界面現(xiàn)象及分散系統(tǒng)

1、第八章第八章 界面現(xiàn)象與界面現(xiàn)象與分散系統(tǒng)分散系統(tǒng)Interface Phenomenon物理化學(xué)物理化學(xué)學(xué)習(xí)要求：學(xué)習(xí)要求：理解界面張力的定義、物理意義及測定方法；理解界面張力的定義、物理意義及測定方法； 掌握掌握Laplace方程和方程和Kelvin方程及其應(yīng)用；方程及其應(yīng)用； 亞穩(wěn)狀態(tài)及新相生成的熱力學(xué)；亞穩(wěn)狀態(tài)及新相生成的熱力學(xué)； 固體表面的吸附重點(diǎn)掌握固體表面的吸附重點(diǎn)掌握Langmuir單分子層吸附等單分子層吸附等溫式；溫式；掌握接觸角與潤濕作用，掌握接觸角與潤濕作用，Young方程及其應(yīng)用；方程及其應(yīng)用； 掌握界面吸附、表面過剩、掌握界面吸附、表面過剩、Gibbs吸附等溫方程吸附

2、等溫方程及及其應(yīng)用；其應(yīng)用； 了解表面活性劑的結(jié)構(gòu)特征及應(yīng)用。了解表面活性劑的結(jié)構(gòu)特征及應(yīng)用。For example, you could cut a block of gold into smaller and smaller pieces and it would still have the same color, melting temperature, etc. But at certain ranges of the nanoscale, gold particles behave differently. The image below shows how gold nanopa

3、rticles of different shapes and sizes are different colors. EquipmentBaWO4 nanowiresP8.1 界面張力界面張力P8.2 彎曲表面下的附加壓力及其后果彎曲表面下的附加壓力及其后果P8.3 固體表面固體表面P8.4 液液-固界面固界面P8.5 溶液表面溶液表面第八章 界面現(xiàn)象P引言引言引引 言言 界面 (interface) 是指兩相的接觸面。一般常把與氣體接觸的界面稱為表面(surface)。界面并不是兩相接觸的幾何面，故有時(shí)又將界面稱為界面相。 嚴(yán)格講表面應(yīng)是液體和固體與其飽和蒸氣之間的界面，但習(xí)慣上把液體或固

4、體與空氣的界面稱為液體或固體的表面。常見的界面有常見的界面有：1.氣氣-液界面液界面2.2.氣氣- -固界面固界面3.3.液液- -液界面液界面4.4.液液- -固界面固界面5.5.固固- -固界面固界面 如： 多孔硅膠的比表面積可達(dá)300700m2g-1,活性炭10002000 m2g-1。 比表面積通常用來表示物質(zhì)分散的程度，有兩種常用的表示方法：一種是單位質(zhì)量的固體所具有的表面積；另一種是單位體積固體所具有的表面積。即：式中，m和V分別為固體的質(zhì)量和體積，A為其表面積。ssVV/ /aAmaAV 或或8.1 8.1 界面張力界面張力1.液體的表面張力、表面功及表面吉布斯函數(shù) 表面層分子與

5、內(nèi)部分子相比，它們所處的力場不同： 在液體內(nèi)部分子所受四周鄰近相同分子的作用力是球形對(duì)稱的，各個(gè)方向的力彼此抵銷； 但是處在表面層的分子，則處于力場不對(duì)稱的環(huán)境中。液體內(nèi)部分子對(duì)表面層中分子的吸引力，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于液面上蒸氣分子對(duì)它的吸引力，使表面層中分子恒受到指向液體內(nèi)部的拉力。 在兩相（特別是氣-液）界面上，處處存在著一種張力，它可看成是引起液體表面收縮的單位長度上的力，指向液體方向并與表面相切。 把作用于單位邊界線上的這種力稱為表面張力，用g 表示，單位是Nm-1。表面張力表面張力(surface tension)： 最簡單的例子是液體及其蒸氣組成的表面。2Flg l是滑動(dòng)邊的長度，因膜有兩個(gè)

6、面，所以邊界總長度為2l， 就是作用于單位邊界上的表面張力。g2Flg 在溫度、壓力不變的條件下，為使液體增加單位表面時(shí)環(huán)境所需要對(duì)體系作的可逆功，稱為表面功。用公式表示為：sdWAg 式中為比例系數(shù)，它在數(shù)值上等于當(dāng)T，p及組成恒定的條件下，增加單位表面積時(shí)所必須對(duì)體系做的可逆非膨脹功。表面功：表面功：表面自由能：表面自由能：,s()T pGAg 保持溫度、壓力和組成不變，每增加單位表面積時(shí)，Gibbs自由能的增加值稱為表面Gibbs自由能，或簡稱表面自由能或表面能，用符號(hào) 表示，單位為Jm-2。g表面張力、單位面積的表面功、單位面積的表面吉表面張力、單位面積的表面功、單位面積的表面吉布斯函

7、數(shù)的數(shù)值和量綱是等同的。布斯函數(shù)的數(shù)值和量綱是等同的。 考慮了表面功，熱力學(xué)基本公式中應(yīng)相應(yīng)增加 dAs一項(xiàng)，即：gBBBBBBBBBBBBddddddddddddddddSSSSUT Sp VAdnHT SV pAdnAS Tp VAdnGS TV pAdng g g g g g g g B, ,s()S V nUAgB, ,s()S P nHAB, ,s()T V nAAB, ,s()T P nGA2.熱力學(xué)公式sddGAg積分得ssGAgssiiiGAg當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)有多個(gè)界面，則有 可見，總界面吉布斯函數(shù)減少是很多界面現(xiàn)象產(chǎn)生的熱力學(xué)原因。在恒溫恒壓、各相中各物質(zhì)的物質(zhì)的量不變時(shí)，3.界面張

8、力及其影響因素（1）界面張力與物質(zhì)的本性有關(guān) 不同的物質(zhì)，分子之間的作用力不同，對(duì)界面上的分子影響不同。（2）溫度對(duì)界面張力的影響 同一種物質(zhì)的界面張力 因溫度不同而異，當(dāng)溫度升高時(shí)物質(zhì)的體積膨脹，分子間的距離增加，分子之間的相互作用減弱，所以界面張力一般隨溫度的升高而減小。（3）壓力及其他因素對(duì)表面張力的影響 一般是使表面張力下降。 8.2 8.2 彎曲液面的附加壓力及其后果彎曲液面的附加壓力及其后果1.彎曲液面的附加壓力拉普拉斯方程把彎曲液面內(nèi)外的壓力差稱為附加壓力。 由于凸上每點(diǎn)兩邊的表面張力都與液面周界相切，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。以凸面為例ppp外內(nèi) 1

