溶膠與凝膠的基本物理化學(xué)特性

關(guān)于溶膠與凝膠的基本物理化學(xué)特性第1頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

2.1溶膠的基本物理化學(xué)特性2.1.1溶膠的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)1擴(kuò)散xyz截面A（c-dc）dx0圖2－1膠粒的擴(kuò)散和濃度梯度關(guān)系第2頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月擴(kuò)散Fick第一擴(kuò)散定律若膠粒大小相同，且沿x方向膠粒濃度隨距離的變化率為dc/dx(亦即濃度梯度，圖2-1)，則在x方向上的擴(kuò)散速度應(yīng)與dc/dx成正比：式中，dm/dt表示單位時(shí)間通過(guò)截面A擴(kuò)散的物質(zhì)數(shù)量。比例常數(shù)D為擴(kuò)散系數(shù)(diffusioncoefficient)，D越大，質(zhì)點(diǎn)的擴(kuò)散能力越大。(2-1)第3頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月擴(kuò)散Einstein指出，擴(kuò)散系數(shù)D與質(zhì)點(diǎn)在介質(zhì)中運(yùn)動(dòng)時(shí)阻力系數(shù)(frictionalcoefficient)f之間的關(guān)系為：式中，NA為Avogadro常數(shù)；R為氣體常數(shù)。若粒子為球形，可據(jù)Stokes定律確定阻力系數(shù)f。式中，η為介質(zhì)的粘度；r為質(zhì)點(diǎn)半徑。(2-2)(2-3)第4頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月擴(kuò)散將式(2-3)代入式(2-2)得(2-4)此式常稱為Einstein第一擴(kuò)散公式。據(jù)此式可以求出擴(kuò)散系數(shù)D（m2/s）。若已知D，則亦可求出質(zhì)點(diǎn)半徑r，并計(jì)算出“質(zhì)點(diǎn)量”。第5頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月擴(kuò)散理論的應(yīng)用1.計(jì)算球形膠粒的半徑2計(jì)算非球形膠粒的軸比值3估算最大溶劑化量第6頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2布朗運(yùn)動(dòng)1827年英國(guó)植物學(xué)家布朗(Brown)在顯微鏡下觀察到懸浮在水中的花粉粒子處于不停地?zé)o規(guī)則的運(yùn)動(dòng)之中，后來(lái)發(fā)現(xiàn)其他微粒(如炭末和礦石粉末等)也有這種現(xiàn)象。如果在一定時(shí)間間隔內(nèi)觀察某一顆粒的位置，則可得如圖2-2所示的情況，這種現(xiàn)象習(xí)慣上稱為布朗運(yùn)動(dòng)。第7頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月布朗運(yùn)動(dòng)第8頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月布朗運(yùn)動(dòng)1905年Einstein曾研究過(guò)在布朗運(yùn)動(dòng)中，粒子的平均位移與粒子半徑r、介質(zhì)粘度η、溫度T和位移時(shí)間t之間的關(guān)系為(2-5)式(2-5)常稱為“Einstein布朗運(yùn)動(dòng)”公式。式(2-5)表明，當(dāng)其他條件不變時(shí)，微粒的平均位移的平方與時(shí)間t及溫度T成正比，與及r成反比。第9頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3

沉降

分散了氣體或液體介質(zhì)中的微粒，都受到兩種方向相反的作用力：重力和擴(kuò)散力。如微粒的密度比介質(zhì)的大，微粒就會(huì)因重力而下沉，這種現(xiàn)象稱為沉降；與沉降作用相反，擴(kuò)散力能促進(jìn)體系中粒子濃度趨于均勻。當(dāng)這兩種作用力相等時(shí)，就達(dá)到平衡狀態(tài)，謂之“沉降平衡”。

第10頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

2.1.2溶膠的光學(xué)特性

(1)丁達(dá)爾效應(yīng)(Tyndalleffect)

