第六章 胶体化学
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物理化学(第二版)第六章 胶体和界面化学
比表面（specific surface area）与分散度
比表面－－通常用来表示物质分散的程度，有两 种常用的表示方法： 一种是单位质量的固体所具有的表面积； 另一种是单位体积固体所具有的表面积。
S SV V
S SW W
式中，W 和V分别为固体的质量和体积，S为其表面 积。目前常用的测定表面积的方法有BET法和色谱法。 分散度－－把物质分散成细小微粒的程度称为分散 度。物质分割得越小，分散度越高，比表面也越大。
r
弯曲液体表面上的蒸汽压
液体(T , pl ) === 饱和蒸汽( T , pg )
Gm (l) Gm (g)
Gm (g) Gm (l) dpg dpl pg T pl T
Vm (l)dpl Vm (g)dpg RTd ln pg
弯曲液体表面的附加压力
p凸 p0 p
（3）在凹面上：
p凹 p0 p
附加压力与曲率半径的关系
（忽略重力的影响）反抗压力 pi 移动活塞液滴体积增加 dV，对液 体所做的功为 pidV ; 液滴克服 pe 的压力增大体积 dV 对环境做 功 pedV，同时表面积增大dA付出表面功 σdA 。
比表面与分散度
把边长为1cm的立方体逐渐分割成小立方体的情况： 边长l/m 1×10-2 1×10-3 1×10-5 1×10-7 1×10-9 立方体数 1 103 109 1015 1021 比表面S/（m2/m3） 6 ×102 6 ×103 6 ×105 6 ×107 6 ×109
从表上可以看出，当将边长为10-2m的立方体分 割成10-9m的小立方体时，比表面增长了一千万倍。 可见达到nm级的超细微粒具有巨大的比表面积， 因而具有许多独特的表面效应，成为新材料和多相催 化方面的研究热点。
第06章--胶体和界面化学--习题及答案
第06章--胶体和界面化学--习题及答案第六章胶体和界面化学P2866-1298.2K时水在湿空气中的表面张力为71.97某10-3Nm-1,其表面张力温度系数为-1.57某10-6Nm-1K-1；试求在恒温恒压下.系统体积不变时可逆增加2cm2的表面积时,该过程的热、功、ΔG及ΔS解：ΔS=-TA,pΔA=3.14某10-10JK-1,Q=TΔS=9.36某10-8JW’=-σΔA=1.44某10-5J,ΔG=W’=1.44某10-5J6-2有一完全浮在空气中的肥皂泡，若其直径2.0某10-3m，已知肥皂溶液表面张力0.7Nm-1，则肥皂泡内所受的附加压力是多少解：Δp=4σ/r=2.8kPa6-3303K时,乙醇的密度为780kgm-3;乙醇与其蒸气压平衡时的表面张力为2.189某10-2Nm-1;试计算在内径为0.2mm的毛细管中它能上升的高度。
解：h=2σ/(ρgr)=0.057m6-4氧化铝瓷件上需要披银。
当烧至1000℃时，液态银能否润湿氧化铝表面？已知1000℃时（g-Al2O3）(g-Ag)、(Ag-Al2O3)分别为1000某10-3Nm-1,920某10-3Nm-1,1770某10-3Nm-1。
解：COSθ=[σ（g-Al2O3）-σ(Ag-Al2O3)]/σ(g-Ag)=-0.837,θ=147度,不润湿。
6-520℃时水和汞的表面张力系数分别为7.28某10-2Nm-1,0.483Nm-1,汞-水界面张力为0.375Nm-1，试判断水能否在汞的表面上铺展开来。
解：σ（汞）>σ(水)+σ(汞-水),能铺展6-6将正丁醇(Mr=74)蒸气骤冷至0℃,发现其过饱和度p某/p某0=4时能自动凝结为液滴,若273K时正丁醇表面张力=0.0261Nm-1;密度ρ=1000kgm-3;试计算在此过饱和度所凝结成液滴的半径及液滴所含分子数。
[1.23某10-9m,63]解：r=[ρRTln(pr/p0)/(2σMr)]=1.23某10-9m,N=4πr3ρNA/(3Mr)=636-7某晶体相对分子质量是80,在300K其密度为0.9kgdm;若晶体与溶液间界-3面张力为0.2Nm-1。
第六章,胶体化学方案
1.Brown 运动
1827年,植物学家布朗( Brown)在显微镜下,看到悬浮在水中的花 粉粒子处于不停息的无规则运动状态。
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以后发现，线度小于10-6m的粒子，在分散介质中都 有这种运动。（胶体尺度 10 -9~ 10-6m)
这种现象产生的原因是，分散介质分子处于不断的热运动中，从四面八方 断的撞击分散相粒子。对于大小在胶体尺度下的分散相粒子，粒子受到撞击次 较小,从各个方向受到的撞击力不能完全互相抵消,.在某一时刻,粒子从某一方向
M为粒子的摩尔质量；g 重力加速度；
0 分散介质密度； 粒子密度；
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三. 溶胶系统的电学性质