9、805年Young-Laplace導(dǎo)出了附加壓力與曲率半徑之間的關(guān)系式： 根據(jù)數(shù)學(xué)上規(guī)定，凸面的曲率半徑r取正值，凹面的曲率半徑r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。對(duì)球面：2prg g 拉普拉斯方程拉普拉斯方程(Laplace equation)1.曲率半徑r1與毛細(xì)管半徑r的關(guān)系： r1=r/cosq2.ps=2g/r1=(rl-rg)gh如果曲面為球面，則r1=r。因rlrg所以：ps=2g/r1=rlgh一般式：2g cosq/r=rgh附加壓力的應(yīng)用毛細(xì)現(xiàn)象r1rqh最大氣泡法測表面張力最大氣泡法測表面張力2.微小液滴的飽和蒸氣

10、壓開爾文公式mm(l)(g) GG mmlglg(l)(g)ddTTGGpppp 對(duì)小液滴與蒸汽的平衡，設(shè)氣體為理想氣體。mlmg(l)d(g)dVpVpgdlnRTplgl,0g,0mlg(l)ddlnppppVpRTpg0mllg,0(l)()lnpVppRTp0llsppp2rg22ggrmg (l) ln()rpVMRTprr這就是Kelvin公式，式中為密度，M 為摩爾質(zhì)量。3.亞穩(wěn)狀態(tài)及新相的生成（1）過飽和蒸氣：按照相平衡條件，應(yīng)當(dāng)凝結(jié)而未凝結(jié)的蒸氣。新生成的極微小的液滴（新相）的蒸氣壓大于平液面上的蒸氣壓。mg02 (l)2 ln()pVMRTpRRggrpCOO液液A0t產(chǎn)生

11、蒸氣過飽和現(xiàn)象示意圖0p氣氣p附附h產(chǎn)生蒸汽過飽和現(xiàn)象示意圖（2）過熱液體按照相平衡條件，應(yīng)當(dāng)沸騰而不沸騰的液體稱為過熱液體。（3）過冷液體應(yīng)當(dāng)凝固而未凝固的液體稱為過冷液體。例如：純凈的水，有時(shí)可冷卻到零下40攝氏度而不結(jié)冰。pCOOAAftftt產(chǎn)生過冷液體示意圖（4）過飽和溶液 一定溫度下，溶液濃度已經(jīng)超過了飽和濃度，而仍未析出晶體的溶液稱為過飽和溶液。分散度對(duì)溶解度的影響pCOOAAt0tC濃溶液濃溶液稀溶液稀溶液8.3 8.3 固體表面固體表面 固體表面上的原子或分子與液體一樣，表面層分子受力是不對(duì)稱的，而且不同于液體表面分子即固體表面分子幾乎是不可以移動(dòng)的。 固體表面是不均勻的，即

12、使從宏觀上看似乎很光滑，但從原子水平上看是凹凸不平的。 但固體可以從表面的外部空間吸引氣體分子到表面，以減小表面分子受力不對(duì)稱的程度，降低表面張力及表面吉布斯函數(shù)。 在相界面上某種物質(zhì)的濃度不同于體相濃度的現(xiàn)象稱為吸附(adsorbance) )。具有吸附能力的固體物質(zhì)稱為吸附劑(adsorbent)，被吸附的物質(zhì)稱為吸附質(zhì)(adsorbate)。 常用的吸附劑有：硅膠、分子篩、活性炭等。 固體表面會(huì)自發(fā)地將氣體富集到其表面，使氣體在固體表面的濃度（或密度）不同于氣相中的濃度（或密度）。1.物理吸附與化學(xué)吸附 物理吸附時(shí)，吸附劑與吸附質(zhì)之間以范德華引力相互作用；而化學(xué)吸附時(shí)，吸附劑與吸附質(zhì)分間

13、發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，以化學(xué)鍵相結(jié)合。物理吸附與化學(xué)吸附物理吸附與化學(xué)吸附物理吸附1.吸附力是范德華引力，一般比較弱。2.吸附熱較小，接近于氣體的液化熱，一般在幾個(gè) kJ/mol以下。3.吸附無選擇性，任何固體可以吸附任何氣體。4.吸附穩(wěn)定性不高，吸附與解吸速率都很快。5.吸附可以是單分子層的，但也可以是多分子層的。 總之，物理吸附僅僅是一種物理作用，沒有電子轉(zhuǎn)移，沒有化學(xué)鍵的生成與破壞，也沒有原子重排等?；瘜W(xué)吸附1.吸附力是化學(xué)鍵力，一般較強(qiáng)。2.吸附熱較高，接近于化學(xué)反應(yīng)熱，一般在40kJ/mol 以上。3.吸附有選擇性。4.吸附很穩(wěn)定，一旦吸附，就不易解吸。5.吸附是單分子層的。 總之，化學(xué)吸附

14、相當(dāng)與吸附劑表面分子與吸附質(zhì)分子發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，在紅外、紫外-可見光譜中會(huì)出現(xiàn)新的特征吸收帶。2.等溫吸附a3-1/ mgVV m單位：吸附量的大小，一般用單位質(zhì)量吸附劑所吸附氣體的物理的量來表示(1)單位質(zhì)量的吸附劑所吸附氣體的體積。(2)單位質(zhì)量的吸附劑所吸附氣體物質(zhì)的量。a-1/ mol gnn m單位： 對(duì)于一定的吸附劑與吸附質(zhì)的體系，達(dá)到吸附平衡時(shí)，吸附量是溫度和吸附質(zhì)壓力的函數(shù)，即：a( , )Vf T p 通常固定一個(gè)變量，求出另外兩個(gè)變量之間的關(guān)系，例如：(1)T=常數(shù)，Va = f (p)，得吸附等溫線。(2)p=常數(shù)，Va = f (T)，得吸附等壓線。 從吸附等溫線可以反

15、映出吸附劑的表面性質(zhì)、孔分布以及吸附劑與吸附質(zhì)之間的相互作用等有關(guān)信息。 常見的吸附等溫線有如下5種類型：(圖中p/ps稱為比壓，ps是吸附質(zhì)在該溫度時(shí)的飽和蒸汽壓，p為吸附質(zhì)的壓力)()在2.5nm以下微孔吸附劑上的吸附等溫線屬于這種類型。例如78K時(shí)N2在活性炭上的吸附及水和苯蒸汽在分子篩上的吸附。()常稱為S型等溫線。發(fā)生多分子層吸附。在比壓接近1時(shí)，發(fā)生毛細(xì)管和孔凝現(xiàn)象。()這種類型較少見。當(dāng)吸附劑和吸附質(zhì)相互作用很弱時(shí)會(huì)出現(xiàn)這種等溫線，如352K時(shí)，Br2在硅膠上的吸附。()多孔吸附劑發(fā)生多分子層吸附時(shí)會(huì)有這種等溫線。在比壓較高時(shí)，有毛細(xì)凝聚現(xiàn)象。例如在323K時(shí)，苯在氧化鐵凝膠上的

