hx膠體分散系統(tǒng)課件

1、2022/8/1810.1 膠體分散系統(tǒng)概述10.2 溶膠的動(dòng)力和光學(xué)性質(zhì)10.3 溶膠的電學(xué)性質(zhì)10.4 溶膠的穩(wěn)定性和聚沉作用10.5 大分子概說(shuō)10.6 Donnan平衡10.7 凝膠10.8 納米技術(shù)與應(yīng)用簡(jiǎn)介 第十章 膠體分散系統(tǒng)第1頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 10.1 膠體分散系統(tǒng)概述 1. 分散系統(tǒng)的分類 2. 憎液溶膠的制備 3. 膠團(tuán)的結(jié)構(gòu) 4. 溶膠的凈化 第2頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 把一種或幾種物質(zhì)分散在另一種物質(zhì)中就構(gòu)成分散系統(tǒng)。例如：云，牛奶，珍珠 被分散的物質(zhì)稱為分散相（dispersed phase) 另一種物質(zhì)稱為分散介質(zhì)（dispersin

2、g medium)。 10.1 膠體分散系統(tǒng)概述第3頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18分類系統(tǒng)通常有三種分類方法：分子分散系統(tǒng)1. 按分散相粒子的大小分：2. 按分散相和介質(zhì)的聚集狀態(tài)分：液溶膠3. 按膠體溶液的穩(wěn)定性分： 憎液溶膠 10.1 膠體分散系統(tǒng)概述膠體分散系統(tǒng)粗分散系統(tǒng)固溶膠氣溶膠親液溶膠締合溶膠第4頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/181.分子分散系統(tǒng) 分散相與分散介質(zhì)以分子或離子形式彼此混溶，沒(méi)有界面，是均勻的單相，分子半徑大小在10-9 m以下 。通常把這種系統(tǒng)稱為真溶液，如CuSO4水溶液。2.膠體分散系統(tǒng) 分散相粒子的半徑在1 nm100 nm之間的系統(tǒng)。目測(cè)是均勻的，但實(shí)際

3、是多相不均勻系統(tǒng)。也有的將1 nm 1000 nm之間的粒子歸入膠體范疇。3.粗分散系統(tǒng) 當(dāng)分散相粒子大于1000 nm,目測(cè)是混濁不均勻系統(tǒng)，放置后會(huì)沉淀或分層，如黃河水。 1. 按分散相粒子的大小分類第5頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18（2）按分散相和介質(zhì)聚集狀態(tài)分類1.液溶膠 將液體作為分散介質(zhì)所形成的溶膠。當(dāng)分散相為不同狀態(tài)時(shí)，則形成不同的液溶膠：.液-固溶膠 如油漆，AgI溶膠.液-液溶膠 如牛奶，石油原油等乳狀液.液-氣溶膠 如泡沫第6頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18（2）按分散相和介質(zhì)聚集狀態(tài)分類2.固溶膠 將固體作為分散介質(zhì)所形成的溶膠。當(dāng)分散相為不同狀態(tài)時(shí)，則形成不同的固

4、溶膠：.固-固溶膠 如有色玻璃，不完全互溶的合金.固-液溶膠 如珍珠，某些寶石.固-氣溶膠 如泡沫塑料，沸石分子篩第7頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18（2）按分散相和介質(zhì)聚集狀態(tài)分類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(méi)有氣-氣溶膠，因?yàn)椴煌臍怏w混合后是單相均一系統(tǒng)，不屬于膠體范圍。.氣-固溶膠 如煙，含塵的空氣.氣-液溶膠 如霧，云第8頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18（3）按膠體溶液的穩(wěn)定性分類1.憎液溶膠 半徑在1 nm100 nm之間的難溶物固體粒子分散在液體介質(zhì)中，有很大的相界面，易聚沉，是熱力學(xué)上的不穩(wěn)定系統(tǒng) 一旦將介質(zhì)

5、蒸發(fā)掉，再加入介質(zhì)就無(wú)法再形成溶膠，是 一個(gè)不可逆系統(tǒng)，如氫氧化鐵溶膠、碘化銀溶膠等。 這是膠體分散系統(tǒng)中主要研究的內(nèi)容。第9頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18（3）按膠體溶液的穩(wěn)定性分類1.憎液溶膠 形成憎液溶膠的必要條件是： （1）分散相的溶解度要小； （2）還必須有穩(wěn)定劑存在，否則膠粒易聚結(jié)而 聚沉。 第10頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18（3）按膠體溶液的穩(wěn)定性分類2.親液溶膠 半徑落在膠體粒子范圍內(nèi)的大分子物質(zhì)，溶解在合適的溶劑中形成溶膠。親液溶膠是熱力學(xué)上穩(wěn)定、可逆的系統(tǒng)。 一旦將溶劑蒸發(fā)，大分子化合物凝聚，再加入溶劑，又可形成溶膠。第11頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18（3）

6、按膠體溶液的穩(wěn)定性分類3. 締合溶膠 由表面活性物質(zhì)締合形成膠束，分散在介質(zhì)中，半徑落在膠體粒子范圍內(nèi)； 或由締合表面活性物質(zhì)保護(hù)的一種微小液滴，均勻地分散在另一種液體介質(zhì)中，形成半徑落在膠體粒子范圍內(nèi)的微乳狀液。第12頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 10.1.2 憎液溶膠的制備 制備溶膠必須使分散相粒子的大小落在膠體分散系統(tǒng)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： 1. 分散法 2. 凝聚法 用機(jī)械、化學(xué)等方法使固體的粒子變小。 使分子或離子聚結(jié)成膠粒第13頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 10.1.2 憎液溶膠的制備1. 分散法 用機(jī)械設(shè)備、電能、熱能等將粗分散難溶物

