胶体的性质和结构.ppt

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1、6.4 胶体性质和结构胶体性质和结构 一一 分散系统分散系统 二二 电动现象和双电层结构电动现象和双电层结构 三三 胶体的结构胶体的结构 四四 溶胶的稳定性和聚沉现象溶胶的稳定性和聚沉现象 五五 溶胶的光学及动力性质溶胶的光学及动力性质 在自然界和工农业生产中常遇到一种或几种物质分在自然界和工农业生产中常遇到一种或几种物质分散在另一种物质中的分散系统散在另一种物质中的分散系统(dispersed system)，我们将被分散的物质叫分散相我们将被分散的物质叫分散相（dispersed phase）而另一种物质叫分散介质而另一种物质叫分散介质（dispersing medium)。分散体系分类分

2、散体系分类按分散相粒子的大小分类按分散相粒子的大小分类 1.分子分散体系分子分散体系 分散相与分散介质以分子或离子形式彼此混溶，分散相与分散介质以分子或离子形式彼此混溶，没有界面，是没有界面，是均匀的单相均匀的单相，分子半径大小在，分子半径大小在10-9 m以以下下。通常把这种体系称为真溶液，如。通常把这种体系称为真溶液，如CuSO4溶液。溶液。2.胶体分散体系胶体分散体系 分散相粒子的半径在分散相粒子的半径在1 nm100 nm之间的体系。目之间的体系。目测是均匀的，但实际是多相不均匀体系。也有的将测是均匀的，但实际是多相不均匀体系。也有的将1 nm 1000 nm之间的粒子归入胶体范畴。之

3、间的粒子归入胶体范畴。3.粗分散体系粗分散体系 当分散相粒子当分散相粒子大于大于1000 nm,目测是混浊不均匀体目测是混浊不均匀体系，放置后会沉淀或分层，如黄河水。系，放置后会沉淀或分层，如黄河水。分散体系分类分散体系分类按分散相和介质聚集状态分类按分散相和介质聚集状态分类1.液溶胶液溶胶：将将液体作为分散介质液体作为分散介质所形成的溶胶。所形成的溶胶。A.液液-固溶胶固溶胶:油漆油漆,AgI溶胶溶胶.B.液液-液溶胶液溶胶:牛奶牛奶,石油石油,原油等乳状液。原油等乳状液。C.液液-气溶胶气溶胶:泡沫泡沫 2.固溶胶固溶胶:将固体作将固体作为分散介质所形成的为分散介质所形成的溶胶。溶胶。A.

4、固固-固溶胶固溶胶;有色玻璃有色玻璃,不完全互溶不完全互溶的合金的合金.B.固固-液溶胶液溶胶;珍珠珍珠,某些宝石某些宝石.C.固固-气溶胶气溶胶;泡沫塑料泡沫塑料,沸石沸石.3.气溶胶气溶胶:将气体作为分散介质所形成的溶胶。将气体作为分散介质所形成的溶胶。A.气气-固溶胶固溶胶;烟烟,含尘的空气含尘的空气.B.气气-液溶胶液溶胶;雾雾,云云.分散体系分类分散体系分类-按胶体溶液的稳定性分类按胶体溶液的稳定性分类 1.憎液溶胶憎液溶胶:半径在半径在1 nm100 nm之间的难溶物固体粒子分散在液之间的难溶物固体粒子分散在液体介质中，有很大的相界面，易聚沉，体介质中，有很大的相界面，易聚沉，是热

5、力学上的是热力学上的不稳定系统。不稳定系统。一旦将介质蒸发掉，再加入介质就无法一旦将介质蒸发掉，再加入介质就无法再形成溶胶，是再形成溶胶，是 一个一个不可逆系统不可逆系统，如氢氧化铁溶胶、，如氢氧化铁溶胶、碘化银溶胶等。这是胶体分散系碘化银溶胶等。这是胶体分散系统统中主要研究的内容中主要研究的内容.2.亲液溶胶：亲液溶胶：半径落在胶体粒子范围内的大分子溶解在合适的溶半径落在胶体粒子范围内的大分子溶解在合适的溶剂中，一旦将溶剂蒸发，大分子化合物凝聚，再加剂中，一旦将溶剂蒸发，大分子化合物凝聚，再加入溶剂，又可形成溶胶，入溶剂，又可形成溶胶，亲液溶胶是热力学上稳定、亲液溶胶是热力学上稳定、可逆的系

