第九章膠體分散系統(tǒng)分散系統(tǒng)的分類分散系統(tǒng)：一些物質(zhì)被分散到另一種物質(zhì)中所形成的系統(tǒng)

分散相：

非連續(xù)形式存在的被分散的物質(zhì)分散介質(zhì)：連續(xù)相形式存在的物質(zhì)分類：分散系統(tǒng)分散相半徑/nm均相系統(tǒng)（真溶液）小分子溶液<1大分子溶液1~100多相系統(tǒng)超微分散系統(tǒng)（溶膠）1~100粗分散系統(tǒng)>100膠體：分散度為1~100nm的分散系統(tǒng)第一節(jié)溶膠的分類和基本特征一.溶膠分類按分散相與分散介質(zhì)聚集狀態(tài)分類（列舉）分散相的粒徑>100nm時，屬粗分散系統(tǒng)

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(zhì)：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(tài)，并非物質(zhì)的本性，如NaCl有機膠體NaCl溶液

水硫磺水溶膠真溶液乙醇這種特殊狀態(tài)，有三個基本特征1.特定分散度

1~100nm2.相不均勻性（多相性）對介質(zhì)不溶

憎液膠體高分子溶液

親液膠體3.熱力學(xué)不穩(wěn)定性

高分散度，巨大表面積和比表面能，有自發(fā)聚集傾向，以降低表面能高分子溶液：熱力學(xué)穩(wěn)定體系第二節(jié)溶膠的制備和凈化第二節(jié)溶膠制備和凈化二種途徑：溶膠1~100nm小分子真溶液<1nm粗分散系統(tǒng)>100nm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(tài)空氣鈉苯苯接受管二．凝聚法

1.物理凝聚法2.化學(xué)凝聚法凡能有沉淀析出的化學(xué)反應(yīng)都可能用來制備相應(yīng)溶膠如水解反應(yīng)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(xué)凝聚法3.改變?nèi)軇┓?/p>

使溶解度驟變，如松香在乙醇中：溶水水中：不溶溶膠三.溶膠凈化

溶膠溶膠化學(xué)法制備的溶膠，往往含有過多的電解質(zhì)一定量電解質(zhì)是溶膠穩(wěn)定的必要條件過量電解質(zhì)使溶膠不穩(wěn)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(zhì)濾去，再用介質(zhì)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(yīng)用

制備需滿足的條件：

(1)暴發(fā)性成核，使速率r晶核形成>>r晶體長大

(2)同步長大

應(yīng)用：

(1)驗證基本理論

(2)理想的標(biāo)準(zhǔn)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(shù)

納米粒子：尺度為1～100nm之間的粒子1.納米粒子的結(jié)構(gòu)和特性(1)小尺寸效應(yīng)(2)表面效應(yīng)(3)量子尺寸效應(yīng)(4)宏觀量子隧道效應(yīng)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(shù)自組裝技術(shù)模板合成法3．納米技術(shù)在藥學(xué)中的應(yīng)用

第三節(jié)溶膠的動力性質(zhì)第三節(jié)溶膠的動力性質(zhì)熱運動

擴散，布朗運動重力場

重力降沉和平衡離心力場

離心降沉和平衡電學(xué)性質(zhì)光學(xué)性質(zhì)動力性質(zhì)溶膠性質(zhì)一.擴散和滲透

擴散：溶質(zhì)從高濃度（

大）向低濃度（

小）移動的現(xiàn)象。結(jié)果Gibbs能G

，熵S

，是自發(fā)進行的過程。

擴散速度與濃梯關(guān)系

Fick第一定律mol

s–1

擴散系數(shù)面積濃度梯度1．?dāng)U散

擴散系數(shù)D是單位面積、單位濃度梯度的擴散速度，表征擴散能力。滲透壓：半透膜兩側(cè)的壓差

=p2–p1

平衡時兩側(cè)化學(xué)勢相等 可導(dǎo)出稀溶液的

=cRT (c:mol/m3)一.擴散和滲透2．滲透

滲透：溶劑通過半透膜（對溶質(zhì)不通透）向溶質(zhì)高濃度區(qū)移動的現(xiàn)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–p1一.擴散和滲透推導(dǎo)：滲透平衡時，溶劑A的化學(xué)勢相等p1p2