7、粒子粉碎，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。（1） 膠體磨第14頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 10.1.2 憎液溶膠的制備盤式膠體磨第15頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 10.1.2 憎液溶膠的制備轉(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1000 nm左右的粒子。 第16頁(yè)，共147頁(yè)

8、。2022/8/18 10.1.2 憎液溶膠的制備（2） 噴射磨 在裝有兩個(gè)高壓噴嘴的粉碎室中，一個(gè)噴高壓空氣，一個(gè)噴物料，兩束超音速物流以一定角度相交，形成渦流，將粒子粉碎。（3） 電弧法 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。第17頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 10.1.2 憎液溶膠的制備（3）電弧法第18頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 10.1.2 憎液溶膠的制備 將金屬做成兩個(gè)電極，浸在水中，盛水的盤子放在冰浴中。 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。 在水中加入少量NaOH 作為穩(wěn)定劑。這時(shí)表

9、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19頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 10.1.2 憎液溶膠的制備2. 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)， （1） 化學(xué)凝聚法 通過(guò)各種化學(xué)反應(yīng)或物理方法，使分子或離子凝聚成一定粒度的膠粒 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)物第20頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 10.1.2 憎液溶膠的制備例如，硫化砷溶膠的制備 又如，用水解反應(yīng)制氫氧化鐵溶膠 As2O3 + 3H2O = 2H3AsO3 2H3AsO3(稀)+ 3H2S = As2S3(溶膠)+6H2O穩(wěn)

10、定劑是略過(guò)量的硫化氫反應(yīng)物 FeCl3 (稀)+3H2O (熱) = Fe(OH)3 (溶膠)+3HCl穩(wěn)定劑是反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的FeO+ 離子第21頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 10.1.2 憎液溶膠的制備 （2） 物理凝聚法 蒸汽凝聚法 例1. 將汞蒸汽通入冷水中，可獲得汞的水溶膠, 少量汞的氧化物可作為穩(wěn)定劑例2. 堿金屬苯溶膠的制備在一個(gè)特殊設(shè)備中,將堿金屬與苯同時(shí)蒸發(fā),使蒸汽混合凝聚,然后熔化，可獲得堿金屬的苯溶膠。 第22頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 10.1.2 憎液溶膠的制備蒸汽凝聚法 第23頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 10.1.2 憎液溶膠的制備更換溶劑法

11、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24頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 10.1.3 膠團(tuán)的結(jié)構(gòu) 膠團(tuán)的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，先有一定量的難溶物分子聚結(jié)形成膠粒的中心，稱為膠核； 然后膠核選擇性的吸附穩(wěn)定劑中的一種離子，形成緊密吸附層； 膠粒與擴(kuò)散層中的反號(hào)離子，形成一個(gè)電中性的膠團(tuán)。 由于正、負(fù)電荷相吸，在緊密層外形成反號(hào)離子的包圍圈，從而形成了帶與緊密層相同電荷的膠粒；第25頁(yè)，共147頁(yè)。2022/

12、8/18 10.1.3 膠團(tuán)的結(jié)構(gòu)現(xiàn)以制備碘化銀溶膠為例AgNO3 + KI = KNO3 + AgI (溶膠) 過(guò)量的 KI 作穩(wěn)定劑 膠團(tuán)的結(jié)構(gòu)表達(dá)式 ： 膠核 膠粒(帶負(fù)電) 膠團(tuán)(電中性)(AgI)m膠核膠粒膠團(tuán)膠團(tuán)的圖示式：n I (n-x)K+x xK+ 第26頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 10.1.3 膠團(tuán)的結(jié)構(gòu)(AgI)m n Ag+ (n-x)NO3x+ x NO3膠核膠粒膠團(tuán) 膠團(tuán)的圖示式：膠核 膠粒(帶正電) 膠團(tuán)(電中性) 膠團(tuán)的結(jié)構(gòu)表達(dá)式： 過(guò)量的 AgNO3 作穩(wěn)定劑 AgNO3 + KI = KNO3 + AgI (溶膠) 第27頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8

13、/18 10.1.4 溶膠的凈化 在制備溶膠的過(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。 凈化的方法主要有滲析法和超過(guò)濾法。 第28頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/181. 滲析法簡(jiǎn)單滲析 利用濃差因素，多余的電解質(zhì)離子不斷向膜外滲透。 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。 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?。?jīng)常更換溶劑，就可以凈化半透膜容器內(nèi)的溶膠。 10.1.4 溶膠的凈化第29頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18簡(jiǎn)

14、單滲析 10.1.4 溶膠的凈化第30頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18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) 10.1.4 溶膠的凈化 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。第31頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18電滲析 10.1.4 溶膠的凈化第32頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 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。 10.1.4 溶膠的凈化第33頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18超過(guò)濾裝置 10.1.4 溶

15、膠的凈化第34頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 電超過(guò)濾： 有時(shí)為了加快過(guò)濾速度，在半透膜兩邊安放電極，施以一定電壓 使電滲析和超過(guò)濾合并使用，這樣可以降低超過(guò)濾壓力。 10.1.4 溶膠的凈化第35頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 10.2 溶膠的動(dòng)力和光學(xué)性質(zhì)1. 動(dòng)力性質(zhì) 2. 光學(xué)性質(zhì) 第36頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 10.2.1 動(dòng)力性質(zhì)1. Brown運(yùn)動(dòng) 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似的現(xiàn)象。人們稱微粒的這種運(yùn)動(dòng)為布朗運(yùn)動(dòng)。 但在很長(zhǎng)的一段時(shí)

16、間里，這種現(xiàn)象的本質(zhì)沒(méi)有得到闡明。 第37頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 10.2.1 動(dòng)力性質(zhì)1. Brown運(yùn)動(dòng) 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。第38頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 10.2.1 動(dòng)力性質(zhì)1. Brown運(yùn)動(dòng) 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39頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 10.2.1 動(dòng)力性質(zhì)1. Brown運(yùn)動(dòng) 1905年和1906年Einstein（愛(ài)因

