第十二章分散系統(tǒng)12.1分散系統(tǒng)分類一、幾個基本概念分散系統(tǒng)分散相分散介質(zhì)二、分類（依據(jù)分散相粒子大小）1、分子分散系統(tǒng)（也稱均相分散系統(tǒng)）---“真溶液”特征：（1）單相，透明（2）熱力學(xué)穩(wěn)定性（3）粒子小r<10-9m,不發(fā)生光散射現(xiàn)象2、膠體分散系統(tǒng)（溶膠）氣溶膠：如云、霧、煙、塵等固溶膠：如有色玻璃、泡沫塑料等液溶膠：如金溶膠，AgI溶膠等1/50特征：（1）特有分散程度10-9m<r<10-7m,不能透過半透膜，含有特殊動力學(xué)、光學(xué)、電學(xué)性質(zhì)和熱力學(xué)不穩(wěn)定性（2）多相性透明（3）結(jié)構(gòu)復(fù)雜性（形成膠團(tuán)）3、粗分散系統(tǒng)（分為乳狀液和懸浮液）特征（1）粒子半徑大r>10-7m（2）多相性（3）熱力學(xué)不穩(wěn)定性，靜置分層12.2溶膠光學(xué)及動力性質(zhì)一、光學(xué)性質(zhì)-----丁達(dá)爾效應(yīng)1、概念2、產(chǎn)生原因：因?yàn)槿苣z粒子半徑小于入射光波長，分散粒子發(fā)生光散射作用。2/50當(dāng)光束經(jīng)過分散體系時，一部分自由地經(jīng)過，一部分被吸收、反射或散射。可見光波長約在400~700nm之間。（1）當(dāng)光束經(jīng)過粗分散體系，因?yàn)榱Ｗ哟笥谌肷涔獠ㄩL，主要發(fā)生反射，使體系展現(xiàn)混濁。（2）當(dāng)光束經(jīng)過膠體溶液，因?yàn)槟z粒直徑小于可見光波長，主要發(fā)生散射，能夠看見乳白色光柱。（3）當(dāng)光束經(jīng)過分子溶液，因?yàn)槿芤菏志鶆颍⑸涔庖蛳嗷ジ缮娑耆窒床灰娚⑸涔狻９馍⑸洮F(xiàn)象3/50光散射本質(zhì)光是一個電磁波，照射溶膠時，分子中電子分布發(fā)生位移而產(chǎn)生偶極子，這種偶極子像小天線一樣向各個方向發(fā)射與入射光頻率相同光，這就是散射光。

分子溶液十分均勻，這種散射光因相互干涉而完全抵消，看不到散射光。

溶膠是多相不均勻體系，在膠粒和介質(zhì)分子上產(chǎn)生散射光不能完全抵消，因而能觀察到散射現(xiàn)象。4/503、應(yīng)用：區(qū)分溶膠（散射）、真溶液（透射）、粗分散體系（反射）5/50Rayleigh公式1871年，Rayleigh研究了大量光散射現(xiàn)象，對于粒子半徑在47nm以下溶膠，導(dǎo)出了散射光總能量計(jì)算公式，稱為Rayleigh公式：式中：A入射光振幅，單位體積中粒子數(shù)入射光波長，每個粒子體積分散相折射率，分散介質(zhì)折射率6/501、布朗運(yùn)動（可用超顯微鏡觀察）（1）概念：溶膠中膠粒無規(guī)則波折運(yùn)動（2）產(chǎn)生原因：液體介質(zhì)分子碰撞膠粒產(chǎn)生（3）布朗運(yùn)動使體系保持動力學(xué)穩(wěn)定性二、溶膠動力性質(zhì)粒子越小，溫度越高布朗運(yùn)動越激烈。◆當(dāng)半徑大于5

m，Brown運(yùn)動消失7/50愛因斯坦擴(kuò)散定律：擴(kuò)散系數(shù)m2.s-1膠團(tuán)粒子分子量擴(kuò)散現(xiàn)象存在使體系保持動力學(xué)穩(wěn)定性2、擴(kuò)散現(xiàn)象（原因：存在濃差）8/50沉降平衡：沉降速率與擴(kuò)散速率相等時系統(tǒng)到達(dá)平衡狀態(tài)3、沉降和沉降平衡沉降：懸浮在流體介質(zhì)中固體顆粒因重力作用下降而與介質(zhì)分離現(xiàn)象。斯托克斯公式：粘度速度9/5012.3溶膠電性質(zhì)一、電動現(xiàn)象在外電場作用下，分散相與分散介質(zhì)發(fā)生相對移動現(xiàn)象。1、電泳（electrophoresis）

