吐血推薦第八章膠體化學(xué)應(yīng)化

吐血推薦第八章膠體化學(xué)應(yīng)化2023/5/261第一頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五真溶液（d<10-9m

)(氫原子半徑0.05nm)膠體系統(tǒng)（10-9~10-6m)粗分散系統(tǒng)(d>10-6m

)分散系統(tǒng)2023/5/262第二頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五(1)溶膠：分散相不溶于分散介質(zhì)，有很大相界面，是熱力學(xué)不穩(wěn)定系統(tǒng)。(憎液溶膠)(2)高分子溶液:高分子以分子形式溶于介質(zhì)，分散相與分散介質(zhì)間無相界面，是熱力學(xué)穩(wěn)定系統(tǒng)。(親液溶膠)(3)締合膠體.：分散相為表面活性分子締合形成的膠束，在水中，表面活性劑分子的親油基團(tuán)向里，親水基團(tuán)向外，分散相與分散介質(zhì)親和性良好，是熱力學(xué)穩(wěn)定系統(tǒng)。膠體系統(tǒng)2023/5/263第三頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五憎液溶膠:

分散相與分散介質(zhì)之間有相界面

溶膠親液溶膠:

均相，無相界面高分子溶液2023/5/264第四頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五高度分散的多相性和熱力學(xué)不穩(wěn)定性是膠體系統(tǒng)的主要特點(diǎn)2023/5/265第五頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五2023/5/266第六頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五

溶膠質(zhì)點(diǎn)大小

1-9m~1-6m粗分散系統(tǒng)質(zhì)點(diǎn)大小>1-6m

大變小分散法研磨法電弧法超聲分散法小分子溶液質(zhì)點(diǎn)大小<1-9m

小變大凝聚法更換溶劑法物理凝聚法化學(xué)反應(yīng)法§1

膠體系統(tǒng)的制備：第七頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五凝聚法：

(1)物理凝聚法：

a.蒸氣凝聚法；例：固態(tài)苯與鈉,在真空下氣化,到冷卻的器壁上冷凝。

b.過飽和法：改變?nèi)軇┓ǎ焕?硫的酒精溶液倒入水中，形成硫在水中的溶膠

冷卻法：用冰驟冷苯在水中的飽和溶液，得到苯在水中的溶膠

松香乙醇溶液+水松香水溶膠2023/5/268第八頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五(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，而得到溶膠。所謂控制析晶過程，系指采用有利于大量形成晶核，減緩于晶體生長的條件，例：采用較大的過飽和濃度，較低的操作溫度。例：在不斷攪拌條件下，將FeCl3稀溶液，滴入沸騰的水中水解，即可生成棕紅色透明的Fe(OH)3溶膠。

FeCl3(稀水溶液)+3H2O→Fe(OH)2溶膠+3HCl為了獲得穩(wěn)定的溶膠，還需滿足兩個(gè)條件：一是分散相在介質(zhì)中的溶解度要?。欢切枰尤氲谌咦鳛榉€(wěn)定劑。9第九頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五三.溶膠的凈化:常用滲析法，利用膠體粒子不能透過半透膜的特點(diǎn)，分離出溶膠中多余的電解質(zhì)或其它雜質(zhì)。

一般用羊皮紙，動物膀胱膜，硝酸或醋酸纖維素，等作為半透膜，將溶膠裝于膜內(nèi)，再放入流動的水中，經(jīng)過一段時(shí)間的滲透作用，即可達(dá)到凈化的目的。若加大滲透面積，適當(dāng)提高溫度，或加外電場，可加速滲透。

2023/5/2610第十頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五§2膠體系統(tǒng)的性質(zhì)一.膠體系統(tǒng)的光學(xué)性質(zhì)---、Tyndall（丁鐸爾）效應(yīng)丁鐸爾效應(yīng)：在暗室里，將一束聚集的光投射到膠體系統(tǒng)上，在與入射光垂直的方向上，可觀察到一個(gè)發(fā)亮的光柱，其中并有微粒閃爍。1869年Tyndall發(fā)現(xiàn)膠體系統(tǒng)有光散射現(xiàn)象2023/5/2611第十一頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五2023/5/2612第十二頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五

入射光波長<分散粒子尺寸——反射

入射光波長>

分散粒子尺寸——散射（可見光波長400~760nm；膠粒10-9~10-6m)

入射光波長=

分子固有尺寸——吸收

無作用———透過

丁達(dá)爾現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)是溶膠對光的散射作用。2023/5/2613第十三頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五丁鐸爾效應(yīng)可用來區(qū)分膠體溶液小分子真溶液系統(tǒng)完全均勻，所有散射光相互抵銷，看不到散射光；系統(tǒng)不均勻，散射光不會被相互抵銷，可看到散射光。2023/5/2614第十四頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五第十五頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五二.膠體系統(tǒng)的動力性質(zhì)1.Brown運(yùn)動

1827年,植物學(xué)家布朗(Brown)在顯微鏡下,看到懸浮在水中的花粉粒子處于不停息的無規(guī)則運(yùn)動狀態(tài)。2023/5/2616第十六頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五布朗運(yùn)動是分子熱運(yùn)動的必然結(jié)果。

以后發(fā)現(xiàn)，線度小于10-6m的粒子，在分散介質(zhì)中都有這種運(yùn)動。（膠體尺度10-9~10-6m)