6、统。可逆的系统。胶粒带电的原因胶粒带电的原因（1）胶粒在形成过程中，胶核优先吸附某种离子，）胶粒在形成过程中，胶核优先吸附某种离子，使胶粒带电。使胶粒带电。（2）离子型固体电解质形成溶胶时，由于正、负离子型固体电解质形成溶胶时，由于正、负离子溶解量不同，使胶粒带电。离子溶解量不同，使胶粒带电。例如：将例如：将AgIAgI制备溶胶时，由于制备溶胶时，由于AgAg+较小，活动能力强，比较小，活动能力强，比I I-容易脱离晶格而进入溶液，使胶粒带负电。容易脱离晶格而进入溶液，使胶粒带负电。例如：在例如：在AgIAgI溶胶的制备过程中，如果溶胶的制备过程中，如果AgNOAgNO3 3过量，则胶核过量，

7、则胶核优先吸附优先吸附AgAg+离子，使胶粒带正电；如果离子，使胶粒带正电；如果KIKI过量，胶粒带负电。过量，胶粒带负电。（3）可电离的大分子溶胶，由于大分子本身发生可电离的大分子溶胶，由于大分子本身发生电离，而使胶粒带电。电离，而使胶粒带电。例如蛋白质分子，有许多羧基和胺基，在例如蛋白质分子，有许多羧基和胺基，在pH较高的溶液较高的溶液中，离解生成中，离解生成PCOO-离子而负带电；在离子而负带电；在pH较低的溶液中，较低的溶液中，生成生成P-NH3+离子而带正电。离子而带正电。电动现象电动现象 胶粒在重力场作用下发生沉降，而产生胶粒在重力场作用下发生沉降，而产生沉降电势沉降电势；带电的介

8、质发生流动，则产生带电的介质发生流动，则产生流动电势流动电势。这是。这是因动而因动而产生电。产生电。由于胶粒带电，而溶胶是电中性的，则介质带与胶由于胶粒带电，而溶胶是电中性的，则介质带与胶粒相反的电荷。在外电场作用下，胶粒和介质分别向粒相反的电荷。在外电场作用下，胶粒和介质分别向带相反电荷的电极移动，就产生了带相反电荷的电极移动，就产生了电泳电泳和和电渗电渗的电动的电动现象，这是现象，这是因电而运动因电而运动。电泳（电泳（electrophoresis）带电带电胶粒胶粒或大分子在外加电场的作用下向带相反电荷或大分子在外加电场的作用下向带相反电荷的电极作的电极作定向移动定向移动的现象称为的现象称

9、为电泳电泳。影响电泳的因素有：带电粒子的大小、形状；粒子表影响电泳的因素有：带电粒子的大小、形状；粒子表面电荷的数目；介质中电解质的种类、离子强度，面电荷的数目；介质中电解质的种类、离子强度，pH值值和粘度；电泳的温度和外加电压等。和粘度；电泳的温度和外加电压等。从电泳现象可以获得胶粒或大分子的结构、大小和形从电泳现象可以获得胶粒或大分子的结构、大小和形状等有关信息。状等有关信息。在外加电场作用下带电的介质通过多孔膜或半径为在外加电场作用下带电的介质通过多孔膜或半径为110 nm的毛细管作定向移动，这种现象称为电渗的毛细管作定向移动，这种现象称为电渗.。外加电解质对电渗速度影外加电解质对电渗速

10、度影响显著，随着电解质浓度的增响显著，随着电解质浓度的增加，电渗速度降低，甚至会改加，电渗速度降低，甚至会改变电渗的方向。变电渗的方向。电渗方法有许多实际应用，如溶胶净化、海水淡电渗方法有许多实际应用，如溶胶净化、海水淡化、泥炭和染料的干燥等。化、泥炭和染料的干燥等。电渗（电渗（electro-osmosis)如果多孔膜吸附阴离子，如果多孔膜吸附阴离子，则介质带正电，通电时向阴极则介质带正电，通电时向阴极移动；反之多孔膜吸附阳离子移动；反之多孔膜吸附阳离子，带负电的介质向阳极移动。，带负电的介质向阳极移动。含有离子的液体在加压或重力等外力的作用下，含有离子的液体在加压或重力等外力的作用下，流经

11、多孔膜或毛细管时会产生电势差。这种因流动而流经多孔膜或毛细管时会产生电势差。这种因流动而产生的电势称为产生的电势称为流动电势流动电势流动电势、沉降电势流动电势、沉降电势 管壁吸附某种离子，使固体表面带电，电荷从固体到液体管壁吸附某种离子，使固体表面带电，电荷从固体到液体有个分布梯度。当外力迫使扩散层移动时，流动层与固体表面有个分布梯度。当外力迫使扩散层移动时，流动层与固体表面之间会产生电势差，流速很快时有时会产生电火花。之间会产生电势差，流速很快时有时会产生电火花。用泵输送原油或易燃化工原料时，要使管道接地或加入油用泵输送原油或易燃化工原料时，要使管道接地或加入油溶性电解质，增加介质电导，防止