17、斯坦)和Smoluchowski（斯莫魯霍夫斯基)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，所以連續(xù)以不同方向、不同速度作不規(guī)則運(yùn)動(dòng)。第40頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 10.2.1 動(dòng)力性質(zhì)1. Brown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)粒子半徑大于5 m，Brown 運(yùn)動(dòng)消失。第41頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 10.2.1 動(dòng)力性質(zhì) Einstein認(rèn)為，溶膠粒子的Brown運(yùn)動(dòng)與分子運(yùn)動(dòng)類似，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

18、些基本概念和公式，得到Brown運(yùn)動(dòng)的公式為：第42頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 10.2.1 動(dòng)力性質(zhì)r 為膠粒的半徑；為介質(zhì)的粘度；L 為 Avogadro 常量。 這個(gè)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)。是在觀察時(shí)間t內(nèi)粒子沿x軸方向的平均位移；第43頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 10.2.1 動(dòng)力性質(zhì)2. 擴(kuò)散與滲透壓 Einstein 對(duì)球形粒子導(dǎo)出了膠粒在時(shí)間t內(nèi),平均位移與擴(kuò)散系數(shù)D之間的定量關(guān)系因?yàn)檫@就是Einstein-Brown 位移方程。代入得第44頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 10.2.1 動(dòng)力性質(zhì)2. 擴(kuò)散與滲透壓 從

19、 Brown 運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)，測(cè)出平均位移，就可求出擴(kuò)散系數(shù)D有了擴(kuò)散系數(shù),就可以從上式求粒子半徑 r。 已知 r 和粒子密度 ，可以計(jì)算粒子的摩爾質(zhì)量。第45頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 10.2.1 動(dòng)力性質(zhì)2. 擴(kuò)散與滲透壓 由于膠粒不能透過(guò)半透膜，而介質(zhì)分子或外加的電解質(zhì)離子可以透過(guò)半透膜，所以有從化學(xué)勢(shì)高的一方向化學(xué)勢(shì)低的一方自發(fā)滲透的趨勢(shì)。 溶膠的滲透壓可以借用稀溶液滲透壓公式計(jì)算：式中c為膠粒的濃度。由于憎液溶膠不穩(wěn)定，濃度不能太大，所以測(cè)出的滲透壓及其它依數(shù)性質(zhì)都很小。第46頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 10.2.1 動(dòng)力性質(zhì)3. 沉降與沉降平衡 溶膠的膠粒一方面受到重力

20、吸引而下降，另一方面由于Brown運(yùn)動(dòng)促使?jié)舛融呌诰弧?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。 這種平衡稱為沉降平衡。第47頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 10.2.1 動(dòng)力性質(zhì)3. 沉降與沉降平衡 達(dá)到沉降平衡時(shí)，粒子隨高度分布的情況與大氣在地球表面分布類似，可以用高度分布定律。 根據(jù)高度分布定律可知 粒子質(zhì)量愈大，其平衡濃度隨高度的降低亦愈大。 上層粒子小而稀疏，下層粒子大而密集。第48頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 10.2.2 光學(xué)性質(zhì)光散射現(xiàn)象可見(jiàn)光的波長(zhǎng)約在400700 nm之間。 （1）當(dāng)光束通過(guò)粗分散系統(tǒng)，由于粒子

21、大于入射光的波長(zhǎng)，主要發(fā)生反射，使系統(tǒng)呈現(xiàn)混濁。 （2）當(dāng)光束通過(guò)憎液溶膠時(shí)，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。 當(dāng)光束通過(guò)分散系統(tǒng)時(shí)，一部分自由地通過(guò)，一部分被吸收、反射或散射。第49頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 10.2.2 光學(xué)性質(zhì)光散射現(xiàn)象 （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。光散射現(xiàn)象的本質(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。 第50頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 10.2.2 光學(xué)性質(zhì)光散射

22、現(xiàn)象的本質(zhì) 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。 溶膠是多相不均勻系統(tǒng)，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51頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 10.2.2 光學(xué)性質(zhì)1. Tyndall 效應(yīng)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)。 其他分散系統(tǒng)也會(huì)產(chǎn)生一點(diǎn)散射光，但遠(yuǎn)不如溶膠顯著。 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。第52頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 10.2.2 光學(xué)性質(zhì)1. Tyndall 效應(yīng)光

23、源第53頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 10.2.2 光學(xué)性質(zhì)2. Rayleigh 散射定律 1871年，Rayleigh研究了大量的光散射現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)散射光的強(qiáng)度與多種因素有關(guān)，主要因素為：1. 散射光強(qiáng)度與入射光波長(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)成正比。第54頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 10.2.2 光學(xué)性質(zhì)2. Rayleigh 散射定律 在分散相與分散介質(zhì)都相同的情況下，Rayleigh導(dǎo)出了散射光強(qiáng)度的計(jì)算公式，稱為Ray

24、leigh公式,其簡(jiǎn)化公式為：式中：散射光強(qiáng)度入射光波長(zhǎng)體積粒子數(shù) 每個(gè)粒子的體積與折射率等有關(guān)的常數(shù)第55頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 10.2.2 光學(xué)性質(zhì)2. Rayleigh 散射定律從Rayleigh 散射定律可以解釋： 為何當(dāng)用白光照射溶膠時(shí)，正面和側(cè)面看到的光的顏色不一樣 危險(xiǎn)訊號(hào)為何要用紅色 晴天的天空為何呈藍(lán)色 早晚的云彩為何特別絢麗等等。第56頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 10.2.2 光學(xué)性質(zhì)3. 超顯微鏡的原理 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。 超顯微鏡