16、吸附屬于這種類型。()發(fā)生多分子層吸附，有毛細(xì)凝聚現(xiàn)象。例如373K時(shí)，水汽在活性炭上的吸附屬于這種類型。3.吸附經(jīng)驗(yàn)式弗羅因德利希公式anVkpalglglgVknp n和k是兩個(gè)經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，對(duì)于指定的吸附系統(tǒng)，它們是溫度的函數(shù)。Freundlich公式適用于中壓范圍。 以lgVa-lgp作圖，得一直線，由直線的斜率和截距可求出n和k。4.朗繆爾單分子層吸附理論及吸附等溫式單分子層吸附理論要點(diǎn)：（1）單分子層吸附；（2）固體表面是均勻的；（3）被吸附在固體表面上的分子相互之間無作用力；（4）吸附平衡是動(dòng)態(tài)平衡。設(shè)：表面覆蓋率則空白表面為(1 - q )N代表有吸附能力總晶格數(shù)v(吸附)=k1p

17、( 1-q )Nv(脫附)=k-1qN達(dá)到平衡時(shí)，吸附與脫附速率相等。=已被吸附質(zhì)覆蓋的固體表面積/固體總的表面積v(吸附)=k1p( 1-q )v(脫附)=k-1q=( )()A gMAM表面k1k-1k1=p(1 - q )=k-1q設(shè)b = k1/k-1得：1bpbpq 這公式稱為 Langmuir吸附等溫式，式中b稱為吸附系數(shù)，它的大小代表了固體表面吸附氣體能力的強(qiáng)弱程度。朗繆爾的生平簡介朗繆爾的生平簡介美國物理化學(xué)家朗繆爾(Langmuir)，1881年1月31日生于紐約的一個(gè)貧民家庭。1903年畢業(yè)于哥侖比亞大學(xué)礦業(yè)學(xué)院。不久去德國留學(xué)，1906年獲得哥丁根大學(xué)的博士學(xué)位。1932

18、年，因表面化學(xué)和熱離子發(fā)射方面的研究成果獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。1.當(dāng)p很小，或吸附很弱時(shí)，bp1，q =1，q 與 p無關(guān)，吸附已鋪滿單分子層。討論：討論：1bpbpq 由Brunauer-Emmett-Teller三人提出的多分子層吸附公式簡稱BET公式。 他們接受了Langmuir理論中關(guān)于固體表面是均勻以及各處的吸附能力相同的觀點(diǎn)，但他們認(rèn)為吸附是多分子層的。被吸附的分子與碰撞在其上面的氣體分子之間仍可發(fā)生吸附作用。 在這個(gè)基礎(chǔ)上他們導(dǎo)出了BET吸附二常數(shù)公式。5.多分子層吸附理論BET公式BET公式m*aa*(/)(1/)1(1)/c p pVVp pcp p 式中兩個(gè)常數(shù)為c和Vm，c是

19、與吸附熱有關(guān)的常數(shù)，Vam為鋪滿單分子層所需氣體的體積。p和V分別為吸附時(shí)的壓力和體積，p*是實(shí)驗(yàn)溫度下吸附質(zhì)的飽和蒸氣壓。BET公式為了使用方便，將二常數(shù)公式改寫為：11a*amm()*pcpVppVV c p 用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 對(duì) 作圖，得一條直線。從直線的斜率和截距可計(jì)算兩個(gè)常數(shù)值c和Vam，從Vam可以計(jì)算吸附劑的比表面：a( *)pVpp pp*3122 4amm. dmmolA LVSAm是吸附質(zhì)分子的截面積，要換算到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(STP)。為了計(jì)算方便起見，二常數(shù)公式較常用，比壓一般控制在0.050.35之間。比壓太低，建立不起多分子層物理吸附；比壓過高，容易發(fā)生毛細(xì)凝聚，使結(jié)果偏高。BE

20、T公式 吸附熱的定義： 吸附熱的取號(hào)： 在吸附過程中的熱效應(yīng)稱為吸附熱。物理吸附過程的熱效應(yīng)相當(dāng)于氣體凝聚熱，很?。换瘜W(xué)吸附過程的熱效應(yīng)相當(dāng)于化學(xué)鍵能，比較大。 吸附是放熱過程，但是習(xí)慣把吸附熱都取成正值。 固體在等溫、等壓下吸附氣體是一個(gè)自發(fā)過程，G0，氣體從三維運(yùn)動(dòng)變成吸附態(tài)的二維運(yùn)動(dòng)，熵減少， S0，H=G+TS， H0。6.吸附熱力學(xué)2adsm/nHpTRTp即即 公式的推導(dǎo)與克-克方程的推導(dǎo)十分類似，得到2adsmlnnHpTRT摩爾吸附焓： adsmads/HH n212211 adslnRT TpHTTp吸附熱計(jì)算8.4 8.4 液液- -固界面固界面1.接觸角與楊氏方程 在氣、

21、液、固三相交界點(diǎn)，氣-液與液-固界面張力之間的夾角稱為接觸角(contact angle)，通常用q 表示。 若接觸角大于90，說明液體不能潤濕固體，如汞在玻璃表面； 若接觸角小于90，液體能潤濕固體，如水在潔凈的玻璃表面。 接觸角的大小可以用實(shí)驗(yàn)測量，也可以用公式計(jì)算： 楊氏(YoungT)方程g- ls - lg- scosgggq楊氏楊氏(YoungT)方程方程2.潤濕現(xiàn)象沾濕(adhension)過程是氣-固和氣-液界面消失，形成液-固界面的過程。浸濕(immersion)是將固體浸入液體，氣-固界面完全被液-固界面取代的過程。 l-slsaGg gg gg g l-ssiGg gg

22、g 潤濕是固體表面上的氣體被液體取代的過程。潤濕的分類 ： 鋪展(spreading)是少量液體在固體表面上自動(dòng)展開，形成一層薄膜的過程。 l-slssGg gg gg g sl-slsSGg gg gg g S 稱為鋪展系數(shù)。液體在固體表面上鋪展的必要條件為S0。S越大，鋪展性能越好。若S0，則不能鋪展。 習(xí)慣上人們更常用接觸角來判斷液體對(duì)固體的潤濕： 把90的情形稱為潤濕； 90時(shí)稱為不潤濕； =0或不存在時(shí)稱為完全潤濕。3.固體自溶液中的吸附 固體自溶液對(duì)溶質(zhì)的吸附量可用溶液濃度的變化來計(jì)算0aV ( cc )nm 固體自稀溶液中的吸附量可用朗繆爾吸附等溫式（或弗羅因德利希）來計(jì)算1aa