12、流动电势可能引发的事故。溶性电解质，增加介质电导，防止流动电势可能引发的事故。在重力场的作用下，带电的分散相在重力场的作用下，带电的分散相粒子粒子，在分散，在分散介质中介质中迅速沉降迅速沉降时，使底层与表面层的粒子浓度悬殊，时，使底层与表面层的粒子浓度悬殊，从而产生电势差，这就是从而产生电势差，这就是沉降电势沉降电势。贮油罐中的油内常会有水滴，水滴的沉降会形成很高的电势贮油罐中的油内常会有水滴，水滴的沉降会形成很高的电势差，有时会引发事故。油中差，有时会引发事故。油中加入有机电解质加入有机电解质，降低沉降电势。，降低沉降电势。当固体与液体接触时，可以是固体从溶液中选择当固体与液体接触时，可以是

13、固体从溶液中选择性吸附某种离子，也可以是固体分子本身发生电离作性吸附某种离子，也可以是固体分子本身发生电离作用而使离子进入溶液，用而使离子进入溶液，在界面上形成了双电层的结构。在界面上形成了双电层的结构。胶粒的双电层结构胶粒的双电层结构由于正、负离子静电吸引和热由于正、负离子静电吸引和热运动两种效应的结果，溶液中运动两种效应的结果，溶液中的反离子只有一部分紧密地排的反离子只有一部分紧密地排在固体表面附近，相距约一、在固体表面附近，相距约一、二个离子厚度称为二个离子厚度称为紧密层紧密层；另；另一部分离子按一定的浓度梯度一部分离子按一定的浓度梯度扩散到本体溶液中，离子的分扩散到本体溶液中，离子的分

14、布可用玻兹曼公式表示，称为布可用玻兹曼公式表示，称为扩散层扩散层。双电层由紧密层和扩。双电层由紧密层和扩散层构成。散层构成。滑动面滑动面为为AB面。面。电动电势（电动电势（electrokinetic potential）电电势势总是比热力学电总是比热力学电势势0 0低，外加电解质会使低，外加电解质会使 电电势势变小甚至改变符号。只有在质点移动时才显示出变小甚至改变符号。只有在质点移动时才显示出 电电势势，所以又称，所以又称电动电势电动电势。带电的固体或胶粒在移动时，带电的固体或胶粒在移动时，移动的滑动面与液移动的滑动面与液体本体之间的电位差称为电动电势，体本体之间的电位差称为电动电势，亦称为

15、亦称为 电势。电势。测定了电泳速率测定了电泳速率 u 可以用下式求出可以用下式求出 电势电势:Eu0r4 式中式中的数值对球状胶粒取的数值对球状胶粒取6、对棒状胶粒取、对棒状胶粒取4。u为为电泳速率，电泳速率，E 是电场强度；是电场强度；，r分别是分散介质的粘分别是分散介质的粘度和相对电容率，度和相对电容率，0为真空电容率。为真空电容率。例例 电泳实验测得电泳实验测得Sb3S3溶胶在电压溶胶在电压210V下通电下通电36分分12秒，秒，使溶胶界面向阳极移动使溶胶界面向阳极移动3.20cm。已知两极相距。已知两极相距38.5cm,该溶胶分散介质的粘度该溶胶分散介质的粘度 Pa s,相对电容率相对

16、电容率r=81.1，真空电容率，真空电容率0=8.8510-12 F m-1。试计算。试计算Sb3S3溶胶的溶胶的 电势。电势。解：解：取取4，代入得：，代入得：由于溶胶界面向阳极移动，故胶粒带负电，因而由于溶胶界面向阳极移动，故胶粒带负电，因而 31003.1 1-52sm1047.1)126036(1020.3 u1-2Vm545105.38210 EV1087.35451085.81.811047.11003.121253 mV7.38 胶粒的结构胶粒的结构 胶粒的结构比较复杂，先有一定量的难溶物分子聚胶粒的结构比较复杂，先有一定量的难溶物分子聚结形成胶粒的中心，称为结形成胶粒的中心，称为胶核胶核；然后胶核选择性的吸；然后胶核选择性的吸附稳定剂中的一种离子，形成紧密吸附层；由于正、附稳定剂中的一种离子，形成紧密吸附层；由于正、负电荷相吸，在紧密层外形成反号离子的包围圈，从负电荷相吸，在紧密层外形成反号离子的包围圈，从而形成了带与紧密层相同电荷的而形成了带与紧密层相同电荷的胶粒；胶粒；胶粒与扩散层胶粒与扩散层中的反号离子，形成一个电中性的中的反号离子，形成一个电中性的胶团胶团 胶核