圖2-3丁達(dá)爾效應(yīng)第11頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月丁達(dá)爾效應(yīng)許多溶膠外觀常是有色透明的。以一束強(qiáng)烈的光線射人溶膠后，在入射光的垂直方向可以看到一道明亮的光帶(見(jiàn)圖2-3)，這個(gè)現(xiàn)象首先被Tyndall發(fā)現(xiàn)，故稱為丁達(dá)爾效應(yīng)(或丁達(dá)爾現(xiàn)象)。丁達(dá)爾現(xiàn)象是溶膠的特征。第12頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

(2)Rayleigh散射定律散射光強(qiáng)度I與入射光強(qiáng)度I0之間有如下關(guān)系C—單位體積中的質(zhì)點(diǎn)數(shù)

—單個(gè)粒子的體積λ—入射光波長(zhǎng)

n1和n2分別為分散介質(zhì)和分散相的折射率。

(2-6)第13頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Rayleigh散射定律1)散射光強(qiáng)度與入射光波長(zhǎng)的4次方成反比4)粒子的折射率與周圍介質(zhì)的折射率相差越大，粒子的散射光越強(qiáng)

2)散射光強(qiáng)度與單位體積上的質(zhì)點(diǎn)數(shù)c成正比

3)散射光強(qiáng)度與粒子體積的平方成正比第14頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Rayleigh散射定律應(yīng)當(dāng)注意，式(2-6)中的散射光強(qiáng)度是粒子所散射的光的總能量。實(shí)際上散射光在各個(gè)方向上的強(qiáng)度是不同的。細(xì)小粒子各方向的散射光強(qiáng)度I可以式(2-7)表示

Iθ—散射光強(qiáng)度；θ—觀察者與入射光方向的夾角；

R—觀察者距樣品的距離

(2-7)第15頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(3)溶膠的顏色很多溶膠是無(wú)色透明的，但許多溶膠常有各種顏色。例如Fe(OH)3，溶膠是紅色的，CdS溶膠是黃色的，金溶膠因粒子大小不同可以是紅色的、紫色的或藍(lán)色的。銀溶膠也是一個(gè)比較典型的例子。

第16頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月溶膠的顏色第17頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月溶膠的顏色溶膠產(chǎn)生各種顏色的主要原因：溶膠中的質(zhì)點(diǎn)對(duì)可見(jiàn)光產(chǎn)生選擇性吸收。溶膠是非均相體系，粒子除有光的吸收外，還有散射作用。溶膠的顏色是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的問(wèn)題，它與粒子大小、分散相與分散介質(zhì)的性質(zhì)、光的強(qiáng)弱、光的散射和吸收等問(wèn)題有關(guān)。

第18頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.1.3溶膠的電學(xué)性質(zhì)2.1.3.1電動(dòng)現(xiàn)象及其應(yīng)用1809年P(guān)ehcc發(fā)現(xiàn)：在一塊濕粘土上插入兩只玻璃管，用洗凈的細(xì)砂覆蓋兩管的底部，加水使兩管的水面高度相等，管內(nèi)各插入一個(gè)電極，接上直流電源，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后便發(fā)現(xiàn)：在正極管中，粘土微粒透過(guò)細(xì)砂層逐漸上升，使水變得渾濁，而水層卻慢慢下降。與此同時(shí)，在負(fù)極管中，水不渾濁，但水面漸漸升高。第19頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月電泳與沉降電位這個(gè)實(shí)驗(yàn)充分說(shuō)明，粘土顆粒帶負(fù)電，在外電場(chǎng)的作用下，向正極移動(dòng)。后來(lái)發(fā)現(xiàn)，任何溶膠中的膠粒都有這樣的現(xiàn)象：帶負(fù)電的膠粒向正極移動(dòng)，帶正電的膠粒向負(fù)極移動(dòng)，人們把這種現(xiàn)象稱為電泳(electrophoresis)。第20頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月電泳與沉降電位在外加直流電源的作用下，膠體微粒在分散介質(zhì)里向陰極或陽(yáng)極作定向移動(dòng)，這種現(xiàn)象叫做電泳。利用電泳現(xiàn)象使物質(zhì)分離，這種技術(shù)也叫做電泳。利用帶電粒子在電場(chǎng)中移動(dòng)速度不同而達(dá)到分離的技術(shù)稱為電泳技術(shù)。1937年瑞典學(xué)者A.W.K.蒂塞利烏斯設(shè)計(jì)制造了移動(dòng)界面電泳儀，分離了馬血清白蛋白的3種球蛋白，創(chuàng)建了電泳技術(shù)。