23、mn bcnbcannkc 或8.5 8.5 溶液表面溶液表面1.溶液表面的吸附現(xiàn)象溶質(zhì)在溶液表面層中的濃度與在溶液本體中的濃度不同的現(xiàn)象稱為溶液表面的吸附。 表面的濃度高于本體濃度，這種現(xiàn)象稱為正吸附。表面層的濃度低于本體濃度稱為負(fù)吸附。 那些溶入少量就能顯著降低溶液表面張力的物質(zhì)稱為表面活性物質(zhì)或表面活性劑(surface-active agent)。 SnA 定義: 即為表面過剩，單位為2mol m 在單位面積的表面層中，所含溶質(zhì)的物質(zhì)的量與同量溶劑在溶液本體中所含溶質(zhì)物質(zhì)的量的差值，稱為溶質(zhì)的表面過?；虮砻嫖搅?。2.表面過剩與吉布斯吸附等溫式通常也稱為吸附量它的物理意義是：在單位面積

24、的表面層中，所含溶質(zhì)的物質(zhì)的量與具有相同數(shù)量溶劑的本體溶液中所含溶質(zhì)的物質(zhì)的量之差值。dcdRTcg吉布斯吸附公式吉布斯吸附公式1.dg/dc0，增加溶質(zhì)的濃度使表面張力升高，為負(fù)值，是負(fù)吸附。表面層中溶質(zhì)濃度低于本體濃度。非表面活性物質(zhì)屬于這種情況。3.表面活性物質(zhì)在吸附層的定向排列 根據(jù)實(shí)驗(yàn)，脂肪酸在水中的濃度達(dá)到一定數(shù)值后，它在表面層中的超額為一定值，與本體濃度無關(guān)，并且和它的碳?xì)滏湹拈L度也無關(guān)。 這時(shí)，表面吸附已達(dá)到飽和，脂肪酸分子合理的排列是羧基向水，碳?xì)滏溝蚩諝狻?根據(jù)這種緊密排列的形式，可以計(jì)算每個(gè)分子所占的截面積am。式中L為阿伏加德羅常數(shù)，m原來是表面過剩，當(dāng)達(dá)到飽和吸附時(shí),

25、m可以作為單位表面上溶質(zhì)的物質(zhì)的量。mm1aL 4.表面活性物質(zhì)（1）表面活性物質(zhì)分類）表面活性物質(zhì)分類 表面活性劑通常采用按化學(xué)結(jié)構(gòu)來分類，分為離子型和非離子型兩大類，離子型中又可分為陽離子型、陰離子型和兩性型表面活性劑。顯然陽離子型和陰離子型的表面活性劑不能混用，否則可能會(huì)發(fā)生沉淀而失去活性作用。1.離子型2.非離子型陽離子型陰離子型兩性型表面活性劑 表面活性劑是兩親分子。溶解在水中達(dá)一定濃度時(shí)，其非極性部分會(huì)自相結(jié)合，形成聚集體，使憎水基向里、親水基向外，這種多分子聚集體稱為膠束(micelle)。（2）表面活性物質(zhì)的基本性質(zhì)）表面活性物質(zhì)的基本性質(zhì) 隨著親水基不同和濃度不同，形成的膠束

26、可呈現(xiàn)棒狀、層狀或球狀等多種形狀。 臨界膠束濃度簡稱CMC 表面活性劑在水中隨著濃度增大，表面上聚集的活性劑分子形成定向排列的緊密單分子層，多余的分子在體相內(nèi)部也三三兩兩的以憎水基互相靠攏，聚集在一起形成膠束，開始形成膠束的最低濃度為臨界膠束濃度(critical micelle concentration)。 這時(shí)溶液性質(zhì)與理想性質(zhì)發(fā)生偏離，而繼續(xù)增加活性劑濃度，表面張力不再降低，而體相中的膠束不斷增多、增大。表面活性物質(zhì)的分子在溶液本體及表面層中的分布表面活性物質(zhì)的分子在溶液本體及表面層中的分布 （3）表面活性物質(zhì)的實(shí)際應(yīng)用表面活性物質(zhì)的實(shí)際應(yīng)用 潤濕作用潤濕作用 表面活性物質(zhì)可以降低液體

27、表面張力，改變接觸角的大小，從而達(dá)到潤濕的目的。 例如，要農(nóng)藥潤濕帶蠟的植物表面，要在農(nóng)藥中加表面活性劑； 如果要制造防水材料，就要在表面涂憎水的表面活性劑，使接觸角大于90。助磨作用助磨作用 在固體的粉碎過程中，若有表面活性物質(zhì)存在，它能很快的定向排列在固體顆粒的表面上，使固體顆粒的界面張力有明顯的降低。 表面活性物質(zhì)不僅可自動(dòng)吸附在顆粒的表面上，而且還可自動(dòng)地滲入到微細(xì)裂縫中去并能向深處擴(kuò)展，如同在裂縫中打入一個(gè)“楔子”，起著一種劈裂作用，在外力的作用下加大裂縫或分裂成更小的顆粒。 洗滌劑中通常要加入多種輔助成分，其中占主要成分的是表面活性物質(zhì)，表面活性物質(zhì)可以降低水溶液與衣物的界面張力，

28、經(jīng)機(jī)械摩擦和水流的帶動(dòng)，油污可以從固體表面上脫落。去污作用去污作用分散系統(tǒng)分散系統(tǒng) 學(xué)習(xí)要求：學(xué)習(xí)要求：掌握分散系統(tǒng)的分類和膠體系統(tǒng)的制備；重點(diǎn)掌握膠體系統(tǒng)的光學(xué)、動(dòng)力和電學(xué)性質(zhì)及其應(yīng)用；理解溶膠的穩(wěn)定與聚沉的原理，學(xué)會(huì)書寫膠團(tuán)結(jié)構(gòu)表示式，學(xué)會(huì)計(jì)算聚沉值和比較聚沉能力；了解懸浮液、乳狀液、泡沫、氣溶膠以及高分子化合物溶液的性質(zhì)和應(yīng)用。 引言引言 8.6 膠體系統(tǒng)的制備膠體系統(tǒng)的制備 8.7 膠體系統(tǒng)的光學(xué)性質(zhì)膠體系統(tǒng)的光學(xué)性質(zhì) 8.8 膠體系統(tǒng)的動(dòng)力性質(zhì)膠體系統(tǒng)的動(dòng)力性質(zhì) 8.9 溶膠系統(tǒng)的電學(xué)性質(zhì)溶膠系統(tǒng)的電學(xué)性質(zhì) 8.10 溶膠的穩(wěn)定與聚沉溶膠的穩(wěn)定與聚沉 8.11 懸浮液懸浮液 8.12

