第八章完整溶膠課件

分散系統(tǒng)的分類分散系統(tǒng)：一些物質(zhì)被分散到另一種物質(zhì)中所形成的系統(tǒng)

分散相：

非連續(xù)形式存在的被分散的物質(zhì)分散介質(zhì)：連續(xù)相形式存在的物質(zhì)分類：分散系統(tǒng)分散相半徑/nm均相系統(tǒng)（真溶液）小分子溶液<1大分子溶液1~100多相系統(tǒng)超微分散系統(tǒng)（溶膠）1~100粗分散系統(tǒng)>100膠體：分散度為1~100nm的分散系統(tǒng)分散系統(tǒng)的分類分散系統(tǒng)：一些物質(zhì)被分散到另一種物質(zhì)中所形成的第一節(jié)溶膠的分類和基本特征第一節(jié)溶膠的分類和基本特征一.溶膠分類按分散相與分散介質(zhì)聚集狀態(tài)分類（列舉）分散相的粒徑>100nm時，屬粗分散系統(tǒng)

本章主要討論的是液溶膠，特別是液液溶膠和固液溶膠氣液固氣溶膠液溶膠固溶膠介質(zhì)：霧煙泡沫牛奶油漆沸石珍珠有色玻璃一.溶膠分類按分散相與分散介質(zhì)聚集狀態(tài)分類（列舉）分散二.基本特性溶膠是一定條件下形成的特殊狀態(tài)，并非物質(zhì)的本性，如NaCl有機膠體NaCl溶液水硫磺水溶膠真溶液乙醇這種特殊狀態(tài)，有三個基本特征1.特定分散度

1~100nm2.相不均勻性（多相性）對介質(zhì)不溶

憎液膠體高分子溶液

親液膠體3.熱力學不穩(wěn)定性

高分散度，巨大表面積和比表面能，有自發(fā)聚集傾向，以降低表面能高分子溶液：熱力學穩(wěn)定體系二.基本特性溶膠是一定條件下形成的特殊狀態(tài)，并非物質(zhì)的本性第二節(jié)溶膠的制備和凈化第二節(jié)溶膠的制備和凈化第二節(jié)溶膠制備和凈化二種途徑：溶膠1~100nm小分子真溶液<1nm粗分散系統(tǒng)>100nm分散凝聚第二節(jié)溶膠制備和凈化二種途徑：溶膠小分子真溶液粗分散一.分散法（物理的）研磨法（膠體磨）超聲粉碎氣流粉碎膠溶法一.分散法（物理的）研磨法（膠體磨）二．凝聚法

1.物理凝聚法如鈉的苯溶膠制備

接真空泵液態(tài)空氣鈉苯苯接受管點擊此處演示二．凝聚法1.物理凝聚法如鈉的苯溶膠制備接真空泵液二．凝聚法

1.物理凝聚法2.化學凝聚法凡能有沉淀析出的化學反應都可能用來制備相應溶膠如水解反應制備Fe(OH)3溶膠 FeCl3+3H2O

Fe(OH)3

+3HCl二．凝聚法1.物理凝聚法2.化學凝聚法凡能有沉淀二．凝聚法

1.物理凝聚法2.化學凝聚法3.改變?nèi)軇┓?/p>

使溶解度驟變，如松香在乙醇中：溶水點擊此處演示水中：不溶溶膠二．凝聚法1.物理凝聚法2.化學凝聚法3.改變?nèi)?溶膠凈化

溶膠溶膠化學法制備的溶膠，往往含有過多的電解質(zhì)一定量電解質(zhì)是溶膠穩(wěn)定的必要條件過量電解質(zhì)使溶膠不穩(wěn)定1滲析法

普通滲析

半透膜電滲析水+–半透膜水水三.溶膠凈化溶膠溶膠化學法制備的溶膠，往往含有過多的電解三.溶膠凈化

2超慮法：小分子電解質(zhì)濾去，再用介質(zhì)重新分散減壓過濾加壓過濾真空泵壓縮空氣半透膜半透膜三.溶膠凈化2超慮法：小分子電解質(zhì)濾去，再用介質(zhì)重新四．均勻分散膠體