在確定的條件下，帶電粒子在單位電場(chǎng)強(qiáng)度作用下，單位時(shí)間內(nèi)移動(dòng)的距離（即遷移率）為常數(shù)，是該帶電粒子的物化特征性常數(shù)。不同帶電粒子因所帶電荷不同，或雖所帶電荷相同但荷質(zhì)比不同，在同一電場(chǎng)中電泳，經(jīng)一定時(shí)間后，由于移動(dòng)距離不同而相互分離。分開(kāi)的距離與外加電場(chǎng)的電壓與電泳時(shí)間成正比。第21頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月電泳與沉降電位膠體有電泳現(xiàn)象，證明膠體的微粒帶有電荷。各種膠體微粒的本質(zhì)不同，它們吸附的離子不同，所以帶有不同的電荷。利用電泳可以確定膠體微粒的電性質(zhì)，向陽(yáng)極移動(dòng)的膠粒帶負(fù)電荷，向陰極移動(dòng)的膠粒帶正電荷。一般來(lái)講，金屬氫氧化物、金屬氧化物等膠體微粒吸附陽(yáng)離子，帶正電荷；非金屬氧化物、非金屬硫化物等膠體微粒吸附陰離子，帶負(fù)電荷。在確定的條件下，帶電粒子在單位電場(chǎng)強(qiáng)度作用下，單位時(shí)間內(nèi)移動(dòng)的距離（即遷移率）為常數(shù)，是該帶電粒子的物化特征性常數(shù)。不同帶電粒子因所帶電荷不同，或雖所帶電荷相同但荷質(zhì)比不同，在同一電場(chǎng)中電泳，經(jīng)一定時(shí)間后，由于移動(dòng)距離不同而相互分離。分開(kāi)的距離與外加電場(chǎng)的電壓與電泳時(shí)間成正比。第22頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月電泳與沉降電位人們還發(fā)現(xiàn)：在無(wú)外加電場(chǎng)作用的情況下，若使分散相粒子(如粘土粒子)在分散介質(zhì)(例如水)中迅速沉降，則在沉降管的兩端會(huì)產(chǎn)生電位差，此謂之沉降電位(sedimentationpotential)。按分離原理的不同，電泳分為4類：移動(dòng)界面電泳、區(qū)帶電泳、等電聚焦電泳等速電泳。第23頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月電泳的應(yīng)用在電泳實(shí)驗(yàn)中，氫氧化鐵膠體微粒向陰極移動(dòng)，三硫化二砷膠體微粒向陽(yáng)極移動(dòng)。利用電泳可以分離帶不同電荷的溶膠。例如，陶瓷工業(yè)中用的粘土，往往帶有氧化鐵，要除去氧化鐵，可以把粘土和水一起攪拌成懸浮液，由于粘土粒子帶負(fù)電荷，氧化鐵粒子帶正電荷，通電后在陽(yáng)極附近會(huì)聚集出很純凈的粘土。工廠除塵也用到電泳。利用電泳還可以檢出被分離物，在生化和臨床診斷方面發(fā)揮重要作用。本世紀(jì)40年代末到50年代初相繼發(fā)展利用支持物進(jìn)行的電泳，如濾紙電泳，醋酸纖維素膜電泳、瓊脂電泳；50年代末又出現(xiàn)淀粉凝膠電泳和聚丙烯酰胺凝膠電泳等。目前，電泳技術(shù)已廣泛應(yīng)用于分析化學(xué)、生物化學(xué)、臨床化學(xué)、藥理學(xué)、免疫學(xué)、微生物學(xué)、遺傳學(xué)等科學(xué)中。第24頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