29、 乳狀液乳狀液 8.13 泡沫泡沫 8.14 氣溶膠氣溶膠 8.15 高分子化合物溶液的滲透壓和粘度高分子化合物溶液的滲透壓和粘度引引 言言 把一種或幾種物質(zhì)分散在另一種物質(zhì)中所構(gòu)成的系統(tǒng)稱為分散系統(tǒng)。被分散的物質(zhì)稱為分散相（dispersed phase），而另一種呈連續(xù)分布的物質(zhì)稱為分散介質(zhì)（dispersing medium)。例如：云，牛奶，珍珠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1.真溶液 分散相與分散介質(zhì)以分子或離子形式彼此混溶，沒有界面，是均勻的單

30、相，分散相粒子半徑小于1nm 。2.膠體分散體系 分散相粒子的半徑在1 nm100nm之間的體系。目測是均勻的，但實(shí)際是多相不均勻體系。也有的將1 nm 1000 nm之間的粒子歸入膠體范疇。3.粗分散體系 當(dāng)分散相粒子的半徑大于1000 nm，目測是不均勻體系，放置后會(huì)沉淀或分層。分散體系分類：1.液溶膠 將液體作為分散介質(zhì)所形成的溶膠。A.液-固溶膠 如油漆，AgI溶膠B.液-液溶膠 如牛奶，石油原油等乳狀液C.液-氣溶膠 如泡沫溶膠的種類按分散相和分散介質(zhì)聚集狀態(tài)的不同，溶膠可分為以下三大類（八個(gè)小類）：2.固溶膠 將固體作為分散介質(zhì)所形成的溶膠。A.固-固溶膠 如有色玻璃，不完全互溶的

31、合金B(yǎng).固-液溶膠 如珍珠，某些寶石C.固-氣溶膠 如泡沫塑料，沸石分子篩3.氣溶膠 將氣體作為分散介質(zhì)所形成的溶膠。當(dāng)分散相為固體或液體時(shí)，形成氣-固或氣-液溶膠，但沒有氣-氣溶膠，因?yàn)椴煌臍怏w混合后是單相均一體系，不屬于膠體范圍。A.氣-固溶膠 如煙，含塵的空氣B.氣-液溶膠 如霧，云（1）高度分散性 粒子較大，擴(kuò)散較慢，不能透過半透膜，滲透壓高但有動(dòng)力穩(wěn)定性 和乳光現(xiàn)象。（2）多相不均勻性 粒子是由許多離子或分子聚結(jié)而成，粒子大小不一，與介質(zhì)之間有明顯的相界面，比表面很大。（3）熱力學(xué)不穩(wěn)定性 因?yàn)榱Ｗ佑泻艽蟮慕缑?，很高的界面能，因此是熱力學(xué)不穩(wěn)定體系。膠體系統(tǒng)的特征：8.6 8.6

32、膠體系統(tǒng)的制備膠體系統(tǒng)的制備 膠體的制備，或者是將粗分散系統(tǒng)進(jìn)一步分散，或者是將小分子或離子聚集。制備方法大致可分為兩類： （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。分散法分散法（1）研磨法 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。 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。盤式膠體磨轉(zhuǎn)速約每分鐘5千 1萬轉(zhuǎn)。 A為空心轉(zhuǎn)軸，與C盤相連，向一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，B盤向另一方向旋轉(zhuǎn)。 分散相、分散介質(zhì)和穩(wěn)定劑從空心軸A處加入，從C盤與B盤的狹縫中飛出，用兩盤之間的應(yīng)切力將固體粉碎，可得10

33、00 nm左右的粒子。分為濕法和干法。（2）解膠法，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，先將膠粒過濾，洗滌，然后盡快分散在含有膠溶劑的介質(zhì)中，形成溶膠。 Fe(OH)3（新鮮沉淀） Fe(OH)3 (溶膠）3FeCl加例如： 電弧法主要用于制備金、銀、鉑等金屬溶膠。制備過程包括先分散后凝聚兩個(gè)過程。(3)電弧法 將欲分散的金屬做成兩個(gè)電極，浸在水中。在水中加入少量堿作為穩(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)，接著金屬蒸氣立即被水冷卻

34、而凝聚為膠粒。2. 凝聚法凝聚法 （1）物理凝聚法 A. 過飽和法 改變?nèi)軇┗蛴美鋮s的方法使溶質(zhì)的溶解度降低，由于過飽和，溶質(zhì)從溶劑中分離出來凝聚成溶膠。例1.用冰急驟冷卻苯的飽和水溶液，或用液態(tài)空氣冷卻硫的酒精溶液，得到苯的水溶膠或硫的醇溶膠。 例2.將硫的酒精溶液滴入水中，硫在水中溶解度變小而生成白色渾濁的硫溶膠。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.蒸氣凝聚法羅金斯基（Roginskii）用此法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。停止冷凍，凝聚在外壁的混合蒸氣融化，在管3中獲得鈉的苯溶膠。 （

35、2）化學(xué)凝聚法 利用生成不溶性物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)，控制析晶過程，使其停留在膠核尺度的階段，在少量穩(wěn)定劑存在下形成溶膠，這種穩(wěn)定劑一般是某一過量的反應(yīng)物。例如：水解反應(yīng)制氫氧化鐵溶膠 FeCl3 （稀）+3H2O （熱） Fe(OH)3 （溶膠）+3HCl3. 3. 溶膠的凈化溶膠的凈化 在制備溶膠的過程中，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。 凈化的方法主要有滲析(dialysis) 法。 滲析法 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?利用

36、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，就可以凈化半透膜內(nèi)的溶膠。 為了加快滲透作用，可加大滲透面積、適當(dāng)提高溫度或外加電場。 1869年Tyndall發(fā)現(xiàn)，若令一束會(huì)聚光通過溶膠，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)。 8.7 膠體系統(tǒng)的光學(xué)性質(zhì)膠體系統(tǒng)的光學(xué)性質(zhì)1. 1. 丁鐸爾效應(yīng)丁鐸爾效應(yīng)(Tyndall effect)溶液和溶膠的區(qū)別丁鐸爾效應(yīng)丁鐸爾效應(yīng) 當(dāng)光束通過分散系統(tǒng)時(shí)，一部分自由地通過，一部分被吸收、反射或散射?？梢姽獾牟ㄩL約在400760 nm之間。 （1）當(dāng)光束通過粗分散系統(tǒng)，由于粒子大于入射光的波長，主要發(fā)生反射

37、，使體系呈現(xiàn)混濁。 （2）當(dāng)光束通過膠體溶液，由于膠粒直徑小于可見光波長，主要發(fā)生散射，可以看見乳白色的光柱。 （3）當(dāng)光束通過真溶液，由于溶液十分均勻，散射光因相互干涉而完全抵消，看不見散射光。2. 2. 瑞利公式瑞利公式 1871年，Rayleigh研究了大量的光散射現(xiàn)象，導(dǎo)出了散射光總能量的計(jì)算公式，稱為Rayleigh公式：222222004 22209() (1cos)22nnV CIIlnn式中： I0 入射光強(qiáng)度， 單位體積中粒子數(shù) 入射光波長， 每個(gè)粒子的體積 分散相折射率， 分散介質(zhì)的折射率nC0nV 從Rayleigh公式可得出如下結(jié)論：（2） 散射光強(qiáng)度與入射光波長的四次

