(yè)1、在287K進(jìn)行膠乳微粒的布朗運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)，在30秒內(nèi)，測(cè)得微粒的平均位移為6.83×10-4cm。試以此結(jié)果求阿伏加德羅常數(shù)NA？設(shè)微粒半徑為2.12×10-5cm。分散介質(zhì)水的粘度0.0012Pa·s。2、在轉(zhuǎn)速為n=1800轉(zhuǎn)/min的離心機(jī)中離心8min，AgCl丙酮溶膠界面從x1=0.05m移至x2=0.10m，計(jì)算AgCl質(zhì)點(diǎn)大小。已知粒子密度為5.6×103kg/m3，分散介質(zhì)密度0.79×103kg/m3，介質(zhì)黏度0.33×10-3Pas。3、質(zhì)點(diǎn)半徑為1×10-7m，分散相密度為2×103kg/m3，分散介質(zhì)密度1×103kg/m3，介質(zhì)黏度1×10-3Pas，離心加速度200g，計(jì)算并比較質(zhì)點(diǎn)在重力場(chǎng)和離心力場(chǎng)中的沉降速度。第二章膠體的制備和性質(zhì)2.3溶膠的光學(xué)性質(zhì)光散射現(xiàn)象

Tyndall效應(yīng)

Rayleigh公式乳光計(jì)原理超顯微鏡第二章膠體的制備和性質(zhì)一、光散射現(xiàn)象

當(dāng)光束通過(guò)分散體系時(shí)，一部分自由地通過(guò)，一部分被吸收、反射或散射。可見(jiàn)光的波長(zhǎng)約在400~700nm之間。

（1）當(dāng)光束通過(guò)粗分散體系，由于粒子大于入射光的波長(zhǎng)，主要發(fā)生反射，使體系呈現(xiàn)混濁。

（2）當(dāng)光束通過(guò)膠體溶液，由于膠粒直徑小于可見(jiàn)光波長(zhǎng)，主要發(fā)生散射，可以看見(jiàn)乳白色的光柱。

（3）當(dāng)光束通過(guò)分子溶液，由于溶液十分均勻，散射光因相互干涉而完全抵消，看不見(jiàn)散射光。第二章膠體的制備和性質(zhì)

光是一種電磁波，照射溶膠時(shí)，分子中的電子分布發(fā)生位移而產(chǎn)生偶極子，這種偶極子像小天線一樣向各個(gè)方向發(fā)射與入射光頻率相同的光，這就是散射光。

分子溶液十分均勻，這種散射光因相互干涉而完全抵消，看不到散射光。

溶膠是多相不均勻體系，在膠粒和介質(zhì)分子上產(chǎn)生的散射光不能完全抵消，因而能觀察到散射現(xiàn)象。第二章膠體的制備和性質(zhì)2、Tyndall效應(yīng)

B、本質(zhì)：膠粒對(duì)光的散射。Tyndall效應(yīng)實(shí)際上已成為判別溶膠與分子溶液的最簡(jiǎn)便的方法。

A、現(xiàn)象：1869年Tyndall發(fā)現(xiàn)，若令一束會(huì)聚光通過(guò)溶膠，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Tyndall效應(yīng)。其他分散體系也會(huì)產(chǎn)生一點(diǎn)散射光，但遠(yuǎn)不如溶膠顯著。

第二章膠體的制備和性質(zhì)C、特點(diǎn)：只能從側(cè)面觀察到，正對(duì)入射光的方向看不見(jiàn)。第二章膠體的制備和性質(zhì)3、Rayleigh散射定律

A、公式：1871年，Rayleigh研究了大量的光散射現(xiàn)象，對(duì)于粒子直徑在47nm以下的溶膠，導(dǎo)出了散射光總能量的計(jì)算公式，稱(chēng)為Rayleigh公式：式中：I0

入射光強(qiáng)度，c單位體積中粒子數(shù)入射光波長(zhǎng)，v每個(gè)粒子的體積分散介質(zhì)折射率，分散相的折射率第二章膠體的制備和性質(zhì)Rayleigh公式B、條件：①粒子是球形；②非導(dǎo)體；③粒子直徑（≤47nm）小于入射光波長(zhǎng)④粒子間無(wú)相互作用第二章膠體的制備和性質(zhì)C、從Rayleigh公式可得出如下結(jié)論：①.散射光總能量與入射光波長(zhǎng)的四次方成反比。入射光波長(zhǎng)愈短，散射愈顯著。所以可見(jiàn)光中，藍(lán)、紫色光散射作用強(qiáng)。②.分散相與分散介質(zhì)的折射率相差愈顯著，則散射作用亦愈顯著。③.散射光強(qiáng)度與單位體積中的粒子數(shù)c成正比。④.散射光強(qiáng)度與粒子體積的平方成正比。第二章膠體的制備和性質(zhì)4、散射光的角分布①細(xì)小粒子的散射光強(qiáng)度：

第二章膠體的制備和性質(zhì)結(jié)論：

散射光在與入射光垂直的方向（θ=90°）上最小；隨著與入射光方向接近而逐漸增強(qiáng)；散射光強(qiáng)度以入射光方向，垂直入射光方向?yàn)閷?duì)稱(chēng)軸，在θ和（180-θ）方向上強(qiáng)度相同；在θ=0或180°時(shí)，強(qiáng)度最大。②較大粒子的散射光當(dāng)粒子d?λ/10超過(guò)Rayleigh定律的條件，散射光強(qiáng)度的分布將發(fā)生改變，其對(duì)稱(chēng)性將被破壞。

在與入射光射出的方向成銳角時(shí)，散射光強(qiáng)度大。

第二章膠體的制備和性質(zhì)三、溶膠的顏色1、溶膠對(duì)光的選擇性吸收規(guī)律①對(duì)可見(jiàn)光各部分的吸收很弱且大致相同，溶膠無(wú)色②能較強(qiáng)地吸收某一波長(zhǎng)的光，則透過(guò)光該波長(zhǎng)部分變?nèi)?，透過(guò)光呈現(xiàn)該波長(zhǎng)光的補(bǔ)色2、Beer定律純液體和真溶液中光吸收的基本規(guī)律①溶液中第二章膠體的制備和性質(zhì)②溶膠非均相體系，除了光的吸收，還有光的散射Beer定律變?yōu)椋?/p>

第二章膠體的制備和性質(zhì)3、乳光計(jì)原理

當(dāng)分散相和分散介質(zhì)等條件都相同時(shí)，Rayleigh公式可改寫(xiě)成：當(dāng)入