均勻分散膠體是粒子大小基本一致的膠體，有廣泛的應用

制備需滿足的條件：

(1)暴發(fā)性成核，使速率r晶核形成>>r晶體長大

(2)同步長大

應用：

(1)驗證基本理論

(2)理想的標準材料

(3)新材料

(4)催化劑性能的改進(5)制造特種陶瓷四．均勻分散膠體均勻分散膠體是粒子大小基本一致的膠體，有廣五.納米粒子和納米技術

納米粒子：尺度為1～100nm之間的粒子1.納米粒子的結構和特性(1)小尺寸效應(2)表面效應(3)量子尺寸效應(4)宏觀量子隧道效應2．納米粒子的制備方法基本方法與制備憎液溶膠雷同納米組裝材料的制備技術自組織技術模板合成法3．納米技術在藥學中的應用

五.納米粒子和納米技術納米粒子：尺度為1～100nm之第三節(jié)溶膠的動力性質(zhì)第三節(jié)溶膠的動力性質(zhì)第三節(jié)溶膠的動力性質(zhì)熱運動

擴散，布朗運動重力場

重力降沉和平衡離心力場

離心降沉和平衡電學性質(zhì)光學性質(zhì)動力性質(zhì)溶膠性質(zhì)第三節(jié)溶膠的動力性質(zhì)熱運動擴散，布朗運動重力場一.Browm運動與Einstein方程Browm運動：溶膠粒子在介質(zhì)中無規(guī)則運動一.Browm運動與Einstein方程Browm運動：溶一.Browm運動與Einstein方程Browm運動：溶膠粒子在介質(zhì)中無規(guī)則的運動原因：粒子受各個方向介質(zhì)分子的撞擊 撞擊的動量不能完全抵消而移動

分子熱運動的宏觀表現(xiàn)。Einstein公式：Brown運動平均位移的計算

x其關系：若在時間t內(nèi)觀察布朗運動位移，很容易在顯微鏡下觀察，由此可求得溶膠粒子半徑

一.Browm運動與Einstein方程Browm運動：溶二.擴散和滲透擴散：溶質(zhì)從高濃度（

大）向低濃度（

小）移動的現(xiàn)象。結果Gibbs能G

，熵S，是自發(fā)進行的過程。

擴散速度與濃梯關系

Fick第一定律mol

s–1

擴散系數(shù)面積濃度梯度1．擴散

擴散系數(shù)與Brown運動平均位移關系：二.擴散和滲透擴散速度與濃梯關系Fick第一定律m滲透壓：半透膜兩側的壓差

=p2–p1

平衡時兩側化學勢相等 可導出稀溶液的

=cRT (c:mol/m3)二.擴散和滲透2．滲透

滲透：溶劑通過半透膜（對溶質(zhì)不通透）向溶質(zhì)高濃度區(qū)移動的現(xiàn)象（對溶劑而言，濃度從高

低）溶劑溶液半透膜（只容許溶劑通過）滲透壓p1p2滲透壓

=p2–p1反滲透：施加外壓，使溶劑分子從溶液一側透過半透膜進入純?nèi)軇┮粋葷B透壓：半透膜兩側的壓差=p2–p1二.擴散和滲透2二.擴散和滲透例金溶膠濃度為2g

