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1、第八章胶体化学,物理化学,8.1 胶体的概念与性质,1. 分散系统,分散系统:一种或几种物质分散在另一种物质中所构成的系统,分散质: 被分散的物质，又称为分散相,分散介质: 呈连续分布的起分散作用的物质,按分散相粒子大小分类：（1）粗分散系 ：106m 包括悬浊液、乳浊液（2）胶体分散系： 109 106m 包括溶胶、高分子溶液、胶束（3）分子分散系： c2,由于分子的热运动和胶粒的Brown运动，可以观察到胶粒从c1区向c2区迁移的现象，这就是胶粒的扩散作用。,沉降与沉降平衡,溶胶是高度分散系统，胶粒一方面受到重力吸引而下降，另一方面由于Brown运动促使浓度趋于均一。,当这两种效应相反的力
2、相等时，粒子的分布达到平衡，粒子的浓度随高度不同有一定的梯度，如图所示。,这种平衡称为沉降平衡,这就是高度分布公式,粒子质量愈大，其平衡浓度随高度的降低亦愈大。,4. 胶体的电学性质,带电界面的双电层结构,处在溶液中的带电固体表面, 主要由于静电吸引力的存在, 必然要吸引等电量的异电离子(或反离子)环绕在固体周围, 这样便在固液两相之间形成双电层,在溶液中固液界面层上往往呈现带电现象, 其原因可能有:,吸附：固体表面从溶液中有选择地吸附某种离子而带电电离：固体表面上的物质粒子, 在溶液中发生电离,双电层电容器模型(1879年亥姆霍兹),扩散双电层模型 (1909年古依-查普曼),斯特恩双电层模
3、型(1924年Stern),双电层结构,正负离子整齐地排列于界面层的两侧, 电荷分布情况就如同平行板电容器.,双电层电容器模型(1879年亥姆霍兹),扩散双电层模型 (1909年古依-查普曼),溶液中的反离子因为热运动应呈扩散状态分布在溶液中, 而不是整齐地排列在一个平面上.,紧靠固体表面, 过剩负离子浓度最大, 相应的固体表面上的电势即为热力学电势0 . 随着离开固体表面愈远, 过剩负离子浓度降低, 电势也逐渐减小, 直到过剩负离子浓度为零, 电势也为零.,斯特恩双电层模型(1924年Stern),认为溶液一侧的带电层应分为紧密层和扩散层两部分,紧密层: 当溶液中某些离子受到足够大的静电吸引
4、力, 范德华力或特性吸附力, 就会使这些离子紧密吸附在固体表面上, 以至在外电场作用下, 吸附层也随固体粒子一齐运动,斯特恩面: 离子不再视为点电荷而考虑其体积, 当它们被吸附时, 离子中心距固体表面的距离约为水化离子的半径, 这些水化离子的中心线所连成的假想面称为斯特恩面,扩散层: 斯特恩面与固体表面之间的空间为斯特恩层(即紧密层), 斯特恩面至溶液本体电势为零处之间的空间称为扩散层.,滑动面: 指固液两相发生相对移动的界面, 在斯特恩面之外, 与固体表面距离约为分子大小的数量级, 一旦固液两相发生相对移动时便显露出来. 滑动面是凹凸不平的曲面. 滑动面两侧离子达到吸附和解吸的动态平衡,紧密
5、层:离子紧密吸附在固体表面扩散层：斯特恩面至溶液本体斯特恩面: 水化离子的中心线,滑动面: 固液两相相对移动的界面,热力学电势由固体表面至溶液本 体间的电势差0 .斯特恩电势由紧密层与扩散层之间的界面至溶液本体间的电势差 . 电势(流动电势)滑动面至溶液本体间的电势差,胶体粒子的结构,胶核: 由分子, 原子或离子形成的固态微粒及其吸附的离子所组成的部分. 胶核因含有吸附离子而带电,胶体粒子: 滑动面所包围的带电体, 包括胶核及一部分被吸附的反离子,胶团: 整个扩散层及其所包围的电中性体, 包括胶体粒子和扩散层中的那部分过剩反离子,胶核吸附离子是有选择性的，首先吸附与胶核中相同的某种离子，用同离
