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文檔簡介
第一章溶液和膠體第一節(jié)分散體系第二節(jié)
溶液的濃度第三節(jié)稀溶液的依數(shù)性第四節(jié)膠體溶液第五節(jié)乳狀液和表面活性劑第一節(jié)分散體系
分散體系:一種或幾種物質(分散質)分散在另一種物質(分散劑)中所形成的體系.按分散質粒子的大小分類,分散體系分為三類:分散質粒類型子大小 主要性質 實例 分子/離子單相,很穩(wěn)定,擴散速度快食鹽水分散體系
<1nm能透過半透膜,電子顯微鏡蔗糖水(溶液)
不可見膠體分散系1~100多相/單相,較穩(wěn)定,擴散速度慢,Fe(OH)3(溶膠和
nm
不能透過半透膜,能透過濾紙溶膠高分子溶液)
超顯微鏡可看見淀粉溶液
粗分散系
>100nm
多相,很不穩(wěn)定,粒子擴散慢牛奶(乳濁液/
不能透過濾紙,普通顯微鏡可見泥漿懸濁液)溶液與膠體的區(qū)別實驗蒸發(fā)實驗:將糖、無機鹽等溶液蒸發(fā)至飽和,有晶體析出。將蛋白質、明膠、硅膠等膠體蒸發(fā),最后得到無定形膠狀物。過濾實驗:把各種溶液或膠體按右圖實驗,觀察分散質是否能透過羊皮紙。結果:溶液的分散質(溶質)能透過羊皮紙,但膠體的分散質不能。三、分散度與比表面界面——兩相之間的接面。常和“表面”混用。表面——兩相中有一相是氣體時的接面。分散度——一相在另一相中分散的程度。比表面s0——表示單位體積固體所具有的表面積。用來表示固體分散度的大小。比表面越大,分散度越大。表示為:分散度例一個邊長為1cm的立方體
表面積S=6*12=6cm2體積V=1cm3比表面S0=6cm-1
將此立方體分割為邊長為100nm的小立方體,則:小立方體的體積為10-15cm3小立方體的個數(shù)為1015個總表面積為S=6*105cm2比表面S0=6*105cm-1
1cm第一章溶液和膠體第一節(jié)分散體系第二節(jié)
溶液的濃度第三節(jié)稀溶液的依數(shù)性第四節(jié)膠體溶液第五節(jié)乳狀液和表面活性劑一、物質的量及其單位物質的量n——表示系統(tǒng)中所含基本單元的數(shù)量。SI制基本物理量,單位為mol,稱為“摩爾”?;締卧梢允欠肿?、離子、原子及其他粒子,或這些粒子的特定組合。摩爾——是一系統(tǒng)的物質的量,該系統(tǒng)中所包含的基本單元與0.012kg12C的原子數(shù)目相等。1mol的任何物質均含有6.02*1023個基本單元數(shù)。摩爾質量——物質的質量除以該物質的物質的量。常用單位為g.mol-1。第二節(jié)溶液的濃度酸堿的基本單元根據(jù)得失質子的數(shù)目相等的原則:以酸給出一個H+或堿得到一個H+的特定組合為基本單元。如HCl、HAc、H2SO4、1/2H2SO
NaOH、Ca(OH)2、1/2Ca(OH)21/2H2SO4表示與堿反應時只能給出1個H+離子。反應式為
NaOH+1/2H2SO4=1/2Na2SO4+H2O氧化劑或還原劑的基本單元根據(jù)得失電子數(shù)目相等的原則:氧化劑以得到一個電子,還原劑以失去一個電子的特定組合為基本單元。如KMnO4Mn2+,KMnO4得到5個電子,則基本單元為1/5KMnO4。Na2C2O4