38、方成反比。入射光波長愈短，散射愈顯著。所以可見光中，藍(lán)、紫色光散射作用強(qiáng)。（3）分散相與分散介質(zhì)的折射率相差愈大，則散射光愈強(qiáng)。（4）散射光強(qiáng)度與粒子的數(shù)密度成正比。（1）單位體積的散射光強(qiáng)度與每個(gè)粒子體積的平方成正比。3. 3. 超顯微鏡與粒子大小的近似測定超顯微鏡與粒子大小的近似測定 普通顯微鏡分辨率不高，只能分辨出半徑在200 nm以上的粒子，所以看不到膠體粒子。 超顯微鏡分辨率高，可以研究半徑為5150 nm的粒子。但是， 超顯微鏡觀察的不是膠粒本身，而是觀察膠粒發(fā)出的散射光。特點(diǎn)是在強(qiáng)光源照射，在與入射光垂直的方向上及黑暗的視野的條件下觀察。 超顯微鏡的目鏡看到的是膠粒的散射光。如果

39、溶液中沒有膠粒，視野將是一片黑暗。 從超顯微鏡可以獲得的信息：（1） 可以測定球狀膠粒的平均半徑。（2） 判斷粒子分散均勻的程度。粒子大小不同，散 射光的強(qiáng)度也不同。（3） 觀察膠粒的布朗運(yùn)動(dòng) 、電泳、沉降和凝聚等 現(xiàn)象。 8.8 8.8 膠體系統(tǒng)的動(dòng)力性質(zhì)膠體系統(tǒng)的動(dòng)力性質(zhì)1. 1. 布朗運(yùn)動(dòng)布朗運(yùn)動(dòng)（Brown motion) 1827 年植物學(xué)家布朗(Brown)用顯微鏡觀察到懸浮在液面上的花粉粒子不斷地作無規(guī)則的運(yùn)動(dòng)。 后來又發(fā)現(xiàn)凡是線度小于4m的粒子，在分散介質(zhì)中皆呈現(xiàn)這種運(yùn)動(dòng)。人們稱微粒的這種運(yùn)動(dòng)為布朗運(yùn)動(dòng)。 用超顯微鏡觀察到溶膠粒子不斷地做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，能夠測出在一定時(shí)間內(nèi)粒子的平

40、均位移。 1905年愛因斯坦（Einstein) 闡述了Brown運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)，推導(dǎo)出愛因斯坦布朗平均位移公式。 愛因斯坦用概率的概念和分子運(yùn)動(dòng)論的觀點(diǎn)，創(chuàng)立了布朗運(yùn)動(dòng)的理論。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，所以連續(xù)以不同方向、不同速度作不規(guī)則運(yùn)動(dòng)。1/23RTtxL r 2. 2. 擴(kuò)散擴(kuò)散 膠粒也有熱運(yùn)動(dòng)，因此也與溶液中溶質(zhì)相似具有擴(kuò)散和滲透壓。只是溶膠的濃度較稀，這種現(xiàn)象很不顯著。 由于分子的熱運(yùn)動(dòng)和膠粒的布朗運(yùn)動(dòng)，在有濃度梯度存在時(shí)，物質(zhì)粒子會(huì)發(fā)生宏觀上的定向遷移現(xiàn)象，稱為擴(kuò)散。這就是菲克（Fick）第一定律。 式中

41、D為擴(kuò)散系數(shù)，其物理意義為：單位濃度梯度、單位時(shí)間內(nèi)通過單位截面積的質(zhì)量。 式中負(fù)號(hào)表示擴(kuò)散發(fā)生在濃度降低的方向， 0。ddcxddntdd= ddsncDAtx 用公式表示為：3. 3. 沉降與沉降平衡沉降與沉降平衡 溶膠是高度分散體系，膠粒一方面受到重力的吸引而下降，另一方面由于布朗運(yùn)動(dòng)促使?jié)舛融呌诰弧?當(dāng)這兩種相反的力相等時(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。這種平衡稱為沉降平衡(sedimentation equilibrium)。 )120121lnhhRTMgCCrr 對(duì)于微小粒子在重力場中的沉降平衡，貝林(Perrin)導(dǎo)出平衡時(shí)粒子數(shù)密度隨高度分布的分布定

42、律：8.9 8.9 溶膠系統(tǒng)的電學(xué)性質(zhì)溶膠系統(tǒng)的電學(xué)性質(zhì)膠粒帶電的原因有以下幾種：（2）離子型固體電解質(zhì)形成溶膠時(shí)，由于正、負(fù)離子溶解量不同，使膠粒帶電。 例如：將AgI制備溶膠時(shí)，由于Ag+較小，活動(dòng)能力強(qiáng)，比I-容易脫離晶格而進(jìn)入溶液，使膠粒帶負(fù)電。（1）膠粒在形成過程中，膠核優(yōu)先吸附某種離子，使膠粒帶電。例如：在AgI溶膠的制備過程中，如果AgNO3過量，則膠核優(yōu)先吸附Ag+離子，使膠粒帶正電；如果KI過量，則優(yōu)先吸附I -離子，膠粒帶負(fù)電。 （3）可電離的大分子溶膠，由于大分子本身發(fā)生電離，而使膠粒帶電。例如蛋白質(zhì)分子，有許多羧基和胺基，在pH較高的溶液中，離解生成PCOO-離子而負(fù)帶

43、電；在pH較低的溶液中，生成PNH3+離子而帶正電。 在某一特定的pH條件下，生成的-COO-和-NH3+數(shù)量相等，蛋白質(zhì)分子的凈電荷為零，這pH稱為蛋白質(zhì)的等電點(diǎn) 。（4）晶格取代：比如Al3+或Si4取代Mg2，使溶膠帶正電。1. 1. 雙電層理論雙電層理論(double layer theories) 亥姆霍茲平板雙電層：認(rèn)為固體的表面電荷與溶液中帶相反電荷的（即反離子）構(gòu)成平行的兩層，如同一個(gè)平板電容器。整個(gè)雙電層厚度為0 。 固體表面與液體內(nèi)部的總的電位差即等于熱力學(xué)電勢0 ，在雙電層內(nèi)，熱力學(xué)電勢呈直線下降。模型過于簡單，由于離子熱運(yùn)動(dòng)，不能形成平板電容器。0亥姆霍茲平板雙電層模型