溶胶是一个高度分散的非均相系统。分散相粒子与分散介 质间有明显的相界面。实验发现，在外电场下，固、液两相可 发生相对运动；反之，若迫使固、液两相作相对运动时，又可 产生电势差。溶胶的这种与电势差有关的相对运动称为电动现 象。
，分离出溶胶中多余的电解质或其它杂质。
将 一般用羊皮纸，动物膀胱膜，硝酸或醋酸纤维素，等作为半透膜， 溶胶装于膜内，再放入流动的水中，经过一段时间的渗透作用，即可达到 净。化的目的。若加大渗透面积，适当提高温度，或加外电场，可加速渗透
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§2 胶体系统的性质
一. 胶体系统的光学性质--- 、Tyndall（丁铎尔）效应
ln C2
C1
-
Mg RT
1
-
ρo ρ
(h2 - h1 )
其中： C1，C2 为高度h1 ,h2 处粒子的数密度；
………………… ………………… ………………… …………………
………………… ………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
1827年,植物学家布朗( Brown)在显微镜下,看到悬浮在水中的花 粉粒子处于不停息的无规则运动状态。
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以后发现，线度小于10-6m的粒子，在分散介质中都 有这种运动。（胶体尺度 10 -9~ 10-6m)
这种现象产生的原因是，分散介质分子处于不断的热运动中，从四面八方 断的撞击分散相粒子。对于大小在胶体尺度下的分散相粒子，粒子受到撞击次 较小,从各个方向受到的撞击力不能完全互相抵消,.在某一时刻,粒子从某一方向
M为粒子的摩尔质量；g 重力加速度；
0 分散介质密度； 粒子密度；
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三. 溶胶系统的电学性质
溶胶是一个高度分散的非均相系统。分散相粒子与分散介 质间有明显的相界面。实验发现，在外电场下，固、液两相可 发生相对运动；反之，若迫使固、液两相作相对运动时，又可 产生电势差。溶胶的这种与电势差有关的相对运动称为电动现 象。
，分离出溶胶中多余的电解质或其它杂质。
将 一般用羊皮纸，动物膀胱膜，硝酸或醋酸纤维素，等作为半透膜， 溶胶装于膜内，再放入流动的水中，经过一段时间的渗透作用，即可达到 净。化的目的。若加大渗透面积，适当提高温度，或加外电场，可加速渗透
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§2 胶体系统的性质
一. 胶体系统的光学性质--- 、Tyndall（丁铎尔）效应
ln C2
C1
-
Mg RT
1
-
ρo ρ
(h2 - h1 )
其中： C1，C2 为高度h1 ,h2 处粒子的数密度；
………………… ………………… ………………… …………………
………………… ………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
第六章 液-液界面和固-液界面
•
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• ①吸附等温线
•
单分子层，指数型，多分子层
• ⅰ Langmuir 等温式
•
单分子层
• •
吸附量
x
x m m
b
c
m lb c
•
直线式
• •
c 1 c
x m
b
x m
m
x m m
• 求固体吸附剂的比表面积
S
x m
m
NA
m
•
其他油， OW ～油种类的关系;
•
若某种油能产生σmin ，则该油的EACN= nmin
•
EACN 是油相的展性, nmin是表面活性剂的展性;
•
当体系中 =EACN 时，才产生σmin ,
•
配制超低界面张力体系的依据
11
• 5.2 固-液界面
• 5.2.1润湿作用
•
⑴接触角和Young方程
•
离子交换树脂 R1 H Na R Na H
R2 OH Cl R Cl OH
制备去离子水
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薄膜
透镜 单分子膜 + 透镜 自憎现象 正己醇/水
铺展系数 Sa/b
a-g界面 dAa
( )T, p a 液面积扩大dA
a-b界面 dAab
b-g界面 dAb
3
6.1 液-液界面
G G G
dG
Aa
dAa
Ab
dAb
Aab
dAab
第6章 表面化学和胶体化学
恒T、P、恒组成、可逆过程，生成dAs新表面 需环境作功：dGT，p=δWr’=σdAs
积分：
dG GT ,P,ni
As
0
T ,P,ni
0
dAs Wr '
得：Wr ' GT , p,ni As Gs
则：σ= Gs/As= Wr’/As