dm

3,介質(zhì)粘度為0.00lPa

s。已知膠粒半徑為1.3nm，金的密度為19.3

103kg

m

3。計算金溶膠在25

C時(1)擴散系數(shù),(2)布朗運動移動0.5mm的時間,(3)滲透壓。解

(1)擴散系數(shù)(2)二.擴散和滲透例金溶膠濃度為2gdm3,介質(zhì)粘二.擴散和滲透例金溶膠濃度為2g

dm

3,介質(zhì)粘度為0.00lPa

s。已知膠粒半徑為1.3nm，金的密度為19.3

103kg

m

3。計算金溶膠在25

C時(1)擴散系數(shù),(2)布朗運動移動0.5mm的時間,(3)滲透壓。解

(1)(2)(3)將濃度2g

dm

3轉換為體積摩爾濃度，mol

m-3

=cRT=0.01870

8.314

298.16=46.34Pa二.擴散和滲透例金溶膠濃度為2gdm3,介質(zhì)粘三.重力沉降與沉降平衡溶膠粒子在外力場定向移動稱沉降沉降

粒子濃集擴散

粒子分散粒子小，力場小

擴散粒子大或力場大

沉降擴散－沉降相當

平衡沉降與擴散是兩個相對抗的運動兩者對抗有三種形態(tài)三.重力沉降與沉降平衡溶膠粒子在外力場定向移動稱沉降沉降三.重力沉降與沉降平衡1.重力沉降重力場：不強的力場，粗分散系（>10–4m）可有明顯沉降平衡力：F沉

=F阻

F沉

=F重

–F浮=V

g–V

0g

F沉

F阻F阻=6

r

v

6

r

v

沉降速度沉降分析法，測v求粒徑r

(2)落球式粘度計，測v求

應用

三.重力沉降與沉降平衡1.重力沉降重力場：不強的力場，三.重力沉降與沉降平衡2.沉降平衡

如果粒徑不太大時平衡力：

F沉

=F擴

平衡濃度：F沉

F擴三.重力沉降與沉降平衡2.沉降平衡如果粒徑不太大時三.重力沉降與沉降平衡2.沉降平衡

平衡濃度：此式表明相同粒度r，h

，c

相同高度h，r

，c2/c1

小粒h1h2大粒h1c1h2c2三.重力沉降與沉降平衡2.沉降平衡平衡濃度：此式表明第四節(jié)溶膠的光學性質(zhì)第四節(jié)溶膠的光學性質(zhì)一．溶膠的光散射現(xiàn)象光通過分散系統(tǒng)時基本現(xiàn)象真溶液粗分散溶膠透明有色(補色)混濁乳光透射吸收反射散射吸收：取決于化學組成反射：粒徑>波長散射：粒徑<波長 小分子粒徑太小，散射光不明顯一．溶膠的光散射現(xiàn)象光通過分散系統(tǒng)時基本現(xiàn)象真溶液粗分散溶一．溶膠的光散射現(xiàn)象Tyndall效應現(xiàn)象：暗室中光線通過溶膠時形成的“光柱”成因：

二次光源散射是溶膠特有的現(xiàn)象入射光電磁場作用光線一．溶膠的光散射現(xiàn)象Tyndall效應現(xiàn)象：暗室中光線通過二．光散射定律

Reyleigh公式I散射光強度I0入射光強度

波長

粒子濃度(粒子數(shù)/體積)V單個粒子體積n1，n2粒子，介質(zhì)折光率二．光散射定律Reyleigh公式I散射光強度粒二．光散射定律

Reyleigh公式可見光400～700nm （蘭紅）從側面看溶膠，呈蘭色（散射）(2)

I

，粒子濃度越大，散射光越強 濁度法測定溶膠的濃度(3)

I

V，粒子體積越大，散射光越強 從乳光強度分布確定粒度分布

塵粒測定儀(4)

I與折光率差

n有關，

n越大，散射光越強 因此散射光是由于光學不均勻性引起的 大分子溶液單相，

n小，I就小波長越短，散射光越強(1) ，二．光散射定律Reyleigh公式可見光400～7三.溶膠的顏色吸收，與觀察方向無關散射，與觀察方向有關若吸收很弱，主要表現(xiàn)為散射，如AgCl，BaSO4溶膠：乳光若吸收較強，主要表現(xiàn)為其補色， 如Au溶膠（紅），As2S3溶膠（黃）粒子大小可改變吸收~散射相對比 如Au溶膠 高度分散時，吸收為主：紅 放置后粒子增大，散射為主：蘭二個因素三.溶膠的顏色吸收，與觀察方向無關若吸收很弱，主要表現(xiàn)為四.光學方法測定粒子大小1.超顯微鏡法