2CO2,Na2C2O4得到2個電子,則基本單元為1/2Na2C2O4。二、物質的量濃度(簡稱濃度)單位體積溶液中所含溶質B的物質的量數(shù)。常用單位molL-1例1-2
三、質量摩爾濃度單位質量溶劑A中所含溶質B的物質的量數(shù)。A—溶劑,B—溶質常用單位為molkg-1
例1-3四、摩爾分數(shù)物質A或B的物質的量與混合物中各物質的物質的量總和之比。例1-4
xA+xB=1五、質量分數(shù)物質B的質量與混合物質量之比在分析化學中常用質量分數(shù)表示混合物中某物質的含量。例
(1)將40g乙二醇溶于600g水中,計算溶液的bB。
(2)將40g乙二醇溶于水中配成600mL溶液,計算cB。解乙二醇的相對分子質量M=62.1第一章溶液和膠體第一節(jié)分散體系第二節(jié)
溶液的濃度第三節(jié)稀溶液的依數(shù)性第四節(jié)膠體溶液第五節(jié)乳狀液和表面活性劑第三節(jié)稀溶液的依數(shù)性溶液的性質大體上可分為兩類:由溶質不同而引起的各種性質,如密度、導電率、酸堿性、顏色等;由溶質的粒子數(shù)目不同而引起的各種性質,如蒸氣壓下降、沸點上升、凝固點下降、滲透壓等。這類性質稱為依數(shù)性(通性)。依數(shù)性的特點:依數(shù)性的變化只與溶質的粒子數(shù)目即溶液濃度有關,與溶質的本性無關。溶液越稀,依數(shù)性的表現(xiàn)越有規(guī)律。電解質與非電解質溶液的依數(shù)性有所不同,難揮發(fā)與易揮發(fā)溶質的溶液的依數(shù)性有所不同,這里著重討論難揮發(fā)非電解質稀溶液的依數(shù)性。一、水的蒸氣壓
飽和蒸汽壓P*(蒸汽壓):
蒸發(fā)凝結,當蒸發(fā)=凝結時,飽和蒸汽產生的壓力;
P*的大小主要取決于物質的本性,外因上只隨溫度的升高而增大。難揮發(fā)物質:蒸氣壓較低的物質,如葡萄糖、食鹽等;
易揮發(fā)物質:蒸氣壓較高的物質,如苯、乙醇、碘等。動態(tài)法測定液體飽和蒸氣壓---通用化學實驗技術p131
蒸發(fā)凝結
水葡萄糖aq一段時間后葡萄糖aq溶劑轉移實驗:現(xiàn)象?1、溶液蒸氣壓下降
在溶劑中加入少量難揮發(fā)非電解質(如葡萄糖、蔗糖、甘油等),同一溫度時,paq<p*
。蒸汽壓下降值:Δp=p*-p蒸汽壓下降原因:溶質分子→溶劑化,束縛了一些高能量的溶劑分子;溶劑表面被溶質分子占據(jù)。單位時間內逸出液面的溶劑分子數(shù)目便相應地減少了;葡萄糖(少量)二、稀溶液的依數(shù)性一定T下,難揮發(fā)非電解質稀溶液的蒸氣壓p等于純溶劑的蒸氣壓p*乘以溶劑在溶液中的物質的量分數(shù)xA:p=p*xA
因是稀溶液,nA>>nB,nA+nB≈nA拉烏爾定律(定量計算):p=p*p=p*xB
若溶劑質量1kg,在數(shù)值上nB=bB,
K——蒸汽壓下降常數(shù),只與溶劑有關Δp=KbB:在一定溫度下,難揮發(fā)非電解質稀溶液的蒸氣壓下降值與溶液的質量摩爾濃度成正比,與溶質種類無關。2、溶液的沸點上升
沸點(b.p.):