這種現(xiàn)象產(chǎn)生的原因是，分散介質(zhì)分子處于不斷的熱運(yùn)動中，從四面八方不斷的撞擊分散相粒子。對于大小在膠體尺度下的分散相粒子，粒子受到撞擊次數(shù)較小,從各個(gè)方向受到的撞擊力不能完全互相抵消,.在某一時(shí)刻,粒子從某一方向得到的沖量即可發(fā)生位移。此即布朗運(yùn)動。2023/5/2617第十七頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五Einstein-Brown

平均位移公式：x

:t

時(shí)間間隔內(nèi)粒子的平均位移r

:粒子半徑

T：熱力學(xué)溫度

：分散介質(zhì)粘度L：阿伏加德羅常數(shù)該公式也可用于分散相粒子大小的測定，及阿伏加德羅常數(shù)的測定。2023/5/2618第十八頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五2.擴(kuò)散定義：在有濃度梯度存在時(shí)，物質(zhì)粒子因熱運(yùn)動而發(fā)生宏觀上的定向遷移，稱為擴(kuò)散。濃度梯度的存在，是擴(kuò)散的推動力2023/5/2619第十九頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五膠體系統(tǒng)的擴(kuò)散與溶液中溶質(zhì)擴(kuò)散一樣，可用Fick擴(kuò)散第一定律來描述：

單位時(shí)間通過某一截面的物質(zhì)的量dn/dt與該處的濃度梯度dc/dx及面積大小As成正比，其比例系數(shù)D

稱為擴(kuò)散系數(shù)，負(fù)號是因?yàn)閿U(kuò)散方向與濃梯方向相反D

擴(kuò)散系數(shù)單位濃度梯度下，單位時(shí)間通過單位面積的物質(zhì)的量。單位：m2s--12023/5/2620第二十頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五D

可用來衡量擴(kuò)散速率。下表給出不同半徑金溶膠的擴(kuò)散系數(shù)。

可見，粒子越小，擴(kuò)散系數(shù)越大，擴(kuò)散能力越強(qiáng)。膠體粒子擴(kuò)散速率要比真溶液小幾百倍。對于球形粒子，D可由愛因斯坦－斯托克斯方程計(jì)算：

2023/5/2621第二十一頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五將上式結(jié)合，可得：

由測量一定時(shí)間間隔t內(nèi)的粒子平均位移，可求出D

。2023/5/2622第二十二頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五由D，和，可求出一個(gè)球形膠體粒子的質(zhì)量：球形粒子擴(kuò)散系數(shù)計(jì)算式:2023/5/2623第二十三頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五而1mol膠體粒子的摩爾質(zhì)量為：注意：

1)當(dāng)膠體粒子為多級分散時(shí)，求得的為粒子平均半徑；

2）若粒子非球形，則算得半徑為表觀半徑；

3）若粒子有溶劑化，算出半徑為溶劑化粒子半徑。2023/5/2624第二十四頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五3.沉降與沉降平衡

多相分散系統(tǒng)中的粒子，因受重力作用而下沉的過程，稱為沉降。沉降與布朗運(yùn)動所產(chǎn)生的擴(kuò)散為一對矛盾的兩個(gè)方面。沉降擴(kuò)散

分散相分布真溶液均相粗分散系統(tǒng)沉于底部膠體系統(tǒng)平衡形成濃梯2023/5/2625第二十五頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五其中：

C1，C2

為高度h1,h2

處粒子的數(shù)密度；

M為粒子的摩爾質(zhì)量；g

重力加速度；

0分散介質(zhì)密度；

粒子密度；

貝林(Perrin)導(dǎo)出重力場中，沉降平衡時(shí)粒子濃度隨高度的分布：……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………2023/5/2626第二十六頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五2023/5/2627光學(xué)性質(zhì)動力性質(zhì)熱力學(xué)穩(wěn)定性真溶液透明，無（微弱）光散射溶質(zhì)擴(kuò)散速度快，與溶劑均可透過半透膜；熱力學(xué)穩(wěn)定系統(tǒng)。膠體系統(tǒng)透明或不透明，均可發(fā)生光散射；膠粒擴(kuò)散速度慢，不能透過半透膜；不穩(wěn)；穩(wěn)；穩(wěn)；粗分散系統(tǒng)光反射；同膠體。熱力學(xué)不穩(wěn)定系統(tǒng)；第二十七頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五三.

溶膠系統(tǒng)的電學(xué)性質(zhì)

溶膠是一個(gè)高度分散的非均相系統(tǒng)。分散相粒子與分散介質(zhì)間有明顯的相界面。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在外電場下，固、液兩相可發(fā)生相對運(yùn)動；反之，若迫使固、液兩相作相對運(yùn)動時(shí)，又可產(chǎn)生電勢差。溶膠的這種與電勢差有關(guān)的相對運(yùn)動稱為電動現(xiàn)象。

電動現(xiàn)象說明，溶膠粒子表面帶有電荷。而溶膠粒子帶有電荷也正是它能長期存在的原因2023/5/2628第二十八頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五1.溶膠帶電的原因：

a）固體的溶膠粒子，可從溶液中選擇性地吸附某種離子而帶電。其規(guī)則是：離子晶體表面從溶液中優(yōu)先吸附能與它晶格上離子生成難溶或電離度很小化合物的離子。