普通顯微鏡：明視野，分辯率10–7m，無法計數(shù)超顯微鏡：四.光學方法測定粒子大小1.超顯微鏡法普通顯微鏡：明四.光學方法測定粒子大小1.超顯微鏡法

普通顯微鏡：明視野，分辯率10–7m，無法計數(shù)超顯微鏡：四.光學方法測定粒子大小1.超顯微鏡法普通顯微鏡：明四.光學方法測定粒子大小1.超顯微鏡法

普通顯微鏡：明視野，分辯率10–7m，無法計數(shù)方法：計數(shù)：每mL中粒子數(shù)n稱重：每mL中粒子重量m計算：m=n

V

由此式計算r2.激光散射法3.電鏡暗視野，觀察散射光，一個粒子一個光點，可計數(shù) （用血球計數(shù)器）超顯微鏡：四.光學方法測定粒子大小1.超顯微鏡法普通顯微鏡：明第五節(jié)溶膠的電學性質(zhì)第五節(jié)溶膠的電學性質(zhì)一．電動現(xiàn)象1.電泳：膠粒在電場中運動泥土+–膠粒帶負電介質(zhì)帶正電2.電滲：介質(zhì)在電場中運動+–泥土半透膜一．電動現(xiàn)象1.電泳：膠粒在電場中運動泥土+–膠粒帶負電一．電動現(xiàn)象1.電泳：膠粒在電場中運動2.電滲：介質(zhì)在電場中運動3.流動電勢：使介質(zhì)移動，產(chǎn)生電場4.沉降電勢：使膠粒移動，產(chǎn)生電場電動現(xiàn)象說明：溶膠質(zhì)點與介質(zhì)分別帶電，在電場中發(fā)生移動，或移動時產(chǎn)生電場一．電動現(xiàn)象1.電泳：膠粒在電場中運動2.電滲：介質(zhì)在二.帶電原因2.電離帶電如硅酸溶膠H2SiO3

（不同pH時）3.同晶置換如晶格中高價離子被低價離子置換而帶負電1.吸附帶電非選擇性吸附：選擇性優(yōu)先吸附

Fajans法金斯規(guī)則：難溶鹽晶體的溶膠，優(yōu)先吸附與其成分相同的離子HSiO3–+H+

HSiO2++OH–吸附介質(zhì)中H+，OH–或其它一般陽離子水化能力強，不易吸附懸浮粒子往往吸附陰離子而帶負電4.摩擦帶電非水介質(zhì)中無電離，質(zhì)點與介質(zhì)摩擦帶電二.帶電原因2.電離帶電如硅酸溶膠H2SiO33.三.溶膠表面雙電層理論1.平板雙電層（Helmholtz模型）模型過于簡單不能區(qū)別表面電勢與電動電勢三.溶膠表面雙電層理論1.平板雙電層（Helmholtz三.溶膠表面雙電層理論反離子排布

形成內(nèi)多外少的擴散狀分布 (符合Boltzman分布)靜電吸力，向內(nèi)集中熱運動，向外擴散

0電位距離x反離子定位離子滑動面2.擴散雙電層（Gowy-Chanman模型）

三.溶膠表面雙電層理論反離子排布形成內(nèi)多外少的擴散狀分布第八章完整溶膠課件三.溶膠表面雙電層理論反離子排布

形成內(nèi)多外少的擴散狀分布 (符合Boltzman分布)兩者分界面稱滑動面電動電勢滑動面處電勢靜電吸力，向內(nèi)集中熱運動，向外擴散膠體粒子移動時近端反離子跟隨移動遠端反離子不跟隨移動

0電位距離x

反離子定位離子滑動面

滑動面2.擴散雙電層（Gowy-Chanman模型）

三.溶膠表面雙電層理論反離子排布形成內(nèi)多外少的擴散狀分布三.溶膠表面雙電層理論距離x3.吸附擴散雙電層（Stern模型）

是前二種模型的結合定位離子

0

0

反離子定位離子滑動面

擴散層

dStern面滑動面內(nèi)離子

滑動面外離子

0stern層平板層反離子

d電解質(zhì)對雙電層影響三.溶膠表面雙電層理論距離x3.吸附擴散雙電層（Ster三.溶膠表面雙電層理論電解質(zhì)對雙電層影響

(1)外加電解質(zhì)，反離子進入stern層和擴散層 結果：

d

，

，雙電層厚度

(2)過量反離子可使

d電勢反轉(3)同號大離子（如表面活性劑）吸附，可使

d>

x過量反離子x吸附同號大離子Stern模型在數(shù)學定量處理上還有困難，一般仍用擴散雙電層模型處理，只是用

d代替

0

0

d

0

d三.溶膠表面雙電層理論電解質(zhì)對雙電層影響(1)外加電解膠團結構式：[(膠核)m

n定位離子

（n–x）內(nèi)反離子]