：在外電場作用下，膠粒定向移動。影響原因：帶電粒子大小、形狀；粒子表面電荷數(shù)目；介質(zhì)中電解質(zhì)種類、離子強(qiáng)度，pH值和粘度；電泳溫度和外加電壓等。應(yīng)用：電泳電鍍，電泳涂漆，蛋白質(zhì)、核酸分離等10/502、電滲：在外電場作用下，帶電介質(zhì)定向移動

應(yīng)用：海水淡化，溶膠凈化、泥炭和染料干燥、水凈化等概念：在外加電場作用下，帶電介質(zhì)經(jīng)過多孔膜或半徑為1~10nm毛細(xì)管作定向移動，這種現(xiàn)象稱為電滲。主要影響原因：外加電解質(zhì)，普通電解質(zhì)濃度增加，電滲速度降低，甚至?xí)淖冸姖B方向。11/50多孔膜：能夠用濾紙、玻璃或棉花等組成；也能夠用氧化鋁、碳酸鋇、AgI等物質(zhì)組成。如多孔膜吸附陰離子，則介質(zhì)帶正電，通電時向陰極移動；反之，多孔膜吸附陽離子，帶負(fù)電介質(zhì)向陽極移動。12/50二、膠粒帶電原因1、吸附法揚(yáng)斯規(guī)則：與溶膠粒子有相同化學(xué)元素離子優(yōu)先被吸附2、電離三、溶膠粒子雙電層電動電勢緊密層外界面與溶液本體之間電勢差，值越大，溶膠越穩(wěn)定主要影響原因：外加電解質(zhì)，濃度增加進(jìn)入緊密層反號離子增加，分散層變薄，電位下降13/50四、溶膠粒子結(jié)構(gòu)（膠團(tuán)結(jié)構(gòu)）例1：AgNO3+

KI→KNO3+AgI↓過量KI作穩(wěn)定劑。[(AgI)mnI–(n-x)K+]x–xK+

|________________________||________________________________|膠核膠粒膠團(tuán)膠團(tuán)結(jié)構(gòu)表示式：14/50例2：AgNO3+

KI→KNO3+AgI↓過量AgNO3

作穩(wěn)定劑.

膠團(tuán)結(jié)構(gòu)表示式：[(AgI)mnAg+(n-x)NO3–]x+x

NO3–

|______________________________||_______________________________________|膠核膠粒膠團(tuán)15/5012.4溶膠穩(wěn)定和聚沉一、溶膠穩(wěn)定性(除溫度和濃度外）1、溶膠動力穩(wěn)定性（布朗運(yùn)動和擴(kuò)散現(xiàn)象）2、膠粒帶電穩(wěn)定作用3、溶劑化穩(wěn)定作用4、大分子溶液保護(hù)作用（溶膠保護(hù)劑如明膠、淀粉等）二、溶膠聚沉影響原因1、電解質(zhì)（1）聚沉值：能使溶膠聚沉所需電解質(zhì)最低濃度。濃度C增大，減小，當(dāng)<0.03V溶膠發(fā)生聚沉16/50（2）聚沉能力

是聚沉值倒數(shù)。聚沉值越大電解質(zhì)，沉能力越小；反之，聚沉值越小電解質(zhì)，其聚沉能力越強(qiáng)。

聚沉能力主要決定于膠粒帶相反電荷離子價(jià)數(shù)。聚沉值與異電性離子價(jià)數(shù)六次方成反比。（3）Schulze-Hardy規(guī)則（哈迪-叔采規(guī)則）對于給定溶膠，異電性離子分別為一、二、三價(jià)，則聚沉值百分比為： 1001.60.14即17/50（4）與膠粒帶相反電荷離子就是價(jià)數(shù)相同，其聚沉能力也有差異。感膠離子序（lyotropicseries)：對膠粒帶負(fù)電溶膠，一價(jià)陽離子硝酸鹽聚沉能力次序?yàn)椋篐+>Cs+>Rb+>NH4+>K+>Na+>Li+