σ：（比）表面Gibbs自由能，表面自由能。 也表示恒T，p，ni下，增加单位面积所必须 对体系作的非体积功，又称比表面功。 单位量纲：J·m-2 J·m-2 = N·m·m-2 = N·m-1
V 4 r3
3
As 4r 2
p p0 ps
p
p dp dAs 8rdr dV 4r2dr
δW ' psdV δW ' dAs
ps
2
r
球面
ps
1 ( r1
1 r2
)
任意曲面
Young-Laplace公式
r
ps
p0
适用范围：
1)适用毛细管直径＜0.5mm情形
2)适用于r为定值的小液滴或液体中小气泡。
(升华，融化，溶解)。形成亚稳（介安）体系
过饱和蒸气 过冷液体 过热液体 过饱和溶液
介安状态（热力学不稳定状态）
p
◆ 过饱和蒸气 降温过程：
pB l
A：不能凝出微小液滴 pA
B：凝出微小液滴
AB：过饱和蒸气 pB＞ pA 消除：如人工降雨，加AgI颗粒
微大小块 B
A
g
TA T
◆ 过冷液体 原因：凝固点下降。如纯净水可到-40℃不结冰。
2．吸附热的确定 ☆ 量热方法：用热量计 ☆ 由克-克公式计算（等量吸附热）
材料化学-胶体
11
不同类型流体的行为特征
12
牛顿流动：或称理想流动，剪应力 与速度梯度成正比。 dv
dx 特点：施加应力即开始流动，应力消除后变形不再复原。 实例：水，甘油，低分子量化合物的溶液，等等。
13
宾汉流动：剪应力必须大于流动极限值 —— 屈服值 f 后 才开始流动，开始流动后行为特点与牛顿流动相同。
数量相等，蛋白质分子的净电荷为零，该 pH 值称为蛋 白质的等电点。
38
双电层理论
当固体与液体接触时，可以是固体从溶液中选择性吸附某 种离子，也可以是固体分子本身发生电离作用而使离子进 入溶液，以致使固液两相分别带有不同符号的电荷，在界 面上形成了双电层的结构。
39
对于双电层的具体结构，一百多年来不同学者提出了不 同的看法：
4. 从固体表面到Stern平面，电位
从 0 直线下降为 。
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电动电势（electrokinetic potential）
电动电势，亦称为 电势：
带电的固体或胶粒在移动时， 移动的切动面与液体本体之间 的电位差称为电动电势；
在扩散双电层模型中，切动面 AB与溶液本体之间的电位差为 电位；
可压缩流体：流体体积随压力、温度等外界条件变化的流 体。
8
流体的特征
具有流动性 —— 1. 抗剪切和抗张能力很小； 2. 无固定形状，随容器形状而变化； 3. 在外力作用下发生内部相对运动。
9
流变学
流变学：研究流体（非牛顿型流体）的流动与变形的科学。 研究方法：将流体视为由无数流体微团组成的连续介质。
35
胶体的电学性质
胶粒带电的本质：
1. 胶粒在形成过程中，胶核优先吸附某种离子，使胶粒带 电。
例如：在 AgI 溶胶的制备过程中，
胶体化学
沉降分析装置示意图
扭力天平 w
t
说明： 1. 散射光总能量与入射光波长的四次方成反比。入 射光波长愈短，散射愈显著。所以可见光中，蓝、 紫色光散射作用强。 日光中，短λ：蓝光，紫光－－侧面可见蓝紫光 长λ的有：红光，黄光－－透过光呈红橙色。
2.分散相与分散介质的折射率相差愈显著，则散射作 用亦愈显著。 对于溶胶，是非均相，n 相差大，就强； 而真溶液（大分子溶液）为均相，就弱。
2.胶体分散体系
分散相粒子的半径在1 nm~100 nm之间的体系。目 测是均匀的，但实际是多相不均匀体系。也有的将1 nm ~ 1000 nm之间的粒子归入胶体范畴。
3.粗分散体系
当分散相粒子大于1000 nm,目测是混浊不均匀体 系，放置后会沉淀或分层，如黄河水。
按分散相和介质聚集状态分类
1. 液溶胶
Brown运动的本质
1905年和1906年爱因斯坦（Einstein)和斯莫鲁 霍夫斯基（Smoluchowski)分别阐述了Brown运动的 本质。
认为Brown运动是分散介质分子以不同大小和不同 方向的力对胶体粒子不断撞击而产生的，由于受到 的力不平衡，所以连续以不同方向、不同速度作不 规则运动。随着粒子增大，撞击的次数增多，而作 用力抵消的可能性亦大。 当半径大于5 m，Brown运动消失。
溶胶
粒子由即为一个大分子，热力学稳定、 可逆体系
胶粒的结构
胶粒的结构比较复杂，先有一定量的难溶物分子
聚结形成胶粒的中心，称为胶核；
然后胶核选择性的吸附稳定剂中的一种离子，形
成紧密吸附层；由于正、负电荷相吸，在紧密层外形
成反号离子的包围圈，从而形成了带与紧密层相同电
荷的胶粒；
胶粒与扩散层中的反号离子，形成一个电中性的胶团。
《胶体化学》课件
胶体稳定性受多种因素影响，包括电荷平衡、添加剂浓度、温度和离子浓度等。了解这些因素对 稳定性的影响对于控制胶体性质非常重要。
胶体的表面现象及表面电荷
胶体的表面现象和表面电荷是胶体特性的重要方面。表面张力、表面活性剂 和双电层理论等是解释胶体表面现象和电荷行为的基本概念。
胶体溶液的流变性质和黏度
