1、第八章 膠體分散系統（第一、第二節）分散系統的分類分散系統：一些物質被分散到另一種物質中所形成的系統 分散相： 非連續形式存在的被分散的物質分散介質：連續相形式存在的物質分類：分散系統分散相半徑/nm均相系統（真溶液）小分子溶液 100膠體：分散度為1100 nm的分散系統第一節 溶膠的分類和基本特征一. 溶膠分類按分散相與分散介質聚集狀態分類（列舉） 分散相的粒徑100 nm時，屬粗分散系統 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：霧煙泡沫牛奶油漆沸石珍珠有色玻璃二. 基本特性溶膠是一定條件下形成的特殊狀態，并非物質的本性，如 NaCl有機膠體NaCl

2、溶液 水硫磺水溶膠真溶液乙醇這種特殊狀態，有三個基本特征 1. 特定分散度1100 nm 2. 相不均勻性（多相性） 對介質不溶憎液膠體 高分子溶液親液膠體 3. 熱力學不穩定性 高分散度，巨大表面積和比表面能，有自發聚集傾向，以降低表面能 高分子溶液：熱力學穩定體系第二節 溶膠的制備和凈化第二節 溶膠制備和凈化二種途徑： 溶膠1100 nm 小分子真溶液 100 nm 分散 凝聚 一. 分散法（物理的）研磨法（膠體磨）超聲粉碎氣流粉碎膠溶法 二凝聚法 1. 物理凝聚法 如鈉的苯溶膠制備 接真空泵液態空氣鈉苯苯接受管點擊此處演示二凝聚法 1. 物理凝聚法 2. 化學凝聚法 凡能有沉淀析出的化學

3、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 3. 改變溶劑法 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 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質 一定量電解質是溶膠穩定的必要條件 過量電解質使溶膠不穩定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 2 超慮法：小分子電解質濾去，再用介質重新分散 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

4、備需滿足的條件： (1) 暴發性成核，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 五. 納米粒子和納米技術 納米粒子：尺度為1100 nm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 第三節 溶膠的動力性質第三節 溶膠的動力性質熱運動擴散，布朗運動 重力場重力降沉和平衡 離心力場離心

5、降沉和平衡 電學性質 光學性質 動力性質溶膠性質 一. Browm運動與Einstein方程Browm運動：溶膠粒子在介質中無規則運動 一. Browm運動與Einstein方程Browm運動：溶膠粒子在介質中無規則的運動 原因：粒子受各個方向介質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。 Einstein公式：Brown運動平均位移的計算 x其關系： 若在時間 t 內觀察布朗運動位移 ，很容易在顯微鏡下觀察，由此可求得溶膠粒子半徑 二. 擴散和滲透 擴散：溶質從高濃度（大）向低濃度（小）移動的現象。 結果Gibbs能G，熵S，是自發進行的過程 。 擴散速度與濃梯關系Fic

6、k第一定律 mols1 擴散系數 面積 濃度梯度 1擴散 擴散系數與Brown運動平均位移關系：滲透壓：半透膜兩側的壓差 =p2p1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（對溶質不通透）向溶質高濃度區移動的現象 （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溶劑一側 二. 擴散和滲透例 金溶膠濃度為2 gdm3,介質粘度為0.00l Pas。已知膠粒半徑為1.3 nm，金的密度為19.3103 kgm3。計算金溶

7、膠在25C時(1) 擴散系數,(2) 布朗運動移動0.5 mm的時間,(3) 滲透壓。解 (1) 擴散系數(2) 二. 擴散和滲透例 金溶膠濃度為2 gdm3,介質粘度為0.00l Pas。已知膠粒半徑為1.3 nm，金的密度為19.3103 kgm3。計算金溶膠在25C時(1) 擴散系數,(2) 布朗運動移動0.5 mm的時間,(3) 滲透壓。解 (1) (2) (3) 將濃度2 gdm3轉換為體積摩爾濃度，molm-3=cRT=0.018708.314298.16=46.34 Pa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

8、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 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（104m）可有明顯沉降 平衡力： F沉 = F阻 F沉 = F重 F浮= Vg V0g F沉 F阻F阻= 6rv 6rv 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 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第四節 溶膠

9、的光學性質一溶膠的光散射現象光通過分散系統時基本現象 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 x過量反離子x吸附同號大離子Stern模型在數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 0d0d膠團結構式：(膠核)m n定位離子（nx）內反離子 x外反離子 四. 膠團結構定位離子按Fajans規則確定 定位離子 Stern面 滑動面 膠核 吸附層 擴散層膠粒 膠團 四. 膠團結構例1 Fe (OH)3溶膠 結構式：例2 AgI 溶膠 制備1：AgNO3 + KI (過量) AgI + KNO3 結構式：(Ag