(2)電滲在Pehcc實(shí)驗(yàn)中，水在外加電場(chǎng)的作用下，通過(guò)粘土顆粒間的毛細(xì)通道向負(fù)極移動(dòng)的現(xiàn)象稱為電滲(electroosmosis)。與電滲相反，若用壓力(例如使用壓縮空氣)將液體擠過(guò)毛細(xì)管網(wǎng)或由粉末壓成的多孔塞，則在毛細(xì)管網(wǎng)或多孔塞的兩端也會(huì)產(chǎn)生電位差，此謂之流動(dòng)電位(streamingpotential)。

第25頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月電滲的應(yīng)用電滲在科學(xué)研究中應(yīng)用很多，在生產(chǎn)上目前應(yīng)用較少。對(duì)于一些難于過(guò)濾的漿液(如粘上漿、紙漿等)的脫水可用電滲法；用金屬絲切磚坯時(shí)，為防止粘土附于金屬絲上，可將切磚用的金屬絲連于電源負(fù)極，磚坯連于正極，因電滲可使層水膜附于金屬絲的表面，它起到潤(rùn)滑劑的作用，使切出的磚十分光潔。第26頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.1.3.2質(zhì)點(diǎn)表面電荷的來(lái)源(1)電離(2)離子吸附(3)晶格取代(4)非水介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)荷電的原因質(zhì)點(diǎn)與介質(zhì)的摩擦；離子選擇吸附；微量雜質(zhì)第27頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.1.3.3膠團(tuán)結(jié)構(gòu)因?yàn)槟z粒的大小常在(1~100)nm之間，故每一膠粒必然是由許多分子或原子聚集而成的。例如用稀AgNO3溶液和KI溶液制備AgI溶膠

AgNO3+KIAgI+KNO3生成的AgI形成不容性的質(zhì)點(diǎn)即“膠核”。若AgNO3過(guò)量，膠核易從溶液中選擇性地吸附Ag+而荷正電。留在溶液中的NO3-離子，有一部分NO3-緊地吸引于膠核近旁，并與被吸附的Ag+一起組成所謂“吸附層”，而另一部分NO3-則擴(kuò)散到較遠(yuǎn)的介質(zhì)中去，形成所謂“擴(kuò)散層”。第28頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.1.3.4雙電層結(jié)構(gòu)模型和電動(dòng)電位1879年

Helmholtz模型

1910~1913年

Gouy—Chapman模型

1924年Stern模型1947年Grahame提出雙電層詳細(xì)模型

第29頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月雙電層結(jié)構(gòu)模型和電動(dòng)電位Helmholtz模型(1879)

Helmholtz最早提出了雙電層結(jié)構(gòu)的模型。他認(rèn)為膠粒的雙電層陶類似于簡(jiǎn)單的平行板電容器，雙電層的里層在質(zhì)點(diǎn)表面上，相反符號(hào)的外層則在液體中，兩層間距離很小，約為離子半徑的數(shù)量級(jí)。

不能解釋電動(dòng)現(xiàn)象，不代表實(shí)驗(yàn)事實(shí)。

第30頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月雙電層結(jié)構(gòu)模型和電動(dòng)電位(2)Gouy—Chapman模型(1910~1913)Gouy—Chapman認(rèn)為溶液中的反離子是擴(kuò)散地分布在質(zhì)點(diǎn)周圍的空間里，由于靜電吸引，質(zhì)點(diǎn)附近處反離子濃度要大些，離質(zhì)點(diǎn)越遠(yuǎn)，反離子濃度越小，到距表面很遠(yuǎn)處(約1~10nm)過(guò)剩的反離子濃度為零。優(yōu)點(diǎn)：解釋了電動(dòng)現(xiàn)象，區(qū)分了熱力學(xué)電位和ξ電位，并能解釋電解質(zhì)對(duì)ξ電位的影響。局限性：不能解釋為什么ξ電位可以變號(hào)，而有時(shí)還會(huì)高于表面電位的問(wèn)題。第31頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月雙電層結(jié)構(gòu)模型和電動(dòng)電位