胶体溶液的流变性质决定了其在应用中的性能。黏度是评估胶体流动性的重 要指标，它受到浓度、温度和剪切速率等因素的影响。
胶体的分类及特点
分类多样
胶体可以根据颗粒的组成、形状和大小来进行分类，如溶胶、凝胶和乳胶等。
特点独特
胶体具有较大的比表面积、光学散射特性、颗粒间作用力以及流变性质等特点。
广泛应用
胶体在许多行业中有重要的应用，如医药、食品、化妆品和环境工程等。
胶体的制备方法及应用
1
物理方法
如凝胶法、胶体溶胶法和机械法等，用于制备各种类型的液法等，用于合成特定结构和性质的胶体。
3
应用广泛
胶体在纳米材料制备、催化剂合成、石油开发和医药领域等具有广泛的应用。
胶体的粒径测定方法
粒径测定是胶体研究中的重要任务，常用的方法包括光散射、动态光散射和 电子显微镜等。这些方法能够准确测量颗粒的尺寸和分布。
胶体稳定性的影响因素
《胶体化学》PPT课件
欢迎来到《胶体化学》PPT课件！本课程将深入探讨胶体化学的基本概念、特 点、制备方法以及在各个领域的应用。让我们一起展开这个神奇而有趣的化 学世界吧！
胶体化学的基本概念和定义
胶体是一种特殊的物质状态，它由微小的颗粒悬浮在连续介质中而形成。胶体化学研究这些颗粒 的性质、行为和相互作用。
物理化学胶体化学知识点
6.４ 胶体系统的动力性质
（１）Brown 运动
1827年,植物学家布朗( Brown)在显微镜下,看到悬浮在水 中的花粉粒子处于不停息的无规则运动状态。
以后发现，线度小于4000nm的粒子， 在分散介质中都有这种运动。（胶体尺 度 1 ~ 1000nm)
这种现象产生的原因是：分散介 质分子由于热运动不断的撞击分散粒 子。对于大小在胶体尺度下的粒子， 粒子受到撞击次数较小，从各个方向 受到的撞击力（Brown Force）不能完 全抵消，在某一时刻，粒子从某一方 向得到的冲量即可发生位移。此即布 朗运动。
：散射角（观察方向与入射方向夹角）；
l ： 观测距离（观察者与散射中心的距离）。
由 Rayleigh 公式可知：
1）I V 2 ：可用来鉴别小分子真溶液与胶体溶液；
如已知 n 、n0 ，可由测 I 求粒子大小V 。
2) I 1/4 ：波长越短的光，散射越强。例：用白光照射
溶胶，散射光呈蓝色，透射光呈红色。即所谓"乳光现象"。 雾是气溶胶，海水是水溶胶，也经常显蓝色。
再如：过饱和法： 改变溶剂法；例:硫的酒精溶液倒入水中，形成硫在水
中的溶胶。 冷却法：用冰骤冷苯在水中的饱和溶液，得到苯在水
中的溶胶。
2）化学凝聚法：利用生成不溶性物质的化学反应，控制 析晶过程，使其停留在胶核尺度的阶段，而得到溶胶。所谓 控制析晶过程，系指采用有利于大量形成晶核，减缓于晶体 生长的条件，例：采用较大的过饱和浓度，较低的操作温度。
（２）瑞利（Rayleigh） 公式
1871年，瑞利在假设： 1）粒子尺寸远小于入射光的波长，可认为粒子是点光
源； 2）粒子间的距离较远，各粒子散射光间无相互干涉； 3）粒子不导电；
胶体化学
胶体化学
13级物理化学 李驰
目
第一章 胶体简介
录
第二章 溶胶的制备和净化 第三章 溶胶的动力性质 第四章 溶胶的光学性质 第五章 溶胶的电学性质 第六章 溶胶的稳定性和聚沉作用
第一章 胶体简介
1.1胶体化学的产生
胶体化学的历史是从1861年 开始的，创始人是英国科学家格 雷姆（Thomas Graham），首先 提出晶体和胶体的概念，如溶胶、 凝胶、胶溶、渗析、离浆等。 1903年，德· 席格蒙迪 （Zsigmondy）发明了超显微镜， 肯定了溶胶的多相性，从而明确 了胶体化学是界面华学。 1907年，德· 奥斯特瓦尔德 （Ostwald）创办了第一个胶体化 学的专门刊物——《胶体化学和 工业杂志》，因而许多人把这一 年视为胶体化学正式成为独立学 科的一年。
第三章 溶胶的动力性质
动力性质主要指溶胶中粒子的不规则运动以及由 此而产生的扩散、渗透压以及重力场下浓度随高度的 分布平衡等性质。 布朗运动：溶胶粒子在各个方向上进行着的频繁 的无序的运动。
第四章 溶胶的光学性质
1.丁达尔效应： 光的散射 判别溶胶与溶液的最简单的 方法 2.乳化现象： 雷莱定律：I∝1/r4 AgI乳化：蓝光波长短，易于 散射，从侧面看呈蓝色。短波 长德光被散射，只剩下长波长 的红光，故透射光呈红色。
6.2溶胶的聚沉作用
1.概念：溶胶由于失去聚结稳定性进 而失去动力稳定性的整个过程。 2.主要因素：电动电位降低。
3.影响因素：电解质作用、带点符号 不同的溶胶的相互聚沉作用、电场作用。
The End
第四章 溶胶的光学性质
溶胶的光化学性质是其高度分散性和 不均匀性特点的反映。通过光学性质的研 究，不仅可以解释溶胶系统的一些光化学 现象，而且在观察胶体粒子的运动时，可 以研究它们的大小和形状以及应用。
13级物理化学 李驰
目
第一章 胶体简介
录
第二章 溶胶的制备和净化 第三章 溶胶的动力性质 第四章 溶胶的光学性质 第五章 溶胶的电学性质 第六章 溶胶的稳定性和聚沉作用
第一章 胶体简介
1.1胶体化学的产生