25、觀察的不是膠粒本身，而是觀察膠粒發(fā)出的散射光。 超顯微鏡是目前研究憎液溶膠非常有用的手段之一。第57頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 1. 狹縫式超顯微鏡 照射光從碳弧光源射出，經(jīng)可調(diào)狹縫后，由透鏡會(huì)聚，從側(cè)面射到盛膠體的樣品池中。 超顯微鏡的目鏡看到的是膠粒的散射光。如果溶液中沒(méi)有膠粒，視野將是一片黑暗。顯微鏡可調(diào)狹縫碳弧電源膠體 10.2.2 光學(xué)性質(zhì)第58頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18配有心形聚光器的顯微鏡 2. 有心形聚光器 目鏡在黑暗的背景上看到的是膠粒發(fā)出的散射光。顯微鏡物鏡膠體心形聚光器 10.2.2 光學(xué)性質(zhì) 這種超顯微鏡有一個(gè)心形腔，上部視野涂黑，強(qiáng)烈的照射光通入心形腔

26、后不能直接射入目鏡，而是在腔壁上幾經(jīng)反射，改變方向，最后從側(cè)面會(huì)聚在試樣上。第59頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 從超顯微鏡可以獲得哪些有用信息？（1） 可以測(cè)定球狀膠粒的平均半徑。（2） 間接推測(cè)膠粒的形狀和不對(duì)稱性。例如，球狀 粒子不閃光，不對(duì)稱的粒子在向光面變化時(shí)有 閃光現(xiàn)象。（3） 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。（4） 觀察膠粒的布朗運(yùn)動(dòng) 、電泳、沉降和凝聚等 現(xiàn)象。 10.2.2 光學(xué)性質(zhì)第60頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 10.3 溶膠的電學(xué)性質(zhì) 1. 電泳2. 雙電層和動(dòng)電電勢(shì)3. 電滲4. 流動(dòng)電勢(shì)5. 沉降電勢(shì)第61頁(yè)，共147頁(yè)。20

27、22/8/18 10.3 溶膠的電學(xué)性質(zhì) （1）吸附膠粒帶電的原因 膠粒在形成過(guò)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(guò)程中，如果AgNO3過(guò)量，則膠核優(yōu)先吸附Ag+離子，使膠粒帶正電； 如果KI過(guò)量，則優(yōu)先吸附I - 離子，膠粒帶負(fù)電。第62頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 10.3 溶膠的電學(xué)性質(zhì) 如黏土和分子篩等由硅氧四面體和鋁氧四面體組成，由H+ ，Na+等離子來(lái)平衡電荷，當(dāng)在介質(zhì)中擴(kuò)散時(shí)，黏土和分子篩等微粒就帶負(fù)電。膠粒帶電的原因 當(dāng)Al3+離子被兩價(jià)離子同晶置換后，黏土和分子篩等微粒帶負(fù)電就更多。(2) 同晶置換第63頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/1

28、8 10.3 溶膠的電學(xué)性質(zhì)膠粒帶電的原因(3) 膠粒的電離 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。第64頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 10.3 溶膠的電學(xué)性質(zhì)膠粒帶電的原因(3) 膠粒的電離 又例如蛋白質(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)帶電；在pH較低的溶液中，生成P-NH3+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) 。第65頁(yè)，共147

29、頁(yè)。2022/8/18 10.3 溶膠的電學(xué)性質(zhì)電動(dòng)現(xiàn)象分兩類(1) 因電而動(dòng) 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。 膠粒在重力場(chǎng)作用下發(fā)生沉降，而產(chǎn)生沉降電勢(shì)；帶電的介質(zhì)發(fā)生流動(dòng)，則產(chǎn)生流動(dòng)電勢(shì)。 在外電場(chǎng)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。(1) 因動(dòng)而產(chǎn)生電第66頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 10.3.1 電泳影響電泳的因素有： 帶電膠?；虼蠓肿釉谕饧与妶?chǎng)的作用下向帶相反電荷的電極作定向移動(dòng)的現(xiàn)象稱為電泳。 從電泳現(xiàn)象可以獲得膠?；虼蠓肿拥慕Y(jié)構(gòu)、大小和形狀等有關(guān)信息。(1) 帶電粒子的大小、形狀；(3) 介質(zhì)中電解質(zhì)的種

30、類、離子強(qiáng)度，pH值和粘度；(2) 粒子表面電荷的數(shù)目；(4) 電泳的溫度和外加電壓等。第67頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 10.3.1 電泳電泳儀的類型 界面移動(dòng)電泳儀 首先在漏斗中裝上待測(cè)溶膠，使溶膠進(jìn)入U(xiǎn)型管達(dá)左、右兩活塞,使兩臂液面等高 在溶膠上部的管中加入超濾液或等滲溶液。第68頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 10.3.1 電泳 小心打開(kāi)活塞 ，接通電源，觀察液面的變化。若是無(wú)色溶膠，必須用紫外吸收等光學(xué)方法讀出液面的變化。 根據(jù)通電時(shí)間和液面升高或下降的刻度計(jì)算電泳速度。 選擇合適的介質(zhì)，使電泳過(guò)程中保持液面清晰。 第69頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 10.3.1

31、電泳Tiselius 電泳儀 沿aa,bb和cc都可以水平滑移。 實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，從bb處將上部移開(kāi)，下面A,B部分裝上溶膠，然后將上部移到原處。在C部裝上超濾液，在bb處有清晰界面。第70頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 10.3.1 電泳Tiselius 電泳儀 接通直流電源，在電泳過(guò)程中可以清楚的觀察到界面的移動(dòng)。 從而可以判斷膠粒所帶電荷和測(cè)定電泳速度等。第71頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 10.3.1 電泳區(qū)帶電泳 區(qū)帶電泳實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)便、易行，樣品用量少，分離效率高，是分析和分離蛋白質(zhì)等的生物膠體的基本方法。 常用的區(qū)帶電泳有：紙上電泳，圓盤電泳和板上電泳等。 將惰性的固體或凝膠作為