例：AgI溶膠：

溶液中I－過量時(shí)，可吸附I－而帶負(fù)電，溶液中Ag+過量時(shí)，可吸附Ag+而帶負(fù)電。

2023/5/2629第二十九頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五

溶液中帶電溶膠粒子表面，必然要吸引相反電荷離子，使它們圍繞在溶膠粒子周圍，這樣就在固液兩相間形成了雙電層。以下就來介紹雙電層理論，b）溶膠粒子表面上的某些分子、原子可發(fā)生電離。

例：蛋白質(zhì)中的氨基酸分子:

在pH低時(shí)氨基形成－NH3+而帶正電；在pH高時(shí)羧基形成－COO－而帶負(fù)電。第三十頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五１)斯特恩(Stern)雙電層模型

1924年，斯特恩提出擴(kuò)散雙電層模型。他認(rèn)為：

1)離子有一定的大?。?/p>

2)質(zhì)點(diǎn)與表面除靜電作用外，還有范德華作用;因此表面可形成一固定吸附層,或稱為Stern層(包括一些溶劑分子);其余反離子擴(kuò)散分布在溶液中,構(gòu)成擴(kuò)散部分。Stern層距離Stern面滑動面++++++++++++++++++++

固體表面擴(kuò)散層2.帶電界面的雙電層結(jié)構(gòu)-------Stern模型2023/5/2631第三十一頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五距離0Stern面

電勢的大小，反映了膠粒帶電的程度。

電勢越高，表明：膠粒帶電越多，滑動面與溶液本體之間的電勢差越大，

擴(kuò)散層厚度越厚熱力學(xué)電勢

—

由固體表面至溶液本體間的電勢差0；

斯特恩電勢

—由緊密層與擴(kuò)散層之間的分界處至溶液本體間的電勢差；

電勢(動電電勢)—

由滑動面至溶液本體間的電勢差。2023/5/2632第三十二頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五

當(dāng)固液兩相發(fā)生相對移動時(shí)，緊密層（Stern層）中的反離子及溶劑分子與質(zhì)點(diǎn)一起運(yùn)動?；瑒用嬉酝獾牟糠植灰苿??；瑒用媾c溶液本體之間的電位差為。也只有在固液兩相發(fā)生相對移動時(shí)，才呈現(xiàn)電勢。距離0Stern面2023/5/2633第三十三頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五當(dāng)電解質(zhì)濃度足夠大，(c4態(tài)),可使＝0，該狀態(tài)稱為等電態(tài)，此時(shí)膠體不帶電，，不會發(fā)生電動現(xiàn)象，溶膠極易聚沉

當(dāng)溶液中電解質(zhì)濃度增加時(shí)，介質(zhì)中反離子的濃度加大，將壓縮擴(kuò)散層使其變薄，把更多的反離子擠進(jìn)滑動面以內(nèi)，使電勢在數(shù)值上變小，如下圖。0滑動面c4>

c3>

c2>

c1距離反離子濃度斯特恩模型:

給出了

電勢明確的物理意義，

解釋了溶膠的電動現(xiàn)象,

定性地解釋了電解質(zhì)濃度對溶膠穩(wěn)定性的影響，使人們對雙電層的結(jié)構(gòu)有了更深入的認(rèn)識。２）電解質(zhì)溶液濃度對的影響2023/5/2634第三十四頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五（1）電泳

在外電場的作用下，膠體粒子在分散介質(zhì)中定向移動的現(xiàn)象，稱為電泳。2.溶膠的電動現(xiàn)象

首先，在U形管中加入NaCl溶液，然后，從下方支管緩慢壓入棕紅色Fe(OH)3溶膠，以使其與NaCl溶液間有清晰的界面存在。通入直流電后，可觀察到，電泳管中陽極一端界面下降，陰極一端界面上升。Fe(OH)3溶膠＋－NaCl溶液界面法測電泳裝置示意圖+–2023/5/2635第三十五頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五

實(shí)驗(yàn)測出在一定時(shí)間內(nèi)界面移動的距離，可求得粒子的電泳速度，由電泳速度可求出膠體粒子的

電勢。Fe(OH)3溶膠＋－NaCl溶液界面法測電泳裝置示意圖+–2023/5/2636第三十六頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五（2）電滲

在多孔膜（或毛細(xì)管）兩端施加一定電壓，液體通過多孔膜而定向流動的現(xiàn)象，稱為電滲。＋－電滲示意圖L1、L2

—導(dǎo)線管；E1、E2—

電極；M

—

多孔塞；M

及C

間的循環(huán)管路—

充水或其它溶液；

T

—

向毛細(xì)管C充氣，使在毛細(xì)管中形成一個(gè)小氣泡管路。2023/5/2637第三十七頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五（3）流動電勢定義：在外力作用下，迫使液體通過多孔隔膜（或毛細(xì)管）定向流動，在多孔隔膜兩端所產(chǎn)生的電勢差，稱為流動電勢。該過程可認(rèn)為是電滲的逆過程液槽氣體加壓多孔塞電位差計(jì)2023/5/2638第三十八頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五定義：分散相粒子在重力場或離心力場的作用下迅速移動時(shí)，在移動方向的兩端所產(chǎn)生的電勢差，稱為沉降電勢。（可視為電泳的逆過程）（4）沉降電勢:2023/5/2639第三十九頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五（固相不動，液體移動）

電滲外加電場引起相對運(yùn)動四種電現(xiàn)象的相互關(guān)系：

電泳流動電勢（液體靜止，固體粒子運(yùn)動）沉降電位相對運(yùn)動產(chǎn)生電位差2023/5/2640第四十頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五3.溶膠的膠團(tuán)結(jié)構(gòu)