胶体化学的历史是从1861年 开始的，创始人是英国科学家格 雷姆（Thomas Graham），首先 提出晶体和胶体的概念，如溶胶、 凝胶、胶溶、渗析、离浆等。 1903年，德· 席格蒙迪 （Zsigmondy）发明了超显微镜， 肯定了溶胶的多相性，从而明确 了胶体化学是界面华学。 1907年，德· 奥斯特瓦尔德 （Ostwald）创办了第一个胶体化 学的专门刊物——《胶体化学和 工业杂志》，因而许多人把这一 年视为胶体化学正式成为独立学 科的一年。
第三章 溶胶的动力性质
动力性质主要指溶胶中粒子的不规则运动以及由 此而产生的扩散、渗透压以及重力场下浓度随高度的 分布平衡等性质。 布朗运动：溶胶粒子在各个方向上进行着的频繁 的无序的运动。
第四章 溶胶的光学性质
1.丁达尔效应： 光的散射 判别溶胶与溶液的最简单的 方法 2.乳化现象： 雷莱定律：I∝1/r4 AgI乳化：蓝光波长短，易于 散射，从侧面看呈蓝色。短波 长德光被散射，只剩下长波长 的红光，故透射光呈红色。
6.2溶胶的聚沉作用
1.概念：溶胶由于失去聚结稳定性进 而失去动力稳定性的整个过程。 2.主要因素：电动电位降低。
3.影响因素：电解质作用、带点符号 不同的溶胶的相互聚沉作用、电场作用。
The End
第四章 溶胶的光学性质
溶胶的光化学性质是其高度分散性和 不均匀性特点的反映。通过光学性质的研 究，不仅可以解释溶胶系统的一些光化学 现象，而且在观察胶体粒子的运动时，可 以研究它们的大小和形状以及应用。
《胶体化学》课件
胶体的稳定性
胶体粒子由于其巨大的表面积和表面能而倾向于相互聚集，形成沉淀或絮凝体。 为了维持胶体的稳定性，需要采取措施来降低胶体粒子的相互作用，如加入电 解质或高分子物质。
聚沉
当胶体粒子聚集形成更大的粒子或沉淀时，称为聚沉。聚沉可以通过加入电解 质、加热、搅拌等方法实现。
胶体的电学性质
电泳
在电场作用下，胶体粒子会向电极移动，这一现象称为电泳。电泳是研究胶体电 学性质的重要手段之一。
胶体在交叉学科领域的应用前景
总结词
胶体化学与其它学科的交叉融合将为胶体化 学的发展开辟新的领域。
详细描述
胶体化学与生物学、医学、物理学等学科有 着密切的联系。例如，在生物学中，胶体可 以模拟细胞膜的结构和功能；在医学中，胶 体可以作为药物载体和诊断试剂；在物理学 中，胶体可以用于制备新型的光学、电学和 磁学材料。随着各学科之间的交叉融合，胶
油田污水处理
利用胶体吸附原理，去除 污水中的油、悬浮物等杂 质，实现废水的达标排放。
石油运输与储存
通过控制油品的胶体稳定 性，防止油品在运输和储 存过程中的变质和沉淀。
胶体在食品工业中的应用
食品加工
利用胶体作为增稠剂、稳定剂等，改善食品的口感和质地，提高 食品品质。
食品保鲜
通过控制食品胶体的稳定性，延缓食品变质，延长食品的保质期。
光学显微镜观察
总结词
通过光学显微镜可以观察胶体的形态、粒径大小和分布情况。
详细描述
光学显微镜利用可见光透射或反射胶体粒子，通过观察胶体粒子的形状、大小和分布，可以初步判断胶体的性质。
电学性质的测量
总结词
电学性质的测量是表征胶体的重要手段，可以了解胶体的电导率、电泳行为等。
详细描述
胶体粒子由于其巨大的表面积和表面能而倾向于相互聚集，形成沉淀或絮凝体。 为了维持胶体的稳定性，需要采取措施来降低胶体粒子的相互作用，如加入电 解质或高分子物质。
聚沉
当胶体粒子聚集形成更大的粒子或沉淀时，称为聚沉。聚沉可以通过加入电解 质、加热、搅拌等方法实现。
胶体的电学性质
电泳
在电场作用下，胶体粒子会向电极移动，这一现象称为电泳。电泳是研究胶体电 学性质的重要手段之一。
胶体在交叉学科领域的应用前景
总结词
胶体化学与其它学科的交叉融合将为胶体化 学的发展开辟新的领域。
详细描述
胶体化学与生物学、医学、物理学等学科有 着密切的联系。例如，在生物学中，胶体可 以模拟细胞膜的结构和功能；在医学中，胶 体可以作为药物载体和诊断试剂；在物理学 中，胶体可以用于制备新型的光学、电学和 磁学材料。随着各学科之间的交叉融合，胶
油田污水处理
利用胶体吸附原理，去除 污水中的油、悬浮物等杂 质，实现废水的达标排放。
石油运输与储存
通过控制油品的胶体稳定 性，防止油品在运输和储 存过程中的变质和沉淀。
胶体在食品工业中的应用
食品加工
利用胶体作为增稠剂、稳定剂等，改善食品的口感和质地，提高 食品品质。
食品保鲜
通过控制食品胶体的稳定性，延缓食品变质，延长食品的保质期。
光学显微镜观察
总结词
通过光学显微镜可以观察胶体的形态、粒径大小和分布情况。
详细描述
光学显微镜利用可见光透射或反射胶体粒子，通过观察胶体粒子的形状、大小和分布，可以初步判断胶体的性质。
电学性质的测量
总结词
电学性质的测量是表征胶体的重要手段，可以了解胶体的电导率、电泳行为等。
详细描述
胶体化学
胶体的制备
分散法
凝聚法
机械法 电分散法 超声分散法 胶溶法
化学凝聚法 物理凝聚法
采用物理手段
采用化学手段
胶体化学的应用领域