32、支持物，兩端接正、負(fù)電極，在其上面進(jìn)行電泳，從而將電泳速度不同的各組成分離。 第72頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 10.3.1 電泳區(qū)帶電泳紙上電泳 用濾紙作為支持物的電泳稱為紙上電泳。 先將一厚濾紙條在一定pH的緩沖溶液中浸泡，取出后兩端夾上電極，在濾紙中央滴少量待測(cè)溶膠 電泳速度不同的各組分即以不同速度沿紙條運(yùn)動(dòng)。第73頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 10.3.1 電泳區(qū)帶電泳紙上電泳 經(jīng)一段時(shí)間后，在紙條上形成距起點(diǎn)不同距離的區(qū)帶，區(qū)帶數(shù)等于樣品中的組分?jǐn)?shù)。 將紙條干燥并加熱，將蛋白質(zhì)各組分固定在紙條上，再用適當(dāng)方法進(jìn)行分析。第74頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 10.3.

33、1 電泳 凝膠電泳 用淀粉凝膠、瓊膠或聚丙烯酰胺等凝膠作為載體，則稱為凝膠電泳。 將凝膠裝在玻管中，電泳后各組分在管中形成圓盤狀，稱為圓盤電泳 凝膠電泳的分辨率極高。例如，紙上電泳只能將血清分成五個(gè)組分，而用聚丙烯酰胺凝膠作的圓盤電泳可將血清分成25個(gè)組分。第75頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 10.3.1 電泳 板上電泳如果將凝膠鋪在玻板上進(jìn)行的電泳稱為平板電泳。第76頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 10.3.1 電泳顯微電泳儀 該方法簡(jiǎn)單、快速，膠體用量少，可以在膠粒所處的環(huán)境中直接觀察和測(cè)定電泳速度和電動(dòng)電位。 裝置中用的是鉑黑電極，觀察管用玻璃制成。電泳池是封閉的，電泳和電滲同

34、時(shí)進(jìn)行。 但只能測(cè)定顯微鏡可分辨的膠粒，一般在200 nm以上。第77頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 10.3.2 雙電層和動(dòng)電電勢(shì)擴(kuò)散雙電層模型 當(dāng)固體與液體接觸時(shí)，可以是固體從溶液中選擇性吸附某種離子，也可以是固體分子本身發(fā)生電離作用而使離子進(jìn)入溶液 1910年Gouy和1913年Chapman修正了平板型模型，提出了擴(kuò)散雙電層模型； 以致使固液兩相分別帶有不同符號(hào)的電荷，在界面上形成了雙電層的結(jié)構(gòu)。 第78頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18緊密層 10.3.2 雙電層和動(dòng)電電勢(shì)擴(kuò)散雙電層模型 x+AB擴(kuò)散層 第79頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 10.3.2 雙電層和動(dòng)電電勢(shì)St

35、ern雙電層模型 x+AB第80頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 10.3.2 雙電層和動(dòng)電電勢(shì) 由于離子的溶劑化作用，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)。x+AB 滑移的切動(dòng)面由曲線表示。第81頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 10.3.2 雙電層和動(dòng)電電勢(shì) 從固體表面到Stern平面，電位呈直線下降，用1表示 。x+AB0 是熱力學(xué)電勢(shì) 從滑移界面到本體溶液的電位降稱為動(dòng)電電勢(shì)，用 表示第82頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 由于離子的溶劑化作用，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)，所以滑移的切動(dòng)面由比Stern層略右的曲線表示。 從固體表面到St

36、ern平面，電位從0直線下降為 10.3.2 雙電層和動(dòng)電電勢(shì)Stern平面第83頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 在外加電場(chǎng)作用下，帶電的介質(zhì)通過(guò)多孔膜或半徑為110 nm的毛細(xì)管作定向移動(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。 10.3.3 電滲第84頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 10.3.3 電滲 電滲實(shí)驗(yàn) 如果多孔膜吸附陰離子，則介質(zhì)帶正電，通電時(shí)介質(zhì)向陰極移動(dòng)；圖中，3為多孔膜，可以用濾紙、玻璃或棉花等構(gòu)成也可以用氧化鋁、碳酸鋇、AgI等

37、物質(zhì)構(gòu)成。 反之，多孔膜吸附陽(yáng)離子，帶負(fù)電的介質(zhì)向陽(yáng)極移動(dòng)。第85頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 在U型管1,2中盛電解質(zhì)溶液 10.3.3 電滲將電極5,6接通直流電 從有刻度的毛細(xì)管 4中，準(zhǔn)確地讀出液面的變化。 第86頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 電滲實(shí)驗(yàn)第87頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 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(shì)差。 10.3.4 流動(dòng)電勢(shì) 這種因流動(dòng)而產(chǎn)生的電勢(shì)稱為流動(dòng)電勢(shì)。第88頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 10.3.4 流動(dòng)電勢(shì)第89頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 因?yàn)楣鼙跁?huì)吸附某種離子，使固體表面帶電，電

38、荷從固體到液體有個(gè)分布梯度。 在用泵輸送原油或易燃化工原料時(shí)，要使管道接地或加入油溶性電解質(zhì)，增加介質(zhì)電導(dǎo)，防止流動(dòng)電勢(shì)可能引發(fā)的事故。 當(dāng)外力迫使擴(kuò)散層移動(dòng)時(shí)，流動(dòng)層與固體表面之間會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)差，當(dāng)流速很快時(shí)，有時(shí)會(huì)產(chǎn)生電火花。 10.3.4 流動(dòng)電勢(shì)第90頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 10.3.4 流動(dòng)電勢(shì)第91頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 在重力場(chǎng)的作用下，帶電的分散相粒子，在分散介質(zhì)中迅速沉降時(shí)，使底層與表面層的粒子濃度懸殊，從而產(chǎn)生電勢(shì)差，這就是沉降電勢(shì)。 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(shì)差，有時(shí)會(huì)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