10、I)m制備2：AgNO3 (過量) + KI AgI + KNO3 結構式：(AgI)m制備：FeCl3 + H2O Fe (OH)3 + H+ + ClFe (OH)3 (部分) + H+ FeO+ +H2O( Fe (OH)3 )mn FeO+ (n-x) Cl xClK+ + I n I (n-x) K+ x K+（負溶膠）Ag+ + NO3 n Ag+ (n-x) NO3 x NO3（正溶膠)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= qE （電量電場強度） F阻= 6rv qE= 6rv F電F阻球形帶電體表面

11、電勢 與電量 q 關系： 0真空介電常數= 8.821012 C2m2N1 r相對介電常數（無單位），水r=81 rq1. 電泳速度求算電動電勢五. 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電極溶膠輔助液第六節 溶膠的穩定性和聚沉作用一、膠體穩定性穩定溶膠的因素 ：動力穩定性（擴散力）：擴散，Brown運動，有利穩定粒徑越小、介質粘度越大，越

12、使溶膠穩定2. 表面帶電（靜電斥力）：帶電后的電性斥力，是溶膠穩定的主要原因3. 溶劑化（水化膜斥力 ）：降低表面能，有利穩定4. 添加高分子保護熱力學因素：高分散度，比表面能大，有自發聚集傾向 二、 溶膠的聚沉電解質影響溶膠電性，溶膠對其十分敏感 適量電解質是溶膠穩定必要條件 適量定位離子使溶膠荷電而穩定（制備時不可凈化過度） 過多電解質使溶膠發生聚沉 聚沉原因：反離子壓縮雙電層，使 d，= 0時最不穩定 聚沉值：使溶膠聚沉所加的電解質的最低濃度 不同電解質聚沉能力(聚沉值)不同，其規律 聚沉：溶膠聚結沉降現象 1電解質對溶膠穩定性的影響二、 溶膠的聚沉聚沉值： 使溶膠聚沉所加的電解質的最低

13、濃度 不同電解質聚沉能力不同，可用聚沉值來衡量，其規律有 (1) 反離子：價數： 1價: 2價: 3價 = 同價：水化半徑越小，越易靠近質點，聚沉能力越強 (2) 同號離子：對溶膠有穩定作用，價數越高作用越強 (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電解質對溶膠穩定性的影響帶相反電荷的溶膠互相混合發生聚沉 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

14、和效應 應用：如污水處理，選礦，土壤改造，造紙 優點：效率高，絮塊大，沉降快，具選擇性 停靠基團穩定基團3大分子化合物的作用絮凝：疏松的棉絮狀沉淀 三. 溶膠穩定的DLVD理論(1) Van der Walls 引力（遠程力） (2) 靜電斥力（近程力） 兩者總結果，形成能壘，是溶膠的穩定點 H勢能VVb1. 膠粒之間的作用力和勢能曲線 三. 溶膠穩定的DLVD理論(1) 溶膠穩定性原因：需克服勢壘 (2) 表面電勢對穩定性影響 H勢能VVb2DLVO理論對溶膠穩定性的解釋勢壘Vb：1520 kJmol1 增加表面電勢，斥力勢能，勢壘高度，有利于穩定 (3) 電解質對穩定性影響 過量電解質壓縮

15、雙電層，值，斥力勢能 ，不利于穩定 (4) 反離子價數對穩定性影響 總勢能V=0時電解質的濃度c與其價數z的關系：熱運動：常溫下 ，3.7kJmol1 第七節 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 內相：被分散相外相：分散介質水油水油一、 乳狀液穩定乳劑(1) 降低界面張力：處于較低能量狀態 (2) 形成界面

16、膜：形成一定機械強度 (3) 形成雙電層：電性斥力 (4) 固體粉末的穩定作用：形成良好界面膜 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大，易形成O/W型油水分配系數小，易形成W/O型(3) 乳化劑的分子構型如非極性的雙碳氫鏈，空間障礙大，易形成W/O型(4) 油水的相體積比：體積分數大的液體傾向于作外相 3決定乳狀液類型的因素一、 乳狀液微乳與普通乳狀液有二個顯著不同： (1) 微乳是熱力學穩定系統 (2) 微乳外觀均勻透明 4微乳狀液微乳：粒徑880 nm，制備時乳化劑

17、用量占2030， 并需加入了一些極性有機物作輔助劑 普通乳狀液：粒徑0.110 m，制備時乳化劑用量占110 一、 乳狀液方法：(1) 電解質：破壞雙電層起 (2) 改變乳化劑的類型：類型轉變過程中的不穩定性使之破壞 (3) 破壞保護膜：用機械強度弱的表面活性劑取代之(4) 破壞乳化劑：加入反應的試劑，使乳化劑破壞或沉淀 (5) 其他：加熱，高壓電，離心，過濾等 5乳狀液的破壞破乳：乳狀液的破壞過程：分層、轉相、破乳等不同階段原理：破壞乳化劑的保護作用，使油、水分離 二、泡沫粒徑：較大類型:相當于O/W穩定結構：三泡結構1. 泡沫的形成發泡劑：表面活性劑，如肥皂泡沫：氣體為分散相的分散系統，屬粗分散系統 2泡沫的穩定性(1) 增加液膜的粘度 (2) 增加液膜的電荷 (3