轻工业：造纸、织物、陶瓷、涂料、黏合剂 等。 油田开发：钻井液中颗粒大小的控制、流变 性、稳定性、絮凝作业、粘土分散雨防塌等。 农业：土壤中的离子交换、土壤团粒、农药 的乳化与分散等。 生物学与医学：生物流变学、血液学、电泳、 渗透与膜、各种凝胶、病毒、蛋白质等。
日用品的生产与使用：洗涤剂、化妆品等。
环境科学：气溶胶、烟雾、水净化、 污水处理等。 分析化学：离子交换、胶束增溶、 浊度、吸附指示剂、脱色等。 材料：水泥、纤维、橡胶等。
海洋科学：稀有元素的吸附提取、 污染油膜的处理。
胶体前沿
碟状胶体：软物质的新兴前沿
微纳米碟状胶体的研究发展近况，侧重于合成、自组装和 它们在软凝聚态物质及材料科学中的角色.
胶体未来发展着重方向
添加剂、助剂以及表面活性剂的多品种开发
涂浮剂的分散稳定 胶体与界面现象的深入研究 与产品外观提高相关的产品在胶体领悟的相关研究
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胶体化学
应化144
胶体的发现
胶体这个名词史由英国科学家 Thomas Graham(1861 年 ) 提出来的。
他用的仪器极为简单，将一块羊皮纸缚在一个玻璃筒上， 筒里装着要试验的溶液，并把筒浸在水中。Graham 用此 种装置研究许多物质的扩散速度，发现有些物质，如糖、 无机盐、尿素等扩散快，很容易自羊皮纸渗析出来；另一 下物质，如明胶、氢氧化铝、硅酸等扩散很慢，不能或很 难透过羊皮纸。前一类物质当溶剂蒸发时易于形成晶体析 出，后一类物质则不能结晶，大多成无定形胶状物质。于 是， Graham 把后一类物质称为胶体（ Colloid ），其 溶液称之为溶胶。胶体源自希腊文的 κολλα（胶）。
第六章 胶体
达到临界胶束浓度后，溶液的诸多性质，如表面张力、电 导率、渗透压、去污能力等变化之规律都出现明显转折。
三、表面活性剂的作用 1.润湿作用 2.起泡与消泡作用
3.洗涤作用
第六章
§6-6
表面现象与胶体分散体系
胶体分散体系
一、几个概念 分散体系：一种或几种物质在另一种物质中分散所 构成的体系 分散相：被分散的物质称为分散相，在分散体系 中它是不连续相 分散介质：分散其他物质的物质称为分散介质，在 分散体系中它是连续相
CH3
Cl－
水 水 水 水 水 水 水 － 水 水
水
CH3 N+ CH3
溶于水
CH3CH2
CH2CH2
水 水
水 水
+ Cl
CH3
水 水 水
水 水
水 水
高分子表面活性剂
M >10000
2. 按分子量分类
中分子表面活性剂 1000<M<10000
低分子表面活性剂 100<M<1000(常用)
二、吉布斯吸附等温式 用热力学方法导出恒温下溶液表面的吸附公式：
a2 Γ RT
——Gibbs吸附等温式 a 2 T
——表面吸附量或表面过剩，即单位面积的表面层中
溶质的摩尔数减去本体中具有与表面层相同溶剂量的溶
液中溶质的物质的量，molm-2
2——溶质的活度，对于稀溶液，可用浓度c2代替活度
如肥皂 RCOONa
阳离子表面活性剂， 如胺盐 C18H37NH3+Cl-
表面活性剂
两性表面活性剂， 如氨基酸型R-NHCH2COOH 非离子型表面活性
如聚乙二醇类
HOCOH2[CH2OCH2]nCH2OH
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7
§6.1 绪论
高分子溶液（亲液溶胶） 半径落在胶体粒子范围内的高分子溶解在合适的 溶剂中，一旦将溶剂蒸发，高分子化合物凝聚，再加 入溶剂，又可形成溶胶，分散相与分散介质同相，亲 液溶胶是热力学上稳定、可逆的体系。
缔合胶体（有时也称为胶体电解质） 分散相是由表面活性剂缔合而成的胶束。通常以 水作为分散介质，胶束中表面活性剂的亲油基团向里， 亲水基团向外，分散相与分散介质之间有很好的亲和 性，因此也是一类均相的热力学稳定系统。
溶剂 溶胶
–
溶剂
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§6.2 胶体系统的制备与纯化
超过滤法 用半透膜作过滤膜，利用吸滤或加压的方法使 胶粒与含有杂质的介质在压差作用下迅速分离。
将半透膜上的胶粒迅速用含有稳定剂的介质再 次分散。
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§6.2 胶体系统的制备与纯化
生物化学和医学药物等方面的应用 测定蛋白质和酶分子的大小，根据开始能阻拦粒子 通过的微孔直径来判断粒子的大小。 中草药的提取，除去诸如植物蛋白、淀粉、树胶等 高分子杂质。
悬浊液和乳状液等粗分散体系
13
§6.1 绪论
应用领域
分析化学中的吸附指示剂、离子交换、沉淀物的可 滤性、色谱等； 物理化学中的成核作用、过饱和及液晶等； 生物化学和分子生物学中的电泳、膜现象、蛋白质 和核酸等；
化学制造中的催化剂、洗涤剂、润滑剂、粘合剂等； 环境科学中的气溶胶、泡沫、污水处理等； 材料科学中的陶瓷制品、水泥、塑料等； 石油科学中的油品回收、乳化等。
1~100nm的颗粒