由吸附及擴(kuò)散雙電層理論可以想象溶膠的結(jié)構(gòu)為:1)由分子、原子或離子構(gòu)成的,具有晶體結(jié)構(gòu)的,固態(tài)微粒–膠核。2）過剩反離子，一部分在滑動面內(nèi)，一部分在滑動面外，呈擴(kuò)散狀態(tài)分布于分散介質(zhì)中。若分散介質(zhì)是水，反離子應(yīng)當(dāng)是水化的。3）被包圍在滑動面內(nèi)的膠核+反離子=膠體粒子。4）整個(gè)擴(kuò)散層

+被包圍的膠體粒子=膠團(tuán)（電中性）2023/5/2641第四十一頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五

固相[(AgI)mnAg+緊密層（n-x）NO3-]x+膠核膠?；瑒用婺z團(tuán)擴(kuò)散層xNO3-溶液本體例：膠團(tuán)結(jié)構(gòu)式見圖例：AgNO3(稀aq)

+KI(稀aq)AgI+KNO3KI為少量，：AgI溶膠吸附Ag＋帶正電(正溶膠），NO3－為反離子，AgNO3為穩(wěn)定劑。第四十二頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五KI

過量：AgI溶膠吸附I－帶負(fù)電，K＋為反離子；

KI為穩(wěn)定劑。反之：KI(稀aq)+AgNO3(稀aq)

AgI+KNO3膠團(tuán)結(jié)構(gòu)表示：

例：Ag+少量，生成帶負(fù)電的膠粒，K＋為反離子

膠粒{[AgI]mnI–

(n-x)K+}x

–

·

x

K+

膠核

膠團(tuán)可滑動面

m及n

對每個(gè)膠?？梢源笮〔坏?023/5/2643第四十三頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五膠核：首先吸附過量的成核離子，然后吸附反離子形成膠粒，包在滑動層內(nèi)；2)膠團(tuán)整體為電中性，在擴(kuò)散層內(nèi)。KI為穩(wěn)定劑的膠團(tuán)剖面圖：K＋K＋K＋K＋[AgI]mI－I－I－I－I－I－I－I－I－I－I－I－I－I－I－I－I－I－I－I－I－I－I－I－K＋K＋K＋K＋K＋K＋K＋K＋K＋K＋K＋K＋K＋K＋K＋K＋K＋K＋K＋K＋膠核

滑動面（內(nèi)部為膠粒）

擴(kuò)散層邊緣（包括整個(gè)膠團(tuán)）特點(diǎn)：2023/5/2644第四十四頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五

以上是由于吸附離子使膠核帶電的情況。以下討論由于產(chǎn)生電離產(chǎn)物使膠核帶電的情況。當(dāng)SiO2

微粒與水接觸時(shí)，生成弱酸，H2SiO3，它的電離產(chǎn)物SiO32–

有一部分仍固定在SiO2

上，未擴(kuò)散到溶液中去。這就形成了帶負(fù)電的膠核。反離子是H+。SiO2溶膠的膠團(tuán)結(jié)構(gòu)為：

{[SiO2]m

nSiO32–·2(n-x)H+}2x

·2xH+2023/5/26第四十五頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五

所以，要使溶膠聚沉也要從中和粒子電荷、降低溶劑化作用等入手。溶膠穩(wěn)定的原因：

1)膠粒帶電

增加膠粒間的排斥作用；

2)溶劑化作用

形成彈性水化外殼，增加溶膠聚合的阻力；

3)Brown運(yùn)動

使膠粒受重力的影響而不下沉。一.§3

溶膠的穩(wěn)定與聚沉

2023/5/26第四十六頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五2.溶膠的聚沉：定義：溶膠中分散相微粒互相聚結(jié)，顆粒變大，進(jìn)而發(fā)生沉淀的現(xiàn)象稱為聚沉。

通過加熱、輻射或加入電解質(zhì)都可導(dǎo)致溶膠聚沉。以下主要討論電解質(zhì)對溶膠的作用。（1）電解質(zhì)的聚沉作用：適量的電解質(zhì)對溶膠起到穩(wěn)定劑的作用。但過量的電解質(zhì)，特別是含高價(jià)反離子的電解質(zhì)，往往會使溶膠聚沉。2023/5/26第四十七頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五其原因是：

1）因?yàn)殡娊赓|(zhì)的濃度或價(jià)數(shù)增加時(shí)，會壓縮擴(kuò)散層，擴(kuò)散層變薄，斥力勢能降低。當(dāng)電解質(zhì)濃度足夠大時(shí)，即使溶膠聚沉。距離0Stern面斯特恩層擴(kuò)散層2023/5/26第四十八頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五2）若加入的反離子發(fā)生特性吸附時(shí)，斯特恩層內(nèi)的反離子數(shù)增加，使膠粒帶電量降低，而導(dǎo)致碰撞聚沉。距離0Stern面斯特恩層擴(kuò)散層2023/5/26第四十九頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五聚沉值使溶膠發(fā)生明顯的聚沉所需該電解質(zhì)的最小濃度聚沉能力聚沉值的倒數(shù)。定義：1)反離子的價(jià)數(shù)起主要作用：反離子價(jià)數(shù)越高，聚沉能力越大。粗略估計(jì)：聚沉值1/Z6，聚沉能力Z6