(3)Stern模型(1924)

Stern認(rèn)為Gouy—Chapman的擴(kuò)散雙電層可分為兩層，一層為緊靠粒子表面的緊密層(亦稱Stern層或吸附層)，其厚度δ由被吸附離子的大小決定。另一層相似于Gouy-Chapman雙電層中的擴(kuò)散層(電勢(shì)隨距離的增加呈曲線下降)，其濃度由體相溶液的濃度決定。

優(yōu)點(diǎn)：在定性上能較好地解釋電動(dòng)現(xiàn)象。局限性：不能進(jìn)行定量計(jì)算。吸附層的詳細(xì)結(jié)構(gòu)、介質(zhì)的介電常數(shù)隨離子濃度和雙電層電場(chǎng)的變化以及表面電荷的不均勻分布。第32頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月雙電層結(jié)構(gòu)模型和電動(dòng)電位目前比較受重視的理論是1947年Grahame提出的雙電層詳細(xì)模型。他將溶液相中的電層分為內(nèi)層和擴(kuò)散層。內(nèi)層中又分為內(nèi)Helmoltz層和外Helmholtz層。Grahme強(qiáng)調(diào)電荷在粒子表面上的分布是不均勻的，是一簇簇地分布著，當(dāng)離子在Stern層中吸附后，周圍表面電荷又會(huì)重新分布等。第33頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.1.4溶膠的穩(wěn)定性2.1.4.1溶膠的穩(wěn)定性膠體溶液的穩(wěn)定性實(shí)指其某種性質(zhì)(例如分散相濃度、顆粒大小、體系粘度和密度等)有一定程度的不變性。膠體體系在熱力學(xué)上是不穩(wěn)定的膠體體系在動(dòng)力學(xué)上是相對(duì)穩(wěn)定的膠體體系的聚集穩(wěn)定性系指體系的分散度是否隨時(shí)間變化而言。第34頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月溶膠的穩(wěn)定性溶膠的穩(wěn)定性擴(kuò)散雙電層觀點(diǎn):膠粒帶電(有一定的ξ電位)，使粒子間產(chǎn)生靜電斥力。同時(shí)，膠粒表面水化，具有彈性水膜，它們也起斥力作用，從而阻止粒子間的聚結(jié)。DLVO理論

:溶膠在一定條件下是穩(wěn)定存在還是聚沉，取決于粒子間的相互吸引力和靜電斥力。若斥力大于吸力則溶膠穩(wěn)定，反之則不穩(wěn)定。第35頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月膠體穩(wěn)定原理-DLVO理論1941，德查金(Darjaguin)和朗道(Landau)；1948，維韋(Verwey)和奧弗比克(Overbeek)：帶電膠粒穩(wěn)定理論，簡(jiǎn)稱DLVO理論第36頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月DLVO理論及其應(yīng)用DLVO理論要點(diǎn):第一，膠粒間既存在著斥力位能，同時(shí)也存在著吸力位能。前者是由于帶電膠粒相互靠攏時(shí)擴(kuò)散層重疊所產(chǎn)生的靜電排斥力，而不是點(diǎn)電荷靜電排斥力所產(chǎn)生的斥力位能。吸力位能是范德華力性質(zhì)的。但它不同于分子間的范德華力(短程范德華力)．而是長(zhǎng)程范德華力所產(chǎn)生的吸力位能。它與距離的一次方或二次方成反比，或者與距離成較復(fù)雜的關(guān)系。第二，膠粒間存在的斥力位能和吸力位能的相對(duì)大小決定了體系的總位能，亦即決定了膠體的穩(wěn)定性。當(dāng)粒子問(wèn)斥力位能大于吸力位能，并且足以阻止粒子由于布朗運(yùn)動(dòng)碰撞而粘結(jié)時(shí)，則膠體處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)；相反，若吸力位能大于斥力位能，則粒子相互靠攏而發(fā)生聚沉。調(diào)整它們的相對(duì)大小，可改變膠體的穩(wěn)定性。第37頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