=p2–p1

A,1=

A,2

A

(T,p1)=

A

(T,p2)+RTlnxA

A

(T,p2)–

A

(T,p1)=–RTlnxA

Gm–RTln(1–xB)RTxB

T不變dG=–SdT+Vdp級數(shù)：ln(1–x)

–x(當(dāng)x很小時)nA>>n

B一.擴散和滲透nAVm

=nBRT

V=nBRT

=cRT粒子擴散力F擴

=cRT

或d

=RTdc

每個粒子貢獻(xiàn)的滲透力F滲=F擴

Ad

dx高濃度一.擴散和滲透3．?dāng)U散系數(shù)與粒子大小關(guān)系Einstein導(dǎo)出：(球形粒子)擴散時平衡力：F阻=F擴F擴F阻擴散力（由濃度梯度驅(qū)動）：F阻=6

r

v

Stokes定律粘度位移速度（m

s–1）阻力（由運動產(chǎn)生）：dn與Fick定律比較證得在溫度、介質(zhì)粘度一定時，D與粒徑有關(guān)。二.Browm運動與Einstein方程Browm運動：溶膠粒子在介質(zhì)中無規(guī)則的運動原因：粒子受各個方向介質(zhì)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(xiàn)。Einstein公式：Brown運動平均位移的計算

x其關(guān)系：若在時間t內(nèi)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.Browm運動與Einstein方程例金溶膠濃度為2g

dm

3，介質(zhì)粘度為0.00lPa

s。已知膠粒半徑為1.3nm，金的密度為19.3

103kg

m

3。計算金溶膠在25

C時(1)擴散系數(shù)，(2)布朗運動移動0.5mm的時間，(3)滲透壓。解

(1)擴散系數(shù)(2)二.Browm運動與Einstein方程例金溶膠濃度為2g

dm

3，介質(zhì)粘度為0.00lPa

s。已知膠粒半徑為1.3nm，金的密度為19.3

103kg

m

3。計算金溶膠在25

C時(1)擴散系數(shù)，(2)布朗運動移動0.5mm的時間，(3)滲透壓。解

(1)(2)(3)將濃度2g

dm

3轉(zhuǎn)換為體積摩爾濃度，mol

m-3

=cRT=0.01870

8.314

298=46.34Pa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

擴散粒子大或力場大

沉降擴散－沉降相當(dāng)

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(tài)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（>10–4m）可有明顯沉降平衡力：F沉

=F阻

F沉

=F重

–F浮=V

g–V

0g

F沉

F阻F阻=6

r

v

6

r

v

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(yīng)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h1c1h2c2三.重力沉降與沉降平衡

例293K，介質(zhì)密度

0＝103kg·m

3，粒子密度

＝2

103kg·m

3，溶液粘度

＝10

3Pa

s。計算r=10

7m粒子下沉0.01m所需的時間和平衡時粒子濃度降低一半的高度。t=128hh=6.83

10

5m解第四節(jié)溶膠的光學(xué)性質(zhì)一．溶膠的光散射現(xiàn)象光通過分散系統(tǒng)時基本現(xiàn)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(xué)組成反射：粒徑>波長散射：粒徑<波長 小分子粒徑太小，散射光不明顯一．溶膠的光散射現(xiàn)象Tyndall效應(yīng)現(xiàn)象：暗室中光線通過溶膠時形成的“光柱”成因：

二次光源散射是溶膠特有的現(xiàn)象入射光電磁場作用光線二．光散射定律

Reyleigh公式I

散射光強度A

入射振振幅

波長

粒子濃度(粒子數(shù)/體積)V單個粒子體積n1，n2

粒子，介質(zhì)折光率若將粒子濃度

(粒子數(shù)/體積)轉(zhuǎn)換成c(質(zhì)量/體積)：

V

=c式中二．光散射定律

Reyleigh公式可見光400～700nm

（蘭紅）從側(cè)面看溶膠，呈蘭色（散射）(2)

I

，粒子濃度越大，散射光越強 濁度法測定溶膠的濃度(3)

I

V，粒子體積越大，散射光越強 從乳光強度分布確定粒度分布

塵粒測定儀(4)

I與折光率差

n

有關(guān)，

n

越大，散射光越強 因此散射光是由于光學(xué)不均勻性引起的 大分子溶液單相，

n小，I

就小波長越短，散射光越強(1)

