化学基本原理

《化学基本原理》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化学基本原理（90页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第四章第四章第四章第四章胶体化学胶体化学胶体化学胶体化学胶体系统的光胶体系统的光学性学性质质胶体系统的光胶体系统的光学性学性质质胶体系统的动力性质胶体系统的动力性质胶体系统的动力性质胶体系统的动力性质胶体系统的电学性质胶体系统的电学性质胶体系统的电学性质胶体系统的电学性质憎液溶胶胶团结构憎液溶胶胶团结构憎液溶胶胶团结构憎液溶胶胶团结构憎液溶胶稳定的憎液溶胶稳定的憎液溶胶稳定的憎液溶胶稳定的DLVODLVO理论理论理论理论憎液溶胶的聚沉憎液溶胶的聚沉憎液溶胶的聚沉憎液溶胶的聚沉乳状液乳状液乳状液乳状液胶体分散系统胶体分散系统胶体分散系统胶体分散系统胶体的制备胶体的制备胶体的制备胶体的制备影响乳状

2、液稳定性的因素影响乳状液稳定性的因素影响乳状液稳定性的因素影响乳状液稳定性的因素乳化剂的选择乳化剂的选择乳化剂的选择乳化剂的选择乳状液的变形与破坏乳状液的变形与破坏乳状液的变形与破坏乳状液的变形与破坏微乳状液微乳状液微乳状液微乳状液泡沫泡沫泡沫泡沫胶体化学的发展简史-胶体化学是一门古老而又年轻的学科? 祖先制造陶器、汉朝利用纤维造纸、后汉发明墨 水、豆腐制作等等 ? 古埃及利用木材浸水膨胀来破裂山岩 ? 1777年瑞典化学家做木炭吸附气体的实验 ? 1809年俄国化学家发现土粒的电泳现象 ? 1829年英国植物学家BROWN观察花粉的布朗运动 ? 1861年胶体化学作为一门学科，创始人英国科学

3、家 Thomas Graham ? 1907年 第一本胶体化学专门刊物胶体化学和工业 杂志创刊；（胶体化学真正作为一门独立学科） ? 国内目前尚无一本正式出版的胶体与界面化学杂志一杯泥土放入水中一杯泥土放入水中泥沙泥沙+浑浊的小土粒浑浊的小土粒 （底部）（底部）土中的盐类土中的盐类 形成真溶液形成真溶液既不下沉、也不溶解的既不下沉、也不溶解的 极为微小的土壤颗粒极为微小的土壤颗粒 称为胶体颗粒称为胶体颗粒胶体：粒子的线度在胶体：粒子的线度在1-100nm (10-7-10-9m)之间的分散体系。之间的分散体系。1. 什么是胶体？什么是胶体？4-1 胶体分散系统胶体分散系统国际纯粹化学与应用化学

4、联合会（国际纯粹化学与应用化学联合会（IUPAC）? 分散体系分散体系是指一种或几种物质以一定的分散度 分散在另一种物质中形成的体系。 ? 以颗粒分散状态存在的不连续相称为分散相分散相； 而连续相称为分散介质分散介质。2. 分散体系，分散相，分散介质分散体系，分散相，分散介质分散体系分散体系真溶液体系：真溶液体系：颗粒线度小于1nm，如氯化 钠溶液等。胶体体系：胶体体系：颗粒线度为11000nm，如金 溶胶、微乳液等。粗分散体系：粗分散体系：颗粒线度大于1000nm，如悬 浮液，乳浊液、泡沫等。分散体系按线度大小的分类分散体系按线度大小的分类分散体系粒子的线度实例分子分散10-7m牛奶，豆浆胶

5、体化学胶体化学(colloid chemistry) 研究胶体和粗分散系统的科学。3. 胶体化学研究的三个领域胶体化学研究的三个领域胶体分散系统胶体分散系统（分散质或分散相的质点大小在（分散质或分散相的质点大小在1-1000nm之间）之间）溶胶和粗分散体系溶胶和粗分散体系（憎液胶体）（憎液胶体）胶束溶液胶束溶液（缔合胶体）（缔合胶体）大分子溶液大分子溶液（亲液胶体）（亲液胶体）多相，高度分散，均相，高度分散，均相，高度分散， 热力学不稳定体系； 热力学稳定体系；热力学稳定体系；(1) 亲液溶胶（也称为高分子溶液）亲液溶胶（也称为高分子溶液）：如蛋白质水溶液、 淀粉水溶液、聚乙二醇水溶液等一些高