39、降電勢(shì)。 10.3.5 沉降電勢(shì)第92頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 12.4 溶膠的穩(wěn)定性和聚沉作用 1. 溶膠的穩(wěn)定性 3. 影響溶膠穩(wěn)定性的其他因素 2. 電解質(zhì)對(duì)溶膠穩(wěn)定性的影響第93頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 10.4.1 溶膠的穩(wěn)定性1. Brown 運(yùn)動(dòng) 由于溶膠粒子小，Brown運(yùn)動(dòng)激烈，在重力場(chǎng)中不易沉降，使溶膠具有動(dòng)力穩(wěn)定性。 但是，如果Brown運(yùn)動(dòng)太激烈，增加了粒子互碰的機(jī)會(huì)，一旦粒子合并變大，在重力場(chǎng)中就會(huì)沉降。 Brown運(yùn)動(dòng)不足以維持憎液溶膠的穩(wěn)定性第94頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 10.4.1 溶膠的穩(wěn)定性膠粒都是帶電的，同一種膠粒都帶相同的

40、電荷。2. 電位 膠粒移動(dòng)時(shí)，從滑移界面到本體溶液的電位降稱為動(dòng)電電勢(shì)，或 電位。膠粒之間有相互吸引的能量Va膠粒之間有相互排斥的能量Vr膠粒之間總的作用能 為Va+Vr第95頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 10.4.1 溶膠的穩(wěn)定性粒子間相互作用能與其距離的關(guān)系曲線Va+Vr第96頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 10.4.1 溶膠的穩(wěn)定性當(dāng)粒子相距較大時(shí)，主要為吸力，總勢(shì)能為負(fù)值粒子間相互作用能與其距離的關(guān)系曲線 當(dāng)靠近到一定距離，雙電層重疊，排斥力起主要作用，勢(shì)能升高 要使粒子聚結(jié)必須克服這個(gè)勢(shì)壘。 電位越大，這個(gè)勢(shì)壘就越高 這就是加少量電解質(zhì)作穩(wěn)定劑的原因第97頁(yè)，共147頁(yè)。2

41、022/8/18 10.4.2 電解質(zhì)對(duì)溶膠穩(wěn)定性的影響1. DLVO 理論 兩個(gè)前蘇聯(lián)科學(xué)家和兩個(gè)荷蘭科學(xué)家從理論上闡明了溶膠的穩(wěn)定性及外加電解質(zhì)的影響，后來(lái)人們以他們名字的第一個(gè)字母稱為DLVO 理論在膠粒相距較遠(yuǎn)時(shí)，主要以van der Waals引力為主 當(dāng)膠?？拷诫p電層重疊時(shí)，主要以排斥力為主，形成一個(gè)勢(shì)能壘 DLVO 理論對(duì)這些作用能作了定量處理，從理論上說(shuō)明了聚沉值與使溶膠聚沉的電解質(zhì)反號(hào)離子電價(jià)之間的關(guān)系。第98頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 10.4.2 電解質(zhì)對(duì)溶膠穩(wěn)定性的影響 2. 聚沉值與聚沉能力聚沉值 使一定量的溶膠在一定時(shí)間內(nèi)完全聚沉所需電解質(zhì)的最小濃度。 對(duì)

42、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。聚沉能力與聚沉值的次序剛好相反 聚沉值越大的電解質(zhì)，聚沉能力越弱；反之，聚沉值越小的電解質(zhì)，其聚沉能力越強(qiáng)。第99頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 10.4.2 電解質(zhì)對(duì)溶膠穩(wěn)定性的影響 3. 與膠粒帶相反電荷離子的影響 與膠粒帶相反電荷離子的價(jià)數(shù)越高，聚沉值越小，聚沉能力越強(qiáng)。 Schulze-Hardy 規(guī)則聚沉值與異電性離子價(jià)數(shù)的六次方成反比 例如，對(duì)于給定的溶膠，異電性離子分別為1、2、3 價(jià)，則聚沉值的比例為： 100 1.6 0.14 即 第100頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 10.4.2 電解質(zhì)對(duì)溶膠穩(wěn)定性的影響 4. 感

43、膠離子序 與膠粒帶相反電荷的離子就是價(jià)數(shù)相同，其聚沉能力也有差異。 例如，對(duì)膠粒帶負(fù)電的溶膠，一價(jià)陽(yáng)離子硝酸鹽的聚沉能力次序?yàn)?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)?這種次序稱為感膠離子序（lyotropic series)。第101頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 10.4.3 影響溶膠穩(wěn)定性的其他因素 1. 物理因素濃度的影響溫度的影響外加作用力影響濃度增加，粒子碰撞機(jī)會(huì)增多，使膠粒易于凝聚溫度升高，粒子碰撞機(jī)會(huì)增多，碰撞強(qiáng)度增加 將溶膠放入高速離心機(jī)，由于膠粒與介質(zhì)的密度不同，離心力不同而分離。第102頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 10.4.3 影響溶膠穩(wěn)定性的其他因

44、素 2. 高分子化合物的影響（1）敏化作用 將少量大分子溶液加入憎液溶膠，就可以促使溶膠聚沉的現(xiàn)象稱為敏化作用； 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 例如，對(duì)SiO2進(jìn)行重量分析時(shí)，在SiO2的溶膠中加入少量明膠，使SiO2 的膠粒粘附在明膠上而聚沉，便于過(guò)濾，減少損失，使分析更準(zhǔn)確。第103頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 10.4.3 影響溶膠穩(wěn)定性的其他因素 2. 高分子化合物的影響（2）保護(hù)作用 將較多量的大分子溶液加入憎液溶膠，可以保護(hù)溶膠不被聚沉，這種現(xiàn)象稱為大分子溶液對(duì)溶膠的保護(hù)作用； 大分子吸附在憎液溶膠膠粒的周圍，使膠粒不