paq=p外時液體沸騰,這時的溫度稱--;沸點上升原因:373K,101.325kpa時:paq<p*,所以要提高溫度才能使Paq=P*,即沸騰。P外=P*PaqPaq<P*拉烏爾定律:Tb=Tb-Tb*=
Kb
bB
Kb:沸點上升常數(shù),與溶劑性質有關,
bB:溶液的質量摩爾濃度。3、溶液凝固點下降
凝固點(f.p.):p液=p固,固、液兩相平衡時的溫度。Kf:摩爾凝固點下降常數(shù),只與溶劑本性有關;Tf=Tf0-Tf
=KfbB由于p冰*下降較快,當溫度下降到tf時,
p冰*
=p溶液,系統(tǒng)再次處于平衡狀態(tài)原因:冰水共存:p水*=p冰*=p加蔗糖后:p溶液<p冰融化(吸熱)系統(tǒng)溫度下降冰水蔗糖(少許)將1.29g丙酮(CH3)CO溶解在200g水中,測得此溶液的凝固點為-0.210C,求丙酮的相對分子質量。Tf=Tf0-Tf
=KfbB=Kf
(mB/mAMB)MB=KfmB1000
/TfmA
=1.86×1.29×1000/0.21×200=57(g.mol-1)解例題:溶液的沸點上升和凝固點下降都可以測定溶質的摩爾質量,較常用的是凝固點下降法。原因:1、達到溶液的凝固點時,溶液中有晶體析出,易于觀察。2、只有稀溶液才符合拉烏爾定律,實驗測得的ΔTf和ΔTb值均比較小,同一溶劑的Kf值均比Kb值要大,同一溶液的ΔTf會比ΔTb大,實驗誤差要小;說明:溶液蒸氣壓下降規(guī)律,有助于植物耐寒與抗旱性的說明。
溶液的凝固點下降:可用于防凍。應用:h糖水純水半透膜pp半透膜:只允許水分子及小分子自由通過而限制大分子通過。
滲透過程:自發(fā)進行4、滲透壓半透膜兩邊的液位差所表示的靜壓即為滲透壓。只透過溶劑不透過溶質的膜,如動物膀胱,豬羊的腸衣、細胞膜等糖水純水p+Πp半透膜滲透現(xiàn)象發(fā)生在用半透膜隔開的純溶劑和溶液之間,也發(fā)生在用半透膜隔開的兩種不同濃度的溶液之間,這時較稀溶液中的溶劑滲入較濃溶液中。等滲溶液:半透膜隔開的兩種溶液濃度相同4、溶液的滲透壓h溶液2溶液1半透膜pp
滲透壓的定量計算
——范特荷甫(vantHoff)實驗規(guī)律:
稀溶液的滲透壓與濃度及絕對溫度成正比,而與溶質本性無關。
即=cB
RTbBRT
式中:為滲透壓(kPa);c是溶液的物質的量濃度(molL-1);
bB是溶質B的質量摩爾濃度;T為絕對溫度(K);R為氣體常數(shù)(8.314kPaLmolK-1)。適用于非電解質稀溶液。滲透壓的大小與溶液的濃度和溫度有關一般用來測定高分子化合物的摩爾質量。高分子化合物相對分子質量的測定對于高分子化合物,由于其相對分子質量較大,一般只能配成濃度較小的溶液。根據(jù)拉烏爾定律,溶液的濃度小,凝固點下降值也小,不能用凝固點下降法測其分子量。雖然不易得到合適的半透膜,使?jié)B透壓的測定不具有普遍性。但是由于溶液的滲透壓較大,實驗誤差較小,實際工作中也有用滲透壓法來測定高分子化合物的相對分子質量。
例血紅素1.00g溶于適量水中,配成100ml溶液,此溶液的滲透壓為0.366kPa(20℃),求血紅素的相對分子質量。(1)溶液的物質的量濃度為:
cB=1.50×10-4(mol.L-1)(2)血紅素的相對分子質量為:
M=6.7×104(g.mol-1)(3)溶液的沸點上升為:
Δtb=7.68×10-5
凝固點下降值為:
Δtf=2.79×10-4
由計算可見,Δtb和Δtf數(shù)值很小,測量起來很困難。但稀溶液的滲透壓相當大,容易測量。生物體的細胞膜非常完美的半透膜,可以分離新陳代謝中的廢物,維持體內電解質的平衡,通過膜吸收營養(yǎng)成分為各器官提供能量,維持生命過程的持續(xù)。合成人工膜,用以進行各種分離,如氣體分離膜,離子交換膜,超濾膜,透析膜。反滲透溶劑分子從溶液流向純溶劑(或稀溶液)的過程稱為反滲透。必須在溶液一邊施加超過滲透壓的靜液壓。海水淡化,成本約為城市自來水的3倍。5、強電解質溶液的依數(shù)性電解質溶液也具有溶液蒸氣壓下降、沸點上升、凝固點下降和滲透壓等依數(shù)性。i——數(shù)值約等于電解質一分子能離解出來的離子的個數(shù),溶液越稀,i值越接近于整數(shù)。NaCl類:1-1型電解質稀溶液,i→2,MgC12:1-2型或Na2SO4等2-1型電解質稀溶液,i→3,其余類推。i——范特荷甫校正系數(shù)稀溶液依數(shù)性的實際應用1·抗寒性和抗旱性
蒸氣壓下降可預防動植物過快脫水,但使水果等難干燥;
預防凍傷,但食品冷藏時需較低的溫度,一般水果在-1~-4℃時才結冰。
2·干燥劑CaCl2,P2O5
3·冷凍劑100g冰+30gNaCl,Tf-22.4℃。
100g冰+42.5gCaCl2,Tf-55℃。4·施肥過多,鹽堿土5·輸液5%的葡萄糖和0.9%生理鹽水為等滲溶液。6·反滲透海水淡化,生產成本約為自來水的3倍。7.南極魚類的抗寒性南極魚類血液的冰點為-2.0℃溫帶魚類血液的冰點為-0.8℃生物化學研究確定,當外界溫度偏離室溫時,無論升高或降低,在有機體細胞中都會強烈產生可溶碳水化合物。8.植物細胞的滲透壓可達2000kPa,使水可由植物的根部輸送到高達數(shù)十米的樹冠。9.濃溶液也具有依數(shù)性。10.稀溶液的依數(shù)性也稱為稀溶液的通性。不管是稀溶液還是濃溶液,不管是非電解質溶液還是電解質溶液,都會產生蒸氣壓下降等依數(shù)性現(xiàn)象。只有非電解質的稀溶液,能進行計算。電解質稀溶液由于溶質分子發(fā)生電離,在計算時必須進行校正。對于濃溶液,不能計算。稀溶液一般指C<0.1mol·l-1的溶液
,其實濃與稀之間并無明確的界線。在理解依數(shù)性這一概念時,應注意:解:=cB
RTbBRTTf=Tf0-Tf
=KfbB
(Tf
/Kf
)RT(Tf
/Kf
)RT=8.314×310×(0.56/1.86)
776kPa例:測得人體血液的凝固點下降值為0.56K,
求人在體溫37℃時血液的滲透壓。三、強電解質溶液簡介范特霍夫發(fā)現(xiàn)電解質稀溶液的依數(shù)性極大地偏離了拉烏爾定律和滲透壓定律。見表1-5。他發(fā)現(xiàn),當引入校正系數(shù)i后電解質溶液的依數(shù)性就可以用拉烏爾定律和滲透壓定律計算。即