第三，斥力位能、吸力位能以及總位能都隨著粒子間距離而改變，由于VB，VA與距離的關(guān)系并不相同，因此必然會(huì)出現(xiàn)在一定距離范圍內(nèi)吸力位能占優(yōu)勢(shì)；而在另一范圍內(nèi)斥力位能占優(yōu)勢(shì)的現(xiàn)象。

第四，理論推導(dǎo)出來(lái)的斥力位能及吸力位能公式表明，加入電解質(zhì)對(duì)吸力位能影響不大，但對(duì)斥力位能影響十分明顯。所以電解質(zhì)的加入會(huì)導(dǎo)致體系總位能發(fā)生很大的變化，適當(dāng)調(diào)整可以得到相對(duì)穩(wěn)定的膠體。第38頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月膠體穩(wěn)定原理-DLVO理論

溶膠是固體或大分子顆粒分散于液相的膠體體系，具有很大的界面存在，界面原子的吉布斯自由能比內(nèi)部原子高，粒子間便有相互聚結(jié)從而降低表面能的趨勢(shì)。增加體系中粒子間結(jié)合所須克服的能壘可使之在動(dòng)力學(xué)上穩(wěn)定。增加粒子間能壘通常有三個(gè)基本途徑：(1)使膠粒帶表面電荷；(2)利用空間位阻效應(yīng)；(3)利用溶劑化效應(yīng)。

粒子間總作用能顆粒間的范德華力雙電層靜電排斥能第39頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月膠體穩(wěn)定原理-DLVO理論雙電層與ζ電位溶膠體系中，由于靜電引力的存在會(huì)使溶液中的反離子向顆粒表面靠攏，并排斥同離子，固體表面電荷與溶液中反電荷形成了雙電層結(jié)構(gòu)。被吸附的離子與固體表面結(jié)合牢固，固體和液體相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，固體帶動(dòng)部分反離子一起滑動(dòng)。AB面是發(fā)生電動(dòng)現(xiàn)象時(shí)的實(shí)際滑動(dòng)面，滑動(dòng)面上的電位即ζ電位。ζ電位等于零時(shí)的pH點(diǎn)成為等電點(diǎn)。

φ0+++++++－－－－－－－－－－ABζDistancexfromsurface+++++++++++++++----------------ParticleSurfacechargeliquid第40頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月溶膠穩(wěn)定機(jī)制溶膠顆粒表面電荷來(lái)自膠粒晶格離子的選擇性電離，或選擇性吸附溶劑中的離子。對(duì)金屬氧化物水溶膠，一般優(yōu)先吸附H＋或OH－。當(dāng)pH>PZC時(shí)，膠粒表面帶負(fù)電荷；反之，則帶正電荷。根據(jù)DLVO理論，膠粒受到雙電層斥力和長(zhǎng)程范德華引力二種作用，此外，膠粒間相互作用還有分子間的范德華力和由表層價(jià)電子重疊引起的短程波恩斥力。第41頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月膠粒之間的位能V可以用其斥力位能和吸力位能之和來(lái)表示，即

V＝VR十VA第42頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月由位能曲線可見(jiàn)第43頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.1.4.2溶膠的聚沉聚沉：溶膠的“穩(wěn)定”是有條件的，一旦穩(wěn)定條件被破壞，溶膠中的粒子就合并(聚集)、長(zhǎng)大，最后從介質(zhì)中沉出，這種現(xiàn)象稱為聚沉。

影響溶膠聚沉的因素：加入電解質(zhì)、加熱、輻射以及溶膠本身的一些因素都可影響溶膠的聚沉。第44頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月電解質(zhì)的聚沉作用