對帶正電膠粒，一價(jià)陰離子鉀鹽聚沉能力次序?yàn)椋篎->Cl->Br->NO3->I-

（5）當(dāng)與膠體帶相反電荷離子相同時，則另一同

性離子價(jià)數(shù)也會影響聚沉值，價(jià)數(shù)愈高，聚沉能力

愈低。這可能與這些同性離子吸附作用相關(guān)18/502、溶膠相互聚沉如明礬凈水等3、大分子溶液敏化作用與絮凝作用主要表現(xiàn)：顯著破壞溶膠穩(wěn)定性或使電解質(zhì)聚沉值顯著降低原因：脫水效應(yīng)（奪去膠粒水化外殼）電中和效應(yīng)（離子型高聚物）大分子溶液絮凝作用原因：萊姆“架橋效應(yīng)”------膠粒“搭橋”慣用絮凝劑：聚丙烯酰胺類、聚氧乙烯、聚乙烯醇、聚乙二醇、動物膠和蛋白質(zhì)等4、大分子溶液保護(hù)作用大分子溶液大量加入，使膠粒表面形成大分子覆蓋層，阻止膠粒間，膠粒與電解質(zhì)離子直接接觸。19/5020/5012.5溶膠制備與凈化一、溶膠制備1、制備穩(wěn)定溶膠條件：a.粒子大小10-9m<r<10-7mb.膠粒保持分散，不凝結(jié)（加穩(wěn)定劑）2、制備方法（1）分散法：

研磨法：適合用于脆而易碎物質(zhì)，普通添加明膠作穩(wěn)定劑。常規(guī)設(shè)備：膠體磨

超聲波分散法：當(dāng)前主要用于制備乳狀液。

膠溶法：僅僅是將新鮮凝聚膠粒重新分散在介質(zhì)中形

成溶膠，并加入適當(dāng)穩(wěn)定劑。21/50膠溶法制備詳細(xì)實(shí)例：

Fe(OH)3（新鮮沉淀）Fe(OH)3(溶膠）AgCl(新鮮沉淀）AgCl(溶膠））這種方法普通用在化學(xué)凝聚法制溶膠時，為了將多出電解質(zhì)離子去掉，先將膠粒過濾，洗滌，然后盡快分散在含有膠溶劑介質(zhì)中，形成溶膠。22/50（2）凝聚法：a.化學(xué)凝聚法經(jīng)過各種化學(xué)反應(yīng)使生成物呈過飽和狀態(tài)，使初生成難溶物微粒結(jié)合成膠粒，在少許穩(wěn)定劑存在下形成溶膠，這種穩(wěn)定劑普通是某一過量反應(yīng)物。比如：B.水解反應(yīng)制氫氧化鐵溶膠

FeCl3（稀）+3H2O（熱）→Fe(OH)3（溶膠）+3HClA.復(fù)分解反應(yīng)制硫化砷溶膠2H3AsO3（稀）+3H2S→As2S3（溶膠）+6H2OC.還原反應(yīng)制金溶膠2HAuCl4(稀）+3HCHO+11KOH