x外反離子四.膠團結構定位離子按Fajans規(guī)則確定定位離子Stern面滑動面膠核吸附層擴散層膠粒膠團膠團結構式：[(膠核)mn定位離子（n–x）內(nèi)反離子]四.膠團結構例1Fe(OH)3溶膠

結構式：例2AgI溶膠制備1：AgNO3+KI(過量)

AgI+KNO3

結構式：[(AgI)m

制備2：AgNO3(過量)+KI

AgI+KNO3

結構式：[(AgI)m

制備：FeCl3+H2O

Fe(OH)3+H++Cl–Fe(OH)3(部分)+H+

FeO++H2O[(Fe(OH)3)m

nFeO+

(n-x)Cl–]

xCl–K++I–

nI–

(n-x)K+]

xK+（負溶膠）Ag++NO3–

nAg+

(n-x)NO3–]

xNO3–

（正溶膠)四.膠團結構例1Fe(OH)3溶膠結構式：例2A五.電泳的測定溶膠電動電勢的大小決定其在電場中運動速度，因而可通過測定電泳速度求得平衡力：

F阻=F電

F電=q

E（電量

電場強度）F阻=6

r

v

qE=6

r

v

F電F阻球形帶電體表面電勢

與電量q關系：

0真空介電常數(shù)=8.82

10–12C2

m–2

N–1

r相對介電常數(shù)（無單位），水

r=81rq1.電泳速度求算電動電勢五.電泳的測定溶膠電動電勢的大小決定其在電場中運動速度，因五.電泳的測定球形帶電體表面電勢

與電量q關系：

動電位計算式：

受粒子大小和形狀的影響球形較大，或平板形，或棒形作校正v：電泳速度（m/s）E：電場強度（V/m）五.電泳的測定球形帶電體表面電勢與電量q關系：五.電泳的測定2.電泳實驗方法界面移動電泳：觀測溶膠界面在電場中的移動顯微電泳：顯微鏡下直接對粒子的運動進行測定+–dPt電極溶膠輔助液五.電泳的測定2.電泳實驗方法界面移動電泳：顯微電泳：+第六節(jié)溶膠的穩(wěn)定性和聚沉作用第六節(jié)溶膠的穩(wěn)定性和聚沉作用一、膠體穩(wěn)定性穩(wěn)定溶膠的因素：動力穩(wěn)定性（擴散力）：擴散，Brown運動，有利穩(wěn)定 粒徑越小、介質(zhì)粘度越大，越使溶膠穩(wěn)定2.表面帶電（靜電斥力）： 帶電后的電性斥力，是溶膠穩(wěn)定的主要原因3.溶劑化（水化膜斥力

）：降低表面能，有利穩(wěn)定4.添加高分子保護熱力學因素：高分散度，比表面能大，有自發(fā)聚集傾向

一、膠體穩(wěn)定性穩(wěn)定溶膠的因素：動力穩(wěn)定性（擴散力）：擴散，二、溶膠的聚沉電解質(zhì)影響溶膠電性，溶膠對其十分敏感適量電解質(zhì)是溶膠穩(wěn)定必要條件適量定位離子使溶膠荷電而穩(wěn)定（制備時不可凈化過度）過多電解質(zhì)使溶膠發(fā)生聚沉聚沉原因：反離子壓縮雙電層，使