，三.溶膠的顏色吸收，與觀察方向無關(guān)散射，與觀察方向有關(guān)若吸收很弱，主要表現(xiàn)為散射，如AgCl，BaSO4溶膠：乳光若吸收較強，主要表現(xiàn)為其補色， 如Au溶膠（紅），As2S3溶膠（黃）粒子大小可改變吸收~散射相對比 如Au溶膠 高度分散時，吸收為主：紅 放置后粒子增大，散射為主：蘭二個因素四.光學(xué)方法測定粒子大小1.超顯微鏡法

普通顯微鏡：明視野，分辯率10–7m，無法計數(shù)超顯微鏡：四.光學(xué)方法測定粒子大小1.超顯微鏡法

普通顯微鏡：明視野，分辯率10–7m，無法計數(shù)方法：計數(shù)：每mL中粒子數(shù)n稱重：每mL中粒子質(zhì)量m

計算：m=n

V

由此式計算r2.激光散射法3.電鏡暗視野，觀察散射光，一個粒子一個光點，可計數(shù) （用血球計數(shù)器）超顯微鏡：第五節(jié)溶膠的電學(xué)性質(zhì)一．電動現(xiàn)象1.電冰：膠粒在電場中運動泥土+–膠粒帶負(fù)電介質(zhì)帶正電2.電滲：介質(zhì)在電場中運動+–泥土半透膜一．電動現(xiàn)象1.電冰：膠粒在電場中運動2.電滲：介質(zhì)在電場中運動3.流電動電勢：使介質(zhì)移動，產(chǎn)生電場4.沉降電勢：使膠粒移動，產(chǎn)生電場電動現(xiàn)象說明：溶膠質(zhì)點與介質(zhì)分別帶電，在電場中發(fā)生移動，或移動時產(chǎn)生電場二.帶電原因2.電離帶電如硅酸溶膠H2SiO3

（不同pH時）3.同晶置換如晶格中高價離子被低價離子置換而帶負(fù)電1.吸附帶電非選擇性吸附：選擇性優(yōu)先吸附

Fajans規(guī)則：難溶鹽晶體的溶膠，優(yōu)先吸附與其成分相同的離子HSiO3–+H+

HSiO2++OH–吸附介質(zhì)中H+，OH–或其它一般陽離子水化能力強，不易吸附懸浮粒子往往吸附陰離子而帶負(fù)電4.摩擦帶電非水介質(zhì)中無電離，質(zhì)點與介質(zhì)摩擦帶電三.溶膠表面雙電層理論1.平板雙電層（Helmholtz模型）模型過于簡單不能區(qū)別表面電勢與電動電勢三.溶膠表面雙電層理論反離子排布

形成內(nèi)多外少的擴散狀分布

(符合Boltzman分布)兩者分界面稱滑動面電動電勢

滑動面處電勢靜電吸力，向內(nèi)集中熱運動，向外擴散膠體粒子移動時近端反離子跟隨移動遠(yuǎn)端反離子不跟隨移動

0電勢距離x

反離子定位離子滑動面

滑動面2.擴散雙電層（Gowy-Chanman模型）

演示三.溶膠表面雙電層理論距離x3.吸附擴散雙電層（Stern模型）

是前二種模型的結(jié)合定位離子

0

0

反離子定位離子滑動面

擴散層

dStern面滑動面內(nèi)離子

滑動面外離子

0stern層平板層反離子

d電解質(zhì)對雙電層影響三.溶膠表面雙電層理論電解質(zhì)對雙電層影響

(1)

外加電解質(zhì)，反離子進入stern層和擴散層 結(jié)果：

d

，

，雙電層厚度

(2)

過量反離子可使

d電勢反轉(zhuǎn)(3)

同號大離子（如表面活性劑）吸附，可使

d>

x過量反離子x吸附同號大離子Stern模型在數(shù)學(xué)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

0

d

0

d膠團結(jié)構(gòu)式：[(膠核)m

n定位離子

（n–x）內(nèi)反離子]

x外反離子四.膠團結(jié)構(gòu)定位離子按Fajans規(guī)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(jié)構(gòu)例1Fe(OH)3溶膠

結(jié)構(gòu)式：例2AgI溶膠制備1：AgNO3+KI(過量)