舒爾策-哈迪（Schultz-Hardy）規(guī)則電解質(zhì)對溶膠的聚沉規(guī)律：

電解質(zhì)中使溶膠發(fā)生聚沉的離子，是與膠體粒子帶電符號相反的離子，即反離子。Me+:Me2+:Me3+=16:26:36=1:64:729例外：H+雖為一價(jià)，卻有很強(qiáng)聚沉能力。第五十頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五2)同價(jià)正離子，半徑越小，水化能力越強(qiáng)，水化層越厚，進(jìn)入斯特恩層數(shù)量越少，聚沉能力減弱。同價(jià)負(fù)離子，水化能力不起主要作用，半徑越小，吸附能力越強(qiáng)，聚沉能力越強(qiáng)。對某些一價(jià)正、負(fù)離子，按聚沉能力的大小，可以排成所謂的“感膠離子序”：

正離子的聚沉能力：H+>Cs+>Rd+>NH4+>K+>Na+>Li+

負(fù)離子的聚沉能力：F－

>Cl－

>Br－

>NO3－

>I－

>OH－2023/5/26第五十一頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五③與溶膠電性同號的離子也有一定的作用，大的或高價(jià)的負(fù)（或正）離子對負(fù)（或正）電性膠體有一定的穩(wěn)定作用。？若將AgNO3溶液滴加至過量KI溶液中，形成的AgI溶膠中加入下列不同電解質(zhì)溶液，則使溶膠在一定時(shí)間內(nèi)完全聚沉所需電解質(zhì)的量最少者為（）。(A)La(NO3)3(B)Mg(NO3)2(C)NaNO3(D)KNO3A第五十二頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五(2)高分子化合物的聚沉作用

在溶膠中加入高分子化合物既可使溶膠穩(wěn)定，也可使溶膠聚沉。好的聚沉劑應(yīng)當(dāng)是相對分子質(zhì)量很大的線性聚合物。1）搭橋效應(yīng)一個(gè)長碳鏈高分子化合物，通過吸附在許多膠粒上，從而把膠粒聯(lián)結(jié)起來，變成較大的聚集體而聚沉。它們的聚沉作用主要有三個(gè)方面：2023/5/2653第五十三頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五2）脫水效應(yīng)高分子對水有更強(qiáng)的的親合力，由于它的溶解與水化，使膠粒脫水，失去水化外殼而聚沉。3）電中和效應(yīng)離子型的高分子，吸附到帶電膠粒上，中和了膠粒表面電荷，使粒子間斥力降低，進(jìn)而聚沉。2023/5/2654第五十四頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五

但是，若在溶膠中加入較多的高分子化合物，同一個(gè)分散相粒子表面吸附了多個(gè)高分子，如左圖?；蛟S多高分子線團(tuán)環(huán)繞在分散相粒子周圍，形成水化外殼，包圍了分散相粒子，則對溶膠起到保護(hù)作用。（3）異號溶膠的聚沉作用2023/5/2655第五十五頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五一乳狀液1.定義：由兩種不互溶或部分互溶的液體所形成的粗分散系統(tǒng)，稱為乳狀液。

例：牛奶、煉油廠的廢水、乳化農(nóng)藥……。若一為水，可用“W”表示；另一相為有機(jī)物，如苯、煤油……，習(xí)慣上稱之為“油”，可用“O”表示。

乳狀液可分為兩大類型水包油，O/W，油分散在水中油包水，W/O，水分散在油中§4粗分散系統(tǒng)

2023/5/2656第五十六頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五（a）水包油型（O/W）（b）油包水型（W/O）乳狀液的分散相被稱為內(nèi)相，分散介質(zhì)被稱為外相。若某相體積分?jǐn)?shù)大于74%，它只能是乳狀液的外相。第五十七頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五乳化劑的種類表面活性物質(zhì)某些固體粉末O＋W＋乳化劑

乳狀液要得到比較穩(wěn)定的乳狀液，必須加入乳化劑。乳化劑能使乳狀液比較穩(wěn)定存在的作用—乳化作用

乳化劑使乳狀液比較穩(wěn)定的原因：

①降低油-水的界面張力，

②形成堅(jiān)固的界面膜，

③液滴雙電層的排斥作用，

2023/5/2658第五十八頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五2．乳狀液類型的鑒別

(1)染色法：將油溶性染料滴入乳狀液，振蕩后在顯微鏡下觀察，鑒別乳狀液是O/W型，還是W/O型的方法主要有：若內(nèi)相被染色，則為O/W型；若外相染色，則為W/O型。(也可用水溶性染料做試驗(yàn))。2023/5/2659第五十九頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五(3)導(dǎo)電法：因?yàn)樗畬?dǎo)電性強(qiáng)于油，O/W型乳狀液的導(dǎo)電性能

遠(yuǎn)好于W/O型乳狀液，通過測電導(dǎo)可區(qū)別兩者。（但若乳狀液中有離子型乳化劑，也有較好導(dǎo)電性。）(2)稀釋法：取少量乳狀液滴入水中或油中，若乳狀液在水中能稀釋，即為O/W型；在油中能稀釋，即為W/O型。3.乳狀液的穩(wěn)定

添加少量的添加劑就能使乳狀液比較穩(wěn)定的存在，解釋這種現(xiàn)象的理論就是乳狀液的穩(wěn)定理論，它大致有以下幾個(gè)方面：2023/5/2660第六十頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五1)降低界面張力：乳狀液系統(tǒng)的相界面面積比構(gòu)成它的純液體要大得多，是不穩(wěn)定分散系統(tǒng)。加入少量表面活性劑，表面活性劑在兩相界面產(chǎn)生正吸附，明顯降低界面張力，使表面吉布斯函數(shù)降低，穩(wěn)定性增加。