泛指小于1μ m 的颗粒
特殊性质
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§6.2 胶体系统的制备与纯化
For example HAuCl4· 4H2O was dissolved in ultra–pure water to get 2mM Au3+ solution. one millilitre pure TX-100 was dissolved in about 40 ml ultra-pure water in a beaker and kept it in darkroom. After the beaker was put on the path of ray emitted from the tungsten lamp, 5ml Au3+ solution was put into the TX-100 solution and ultra-pure water was added into the mixture solution until total volume is 50 ml.
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§6.2 胶体系统的制备与纯化
硫溶胶 2H2S(稀）+ SO2(g) → 2H2O +3S (溶胶） Na2S2O3 +2HCl → 2NaCl +H2O +SO2 +S (溶胶） 金溶胶 2HAuCl4(稀）+ 3HCHO +11KOH 2Au(溶胶）+3HCOOK + 8KCl + 8H2O 氯化银溶胶 AgNO3（稀）+ KCl（稀） → AgCl (溶胶） +KNO3
本章主要内容
§6.1 绪论 §6.2 胶体系统的制备与纯化 §6.3 胶体系统的光学性质
§6.4 胶体系统的动力性质 §6.5 溶胶系统的电学性质 §6.6 溶胶的稳定性与聚沉
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§6.1 绪论
胶体化学
研究微观多相胶体体系的科学。
与表面化学的关系 胶体体系具有巨大的比表面，离开界面就无法理 解胶体的各种现象，因而又经常称为界面与胶体科学。
污水的处理、海水淡化和纯水制备等。
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§6.2 胶体系统的制备与纯化
4.单分散性溶胶（monodispersed sol） 概念 胶粒尺寸、形状和组成皆相同的溶胶。 制备 最高成核浓度 c LaMer成核扩散控制模型
最低成核浓度
控制过饱和程度，很短的时 间内形成全部晶核，称为爆发 式成核；形成晶核后浓度迅速 降低，开始慢慢生长。
4
3
1 2 1
1.电极
2.石英片
3.变压器油 4.样品管
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§6.2 胶体系统的制备与纯化
电弧法
电弧法主要用于制备金、银、铂等金属溶胶。
制备时在两电极上施加 100V 左右的直流电，调节电极之间的距 离，使之发生电火花，这时表面金 属蒸发，接着金属蒸气立即被水冷 却而凝聚为胶粒。
20
§6.2 胶体系统的制备与纯化
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§6.2 胶体系统的制备与纯化
胶溶法 胶溶法又称解胶法，仅仅是将新鲜的凝聚沉淀重 新分散在介质中形成溶胶，并加入适当的稳定剂。 Fe(OH)3（新鲜沉淀） AgCl (新鲜沉淀）
加FeCl3
Fe(OH)3 (溶胶） AgCl(溶胶）
加AgNO3或KCl
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§6.2 胶体系统的制备与纯化
超声分散法 将分散相和分散介质两种 不混溶的液体放在样品管4中， 样品管固定在变压器油浴中。 在两个电极上通入高频电 流，使电极中间的石英片发生 机械振荡，使管中的样品均匀 地混合成胶体。
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§6.2 胶体系统的制备与纯化
Size(nm)
Spectrochimica Acta Part A 69 (2008) 566–571
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§6.3 胶体系统的光学性质
Tyndall效应 Rayleigh公式 超显微镜与粒子大小的近似测定
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§6.3 胶体系统的光学性质
1.Tyndall效应
TX-100
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§6.2 胶体系统的制备与纯化