AgI+KNO3

結(jié)構(gòu)式：[(AgI)m

制備2：AgNO3(過量)+KI

AgI+KNO3

結(jié)構(gòu)式：[(AgI)m

制備：FeCl3+H2O

Fe(OH)3+H++Cl–Fe(OH)3(部分)+H+

FeO++H2O[(Fe(OH)3)m

nFeO+

xCl–K++I–

nI–

(n-x)K+]

xK+（負(fù)溶膠）Ag++NO3–

nAg+

(n-x)NO3–]

xNO3–

（正溶膠)(n-x)Cl–]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=q

E

（電量

電場強度）F阻=6

r

v

qE=6

r

v

F電F阻球形帶電體表面電勢

與電量q關(guān)系：

0真空介電常數(shù)=8.82

10–12C2

m–2

N–1

r相對介電常數(shù)（無單位），水

r=81rq1.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(guān)系：

電動電勢計算式：

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(jié)溶膠的穩(wěn)定性和聚沉作用一、膠體穩(wěn)定性穩(wěn)定溶膠的因素：動力穩(wěn)定性（擴散力）：擴散，Brown運動，有利穩(wěn)定 粒徑越小、介質(zhì)粘度越大，越使溶膠穩(wěn)定2.表面帶電（靜電斥力）： 帶電后的電性斥力，是溶膠穩(wěn)定的主要原因3.溶劑化（水化膜斥力）：降低表面能，有利穩(wěn)定4.添加高分子保護熱力學(xué)因素：高分散度，比表面能大，有自發(fā)聚集傾向

二、溶膠的聚沉電解質(zhì)影響溶膠電性，溶膠對其十分敏感

適量電解質(zhì)是溶膠穩(wěn)定必要條件適量定位離子使溶膠荷電而穩(wěn)定（制備時不可凈化過度）

過多電解質(zhì)使溶膠發(fā)生聚沉聚沉原因：反離子壓縮雙電層，使

d

，

，

=0時最不穩(wěn)定聚沉值：使溶膠聚沉所加的電解質(zhì)的最低濃度不同電解質(zhì)聚沉能力(聚沉值)不同，其規(guī)律聚沉：溶膠聚結(jié)沉降現(xiàn)象1．電解質(zhì)對溶膠穩(wěn)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(zhì)的最低濃度不同電解質(zhì)聚沉能力不同，可用聚沉值來衡量，其規(guī)律有(1)反離子：價數(shù)：1價:2價:3價=同價：水化半徑越小，越易靠近質(zhì)點，聚沉能力越強(2)同號離子：對溶膠有穩(wěn)定作用，價數(shù)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(guī)則聚沉：溶膠對高價反離子強烈吸附的結(jié)果

2．溶膠的相互聚沉作用1．電解質(zhì)對溶膠穩(wěn)定性的影響帶相反電荷的溶膠互相混合發(fā)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(yīng)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(yīng)、脫水效應(yīng)、電中和效應(yīng)應(yīng)用：如污水處理，選礦，土壤改造，造紙優(yōu)點：效率高，絮塊大，沉降快，具選擇性停靠基團穩(wěn)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(wěn)定的DLVD理論(1)VanderWalls引力（遠(yuǎn)程力）(2)

靜電斥力（近程力）兩者總結(jié)果，形成能壘，是溶膠的穩(wěn)定點H勢能VVb1.膠粒之間的作用力和勢能曲線三.溶膠穩(wěn)定的DLVD理論(1)溶膠穩(wěn)定性原因：需克服勢壘(2)表面電勢對穩(wěn)定性影響H勢能VVb2．DLVO理論對溶膠穩(wěn)定性的解釋勢壘Vb：15~20kJ

mol

1

增加表面電勢，斥力勢能

，勢壘高度

，有利于穩(wěn)定(3)電解質(zhì)對穩(wěn)定性影響過量電解質(zhì)壓縮雙電層，

值

，斥力勢能

，不利于穩(wěn)定(4)反離子價數(shù)對穩(wěn)定性影響總勢能V=0時電解質(zhì)的濃度c與其價數(shù)z的關(guān)系：熱運動：常溫下，3.7kJ

mol

1

第七節(jié)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(dǎo)法：電導(dǎo)大，為O/W型；電導(dǎo)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(tǒng)

內(nèi)相：被分散相 外相：分散介質(zhì)水油水油一、乳狀液 ——穩(wěn)定乳劑(1)降低界面張力：處于較低能量狀態(tài)(2)形成界面膜：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(wěn)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