44、 古依（Gouy）和查普曼（Chapman）擴(kuò)散雙電層：認(rèn)為由于正、負(fù)離子靜電吸引和熱運(yùn)動(dòng)兩種效應(yīng)的結(jié)果，溶液中的反離子只有一部分緊密地排在固體表面附近，相距約一、二個(gè)離子厚度稱為緊密層； 另一部分反離子是呈擴(kuò)散狀態(tài)分布的，可用玻茲曼公式表示，稱為擴(kuò)散層。雙電層由緊密層和擴(kuò)散層構(gòu)成。擴(kuò)散雙電層模型0ABx 斯特恩（Stern）擴(kuò)散雙電層： 他對(duì)擴(kuò)散雙電層模型作進(jìn)一步修正。認(rèn)為吸附在固體表面的緊密層約有一、二個(gè)分子層的厚度，后被稱為Stern層； 由反號(hào)離子電性中心構(gòu)成的平面稱為Stern面。雙電層的stern模型 由于溶劑化作用，膠粒在移動(dòng)時(shí)，緊密層會(huì)結(jié)合一定數(shù)量的溶劑分子一起移動(dòng)，所以滑動(dòng)面

45、由比Stern層略右的曲線表示。從固體表面到從固體表面到Stern平面，電位從平面，電位從 0 0直線下降為直線下降為 。2. 2. 溶膠的電動(dòng)現(xiàn)象溶膠的電動(dòng)現(xiàn)象 膠粒在重力場作用下發(fā)生沉降，而產(chǎn)生沉降電勢；帶電的介質(zhì)發(fā)生流動(dòng)，則產(chǎn)生流動(dòng)電勢。 以上四種現(xiàn)象都稱為電動(dòng)現(xiàn)象。 由于膠粒帶電，而溶膠是電中性的，則介質(zhì)帶與膠粒相反的電荷。在外電場作用下，膠粒和介質(zhì)分別向帶相反電荷的電極移動(dòng)，就產(chǎn)生了電泳和電滲的電動(dòng)現(xiàn)象。 影響電泳的因素有：帶電粒子的大小、形狀；粒子表面電荷的數(shù)目；介質(zhì)中電解質(zhì)的種類、離子強(qiáng)度，pH值和粘度；電泳的溫度和外加電壓等。 （1 1）電泳）電泳 (electrophores

46、is) 在外加電場的作用下膠體粒子在分散介質(zhì)中定向移動(dòng)的現(xiàn)象稱為電泳。 vvu,EE 斯莫魯科夫斯基斯莫魯科夫斯基(Smoluchowski) )公式公式 在外加電場作用下，帶電的介質(zhì)通過多孔膜或半徑為110 nm的毛細(xì)管做定向移動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為電滲。 外加電解質(zhì)對(duì)電滲速度影響顯著，隨著電解質(zhì)濃度的增加，電滲速度降低，甚至?xí)淖冸姖B的方向。 電滲方法有許多實(shí)際應(yīng)用，如溶膠凈化、海水淡化、泥炭和染料的干燥等。（2 2）電滲）電滲( (electro-osmosis) )電滲實(shí)驗(yàn)電滲實(shí)驗(yàn) 在M和毛細(xì)管C中盛電解質(zhì)溶液，再由T管吹入氣體，在毛細(xì)管中形成一個(gè)小氣泡，將電極E1、E2接通直流電后， 可通

47、過毛細(xì)管C中小氣泡移動(dòng)的距離，來計(jì)算電滲流的流速。 圖中，M為多孔膜。 如果多孔膜吸附陰離子，則介質(zhì)帶正電，通電時(shí)向陰極移動(dòng)；反之，多孔膜吸附陽離子，帶負(fù)電的介質(zhì)向陽極移動(dòng)。（3 3）流動(dòng)電勢）流動(dòng)電勢(streaming potential) 這種因流動(dòng)而產(chǎn)生的電勢稱為流動(dòng)電勢。 含有離子的液體在加壓或重力等外力的作用下，流經(jīng)多孔膜或毛細(xì)管時(shí)會(huì)產(chǎn)生電勢差。(4)(4)沉降電勢沉降電勢(sedimentation potential) 分散相粒子在重力場或離心力場的作用下，迅速移動(dòng)時(shí)，在移動(dòng)方向的兩端所產(chǎn)生的電勢差，稱為沉降電勢。 貯油罐中的油內(nèi)常會(huì)有水滴，水滴的沉降會(huì)形成很高的電勢差，有時(shí)會(huì)

48、引發(fā)事故。通常在油中加入有機(jī)電解質(zhì)，增加介質(zhì)電導(dǎo)，降低沉降電勢。 顯然，它是與電泳現(xiàn)象相反的過程。3. 3. 溶膠的膠團(tuán)結(jié)構(gòu)溶膠的膠團(tuán)結(jié)構(gòu)由分子、原子或離子形成的固態(tài)微粒，稱為膠核； 過剩的反離子一部分分布在滑動(dòng)面以內(nèi)，另一部分呈擴(kuò)散狀態(tài)分布于介質(zhì)中?；瑒?dòng)面所包圍的帶電體，稱為膠體粒子； 整個(gè)擴(kuò)散層及其所包圍的膠體粒子，則夠成電中性的膠團(tuán)(micelle)。 膠核吸附離子是有選擇性的，優(yōu)先吸附與膠核中相同的某種離子。例1：AgNO3 + KIKNO3 + AgI 過量的 KI 作穩(wěn)定劑 (AgI)m n I (n-x)K+x xK+ |_| |_|膠核膠粒（帶負(fù)電）膠團(tuán)（電中性）膠核膠粒膠團(tuán)

49、膠團(tuán)的圖示式：例2：AgNO3 + KIKNO3 + AgI 過量的 AgNO3 作穩(wěn)定劑 膠團(tuán)的結(jié)構(gòu)表達(dá)式： (AgI)m n Ag+ (n-x)NO3x+ x NO3 |_|_|膠核膠粒（帶正電）膠團(tuán)（電中性） 膠團(tuán)的圖示式：AgI膠核膠粒膠團(tuán) 作為憎液溶膠基本質(zhì)點(diǎn)的膠粒并非都是球形，而膠粒的形狀對(duì)膠體性質(zhì)有重要影響。例如：（1）聚苯乙烯膠乳是球形質(zhì)點(diǎn)（2）V2O5 溶膠是帶狀的質(zhì)點(diǎn)（3）Fe(OH)3 溶膠是絲狀的質(zhì)點(diǎn)8.10 8.10 溶膠的穩(wěn)定與聚沉溶膠的穩(wěn)定與聚沉1. 溶膠的經(jīng)典穩(wěn)定理論溶膠的經(jīng)典穩(wěn)定理論DLVO理論理論（2）溶膠的相對(duì)穩(wěn)定性或聚沉取決于斥力勢能或引力勢能的相對(duì)大小