表面活性劑的HLB值可決定形成乳狀液的類型：

HLB2～6:

形成W/O型乳狀液；

HLB12～18:形成O/W型乳狀液。

IIIIII2023/5/2661第六十一頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五附:乳化劑的選擇可根據(jù)HLB值選擇乳化劑：

HLB，親油性，<8親油；

HLB，親水性，>8親水。HLB值可以從手冊查出，也可以估算2023/5/2662第六十二頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五2）形成定向楔的界面

乳化劑分子的一端極性基團(tuán)親水，一端非極性基團(tuán)親油，在界面層中,“大頭”向外，“小頭”密集釘在分散相小液滴上,使它表面積最小,界面吉布斯函數(shù)最低，界面膜更牢固。

一價(jià)堿金屬皂類，形狀是：親水端為大頭，作為乳化劑時(shí)，容易形成O/W型乳狀液：油水2023/5/26第六十三頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五

二價(jià)堿金屬皂類，極性基團(tuán)為小頭，作為乳化劑，容易形成W/O型乳狀液：油水

大頭朝外，小頭向內(nèi)，表面活性劑可緊密排列，形成厚壁，使乳狀液穩(wěn)定。例外：一價(jià)銀肥皂，作為乳化劑形成W/O型乳狀液2023/5/2664第六十四頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五3）形成擴(kuò)散雙電層---雙電層的排斥作用離子型表面活性劑在水中電離，若正離子在水中的溶解度大于負(fù)離子，則水帶正電，油帶負(fù)電。帶電的一端指向水，正離子在在水中呈擴(kuò)散狀分布，形成擴(kuò)散雙電層。它有較大的熱力學(xué)電勢及較厚的雙電層，使乳狀液處于較穩(wěn)定的狀態(tài)。2023/5/2665第六十五頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五4）界面膜的穩(wěn)定作用--形成堅(jiān)固的界面膜乳化過程也是分散相液滴表面界面膜的成膜過程，界面膜的強(qiáng)度、韌性和厚度，對乳狀液的穩(wěn)定性起重要作用。配制特定組成的乳化劑，以形成較牢固的界面膜，可增加乳狀液的穩(wěn)定性。例水溶性的十六烷基磺酸鈉+油溶性的乳化劑異辛甾烯醇，可形成帶負(fù)電荷的穩(wěn)定的O/W乳狀液。2023/5/2666第六十六頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五5）固體粉末的穩(wěn)定作用：

分布在乳狀液界面層的固體微粒,也能起到穩(wěn)定劑的作用。光滑球形粒子，若不考慮重力，在油-水界面上的分布情況，油根據(jù)Young方程有：

os–ws

=

owcos固

soow水

sw

為油水界面與水固界面的夾角。cos=（

os–ws

）/

ow

2023/5/2667第六十七頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五固

soow水

swa.

os>ws，<900

水能潤濕固體，大部分粒子浸入水中；有如下三種情況：固

osow水

ws油b.

os<ws，>900

油能潤濕固體，大部分固體粒子在油中。2023/5/2668第六十八頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五ow

ws固

os水油c.

os=ws，=900，

粒子在油水之間。2023/5/2669第六十九頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五

所以，容易被水潤濕的固體，如粘土、Al2O3，，可形成O/W乳狀液。油水

若要使固體微粒在分散相周圍排列成緊密固體膜，固體粒子大部分應(yīng)當(dāng)在分散介質(zhì)中。2023/5/2670第七十頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五

容易被油潤濕的炭黑、石墨粉等，可作為W/O型乳狀液的穩(wěn)定劑。水油2023/5/2671第七十一頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五4.乳狀液的去乳化定義：使乳狀液破壞的過程稱為破乳或去乳化。其過程分為兩步：第一，分散相小液滴絮凝成團(tuán)；第二，凝聚，即分散相結(jié)合成更大的液滴，在重力場下自動分層。

乳狀液穩(wěn)定存在的主要原因是乳化劑的存在，所以，要破乳就要消除或削弱乳化劑的保護(hù)能力。2023/5/2672第七十二頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五常用方法為：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。

例如，異戊醇，表面活性強(qiáng)而碳?xì)滏湺蹋荒苄纬衫喂痰慕缑婺ぁ?）加入能與乳化劑發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)，將它變成無乳化作用的物質(zhì)。例如，油酸鈉可使乳狀液穩(wěn)定，加無機(jī)酸，可使油酸鈉變?yōu)椴痪哂腥榛饔玫挠退?，而達(dá)到破乳的目的。3）加入類型相反的乳化劑，如向O/W型的乳狀液，加入W/O型乳化劑2023/5/2673第七十三頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五5）物理方法：離心分離，電泳破乳，超聲波破乳……4）加熱。溫度升高，可降低乳化劑在油-水界面的吸附量，削弱保護(hù)膜對乳狀液的保護(hù)作用，降低介質(zhì)的粘度。2023/5/2674第七十四頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五5、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。

泡沫浮選

6、懸浮液

不溶性固體粒子分散在液體中所形成的分散系統(tǒng)稱為懸浮液。

第七十五頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五§7

高分子化合物溶液的滲透壓

這里，所謂的高分子化合物是指其摩爾質(zhì)量M>1~104

kg/mol的大分子化合物。在適當(dāng)?shù)娜軇┲?，它們可自動分散為高分子（或大分子）溶液。在這種溶液中，高分子化合物以分子或離子狀態(tài)均勻分布在溶液中，分散質(zhì)與分散介質(zhì)之間并無相界面存在。所以高分子溶液是均勻分布的真溶液，是熱力學(xué)平衡系統(tǒng)，與溶膠有本質(zhì)的不同。