Field emission electron microscope graphs of gold nanoparticles obtained by mixing same quantity of HAuCl4 in darkness with different quantity of TX-100: (a) 2.0 ml, (b) 2.5 ml, (c) 3.0 ml, (d) 3.5 ml
§6.2 胶体系统的制备与纯化
蒸气骤冷法 将汞的蒸气通入冷水中就可以得到汞的水溶胶。
罗金斯基等人制备碱金属的苯溶胶。
先将体系抽真空，然后适当加热 管2和管4，使钠和苯的蒸气同时在管 5 外壁凝聚成固相。除去管5中的液氮， 凝聚在外壁的钠和苯融化，在管3中 2 获得钠的苯溶胶。
5
2.苯 4.金属钠
渗析法 简单渗析 将需要净化的溶胶放在羊皮纸或动物膀胱等半透 膜制成的容器内，膜外放纯溶剂。 利用浓差因素，多余的电解质离子不断向膜外渗 透，经常更换溶剂，就可以净化半透膜容器内的溶胶。
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§6.2 胶体系统的制备与纯化
电渗析 为了加快渗析速度，在装有溶胶的半透膜两侧外加 一个电场，使多余的电解质离子向相应的电极作定向移 动。 +
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§6.2 胶体系统的制备与纯化
分散法
凝聚法
溶胶的净化
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§6.2 胶体系统的制备与纯化
制备溶胶必须使分散相粒子的大小落在胶体分散 体系的范围之内，并加入适当的稳定剂。
聚集
分散
溶液
胶体
粗分散系统
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§6.2 胶体系统的制备与纯化
1.分散法 研磨法 用机械粉碎的方法将固体磨细。 这种方法适用于脆而易碎的物质，对于柔韧性的 物质必须先硬化后再粉碎。例如，将废轮胎粉碎，先 用液氮处理，硬化后再研磨。
3
§6.1 绪论
1.分散体系定义 一种或几种物质分散在另一种物质中就构成分散 体系。其中，被分散的物质称为分散相(dispersed phase)，另一种物质称为分散介质(dispersing medium)。 云 牛奶 乳脂 水 珍珠 水
分散相
分散介质
水 空气
碳酸钙
ห้องสมุดไป่ตู้
分散程度的高低影响着分散体系的性质。
胶体不是某一类物质的特有性质，而是物质的一 种存在状态。 粗分散系统 分散相粒子半径大于1000 nm的不均匀分散系统， 放置后会沉淀或分层。
6
§6.1 绪论
3.胶体分散系统分类 (1)按胶体溶液的稳定性分类 溶胶（憎液溶胶） 半径在1 nm~100 nm之间的难溶物固体粒子分散 在液体介质中，有很大的相界面，易聚沉，分散相与 分散介质不同相，是热力学上的不稳定体系。 一旦将介质蒸发掉，再加入介质就无法再形成溶 胶，是 一个不可逆体系，如氢氧化铁溶胶、碘化银 溶胶等。
4
3
2
5.液氮
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§6.2 胶体系统的制备与纯化
凝聚法原理 与结晶过程类似，分为两个阶段： 形成晶核(nucleation)阶段 dn cS v1 K1 dt S t为时间；n为晶核数目；c为析出物质的浓度，即 为过饱和浓度；S为溶解度；c-S为过饱和度。 晶体生长阶段 v2 K2 D(c S )
D为溶质分子的扩散系数。
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§6.2 胶体系统的制备与纯化
3.溶胶的净化
在制备溶胶的过程中，常生成一些多余的电解质， 如制备 Fe(OH)3溶胶时生成的HCl。 少量电解质可以作为溶胶的稳定剂，但是过多的 电解质存在会使溶胶不稳定，容易聚沉，所以必须除 去。
净化的方法主要有渗析法和超过滤法。
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§6.2 胶体系统的制备与纯化
固-气溶胶
有色玻璃、不完全互溶的合金 珍珠、某些宝石
泡沫塑料、沸石分子筛
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§6.1 绪论
气溶胶
将气体作为分散介质所形成的溶胶。当分散相为 固体或液体时，形成气-固或气-液溶胶。 气-固溶胶 气-液溶胶 如烟、霾，含尘的空气 如雾、云
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§6.1 绪论
4.憎液溶胶的特性 特有的分散程度 粒子的大小在10-9~10-7 m之间，因而扩散较慢，不 能透过半透膜。 多相、不均匀性或多分散性