對同種電解質溶液:范特霍夫做了很多努力,但沒能解釋i值不同的原因,真正解決i值之謎的是瑞典化學家阿累尼烏斯。1:1型電解質(NaCl):1<i<22:1型或1:2型電解質(Na2SO4或CaCl2):2<i<3i取值阿累尼烏斯電離學說(1887年)電離學說強極性化合物(強電解質)溶液具有導電性;分子電離不完全、離子間的相互吸引等因素會影響溶液的導電能力,使電離度有大有小。溶液越稀,電離度越大,在無限稀釋的溶液中,電離度可達到100%。電解質稀溶液依數(shù)性偏大的原因是電解質在水中會發(fā)生電離,電離的結果使得相同濃度的電解質溶液和非電解質溶液所含的粒子數(shù)不同。阿累尼烏斯因電離學說而獲得1903年諾貝爾化學獎。離子互吸學說——離子氛強電解質在水溶液中全部離解,那么強電解質的離解度理論上應為100%。但在實驗測定時,強電解質的離解度(表觀離解度)一般都小于100%。1923年,荷蘭物理學家德拜(Debye)和德國物理學家休克爾(Huckel)提出離子氛的概念;1)強電解質在溶液中是全部離解的。2)但如果溶液中離子濃度較大時,離子間平均距離較小,離子間的吸引力和排斥力都相當顯著。在這種情況下,每一個離子周圍會分布有多個帶有相反電荷的離子,形成“離子氛”。表KCl在不同濃度下的表觀離解度c/mol.L-10.20.10.020.010.0010.0001/%83.186.292.394.298.099.2表某些強電解質的表觀離解度(0.1mol.L-1)電解質HClHNO3H2SO4KOHNaOHKClNH4ClCuSO4/%9292588984868840活度和活度系數(shù)活度——即表觀濃度,為離子的有效濃度,用ɑ表示?;疃圈梁屠碚摑舛萩之間有如下關系:α=γc/c0
式中:γ——活度系數(shù),無量綱
c0——標準濃度,1mol.L-1
α——活度,無量綱
當溶液極稀時,離子間牽制作用降低到極弱的程度,γ→1,α=c。
在本書的計算中,溶液的濃度大多比較低,離子氛較小,直接用理論濃度代替活度計算。α<c,故γ<1活度的計算學習要求1.了解物質的量及其單位摩爾的概念,掌握物質的量濃度、質量摩爾濃度、摩爾分數(shù)、質量分數(shù)的計算。2.了解離子活度的概念及強電解質溶液理論。3.了解稀溶液依數(shù)性產生的原理,掌握利用稀溶液的依數(shù)性測定溶質的摩爾質量的方法,能定性判斷各類電解質溶液對稀溶液依數(shù)性的影響。作業(yè)P25#1-9,#1-10第四節(jié)
溶膠一、表面能與吸附二、溶膠的性質三、膠團結構四、溶膠的穩(wěn)定性與聚沉溶膠溶膠的特點:分散質與分散劑的親和力不強,體系不均勻,有界面,是高度分散的不穩(wěn)定多相體系。溶膠具有暫時穩(wěn)定性,但實驗證明,溶膠最終會互相聚結而沉降。如何制備具有一定穩(wěn)定性的溶膠?溶膠=難溶固體分散質+分散劑+少量相關電解質(穩(wěn)定劑)難溶固體分散質+液體分散劑
溶膠高度分散非高度分散懸濁液一些溶膠分散質分散劑穩(wěn)定劑
氫氧化鐵溶膠[Fe(OH)3]m
水FeO+
碘化銀正溶膠[AgI]m
水Ag+
碘化銀負溶膠[AgI]m
水I-
硫化亞砷溶膠[As2S3]m
水HS-溶膠的制備分散法:研磨法、超聲波法、膠溶法、電弧法凝聚法:物理凝聚法:將松香的酒精溶液滴入水中化學凝聚法:FeCl3溶于水,煮沸膠溶法:新生成的Fe(OH)3沉淀,用水洗凈,加少量FeCl3,攪拌。一、表面能與吸附分散度與比表面為什么液體會自動收縮成球形?表面能——表面粒子比內部粒子多出的能量稱為表面能。表面粒子比內部粒子具有較高的能量,為了降低表面能,液體:表面有自動收縮到最小趨勢,以減小表面能;固體:表面剛性難收縮,吸附作用可以降低表面能。在任何兩相的界面上都存在表面能。表面能產生示意圖一定量的物質,表面積越大,表面上的粒子就越多,表面能就越大。
