胶体与界面化学 ——轻化工程专业,3.4 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+ + H＋ H＋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,,++++++,______,,,,,φ,Gouy－Chapman 扩散双电层模型,,＋＋＋＋＋＋＋ + +,_ __ __ __ _ __,,,紧密层,,扩散层,φ,ζ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）,,,,,,,,φ,ζ,,,,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）,,,,,,,,,ζ电势： 胶粒表面滑移界面处的电势。
胶粒表面热力学电势φ和电动电势（ζ电势）的区别：,① 发生在不同的部位；,② 大小不同，一般情况下ζ电势只是热力学电势的一部分，其绝对值小于φ③ φ只取决于被吸附的离子和溶胶中的反号 离子的活度,而ζ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， ζ电 势的绝对值减小，甚至变为零或相反的值④ 胶粒的电泳速率与ζ电势的关系：,ε：分散介质的介电常数η：分散介质的粘度E ： 外加电场强度,4. 溶胶的胶团结构,(AgI)m,,,I-,I-,I-,I-,I-,I-,I-,I-,K+,K+,K+,K+,K+,K+,K+,K+,K+,K+,AgNO3 + KI →AgI + KNO3,KI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,《电动电位的测定及应用》文献导读,（1）水中胶粒Zata电位及影响混凝效果的研究—《包头钢铁学院学报》（2） 膨润土及其酸化土、碱处理酸化土的电动性质研究——《北京师范大学学报》（3）蒙脱石黏土/水分散体系中颗粒的性质——《油田化学》（4）河口悬浮粒子Stern电位的测定方法——《黄渤海海洋》,3.5 胶体的流变性,流变性:物质在外力作用下的变形和流动性质研究胶体流变性质研究胶体质点的大小、形状以及质点与介质间的相互作用解决生产中的重要问题（油漆、牙膏、陶土成形、照相乳剂的涂布、钻井用泥浆等）,1.基本概念与术语,(1)切变速度与切应力x v 将流动着的液体看作许多相互平行移动的液层, 各层速度不同,形成速度梯度(dv/dx),这是流动的基本特征.,,,,,,,,,切应力,由于速度梯度的存在,流动较慢的液层阻滞较快液层的流动,因此.液体产生运动阻力.为使液层维持一定的速度梯度运动,必须对液层施加一个与阻力相反的反向力.在单位液层面积上施加的这种力,称为切应力τ(N/m2).切变速率(D) D=d v /d x (S-1)切应力与切变速率是表征体系流变性质的两个基本参数,(2)牛顿公式和黏度,流动时液体内部形成速度梯度,故产生运动阻力,切应力反映此阻力大小. τ= ηdv/dx =ηD（牛顿公式） η液体粘度黏度定义:将两块面积为1m2的板浸于液体中,两板距离为1米,若加1N的切应力,使两板之间的相对速率为1m/s,则此液体的黏度为1Pa.s。
牛顿液体：符合牛顿公式的流体 黏度只与温度有关，与切变速率无关， τ与D为正比关系非牛顿液体：不符合牛顿公式 τ/D=f（D），以ηa表示一定（τ/D）下的黏度，称表观黏度3）黏度测定的方法,毛细管黏度计 用于测定液体、溶液和胶体溶液的黏度，主要使用于牛顿流体转筒式黏度计 适用于非牛顿流体的黏度测定，用于测定流体流形锥板式黏度计 适用于非牛顿流体的年黏度测定切变速率范围较大4）层流和湍流,层流：体系的流动处于恒稳状态，体系中任何一点的流速（包括大小、方向）不随时间而改变只有在层流条件下，牛顿公式才成立湍流：当流速超过某一限度时，有不规则的或随时间而改变的旋涡生成，此时为湍流牛顿公式不适合湍流条件下的使用雷诺系数（Re）：描述液体的流体状况 Re = vdρ/ηRe超过1400-2000临界值时，层流变为湍流2.稀分散体系的黏度,稀分散体系: 黏度与切应力无关,仅用黏度可表示其流变性质.符合牛顿流体的流变性质及变化规律.纯液体、低分子稀溶液和稀分散体系符合此体系影响稀分散体系黏度的因素分散相浓度的影响温度的影响质点形状的影响质点大小的影响电荷对黏度的影响,3.浓分散体系的流变性质,流变曲线：切变速率D与切应力τ的关系曲线（表征浓分散体系的流变性质）。
通过流变曲线特性将浓分散体系分为牛顿型、塑性型、假塑性型、胀性型流体、触变型流体不同流型的分散体系的应用,作业：,请思考与回答下列问题：（1）胶体具有动力性质、光学性质、电学性质等上述三种性质中的那一种性质有助于了解胶体体系的稳定性？说说你所知道的测定胶体电学性质的一些实验方法，并举例说明2）什么是液体的流变性？如何表征不同液体的流变性？举例说明研究液体流变性质的应用。