50、。（1）膠團(tuán)之間既存在斥力勢能，也存在著引力勢能。（4）加入電解質(zhì)時(shí)，對(duì)引力勢能影響不大，但對(duì)斥力勢能的影響卻十分明顯。適當(dāng)調(diào)整電解質(zhì)的濃度，可以得到相對(duì)穩(wěn)定的溶膠。（3）斥力勢能、引力勢能以及總勢能都隨著粒子間距離的變化而變化，各有占優(yōu)的情況。膠粒間斥力勢能、吸力膠粒間斥力勢能、吸力 勢能及總勢能曲線勢能及總勢能曲線UR exp-xUmaxFCx0Born排斥U勢壘UUAnx1 德拜參量 當(dāng)粒子相距較大時(shí)，主要為吸力，總勢能為負(fù)值；當(dāng)靠近到一定距離，雙電層重疊，排斥力起主 要 作 用 ，勢能升高。要使粒子聚結(jié)必須克服這個(gè)勢壘。2. 溶劑化作用若水為分散介質(zhì)，構(gòu)成膠團(tuán)雙電層結(jié)構(gòu)的全部離子都應(yīng)當(dāng)

51、是水化的，在分散相粒子的周圍，形成一個(gè)具有一定彈性的水化外殼。3. 布朗運(yùn)動(dòng)布朗運(yùn)動(dòng)足夠強(qiáng)時(shí)，就能夠克服重力場的影響。1. 分散相粒子帶電是主要影響溶膠穩(wěn)定的原因， 由DLVO理論來說明、解釋。影響溶膠穩(wěn)定性的因素影響溶膠穩(wěn)定性的因素 聚沉值 使一定量的溶膠在一定時(shí)間內(nèi)完全聚沉(coagulation 所需電解質(zhì)的最小濃度。從已知的表值value) 可見，對(duì)同一溶膠，外加電解質(zhì)的離子 價(jià)數(shù)越低，其聚沉值越大。聚沉能力是聚沉值的倒數(shù)。聚沉值越大的電解 質(zhì)，聚沉能力越??；反之，聚沉值越小的電解質(zhì)，其聚沉能力越強(qiáng)。2. 溶膠的聚沉溶膠的聚沉（1 1）電解質(zhì)的聚沉作用）電解質(zhì)的聚沉作用1c2c3cx0

52、E電解質(zhì)的濃度對(duì)膠體粒子勢能的影響c1c2Cs+Rb+NH4+K+Na+Li+ 對(duì)帶正電的膠粒，一價(jià)陰離子的鉀鹽的聚沉能力次序?yàn)椋?F-Cl-Br-NO3-I- 這種次序稱為感膠離子序（lyotropic series)。結(jié)論：結(jié)論： 在憎液溶膠中加入某些大分子溶液，加入的量不同，會(huì)出現(xiàn)兩種情況： 當(dāng)加入的大分子物質(zhì)的量不足時(shí)，憎液溶膠的膠粒粘附在大分子上，大分子起了一個(gè)橋梁作用，把膠粒聯(lián)系在一起，使之更容易聚沉。 搭橋效應(yīng) 保護(hù)作用 當(dāng)憎液溶膠中加入足量大分子溶液后，大分子吸附在膠粒周圍起到保護(hù)溶膠的作用。（2 2）高分子化合物的聚沉作用）高分子化合物的聚沉作用高分子化合物對(duì)溶膠聚沉和保護(hù)作

53、用示意圖8.11 8.11 懸浮液懸浮液測定粒度分布最常用的方法是沉降分析。粒子受到重力的作用而沉降，還會(huì)受到介質(zhì)的阻力作用。隨著粒子沉降速度的加快，阻力增加，在某一速度，重力與阻力相等： 即為： 304()63rgrvrr將不溶性固體粒子分散在液體中所形成的粗分散系統(tǒng)，稱為懸浮液(suspension)。1/2092()hrgtrr沉降分析原理沉降分析原理8.12 8.12 乳狀液乳狀液 乳狀液分為油包水型以符號(hào)W/O表示，水包油型以符號(hào)O/W表示。 因油水互不相溶，要得到比較穩(wěn)定的乳狀液，必須加入乳化劑(emulsifier)。乳化劑能使乳狀液比較穩(wěn)定存在的作用，稱為乳化作用。 一種或幾種

54、液體以液珠形式分散于另一種與其不互溶(或部分互溶)液體中所形成的分散系統(tǒng)稱之為乳狀液(emulsion)。1.1.乳狀液類型的鑒別乳狀液類型的鑒別（1）染色法：在乳狀液中加入少許油溶性的染料，通過觀察內(nèi)相和外相的顏色判斷乳狀液類型。（2）稀釋法：取少量乳狀液滴入水中或油中，看能否被稀釋。（3）導(dǎo)電法：一般來說，水導(dǎo)電性強(qiáng)，油導(dǎo)電性差。2.2.乳狀液的穩(wěn)定乳狀液的穩(wěn)定（1）降低界面張力；（2）形成定向楔的界面；（3）形成擴(kuò)散雙電層；（4）界面層的穩(wěn)定；（5）固體粉末的穩(wěn)定作用。3.3.乳狀液的去乳化乳狀液的去乳化常用的方法有：（1）用不能形成牢固膜的表面活性物質(zhì)代替原來的乳化劑。（2）加入某些能

55、與乳化劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)，消除乳化劑的保護(hù)作用。（3）加入類型相反的乳化劑。（4）加熱。（5）物理方法。使乳狀液破壞的過程，稱為破乳或去乳化作用。8.13 8.13 泡沫泡沫 氣體分散在液體或固體中所形成的分散系統(tǒng)稱之為泡沫(foam)。前者為液體泡沫；后者為固體泡沫。 要得到比較穩(wěn)定的液體泡沫，必須加入起泡劑(foaming agent or foamer)，起泡劑一般為表面活性劑物質(zhì)。 泡沫技術(shù)的應(yīng)用很廣泛，礦物的浮選就是一例。有時(shí)要設(shè)法防止泡沫出現(xiàn)或破壞泡沫存在。8.14 8.14 氣溶膠氣溶膠 以固體或液體為分散相，氣體為分散介質(zhì)所形成的膠體系統(tǒng)，稱為氣溶膠(gasoloid)。煙、霧的分散程度較高，線度在10nm-1m；粉塵分散度較低，線度在1m1mm。 在礦山的開采、機(jī)械加工、燃料的燃燒、金屬的冶煉等工藝過程中，產(chǎn)生的大量煙霧和粉塵，都嚴(yán)重地污染環(huán)境，危害各類生物。1.1.粉塵的分類粉塵的分類（1）塵埃 粒子直徑為10-100m，顆粒較大，在靜止的空氣中呈加速沉降的塵粒。（2）塵霧 粒子直徑為0.25-10m，在靜止的空氣中呈等速沉降的塵粒。（3）塵云 粒子直徑為0.10m以下，在靜止的空氣中不能自動(dòng)地下沉，而是處于無規(guī)則布朗運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的浮土。2.2.粉塵的