溶膠粒子具有很大的表面能。體系能量高不穩(wěn)定,為了降低表面能,溶膠粒子除了會相互聚結以減小分散度之外,還會在分散劑中進行吸附。
吸附作用
吸附:一種物質(吸附質)聚集到另一種物質(吸附劑)表面上的過程。
吸附包括:分子吸附和離子吸附固體吸附:吸附氣體中的分子、溶液中的分子、離子,如活性炭/硅膠/分子篩:吸附平衡:吸附劑+吸附質吸附劑·吸附質+熱
分子吸附——在非電解質或弱電解質溶液中的吸附。相似相吸溶解度小的分子容易被吸附。吸附解吸離子交換吸附:發(fā)生在離子交換樹脂上;是可逆吸附。例:
R-SO3H+Na+==R-SO3Na+H+
R-N+(CH3)3OH-+Cl-==R-N+(CH3)3Cl-+OH-離子選擇吸附:溶膠中溶膠顆粒優(yōu)先選擇吸附組成相關的離子。例:過量AgNO3中加適量KI,形成AgI沉淀,選擇吸附Ag+。
過量KI中加入適量AgNO3,形成AgI沉淀,選擇吸附I-。離子選擇吸附是造成溶膠顆粒帶電的根本原因。離子吸附——在強電解質溶液中的吸附二、溶膠的性質
1、光學性質——Tyndall(丁達爾)效應
Tyndall效應:用一束會聚的強光從側面射入溶膠,在與光的通路相垂直的方向上,可以看到一個發(fā)亮的光錐??梢姽獾牟ㄩL(400~700nm)和介質粒子的大小關系:
粒子直徑>——光的反射/折射(粗分散質)粒子直徑<——①透射(溶液,<1nm)②散射(溶膠粒子:1~100nm)
Tyndall效應就是光在溶膠中的散射現(xiàn)象。Tyndall現(xiàn)象是判別溶膠與溶液的最簡便的方法Tyndall(丁達爾)效應2、動力學性質——布朗運動在超顯微鏡下觀察溶膠,發(fā)現(xiàn)溶膠中有許多發(fā)光點在作無休止、無規(guī)則的運動。如右圖所示。布朗運動產生的原因:膠粒本身的熱運動;分散劑分子對膠粒的不均勻的撞擊。布朗運動導致溶膠具有擴散作用,使膠粒不致因重力的作用而迅速沉降。布朗運動是介于宏觀與微觀之間的粒子特有的運動。即只有溶膠粒子才具有明顯的布朗運動。布朗運動1827年布朗(R.Brown)發(fā)現(xiàn):懸浮在液體中的微小顆??偸遣煌5淖魑⑿〉臒o規(guī)則的運動。布朗運動是由于懸浮顆粒受到周圍的液體分子不斷的隨機撞擊引起的。1905年,愛因斯坦(A.Einstein)從分子運動論出發(fā)對布朗運動提出了完整的理論。1908年,佩林(J.B.Perrin)用實驗證實了愛因斯坦的理論結果,并求出了阿伏伽得羅常數(shù)N0為(5.5~7.2)*1023摩爾-1。3、
電學性質——電動現(xiàn)象(1)電泳溶膠分散質在在外加電場下的定向移動。(2)電滲
在電滲管中,分散劑在外加電場下的定向移動。電泳或電滲實驗證明,溶膠的分散質和分散劑所帶的電性是不同的。例如,紅色的Fe(OH)3溶膠,膠粒帶正電,分散劑帶負電。
金黃色As2S3溶膠,膠粒帶負電,分散劑帶正電。電泳電滲-++-膠粒帶電原因
(1)吸附帶電
溶膠在分散劑中進行選擇性吸附,吸附正離子膠粒帶正電,反之帶負電。
