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1、 物理化学() PHYSICAL CHEMISTRY(24)第十二章 胶体化学简介Introduction of colloid chemistry12.1 分散系统和胶体 ( dispersed system and colloid) 一种或多种物质分散在另一种物质中所构 成的系统称为分散系统。前者称为分散相，后 者称为分散介质。分散系统的分类：分散系统均相分散系统 (溶液、气体混合物）多相分散系统粗分散系统(d 10-7m)胶体( 10-7m d 10-9 m)胶体溶胶（sol) 大分子溶液(亲液溶胶）（憎液溶胶） 憎液溶胶的基本特征：高度的分散性， 多相性， 热力学不稳定性12.2 溶胶
2、的动力性质Dynamic properties of sol 1. 布朗运动(Brownian motion ,1827)胶体粒子由于分散介 质分子的撞击而引起的不 规则运动。vEinstein 方程(球形粒子运动公式)X : 时间t 内粒子沿 x 方向移动的平均距离 r : 粒子的半径 : 分散介质的粘度 L: Avogadro常数2 . 扩散(Diffusion )由于布朗运动的存在,当溶胶中的胶粒存 在浓度梯度时,就会发生扩散.Ficks first law dm/dt : 扩散速率(单位时间通过某一截面的胶粒的质量) D : 扩散系数(单位浓度梯度下在单位时间内通过单位面积截面的胶粒的
3、质量)A : 胶粒扩散通过截面的面积 dc/dx : 在 x 方向上的浓度梯度Ficks Second law(适用于球形粒子)3. 沉降与沉降平衡(sedimentation and sedimentation equilibrium)当溶胶中粒子的密度 大于分散介质的密度 时,在重力作用下,就 会发生沉降.从而产生由下而上的 浓度梯度fwfd当作用于粒子上的重力 fw 与扩散力fd 相等时,溶胶的浓度梯度不再随时 间而变,称系统达到了沉降平衡。fwh1h2溶胶中的粒子在高度h 处的重力势能r：粒子半径 粒子，介质：分别为粒子和介质 的密度 Boltzmann 分布定律：溶胶粒子随高度的分布
4、公式在粗分散系统中,当扩散力不足以抗衡重力时, 粒子将发生沉降。当沉降速率达一定值时，重 力与阻力相等，此时沉降速率为：应用： 落球式粘度计 沉降分析扭力天平wt4.渗透压n: 溶胶中所含胶粒的摩尔数。 V: 溶胶的体积 一般溶胶的渗透压大分子溶液的渗透压Virial 方程B2、 B3 virial 系数。 c：kg/m3 /c 对c作图，由截距可得分子量M （或数均分子量） 聚电解质的渗透压-Donnan 平衡 天然的生物聚合体大多是聚电解质PXz P z+ +zX-P- (c1) Cl- (c2) Na+ (zc1) Na+ (c2)P- (c1) Cl- (c2-x) Na+ (zc1+
5、x) Na+ (c2-x) Cl- (x)内 （膜） 外渗透平衡时为了保持电中性c： 蛋白质浓度 g ml-1 M: 蛋白质分子量 y： 膜内Na+的浓度12.3 胶体的电学性质Electric properties of colloid 1. 电动现象(1) 电泳(electrophoresis)(+) (-)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(2) 电渗(electro-osmosis)粘土(+) (-)在外加电场作用下， 分散介质的定向移动现 象称为电渗。在外加电场作用下， 分散相和分散介质的相 对移动现象统称为电动 现象。2. 胶粒的带电特征(1) 吸附由
6、于胶粒颗粒度小,具有巨大的表面能,因此 有吸附分散介质中的离子,以降低其表面能的趋 势。Fajans Rule具有与胶粒化学组成相同的离子优先被吸附。例： AgNO3 + KI AgI + KNO3若 AgNO3过量，则AgI胶粒吸附Ag 而带正电若 KI过量，则AgI胶粒吸附I 而带负电。(2) 电离SiO2 溶胶表面水解SiO2 H2O H2SiO3 若溶液显酸性H2SiO3 HSiO2+ + OH-OH进入溶液，而使胶粒带正电 若溶液显碱性H2SiO3 HSiO3+ + HH进入溶液，而使胶粒带负电 3. 胶粒的双电层结构Helmholtz 平板电容器理论+ + + + + +_ _ _
7、 _ _ _GouyChapman 扩散双电层模型 +_ _ _ _ _ _ 紧密层扩散层电势Stern扩散双电层模型 反号离子溶剂分子扩散层紧密层（Stern层）滑移界面（Stern面）扩散双电层模型胶粒表面吸附离子反号离子紧密层 扩散层(离子和溶剂化分子）电势：胶粒表面滑移界面处的电势。胶粒表面热力学电势和电动电势（电势） 的区别： 发生在不同的部位； 大小不同，一般情况下电势只是热力学 电势的一部分，其绝对值小于。 只取决于被吸附的离子和溶胶中的反号离子的活度,而电势的值还与溶胶中外加电解质有关。当溶胶中有外加电解质存在时，可使紧密层中反粒子浓度增加，扩散层变薄， 电势的绝对值减小，甚至
8、变为零或相反的值。 胶粒的电泳速率与电势的关系：分散介质的介电常数 ：分散介质的粘度 E ： 外加电场强度4. 溶胶的胶团结构(AgI)mI-I-I-I-I-I-I-I-K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+AgNO3 + KI AgI + KNO3KI过量(AgI)m nI-,(n-x)K+x- xK+胶核胶粒胶团紧密层扩散层胶粒 = 胶核 +被吸附离子 + 紧密层反离子 胶团 = 胶粒 + 扩散层反离子12.4 溶胶的光学性质 Optical property of solTyndall Effect当一束可见光射入分散体系时,若分散相 粒子直径大于入射光波长,则发生反射;若分散 相粒子
9、的直径小于光的波长,则发生光的散射 （散射光又称为乳光）。可见光波长： 400nm Cs+ Rb+ NH4+ K+ Na+ Li+ 对一价阴离子：F- Cl- Br- NO3- I-(c) 与胶粒电性相同的离子，一般说来，价数越高，水合半径越小，聚沉能力越弱。(2) 溶胶的相互聚沉作用当两种带相反电荷的溶胶所带电量相等时，相互混合也会发生聚沉。 (3) 高分子化合物的作用在溶胶中加入少量高分 子化合物可使溶胶聚沉， 称为敏化作用(絮凝作用)。在溶胶中加入足够多 的高分子化合物，则会阻 止溶胶的聚沉，称为空间 保护作用。3. 胶体的聚沉理论-DLVO理论(Deijaguin-Landau-Verwey-Ovenbeek)(1) 质点间的范德华吸引能胶粒之间的相互作用可看作是分子作用的加和H: 两球表面之间的最短距离 r : 胶粒半径 A：Hamaker常数 （与物质有关 10-1910-20 J)在介质中， 若两个球形粒子体积相等