2Au(溶膠）+3HCOOK+8KCl+8H2O23/50b.物理凝聚法更換溶劑法

利用物質(zhì)在不一樣溶劑中溶解度顯著差異來制備溶膠，而且兩種溶劑要能完全互溶例1.松香易溶于乙醇而難溶于水，將松香乙醇溶液滴入水中可制備松香水溶膠。例2.將硫丙酮溶液滴入90℃左右熱水中，丙酮蒸發(fā)后，可得硫水溶膠。24/50二、溶膠凈化1、滲析法半透膜：（硝化纖維、醋酸纖維、羊皮紙或動物膀胱等）電滲析法利用濃差原因，多出電解質(zhì)離子不停向膜外滲透，經(jīng)常更換溶劑，就能夠凈化半透膜容器內(nèi)溶膠簡單滲析25/502.超出濾法用半透膜作過濾膜，利用吸濾或加壓方法使膠粒與含有雜質(zhì)介質(zhì)在壓差作用下快速分離將半透膜上膠粒快速用含有穩(wěn)定劑介質(zhì)再次分散。26/50電超出濾有時為了加緊過濾速度，在半透膜兩邊安放電極，施以一定電壓，使電滲析和超出濾合并使用，這么能夠降低超出濾壓力。27/50一、懸浮液1.定義：不溶性固體粒子分散在液體中所形成分散系統(tǒng)。2.特征：（1）粒徑大，無布朗運(yùn)動、無擴(kuò)散和滲透現(xiàn)象產(chǎn)生；（2）散射光強(qiáng)度極弱；（4）易沉降，但普通分散度較大，以致其相界面大，能選擇性地吸附某種離子而帶電，故能暫時穩(wěn)定存在。沉降分析法測定懸浮液系統(tǒng)中分散相粒子高度分布。其分散相粒子線度大于1000nm。12.6粗分散系統(tǒng)3.粒度測定：28/5012.6乳狀液1、定義一個或幾個液體以液珠形式分散在另一個與其不互溶（或部分互溶）液體中所形成分散系統(tǒng)。分散相粒子大于在1000nm以上。2、乳狀液類型及判別乳狀液分類：水包油型O/W和油包水型W/O。乳狀液判別：（1）染色法：（2）稀釋法：（3）電導(dǎo)法：普通能導(dǎo)電是O/W，但不絕對。視能否稀釋在水或油中，以判斷是O/W或W/O加入少許油溶性燃料，視一點(diǎn)紅或一片紅，以判斷是O/W或W/O29/50檢驗(yàn)水包油乳狀液加入水溶性染料如亞甲基藍(lán)，說明水是連續(xù)相。加入油溶性染料紅色蘇丹Ⅲ，說明油是不連續(xù)相。乳狀液類型判別30/503、乳狀液穩(wěn)定：乳狀液必須有乳化劑存在才能穩(wěn)定。（1）常作乳化劑有：表面活性劑、一些天然物質(zhì)、粉末狀固體（固體微粒應(yīng)遠(yuǎn)小于分散相粒子）等（2）乳化作用原理：降低界面張力，使系統(tǒng)表面能降低；形成雙電層或在分散相周圍形成堅(jiān)固保護(hù)膜。親水性固體粉末----形成O/W型親油性固體粉末----形成W/O型保護(hù)膜：經(jīng)過表面活性劑分子或固體微粒形成。31/504、乳狀液轉(zhuǎn)型與去乳化O/W和W/O兩種不一樣類型乳狀液，在一定外界條件下能夠相互轉(zhuǎn)化變型。比如，用氯化硅粉末作乳化劑可形成O/W型乳狀液，但加入一定量碳黑作乳化劑時可使其轉(zhuǎn)化成W/O類型。使乳狀液破壞過程，稱為去乳化或破乳。破乳方法有：（1）物理法，如離心分離、電泳破乳等。（2）物理化學(xué)法，即加入另外化學(xué)物質(zhì)破壞或去除起穩(wěn)定作用乳化劑。轉(zhuǎn)型：去乳化：32/50三、泡沫2、泡沫生成氣體分散在液體或固體中所形成分散系統(tǒng)。（1）物理法：1、定義氣泡大于在1000nm以上，故為粗分散系統(tǒng)。（2）化學(xué)法：（3）加入起泡劑法：送氣（鼓泡）、溶解度降低、加熱沸騰等；通常利用加熱分解產(chǎn)生氣體反應(yīng)起泡。如小蘇打（NaHCO3）加熱分解。加入表面活性劑，降低表面能，使泡沫相對穩(wěn)定存在。