只是由于高分子化合物分子的大小，恰好在膠體范圍內(nèi)(1nm~103nm)，而且它具有某些膠體的特性，所以又稱高分子溶液為親液溶膠。它與溶膠性質(zhì)上的比較，列于下表。2023/5/2676第七十六頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五

分散相粒子尺寸1~103nm

擴(kuò)散慢不能通過半透膜相同之處高分子溶液溶膠不同之處具有可逆性：蒸發(fā)除去溶劑，可得干燥的高分子化合物；再加入溶劑，又可自動溶解成溶液。具有不可逆性：蒸發(fā)除去溶劑，可得干燥的沉淀物；若再加入溶劑，不能復(fù)原成溶膠

熱力學(xué)穩(wěn)定系統(tǒng)熱力學(xué)不穩(wěn)定系統(tǒng)穩(wěn)定原因主要是溶劑化穩(wěn)定原因主要是分散相粒子帶電均相系統(tǒng)，丁鐸爾效應(yīng)微弱多相系統(tǒng)，丁鐸爾效應(yīng)強(qiáng)

對電解質(zhì)穩(wěn)定性大加入少量電解質(zhì)就會聚沉粘度大粘度小，與純?nèi)軇┱扯认嗨?023/5/2677第七十七頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五1.高分子溶液的滲透壓

在第四章討論稀溶液的依數(shù)性時(shí)，曾推導(dǎo)出理想稀溶液的滲透壓與溶質(zhì)濃度cB

的關(guān)系式：它對高分子溶液也適用。

由于在高分子溶液中，分散質(zhì)與分散介質(zhì)之間存在較強(qiáng)的親和力，所以有明顯的溶劑化效應(yīng)。這樣就影響滲透壓，對以上公式產(chǎn)生偏差。若B

為溶質(zhì)的質(zhì)量濃度，M為溶質(zhì)的摩爾質(zhì)量，上式成為：2023/5/2678第七十八頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五

在恒溫下，/B

應(yīng)當(dāng)是常數(shù)，但是實(shí)驗(yàn)表明，在恒溫下，/B

隨B

變化而變化。所以以用維里(virial)方程來表示與B

的關(guān)系為好。

式中的A2

、A3……均為常數(shù)，稱為維里系數(shù)。若質(zhì)量濃度B

很小，可以忽略高次項(xiàng)，上式成為：2023/5/2679第七十九頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五由可見

在恒溫下，若以/B

對B

作圖，應(yīng)得一直線，由直線的斜率可得A2

，由直線的截距可得高分子化合物的摩爾質(zhì)量M

。

滲透壓法測定高分子摩爾質(zhì)量M

的范圍是：10~103kg/mol。摩爾質(zhì)量太小時(shí)，高分子化合物容易通過半透膜，摩爾質(zhì)量M太大時(shí)，滲透壓很小，測量誤差大。對于能電離的高分子稀溶液，(12.10.3)并不適用。對于蛋白質(zhì)水溶液，只有在等電狀態(tài)時(shí)，才適用。這個(gè)問題，在下一節(jié)中，還要詳盡討論。第八十頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五2.唐南平衡

在第四章中討論稀溶液依數(shù)性時(shí)，只討論了非電解質(zhì)溶液。一個(gè)溶質(zhì)分子在溶液中只是一個(gè)質(zhì)點(diǎn)。但對于電解質(zhì)溶液，一個(gè)強(qiáng)電解質(zhì)分子可以電離出++-個(gè)質(zhì)點(diǎn)，所以依數(shù)性的公式要作相應(yīng)的修改。

許多高分子化合物是電解質(zhì)，例如蛋白質(zhì)NazP在水中發(fā)生如下電離：h溶劑蛋白質(zhì)溶液半透膜第八十一頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五

若隔開蛋白質(zhì)水溶液與純水的半透膜只能透過溶劑與小的電解質(zhì)離子，不能透過Pz-

，而且NazP濃度為c。因?yàn)榘胪改蓚?cè)均為電中性的，所以溶液中一個(gè)NazP分子產(chǎn)生z+1個(gè)離子，而純?nèi)軇┲袩o離子。所以，溶液的滲透壓為：h純水蛋白質(zhì)溶液半透膜第八十二頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五h

NaCl水溶液蛋白質(zhì)溶液半透膜

若半透膜右側(cè)是NaCl水溶液，不是純水。由于Na+

與Cl–均可通過半透膜，在達(dá)到滲透壓平衡時(shí)，不僅兩側(cè)溶液達(dá)到平衡，電解質(zhì)也要達(dá)到平衡。此即唐南平衡

。Na+zc

Na+c’P

z–c

Cl–c’

設(shè)在開始時(shí)情況如右圖：左側(cè)NazP水溶液濃度為c，右側(cè)NaCl水溶液濃度為c’。

由于Cl–可由右側(cè)通過半透膜到達(dá)左側(cè)，而為了維持電中性，每通過一個(gè)Cl–到左側(cè)，同時(shí)必有一個(gè)Na+透過半透膜到左側(cè)。第八十三頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五