離子選擇性吸附:固體優(yōu)先吸附與它組成有關的離子。例如:
KBr(過量)+AgNO3==AgBr溶膠(-)
分散劑中:K+,Br-,Ag+(少),NO3-,AgBr溶膠優(yōu)先吸附Br-
用FeCl3
水解制成Fe(OH)3溶膠:分散劑中:Fe(OH)2+,F(xiàn)e(OH)2+,Cl-,H+
Fe(OH)3膠粒優(yōu)先吸附:Fe(OH)2+(FeO+)(2)離解帶電
溶膠粒子通過表面分子的離解而帶電。如:硅酸溶膠:H2SiO3===H++HSiO3-H+
進入溶液,溶膠粒子表面留下HSiO-3,所以膠粒(-);三、膠團結構Fe(OH)3溶膠電位離子:FeO+
反離子:Cl-
膠團結構式:[Fe(OH)3]m.nFeO+.(n-x)Cl-.xCl-膠核擴散層吸附層膠團,電中性膠粒,帶正電擴散雙電層結構
{[Fe(OH)3]m·nFeO+·(n-x)cl-}x+·xcl-膠核電位離子反離子反離子吸附層(+)擴散層(-)膠粒(+)膠團(電中性)注意:反離子是可替換離子膠團結構式:H2SiO3溶膠[(H2SiO3)m·nHSiO3-·(n-x)H+]x-·xH+膠核膠粒膠團例:AgNO3+
KI→KNO3+AgI↓
過量的KI作穩(wěn)定劑膠團的結構表達式:[(AgI)m.
nI-.(n-x)K+]x-.xK+
擴散雙電層結構例:AgNO3+
KI→KNO3+AgI↓
過量的AgNO3
作穩(wěn)定劑膠團的結構表達式:[(AgI)m.
nAg+.(n-x)NO3-]x+.xNO3-
膠核膠粒膠團擴散雙電層結構電動電勢熱力學電勢:與溶膠的電位離子數(shù)有關。對某一溶膠,電位離子數(shù)是一定的,因此,值是一定的。電動電勢
:與吸附層中反離子的數(shù)目有關。當吸附層中反離子數(shù)目改變時,電勢會改變。吸附層擴散層電勢越大,膠粒間的靜電排斥作用力越大,能有效的阻止膠粒之間的合并,使溶膠不至于受重力的作用而下沉。在溶膠中加入一些無關電解質后,由于有更多的反離子進入固定層,因而會使電勢減小,溶膠發(fā)生聚沉。電勢與溶膠的穩(wěn)定性電勢越大,溶膠越穩(wěn)定。四、溶膠的穩(wěn)定性與聚沉1、溶膠的穩(wěn)定性溶膠是一個多相不均勻體系,不穩(wěn)定,膠粒之間存在相互集結成大顆粒而沉淀的趨勢。制作良好的溶膠能穩(wěn)定存放一段時間的原因:溶膠的動力學穩(wěn)定性——布朗運動溶膠的聚結穩(wěn)定性——膠粒帶有符號相同的電荷膠團中電位離子和反離子的溶劑化作用電位離子——溶膠的穩(wěn)定劑。2、溶膠的聚沉(1)電解質對溶膠的聚沉作用(2)溶膠的相互聚沉(3)溫度對溶膠穩(wěn)定性的影響(4)濃度對溶膠穩(wěn)定性的影響電解質對溶膠的聚沉作用加入強電解質后,溶膠中反離子增多,從而進入吸附層,中和了電位離子,使電勢降低,膠粒的帶電量降低,溶膠的聚結穩(wěn)定性降低,發(fā)生聚沉。電解質的聚沉能力用聚沉值表示。電解質的聚沉能力大小主要取決于與反離子:Schulze-Hardy(叔采-哈迪)規(guī)則:感膠離子序:高分子溶液對溶膠的保護作用Schulze-Hardy(叔采-哈迪)規(guī)則:電解質的負離子對正溶膠起聚沉作用,正離子對負溶膠起聚沉作用,聚沉能力隨離子價數(shù)的升高而顯著增大。例如,NaCl,MgCl2,AlCl3三種電解質對As2S3負溶膠的聚沉值分別為51,0.72,0.093,則它們的聚沉能力之比為1:71:548