電解質(zhì)的濃度：在溶膠中加入電解質(zhì)時(shí)，電解質(zhì)中與擴(kuò)散層反離子電荷符號(hào)相同的那些離子將把反離子壓入(排斥)到吸附層，從而減小了膠粒的帶電量，使ξ電位降低，E0減小，故溶膠易于聚沉。當(dāng)電解質(zhì)濃度達(dá)到某一定數(shù)值時(shí)，擴(kuò)散層中的反離子被全部壓人吸附層內(nèi)，膠粒處于等電狀態(tài)，ξ電位為零，膠體的穩(wěn)定性最低。

第45頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

電解質(zhì)的聚沉作用離子價(jià)：在相同濃度時(shí)，離子價(jià)越高，聚沉能力越大，“聚沉值”越小。所謂聚沉值是指，能引起某一溶膠發(fā)生明顯聚沉所需外加電解質(zhì)的量小濃度(mol/L)。REPRTHH等曾導(dǎo)出電解質(zhì)的聚沉值rc和反離子價(jià)Z之間的關(guān)系為第46頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

電解質(zhì)的聚沉作用在其他條件相同時(shí)，電解質(zhì)的聚沉值為這個(gè)規(guī)律和Schulze—Hardy從實(shí)驗(yàn)中得到的“價(jià)數(shù)規(guī)則”基本一致，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表2-3。第47頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

電解質(zhì)的聚沉作用表2-3反離子價(jià)和聚沉值之間的關(guān)系反離子價(jià)聚沉值聚沉值比按式（2-13）的計(jì)算值1551120.690.0130.01630.0910.00170.0013第48頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

(2)溶膠的相互聚沉

兩種溶膠的數(shù)量達(dá)到某一比例時(shí)發(fā)生完全聚沉，否則可能不發(fā)生聚沉或聚沉不完全。表2-4是荷正電的Fe(OH)3溶膠(濃度為3.036g／L)和帶負(fù)電的As2S3，溶膠(濃度為2.07g/L)以不同比例混合時(shí)所得到的結(jié)果。第49頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月溶膠的相互聚沉表2-4溶膠的相互聚沉混合物/ml現(xiàn)象混合后粒子的電荷Fe（OH）3As2O391無(wú)變化＋82長(zhǎng)時(shí)間后微渾＋73立即發(fā)生聚沉＋55立即發(fā)生聚沉＋37完全聚沉不帶電28發(fā)生聚沉－19發(fā)生聚沉－0.29.8渾濁但不聚沉－第50頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.1.4.3高聚物穩(wěn)定膠體體系的理論

(1)空間穩(wěn)定理論(stericstabilization)主要內(nèi)容：1)ERS空間斥力位能2)EA膠粒間的引力位能3)影響空間穩(wěn)定性的因素：吸附高聚物分子的結(jié)構(gòu)；高聚物分子量和吸附層厚度；分散介質(zhì)的影響。第51頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

高聚物穩(wěn)定膠體體系的理論

(2)空位穩(wěn)定理論

1954年Asakura等首先提出空位絮凝作用;1975年Vincent等人首先發(fā)現(xiàn)了空位層導(dǎo)致膠體穩(wěn)定;在水中，Cowell等人發(fā)現(xiàn)低濃度下發(fā)生空位絮凝作用，而在高濃度下發(fā)生空位穩(wěn)定作用。理論與實(shí)踐都表明，高聚物的分子量、膠粒大小以及溶劑等都是影響空位穩(wěn)定的因素。第52頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

2.1.5溶膠的流變特性

2.1.5.1基本概念和術(shù)語(yǔ)

流變性質(zhì)(rheologicproperties)：是指物質(zhì)在外力作用下的變形(deformation)和流動(dòng)(flow)的性質(zhì)。

切應(yīng)力：為了使液層能維持一定的速度梯度流動(dòng)，就必須對(duì)它施加一個(gè)與阻力相等的反向力，在單位液層面積上所需施加的這種力稱為切應(yīng)力(shearingforce)，簡(jiǎn)稱切力，單位為N／m2，常用τ表示。