設(shè)平衡時(shí)有濃度為x的NaCl從右側(cè)到達(dá)左側(cè)。情況如右圖。這時(shí)，兩側(cè)溶液的NaCl的化學(xué)勢為：Na+zc+xNa+c′-xCl–xCl–c′-x

P

z–c因?yàn)檫_(dá)到滲透平衡時(shí)，膜兩側(cè)化學(xué)勢相等，所以有：第八十四頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五Na+zc+xNa+c′-xCl–xCl–c′-x

P

z–c代入右圖中的濃度值，得到：

所以滲透壓為：第八十五頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五代入x的解，得到：

當(dāng)鹽的濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于蛋白質(zhì)的濃度時(shí)，即c′<<c

時(shí)：此式與假設(shè)半透膜一側(cè)為純水時(shí)相同。(x

0)

當(dāng)鹽的濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于蛋白質(zhì)的濃度時(shí)，即c′>>c

時(shí)：第八十六頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五此時(shí)即幾乎有一半濃度的鹽透過了半透膜。

所以在半透膜另一側(cè)加入不同量的電解質(zhì)NaCl時(shí)，可使蛋白質(zhì)的滲透壓在(z+1)cRT

到cRT

之間變化。

唐南平衡的最重要功能是控制物質(zhì)的滲透壓，這對醫(yī)學(xué)、生物等研究細(xì)胞膜內(nèi)外的滲透平衡有重要意義。第八十七頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五§8

氣溶膠

以氣體為分散介質(zhì)，固體或液體為分散相，所形成的膠體系統(tǒng)，稱為氣溶膠。在氣溶膠中，以粉塵的分散度最低，線度103~106nm，煙（固–氣分散系統(tǒng)）和霧（液–氣分散系統(tǒng)）為10~103nm。

粗分散系統(tǒng)100nm101nm102nm103nm104nm105nm106nm

粉塵

煙和霧

膠體系統(tǒng)

泡沫懸浮液粒子真溶液第八十八頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五氣溶膠的實(shí)際應(yīng)用：在礦山開采、機(jī)械加工、金屬冶煉等工藝過程中，會產(chǎn)生大量煙霧及粉塵，污染環(huán)境，危害健康。例如長期吸入含有硅酸鹽的粉塵會引起矽肺病。在煤煙表面，也有致癌的碳?xì)浠衔?，?,4-苯并芘等。此外還有As2S3、Sb2S3、Cu、Pb、Zn、……。這些物質(zhì)粒子隨煤煙排入大氣，嚴(yán)重污染空氣，危害人類健康，而且也是一種浪費(fèi)。所以如何除塵，也是一個(gè)重要的課題。而另一方面，氣溶膠在科學(xué)技術(shù)上的應(yīng)用也十分廣泛。例如將液體燃料噴成霧狀，或?qū)⒐腆w燃料以粉塵形式進(jìn)行燃燒，都可以提高燃燒效率，減少污染。又如，將催化劑分散為顆粒狀，懸浮于氣流中的流態(tài)化技術(shù)，可以加大氣-固傳質(zhì)速率，提高催化效果；軍事上也常用煙霧，來掩蔽自已。以下，我們以粉塵為代表，來研究氣溶膠的性質(zhì)。第八十九頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五1.粉塵的分類分類法按化學(xué)性質(zhì)分按有無毒性分按沉降性質(zhì)分(1)塵?！?/p>

直徑104~105nm，在靜止空氣中加速沉降。(2)塵霧—

直徑250

~104nm，在靜止空氣中等速沉降。(3)塵云—

直徑<102nm，在靜止空氣中處于無規(guī)則布朗運(yùn)動狀態(tài)，不能自動下降。第九十頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五

粗分散系統(tǒng)100nm101nm102nm103nm104nm105nm106nm

粉塵

煙和霧

膠體系統(tǒng)

泡沫懸浮液粒子真溶液

塵埃

塵霧

塵云

氣溶膠第九十一頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五2.粉塵的性質(zhì)（1）潤濕性：粉塵被水潤濕的容易與否，與粉塵的化學(xué)性質(zhì)、顆粒大小、帶電情況、溫度及接觸時(shí)間的長短等因素有關(guān)。新產(chǎn)生的粉塵具有很強(qiáng)的吸附能力，易于吸附空氣中的粒子，在表面上形成一層較牢固的氣膜。粉塵的顆粒越小，吸附力越強(qiáng)，形成的氣膜越牢固，越不容易被水潤濕，甚至可使親水的大塊固體變成憎水性粉末。懸浮在空氣中的粉塵質(zhì)量很小，遇到凈化水幕的霧滴時(shí)，會產(chǎn)生環(huán)繞作用，使粉塵不易與水滴接觸。這也會影響水對粉塵的潤濕效果。若能提高水滴的分布密度，增加粉塵與水滴相對運(yùn)動的速度，則有利于水對粉塵的潤濕。第九十二頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五（2）粉塵沉降的速度：該速度與粉塵顆粒的大小、形狀、密度等因素有關(guān)。直徑>104nm的塵粒，（>103nm為粗分散系統(tǒng)，已經(jīng)為塵埃部分），在靜止的空氣中表現(xiàn)為加速沉降。

粗分散系統(tǒng)100nm101nm102nm103nm104nm105nm106nm

粉塵

煙和霧

膠體系統(tǒng)真溶液

塵埃

塵霧

塵云

氣溶膠第九十三頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五

直徑小于該值的，在靜止的空氣中表現(xiàn)為等速沉降