33/50●在生產(chǎn)中有時利用泡沫存在：●有時則需要消除泡沫：3、泡沫穩(wěn)定與破壞固體泡沫：如浮石、泡沫玻璃、泡沫塑料等液體泡沫：穩(wěn)定液體泡沫必須加入起泡劑，即表面活性劑。其中小氣泡既不易破裂，又難于相互靠攏。表面活性劑在氣-液界面上發(fā)生正吸附，形成定向排列吸附膜。如泡沫滅火劑、泡沫殺蟲劑、泡沫除塵、礦物浮選等。如化工生產(chǎn)、造紙、印染、涂層中起泡等，都是不利。34/50以固體或液體為分散相，以氣體為分散介質(zhì)所形成膠體系統(tǒng)。●另首先，氣溶膠在科學(xué)技術(shù)上應(yīng)用也十分廣泛。●首先，大氣中粉塵和煙霧嚴(yán)重污染環(huán)境，必須除塵；比如：燃料粉塵化燃燒，使燃燒更完全，以提升發(fā)燒量；固體催化劑流態(tài)化技術(shù)應(yīng)用，以提升催化效果；煙霧有效利用等等。本節(jié)以粉塵為代表，研究氣溶膠。12.9氣溶膠35/50一、粉塵分類1、塵埃：粒子直徑為10～100μm，在大氣中呈加速沉降塵粒；2、塵霧：粒子直徑在0.25～10μm，在大氣中呈等速沉降塵粒3、塵云：粒子直徑在0.1μm以下，在大氣中不能自動下沉，處于無規(guī)則布朗運(yùn)動浮塵。1、潤濕性二、粉塵性質(zhì)粉塵對水潤濕性與其化學(xué)性質(zhì)、顆粒大小、荷電情況等相關(guān)36/50二、粉塵性質(zhì)2、粉塵沉降速度粉塵沉降速度與其顆粒大小、形狀、密度等原因相關(guān)；塵埃、塵霧、塵云沉降速度各不相同，在靜止空氣中等速沉降高分散粉粒，其沉降速度為：（斯托克斯方程）3、粉塵荷電性粉塵是否荷電性、荷電性質(zhì)怎樣，對粉塵聚結(jié)以及對人體危害程度，有很大影響。37/50二、粉塵性質(zhì)4、氣溶膠光學(xué)性質(zhì)5、粉塵凝聚性氣溶膠即為膠體一個，故含有一樣光學(xué)性質(zhì)，瑞利公式一樣服從。粉塵多相性、荷電性、動力性質(zhì)以及沉降作用，均可造成其凝聚。38/50粉塵是高分散多相系統(tǒng)，其表面能很大，當(dāng)條件適當(dāng)初，極易發(fā)生爆炸。以下：6、粉塵爆炸性爆炸下限愈低，發(fā)生爆炸危險(xiǎn)性就愈大。39/50三、氣體除塵除塵是為了預(yù)防污染大氣，回收有用物質(zhì)，也是為了滿足許多工業(yè)生產(chǎn)工藝條件需要。采取靜電除塵器：利用高壓靜電場，由陰極射出高能電子束，使得粉塵帶負(fù)電荷，并在庫侖力作用下，射向陽極表面而放電沉積。40/50一、高分子溶液（親液溶膠）主要特征12.10高分子化合物溶液滲透壓和粘度41/50二、高分子溶液滲透壓滲透壓公式：-------小分子稀溶液------大分子溶液通常利用滲透壓公式來測定高分子化合物平均摩爾質(zhì)量。以對作圖，應(yīng)得一直線，可由該直線斜率及截距計(jì)算高分子化合物平均摩爾質(zhì)量M。因?yàn)榇蠓肿尤芤悍抢硐胄裕蕬?yīng)考慮含有維里系數(shù)A2、A3滲透壓公式。42/50三、唐南平衡前面討論依數(shù)性滲透壓公式時，指是非電解質(zhì)溶液。對于電解質(zhì)，比如蛋白質(zhì)NazP水溶液，則：純水溶劑若右側(cè)不是純水，而是NaCl電解質(zhì)水溶液，則：蛋白質(zhì)水溶液滲透壓就要發(fā)生改變。怎樣改變？則滲透壓：43/50因?yàn)镹a+、Cl-均可透過半透膜，所以，在到達(dá)滲透壓平衡時，不但半透膜兩側(cè)溶液成平衡，電解質(zhì)也到達(dá)平衡。唐南平衡時，蛋白質(zhì)水溶液滲透壓為？44/50依據(jù)，當(dāng)滲透平衡時，膜兩側(cè)NaCl化學(xué)勢相等，可推導(dǎo)出：代入上式，便可計(jì)算滲透壓值。45/50●

半透膜另一側(cè)加不