切變速度：即速度梯度，統(tǒng)稱切速，習(xí)慣上用D表示，單位為s-1。第53頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月溶膠的流變特性牛頓公式：這就是著名的牛頓(Newton)公式，式中的比例常數(shù)η稱為液體的粘度。第54頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

2.1.5.2濃分散體系的流變性質(zhì)(1)牛頓體

D-τ關(guān)系為直線，且通過(guò)原點(diǎn)。(2)塑性體(plasicfluid)

塑性體也叫Bingham體。大致說(shuō)，其流變曲線也是直線，但不經(jīng)過(guò)原點(diǎn)，而是與切力軸交在τy處，亦即只有當(dāng)τ>τy時(shí)，體系才流動(dòng)，τ稱為屈服值(yieldvalue)。(3)假塑體(pseudoplasticfluid)

假塑體無(wú)屈服值，其流變曲線通過(guò)原點(diǎn)，表觀粘度ηa隨切力增加而下降，亦即攪得越快，顯得越稀。其流變曲線為一凹向切力軸的曲線。第55頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月濃分散體系的流變性質(zhì)(4)脹流體(dilatantfluid)

脹流體的流變曲線也通過(guò)原點(diǎn)，但與假塑體相反，其流變曲線為一凸向切力軸的曲線。(5)觸變流型流變型屬于塑性體的體系，大多有一種特點(diǎn)，即所謂之觸變性(thixotropy)。第56頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

2.2凝膠的基本物理化學(xué)特性

2.2.1凝膠的觸變性

搖動(dòng)（觸變作用）凝膠溶膠（等溫）

靜置（膠凝作用）由于在外力作用下體系的粘度減小，流動(dòng)性變大，因此這個(gè)現(xiàn)象習(xí)慣上也稱為切稀。第57頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月凝膠的基本物理化學(xué)特性2.2.2凝膠的老化特性（離漿特性）大分子溶液或溶膠膠凝后，凝膠的性質(zhì)并沒(méi)有全部被固定下來(lái)。隨著時(shí)間的延續(xù)，凝膠的性質(zhì)仍在繼續(xù)變化的現(xiàn)象通常稱為老化(aging)。凝膠老化的表現(xiàn)形式之一是離漿，也叫脫水收縮。水凝膠的離漿作用是自發(fā)的過(guò)程，其離漿速度是粒子間距離的函數(shù)，因此也是濃度的函數(shù)。隨著濃度的增高、粒子簡(jiǎn)距離的縮短，離漿速度電增大。第58頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月凝膠的老化特性從原則上說(shuō)，離漿速度可表示為：式中，l為粒子間的距離；t為時(shí)間。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)通常采用單位時(shí)間內(nèi)分離出來(lái)的液體量來(lái)度量離漿速度，并采用以下方程式第59頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月凝膠的老化特性持續(xù)時(shí)間/h分離出的液體量/ml31.00.0228123.00.0227246.00.0370486.30.0227726.8－表2-5天竺葵凝膠的離漿速度第60頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.2.3凝膠的膨脹特性凝膠的膨脹(亦稱溶脹，swelling)作用，是指凝膠在液體或蒸氣中吸收這些液體或蒸氣時(shí)，使自身質(zhì)量、體積增加的作用。

(1)膨脹度

膨脹度(degreeofswelling)是指一定條件下，單位質(zhì)量或單位體積凝膠所能吸收液體的極限量，其定義式為或S為膨脹度；ml、m2分別為膨脹前和膨脹后凝膠的質(zhì)量。V1、V2分別為膨脹前后凝膠的體積。第61頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(2)膨脹速度膨脹速度符合一級(jí)反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)方程式膨脹度

吸收液體的最大量膨脹速度常數(shù)對(duì)上式積分得第62頁(yè)，課件共69頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月膨脹速度膨脹時(shí)間/minS/mlK膨50.60500.0045101.04570.0043151.35680.0040201.62560.0041251.80670.0037∞2.1120－