6、子效应使胶核不易溶解。 若无相同离子，则首先吸附水化能力较弱的负离子，所以自然界中的胶粒大多带负电，如泥浆水、豆浆等都是负溶胶。,例1：AgNO3 + KIKNO3 + AgI 过量的 KI 作稳定剂 胶团的结构表达式 ：,(AgI)m n I (n-x)K+x xK+ |_| |_|,胶团构造示意图,例2：AgNO3 + KIKNO3 + AgI 过量的 AgNO3 作稳定剂 胶团的结构表达式：,(AgI)m n Ag+ (n-x)NO3x+ x NO3 |_|_|,胶团构造示意图,电动现象,电泳,在外加电场作用下，胶体粒子在分散介质中定向移动的现象称为电泳。,电渗,在外加电场作用下，分散介
7、质的定向移动现象称为电渗。,指在电场作用下液体(通常是水)相对于和它接触的固定的固体相作相对运动的现象,由于胶粒带电，而溶胶是电中性的，则介质带与胶粒相反的电荷。在外电场作用下，胶粒和介质分别向带相反电荷的电极移动，就产生了电泳和电渗的电动现象，这是因电而动。,与电渗现象相反的作法是加压力使液体流过毛细管或多孔性物质，则在毛细管或多孔性物质两端产生电位差流动电势，是电渗的反过程。液体流动产生电(Quincke发现)。,流动电势,沉降电势,胶粒在重力场作用下发生沉降而产生电位差（Dorn效应),带电的介质发生流动，则产生流动电势。质点运动产生沉降电势,以上四种，均为分散相和分散介质的相对移动的有
8、关电现象电动现象。,8.2 无机胶体系统,构成分散相的物质为无机化合物的颗粒或者晶体,制备方法,分散法,凝聚法,机械研磨法,超声波分散法,胶溶法,电弧法,物理凝聚法,化学凝聚法,无机胶体的稳定性和聚沉作用,溶胶的稳定性,溶胶-高分散、多相不均匀性 、不稳定,溶胶能相对稳定存在的原因,胶粒的布朗运动使溶胶不致因重力而沉降，即动力学稳定性。,胶团双电层结构的存在，胶粒都带相同的电荷，相互排斥，不易聚沉。,胶团双电层中反离子的水化作用使得胶粒的外面有一层水化膜，阻止了胶粒的互相碰撞而结合变大。,影响溶胶稳定性的因素,2. 浓度的影响。 浓度增加，粒子碰撞机会增多,3. 温度的影响。 温度升高，粒子碰
9、撞机会增多，碰撞强度增加,4. 胶体体系的相互作用。 带不同电荷的胶粒互吸而聚沉,1. 外加电解质的影响。 这影响最大，主要影响胶粒的带电情况，使电位下降， 促使胶粒聚结,溶胶的聚沉,电解质的聚沉作用,当电解质的浓度足够大, 部分反粒子进入紧密层，而使电势降低, 扩散层变薄, 胶粒之间静电斥力减小而导致聚沉，则称为聚沉剂。,聚沉胶体中的分散相微颗粒相互聚结合并，颗粒变大，进而产生沉淀的现象,在溶胶中加入少量电解质，可以使胶粒吸附的离子增加，电势提高，增加溶胶的稳定性，称为稳定剂。,使一定量的溶胶在一定时间内完全聚沉所需电解质的最小浓度（mmol.dm-3）。从已知的表值可见，对同一溶胶，外加电解质的离子价数越低，其聚沉值越大。,是聚沉值的倒数。聚沉值越大的电解质，聚沉能力越小；反之，聚沉值越小的电解质，其聚沉能力越强。,聚沉值,聚沉能力,不同电解质的聚沉值 (mmol/dm3),LiCl 58.4 NaCl 51 KCl 501/2 K2SO4 65 HCl 31 CaCl2 0.65 BaCl2 0.69 MgSO4 0.801/2Al2(SO4)3 0.096 AlCl3 0.093,负溶胶(As2S3),正溶胶(Al2O3),NaCl 43.5KCl 46KNO3 60K2SO4 0.30K2Cr2O7 0.63K2C2O4 0.69K3Fe(CN)6 0.08,