感膠離子序:同價離子的聚沉能力隨水化離子半徑增大而減小。例如:對AgI負溶膠的聚沉能力大小順序為Cs+>Rb+>K+>Na+>Li+Ba2+>Sr2+>Ca2+>Mg2+聚沉值大小的判斷:水化半徑的變化規(guī)律:同一主族,同價離子的水化離子半徑次序次序與離子半徑正相反。上→下,水化離子半徑↘;電解質聚沉規(guī)律的解釋:
反離子的電荷越大,水化半徑越小,與電位離子的靜電作用越強,越容易進入吸附層,因而聚沉能力越大。
溶膠聚沉實例溶膠的相互聚沉
明礬K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O凈水
泥沙三角洲加熱使溶膠聚沉加熱Fe(OH)3溶膠,產生紅棕色沉淀。濃縮使溶膠聚沉
一般很難制得較高濃度(1%以上)的溶膠。3.溶膠的保護高分子溶液——均勻、穩(wěn)定的單相分散系。高分子溶液對溶膠的敏化作用第五節(jié)
乳狀液一、乳狀液二、表面活性物質定義:液體分散在另一互不相溶的液體中形成的體系。乳狀液屬粗分散體系,分散質粒子:100~500nm由于液滴對可見光的反射作用,大部分乳狀液外觀為不透明或半透明的乳白色組成:通常由水和油所組成。乳狀液的兩種類型:一、乳狀液油包水型:油/水;O/W牛奶,冷霜等水包油型水/油;W/O原油,奶油等乳狀液為不穩(wěn)定體系分散質液滴的直徑較大,不能發(fā)生布朗運動而擴散;體系的相界面較大,具有較高的表面能,液滴很快便會互相合并而分層;要獲得穩(wěn)定的乳狀液,必須加入穩(wěn)定劑,如在水和油的體系中加入洗潔精或液體肥皂,振蕩可以得乳白色的穩(wěn)定的乳狀液。乳狀液的穩(wěn)定劑通常稱為乳化劑,是表面活性物質中的一類。表面活性物質:溶于水后顯著降低水的表面能的物質。
表面活性物質具有表面活性的原因表面活性物質分子由性質不同的兩部分組成組成:二、表面活性物質親水的極性基團(親水基):如—OH、—COOH、—NH2、—SO3H等;親油的非極性基團(親油基/憎水基):如R—(烴基)、Ar—(芳基)等.化學式為:C17H35COONa(K),烴基—C17H35是親油基,—COONa(K)是親水基鈉肥皂分子結構示意圖例如:鈉肥皂:硬脂酸鈉簡寫符號表面活性物質能降低水的表面能表面活性物質的分子聚集在水的界面上??諝獗砻嫠敱砻婊钚晕镔|的濃度達到飽和時,表面活性物質分子在界面上定向排列,占據(jù)了水的界面,從而降低了水的表面能。表面活性物質的碳鏈越長,憎水性就越強,就越容易聚集在水的界面上。根據(jù)用途不同,表面活性物質可分為乳化劑、洗滌劑、潤濕劑、發(fā)泡劑、增溶劑等等。油水油乳化劑與乳狀液類型的關系乳狀液的類型取決于所選用的乳化劑。鈉肥皂——親水基截面較親油基大,有利于形成水包油型的乳狀液。鈣肥皂——親油基截面較親水基大,有利于形成油包水型的乳狀液。水相把油滴緊緊包圍起來水油相把水滴緊緊包圍起來水油鈉肥皂的去污原理肥皂不能在硬水中去污。因為硬水中含較多Ca2+和Mg
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