6、分子溶液。被分散 的物质与水或其它溶剂具有很强的亲和力的胶体分散体 系。是均相系统，真溶液，热力学稳定系统。故高分子溶 液已逐渐从胶体化学中分离出来，形成独立的学科。(2) 憎液溶胶（一般胶体体系）：憎液溶胶（一般胶体体系）：被分散的物质与水或 其它溶剂具有的憎水特性的胶体分散体系。如金溶胶、 AgI或Fe(OH)3溶胶等常见的胶体体系。亲液溶胶与憎液溶胶亲液溶胶与憎液溶胶胶体系统按聚集状态分类（胶体系统按聚集状态分类（8类）类）分散介质 分散相名称实例固溶胶气溶胶液溶胶(泡沫)肥皂泡沫 (乳状液)含水原油，牛奶 (悬浮液)泥浆、油墨浮石、泡沫塑料 珍珠 某些合金、染色塑料雾、油烟 粉尘、烟液

7、气 液 固固气 液 固液 固气胶体分散体系的这些特点又是产生其它性质的依据：多相、高度分散、热力学不稳定系统多相、高度分散、热力学不稳定系统 （A大，大，G大，自动聚沉可减小大，自动聚沉可减小G）。）。4. 胶体分散体系的主要特点胶体分散体系的主要特点溶胶的性质溶胶的性质光学性质光学性质运动性质运动性质流变性质流变性质电学性质电学性质粗分散 体系胶体 体系分子分 散体系分散法分散法凝聚法凝聚法1. 分散法分散法利用机械设备利用机械设备,将粗分散得物料分散成胶体将粗分散得物料分散成胶体.分散过分散过程需要耗费大量机械功或电功程需要耗费大量机械功或电功.(1) 胶体磨胶体磨(2) 气流粉碎机气流粉

8、碎机(喷射磨喷射磨)(3) 电孤法电孤法4-2 胶体体系的制备胶体体系的制备1. 胶体体系的制备胶体体系的制备2. 凝聚法凝聚法(1)物理凝聚法物理凝聚法将蒸汽状态或溶解状态的物质凝聚为胶体离子将蒸汽状态或溶解状态的物质凝聚为胶体离子. 如蒸气凝聚法、过饱和法(改变溶剂或冷却)。(2) 化学凝聚法化学凝聚法 (利用生成不溶物质的化学反应,控制析晶 过程,使晶粒大小停留在胶核尺度的阶段从而得到溶胶.)1）如Fe(OH)3胶体制备：HCl3)OH(FeOH3FeCl323+沸水，搅拌Fe(OH)3(红棕色)微小晶体选择吸附Fe3+可形 成带正电荷的胶体粒子。2）如As2O3胶体制备：33232As

9、O2HOH3OAs+饱和溶液OH6SsAAsO2H232SH 332+通入因HS-为稳定剂(H2S过量), As2O3(淡黄色)选 择吸附HS-,因此胶粒带负电.溶胶的净化：除去过多的电解质，使胶体稳 定、不聚沉。但不能使电解质全部除去，否则 胶体在没有带电情况下也会容易聚沉。溶胶的净化的常用方法：渗析法。溶胶的净化的常用方法：渗析法。渗析法：利用胶体粒子不能透过半透膜的特点， 分离出溶胶中多余的电解质或其它杂质。半透膜有：羊皮纸、动物的膀胱膜。实验室中常 用火棉胶制作的半透膜。2. 溶胶的净化溶胶的净化1. 丁达尔效应丁达尔效应将一束光投射到胶体离子上，会有:光透射光散射光4-3 胶体体系的

10、光学性质胶体体系的光学性质丁达尔现象丁达尔现象（Tyndall)一束波长大于溶胶分散相粒子 尺寸的入射光照射到溶胶系统，可发生散射现象,在与入 射光垂直的方向上可观察到一个发光的光柱(光锥)，这种 现象称为丁达尔效应。溶胶丁达尔现象透镜光源丁达尔效应丁达尔现象实质是光的散射。丁达尔现象又称乳光现象。22 2 24 00,2 (/)(1 cos)(/)B x osmTn dn dck TcI Irc=+2. 雷利公式雷利公式022 2 022 022422 I )cos1 ()n2nnn(l2cV9I+ =当入射光为非偏振光时，单位体积液溶胶的散光强度为:从雷利公式可看出：(1) 散射光强度与粒