d

，

，

=0時最不穩(wěn)定聚沉值：使溶膠聚沉所加的電解質(zhì)的最低濃度不同電解質(zhì)聚沉能力(聚沉值)不同，其規(guī)律聚沉：溶膠聚結沉降現(xiàn)象1．電解質(zhì)對溶膠穩(wěn)定性的影響二、溶膠的聚沉電解質(zhì)影響溶膠電性，溶膠對其十分敏感適量二、溶膠的聚沉聚沉值：使溶膠聚沉所加的電解質(zhì)的最低濃度不同電解質(zhì)聚沉能力不同，可用聚沉值來衡量，其規(guī)律有(1)反離子：價數(shù)：1價:2價:3價=同價：水化半徑越小，越易靠近質(zhì)點，聚沉能力越強(2)同號離子：對溶膠有穩(wěn)定作用，價數(shù)越高作用越強(3)有機化合物的離子：通常有強吸附能力，有很強的聚沉能力(4)不規(guī)則聚沉：溶膠對高價反離子強烈吸附的結果

2．溶膠的相互聚沉作用1．電解質(zhì)對溶膠穩(wěn)定性的影響帶相反電荷的溶膠互相混合發(fā)生聚沉二、溶膠的聚沉聚沉值：使溶膠聚沉所加的電解質(zhì)的最低二、溶膠的聚沉(1)保護作用：有足量的大分子化合物

原因：高分子覆蓋溶膠表面可起保護作用應用：如墨汁，油漆，照相乳劑(2)絮凝作用：少量大分子化合物

原因：大分子的搭橋效應、脫水效應、電中和效應應用：如污水處理，選礦，土壤改造，造紙優(yōu)點：效率高，絮塊大，沉降快，具選擇性停靠基團穩(wěn)定基團3．大分子化合物的作用絮凝：疏松的棉絮狀沉淀二、溶膠的聚沉(1)保護作用：有足量的大分子化合物原三.溶膠穩(wěn)定的DLVD理論(1)VanderWalls引力（遠程力）(2)靜電斥力（近程力）兩者總結果，形成能壘，是溶膠的穩(wěn)定點H勢能VVb1.膠粒之間的作用力和勢能曲線三.溶膠穩(wěn)定的DLVD理論(1)VanderWall三.溶膠穩(wěn)定的DLVD理論(1)溶膠穩(wěn)定性原因：需克服勢壘(2)表面電勢對穩(wěn)定性影響H勢能VVb2．DLVO理論對溶膠穩(wěn)定性的解釋勢壘Vb：15~20kJ

mol

1

增加表面電勢，斥力勢能

，勢壘高度

，有利于穩(wěn)定(3)電解質(zhì)對穩(wěn)定性影響過量電解質(zhì)壓縮雙電層，

值

，斥力勢能

，不利于穩(wěn)定(4)反離子價數(shù)對穩(wěn)定性影響總勢能V=0時電解質(zhì)的濃度c與其價數(shù)z的關系：熱運動：常溫下，3.7kJ

mol

1

三.溶膠穩(wěn)定的DLVD理論(1)溶膠穩(wěn)定性原因：需克服勢第七節(jié)乳狀液、泡沫和氣溶膠第七節(jié)乳狀液、泡沫和氣溶膠一、乳狀液鑒別類型方法:稀釋法：能被水相稀釋，為O/W型；能被油相稀釋，為W/O型染色法：外相被油性染料染色，為W/O型； 外相被水性染料染色，為O/W型；電導法：電導大，為O/W型；電導小，為W/O型 類型：水包油（O/W）、油包水（W/O）

1．乳狀液的類型乳狀液：不相溶的液體相互分散形成的系統(tǒng)

內(nèi)相：被分散相 外相：分散介質(zhì)水油水油一、乳狀液鑒別類型方法:稀釋法：能被水相稀釋，為O/W型一、乳狀液 ——穩(wěn)定乳劑(1)降低界面張力：處于較低能量狀態(tài)(2)形成界面膜：形成一定機械強度(3)形成雙電層：電性斥力(4)固體粉末的穩(wěn)定作用：形成良好界面膜 2．乳化劑的作用一、乳狀液 ——穩(wěn)定乳劑2．乳化劑的作用一、乳狀液(1)乳化劑的界面張力：

膜－水大，膜向水相彎曲，易形成W/O型

膜－油大，膜向油相彎曲，易形成O/W型(2)乳化劑的溶解度 油水分配系數(shù)大，易形成O/W型 油水分配系數(shù)小，易形成W/O型