45、能直接接觸，可以保護(hù)溶膠不被聚沉。第104頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 10.4.3 影響溶膠穩(wěn)定性的其他因素第105頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 10.4.3 影響溶膠穩(wěn)定性的其他因素 2. 高分子化合物的影響金值（gold number） 齊格蒙弟提出的金值含義 用“金值”作為大分子化合物保護(hù)金溶膠能力的一種量度，金值越小，保護(hù)劑的能力越強(qiáng)。 為了保護(hù)10 cm3 0.006%的金溶膠，在加入1 cm310% NaCl 溶液后不致聚沉，所需高分子的最少質(zhì)量稱為金值，一般用mg表示。第106頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 10.4.3 影響溶膠穩(wěn)定性的其他因素 3. 有機(jī)化合

46、物離子的影響 用葡萄糖酸內(nèi)脂可以使天然豆?jié){凝聚，制成內(nèi)脂豆腐 有機(jī)化合物的離子都具有強(qiáng)吸附能力，所以有很強(qiáng)的聚沉能力第107頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 10.4.3 影響溶膠穩(wěn)定性的其他因素 4. 帶不同電荷膠粒的相互影響將膠粒帶相反電荷的溶膠互相混合，也會(huì)發(fā)生聚沉 與加入電解質(zhì)情況不同的是，當(dāng)兩種溶膠的用量恰能使其所帶相反電荷的量相等時(shí)，才會(huì)完全聚沉否則會(huì)不完全聚沉，甚至不聚沉。 在污水處理或自來(lái)水廠使水凈化時(shí)，常要加凈化劑 ，水解形成的 溶膠帶正電，而天然的泥砂粒子帶負(fù)電，由于正負(fù)溶膠相互作用使水澄清第108頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 10.5 大分子概說(shuō)1. 何謂大分子2

47、. 大分子溶液的特點(diǎn)3. 大分子物質(zhì)的摩爾質(zhì)量4. 大分子溶液的黏度第109頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 10.5.1 何謂大分子 Staudinger 把相對(duì)分子質(zhì)量大于104的物質(zhì)稱之為大分子，主要有： 人工合成大分子： 如合成橡膠、聚烯烴、樹脂和合 成纖維等。 合成的功能高分子材料：如光敏高分子、導(dǎo)電性高 分子、醫(yī)用高分子和高分子膜等 天然大分子： 如淀粉、蛋白質(zhì) 、纖維素、核酸 和各種生物大分子等。 第110頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 10.5.2 大分子溶液的特點(diǎn) 1. 類似于小分子溶液的特點(diǎn) 2. 類似于溶膠的特點(diǎn) 3. 大分子溶液自身的特點(diǎn)第111頁(yè)，共147頁(yè)。2

48、022/8/18三種溶液性質(zhì)的比較第112頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 10.5.3 大分子物質(zhì)的摩爾質(zhì)量1. 數(shù)均摩爾質(zhì)量2. 質(zhì)均摩爾質(zhì)量3. 黏均摩爾質(zhì)量 由于聚合過(guò)程中，每個(gè)分子的聚合程度可以不一樣，所以聚合物的摩爾質(zhì)量只能是一個(gè)平均值。而且，測(cè)定和平均的方法不同，得到的平均摩爾質(zhì)量也不同。常用有四種平均方法，因而有四種表示法： *4. Z均摩爾質(zhì)量第113頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 1. 數(shù)均摩爾質(zhì)量數(shù)均摩爾質(zhì)量可以用端基分析法和滲透壓法測(cè)定。 設(shè)有一高分子溶液，各組分的物質(zhì)的量分別為n1，n2，, ni , 其對(duì)應(yīng)的摩爾質(zhì)量為M1，M2，Mi ，則數(shù)均摩爾質(zhì)量的定義為

49、：第114頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 2. 質(zhì)均摩爾質(zhì)量 設(shè)高分子物質(zhì)的總質(zhì)量為m，各組分的質(zhì)量分別為m1，m2，, mi , 其對(duì)應(yīng)的摩爾質(zhì)量為M1，M2，Mi ，則質(zhì)均摩爾質(zhì)量的定義為：質(zhì)均摩爾質(zhì)量可以用光散射法測(cè)定。第115頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 3. 黏均摩爾質(zhì)量 用粘度法測(cè)定的摩爾質(zhì)量稱為粘均摩爾質(zhì)量。它的定義是：m為大分子物質(zhì)的總質(zhì)量， mB是摩爾質(zhì)量為MB質(zhì)量組分的質(zhì)量。式中 為與溶劑、大分子化合物和溫度有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，常見(jiàn)物質(zhì)的 值有表可查。第116頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 *4. Z均摩爾質(zhì)量 在光散射法中利用Zimm圖從而計(jì)算的高分子摩爾質(zhì)量稱

50、為Z均摩爾質(zhì)量，它的定義是： 式中：第117頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 測(cè)定大分子化合物摩爾質(zhì)量分布的方法 （1）利用大分子化合物的溶解度與分子大小的依賴關(guān)系，用沉淀分級(jí)、梯度淋洗分級(jí)等方法，將試樣分成摩爾質(zhì)量比較均一的若干級(jí)分。 （2）利用分子大小不同，其動(dòng)力性質(zhì)也不同，用超離心沉降等方法，將試樣分級(jí)。 （3）利用凝膠色譜法，根據(jù)分子大小不同，淋出時(shí)間不同，將試樣分級(jí)。第118頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 測(cè)定大分子化合物摩爾質(zhì)量分布的方法大分子化合物摩爾質(zhì)量分布示意圖第119頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 10.5.4 大分子溶液的黏度 設(shè)純?nèi)軇┑酿ざ葹?，大分子溶液的黏