11、子体积的平方成正比。真溶液散射光 强很小，粗分散体系的粒子尺寸远大于入射光波长因而 不能产生乳光效应。只有胶体系统具有明显的丁达尔现 象,这是胶体系统区别于其它分散体系的特征.(2) 散射光强度与入射光波长的4次方成反比，波长越短其 散射光越强。自然白光中，蓝、紫色光波长最短，散射光最强，红 光散射最弱。因此会出现蓝蓝的天空、朝霞和晚霞等自然 现象。(3) 分散相与分散介质的折射指数相差越大，散射光越 强。因憎溶胶的折射指数相差较大、而高分子真溶液折射 指数相差较小，所以憎溶胶的丁达尔现象显著而高分子真 溶液的丁达尔现象很弱。(4) 散射光强度与粒子的浓度成正比。浊 度计就是根据这一原理设计的

12、。乳光(浓溶胶的散射光)强度又称浊度。跳转3. 显微镜原理显微镜原理光学显微镜电子显微镜1828年植物学家布朗在显微镜下观察到了悬浮于 水中的花粉粒子处于不停的,无规则的运动状态. 此后又发现凡是线度小于410-6m的粒子,在分散 介质中皆呈这种运动,称为布朗运动.4-4 胶体体系的动力学性质胶体体系的动力学性质布朗运动演示布朗运动演示1. 布朗运动布朗运动布郎运动布郎运动 溶胶中的分散相粒子由于受到来自四面八 方的做热运动的分散介质的撞击而引起的无规则的运动。每隔相等的时间,在超显微镜下观察一个粒子的空间运 动在平面上的投影,可以看出胶体粒子是无序运动的.布朗运动的实质布朗运动的实质是溶剂分

13、子热运动，是分子热 运动的必然结果。爱因斯坦-布朗运动 平均位移：2/1)rL3RTt(x=2. 扩散扩散扩散扩散在有浓度梯度存在时，物质粒子因 热运动而发生宏观上的定向迁移的现象。2/1)rL3RTt(x=结合斯托克斯公式结合斯托克斯公式 (D的定义式的定义式)=rL6RTD得得2/12/12/1)Dt2() t2rL6RTt()rL3RTt(x=2/(2 )Dxt=此式给出了测定扩散系数D的方法,即在一定时间t 内,观测粒子的平均位移,可求出D值.3. 沉降与沉降平衡沉降与沉降平衡沉降沉降多相分散体系中的物质粒子，因 受重力作用而下沉的过程。含有大小不等三种粒子及混合多极分散体系的沉降含有

14、大小不等三种粒子及混合多极分散体系的沉降-扩散平衡扩散平衡因粒子受重力作用下沉时出现浓度差，必然导致 反方向的扩散作用。当扩散速率等于沉降速率 时，体系达到沉降平衡沉降平衡。在达到沉降平衡时)hh)(1 (RTMg ccln12 012=M为物质粒子的摩尔质量。此公式也可以应用于不同高度处大气压力的计算此公式也可以应用于不同高度处大气压力的计算.2 21 1ln()pMghhpRT= M为空气的平均摩尔质量2910-3 kg/mol例如,298.15K时,在大气层中氧气的浓度(或分压)下降 一半所需要的高度差为:3ln28.314 298.15ln25.47332 109.81RThmmMg

15、=在外电场作用下，胶体粒子与分散介质所形成在外电场作用下，胶体粒子与分散介质所形成 的固的固-液两相可发生相对移动液两相可发生相对移动;另外另外,在外力作用下在外力作用下,使固使固-液两相可发生相对移液两相可发生相对移 动时又可以产生电势差动时又可以产生电势差;这两类相反的过程称为电动现象这两类相反的过程称为电动现象.4-5 胶体体系的电学性质胶体体系的电学性质1. 胶体分散系的电动现象胶体分散系的电动现象（1）电泳）电泳在外加电场作用下，带电的分散相粒子在 分散介质中向相反符号电极移动的现象。+电泳（2）电渗）电渗在外加电场作用下，分散介质(由过剩 反离子所携带)通过多孔膜或极细的毛细管移动的现 象(此时带电的固相不动)+ + + + + + + + + + + + + + + + +电渗气体V压力毛细管流动电势（3）流动电势）流动电势 在外加压力下，迫使液体 流经相对静止的固体表面(如毛细管)而产生 的电势叫流动电势流动电势(它是电渗的逆现象)。（4）沉降电势）沉降电势 由于固体粒子或液滴在分散介 质中沉降使流体的表面层与底层之间产生的电势 差叫沉降电势沉降电势(它是电泳的逆现象)。沉降电势+V由于带电质点在某一固体表面存在静 电作用和热运动而产生扩散双电层.2. 扩散双电层理论扩散双电层理论(简介简介)+ + +-+ +Surface charge-Ion of oppos