51、度為 ，兩者不同的組合得到不同的黏度表示方法： 1.相對(duì)黏度 2.增比黏度 3.比濃黏度 4.特性黏度 第120頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 10.5.4 大分子溶液的黏度 特性黏度是幾種黏度中最能反映溶質(zhì)分子本性的一種物理量，由于它是外推到無(wú)限稀釋時(shí)溶液的性質(zhì)，已消除了大分子之間相互作用的影響，而且代表了無(wú)限稀釋溶液中，單位濃度大分子溶液黏度變化的分?jǐn)?shù)。 實(shí)驗(yàn)方法是用黏度計(jì)測(cè)出溶劑和溶液的黏度 和 ，計(jì)算相對(duì)黏度 和增比黏度 。 當(dāng)溫度、聚合物和溶劑系統(tǒng)選定后，大分子溶液的黏度僅與濃度和聚合物分子的大小有關(guān)。第121頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 以 對(duì)c 作圖，得一條直線，以 對(duì)

52、c作圖得另一條直線。將兩條直線外推至濃度 ，得到特性粘度 。 從如下經(jīng)驗(yàn)式求黏均摩爾質(zhì)量 。式中 和 為與溶劑、大分子物質(zhì)和溫度有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，有表可查 10.5.4 大分子溶液的黏度第122頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 10.5.4 大分子溶液的黏度第123頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 10.6 Donnan平衡1. 不電離大分子溶液的滲透壓 2. 電離大分子溶液的滲透壓 3. 用滲透壓法測(cè)電離大分子溶液的摩爾質(zhì)量 第124頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 在大分子電解質(zhì)中通常含有少量電解質(zhì)雜質(zhì)，即使雜質(zhì)含量很低，但按離子數(shù)目計(jì)還是很可觀的。 在半透膜兩邊，一邊放大分子電解質(zhì)，

53、一邊放純水。大分子離子不能透過(guò)半透膜，而離解出的小離子和雜質(zhì)電解質(zhì)離子可以。 由于膜兩邊要保持電中性，使得達(dá)到滲透平衡時(shí)小離子在兩邊的濃度不等，這種平衡稱為膜平衡或Donnan平衡。 由于離子分布的不平衡會(huì)產(chǎn)生膜電勢(shì)，有額外的滲透壓，影響大分子摩爾質(zhì)量的測(cè)定，所以又稱之為Donnan效應(yīng)，要設(shè)法消除。 10.6 Donnan平衡第125頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 由于大分子物質(zhì)的濃度不能配得很高，否則易發(fā)生凝聚，如等電點(diǎn)時(shí)的蛋白質(zhì)，所以產(chǎn)生的滲透壓很小，用這種方法測(cè)定大分子的摩爾質(zhì)量誤差太大。 其中 是大分子溶液的濃度。 由于大分子P不能透過(guò)半透膜，而H2O分子可以，所以在膜兩邊會(huì)產(chǎn)生

54、滲透壓。滲透壓可以用不帶電粒子的van der Hoff 公式計(jì)算，即： 10.6.1 不電離大分子的滲透壓第126頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 10.6.2 電離大分子的滲透壓 蛋白質(zhì)分子Pz+ 不能透過(guò)半透膜，而Na+可以，但為了保持溶液的電中性，Na+也必須留在Pz-同一側(cè) 。 由于大分子中z 的數(shù)值不確定，就是測(cè)定了 也無(wú)法正確地計(jì)算大分子的摩爾質(zhì)量。 以蛋白質(zhì)的鈉鹽為例，它在水中發(fā)生如下離解： 這種Na+在膜兩邊濃度不等的狀態(tài)就是Donnan平衡,因滲透壓只與粒子的數(shù)量有關(guān)，則： 第127頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 在蛋白質(zhì)鈉鹽的另一側(cè)加入濃度為 的小分子電解質(zhì)，如上圖

55、 雖然膜兩邊NaCl的濃度不等，但達(dá)到膜平衡時(shí)NaCl在兩邊的化學(xué)勢(shì)應(yīng)該相等，即： 10.6.3 用滲透壓法測(cè)電離大分子的摩爾質(zhì)量 達(dá)到膜平衡時(shí)（如下圖），為了保持電中性，有相同數(shù)量的Na+ 和Cl-擴(kuò)散到了左邊。所以：第128頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 10.6.3 用滲透壓法測(cè)電離大分子的摩爾質(zhì)量第129頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18即由于滲透壓是因?yàn)槟蛇叺牧Ｗ訑?shù)不同而引起的，故設(shè)活度系數(shù)均為1，得：即解得 10.6.3 用滲透壓法測(cè)電離大分子的摩爾質(zhì)量第130頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 10.6.3 用滲透壓法測(cè)電離大分子的摩爾質(zhì)量（A）當(dāng)加入電解質(zhì)太少， ，與(2)的情況類似：將 代入 計(jì)算式得：（B）當(dāng)加入的電解質(zhì)足夠多， ，則與(1)的情況類似 ： 這就是加入足量的小分子電解質(zhì)，消除了Donnan效應(yīng)的影響，使得用滲透壓法測(cè)定大分子的摩爾質(zhì)量比較準(zhǔn)確。第131頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 10.7 凝膠1. 凝膠的分類 2. 凝膠的制備 3. 凝膠的性質(zhì) 第132頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8/18 10.7 .1 凝膠的分類1. 彈性凝膠和剛性凝膠 2. 凍膠和干膠 3. 觸變凝膠 第133頁(yè)，共147頁(yè)。2022/8