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胶体稳定性

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胶体化学第5章胶体的稳定性

胶体化学第5章胶体的稳定性

体的移动速度来计算电渗和电动现象，从而判断胶体的稳定性。
02 03
沉降法
沉降法是通过测量胶体在重力场中的沉降速度来判断其稳定性。如果沉 降速度很快，说明胶体的稳定性较差；如果沉降速度很慢，说明胶体的 稳定性较好。
光学法
光学法是通过观察胶体在光学显微镜下的形态来判断其稳定性。如果观 察到明显的聚沉现象，说明胶体的稳定性较差；如果没有观察到明显的 聚沉现象，说明胶体的稳定性较好。
反絮凝
是指通过某些措施使已经 絮凝的胶体重新分散成小 聚集体的过程。
04 胶体的应用
胶体在化学工业中的应用
胶体在化学工业中有着广泛的应用， 如涂料、颜料、粘合剂、印染等。胶 体作为分散相，能够提高产品的性能 和稳定性，改善产品的外观和手感。
胶体在化学工业中还可以用于制备功 能性材料，如光敏材料、电绝缘材料 ห้องสมุดไป่ตู้磁性材料等，以满足不同领域的需 求。
A
B
C
D
电子信息领域
利用胶体化学制备高性能的电子材料和器 件，推动电子信息技术的进步和发展。
能源与催化领域
利用胶体化学制备高效催化剂和燃料添加 剂，提高能源利用效率和减少环境污染。
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THANKS
分散剂的作用
分散剂可以降低胶体粒子 之间的相互作用力，使胶 体粒子在介质中均匀分散。
分散剂的种类
常用的分散剂包括表面活 性剂、高分子物质等。
胶体的絮凝与反絮凝
胶体的絮凝
是指在某些条件下，胶体 粒子通过相互作用形成较 大聚集体的现象。
絮凝的条件
电解质、高分子物质、温 度变化等都可能引起胶体 的絮凝。
根据分散相粒子的大小，胶体可 分为粗分散体系、溶胶、高分子 溶液和缔合胶体等。

第五章胶体的稳定性

第五章胶体的稳定性
R 其中：
64 n KT 2 0 2 k) d 0exp( k
式5-10
exp( Ze KT ) 1 0/2 0 exp( Ze KT ) 1 0/2
R 表示两平板质点的双电层在单位面积上的相互排斥能（斥力位能）。
当 0 很高时，Ze 0 >>1，则 0 →1， R 与 0 无关
§5-1 电解质的聚沉作用
一、聚沉与老化
聚沉：胶粒聚集变大而沉淀的过程，与沉淀反应不同， 因聚沉电解质的量远少于沉淀量，其间不存在当量关系。
老化：由于小颗粒具有大的溶解度，静止时，溶液中的 小颗粒溶解，大颗粒长大，直到形成分散度较单一的大颗粒 ，这一过程称为老化。
二、聚沉值及其测定方法
聚沉值：在指定条件下，使溶胶聚沉所需电解质的最 低浓度，以mol/L表示。
一、胶粒间的范德华吸引能
a、永久偶极之间 1、分子间的范德华吸引能
对于同种分子
b、色散吸引能 c、诱导偶极与永久偶极之间
6 x 分
式5-1 （六次律）
式中： 分 ：分子间总的范德华引力
2 2 3 2 2 hv 3 KT 4
式5-2
x：分子间距离 α ：分子的极化度
对斥能峰的高低有较大影响。 ② s 的影响 ， A与 0无关，而 0 随 A 上升而增加，所以 R 2 0 与A相同时，势垒能 s 增加而上升。 泥浆不抗盐是因为电解质对双电层的压缩，使 s下降 ，势垒下降。
R 2 ，所以A与 不变时， ③ 的影响 A与 无关， 0 越小，双电层越厚，势垒越高。
1 1 1 ∶ ∶ 1 2 3
6
6
6
聚沉值与离子价数的6次方成反比，即schulze-hardy 规则。除了反离子外，同号离子的性质、大小均对聚沉值 有影响。

胶体的稳定性和聚沉作用

胶体的稳定性和聚沉作用
2021/11/3
溶胶的稳定性
抗聚结稳定性 胶粒之间有相互吸引的能量Va和相互排斥的能量Vr，总作用能 为 Va+Vr。如图所示：
当粒子相距较大时，主要为 吸力，总势能为负值；当靠近 到一定距离，双电层重叠，排 斥力起主要作用， 势能升高。要使粒子聚结必须 克服这个势垒。
2021/11/3
影响溶胶稳定性的因素
高分子化合物在低浓度时，大量胶粒会吸附在同一个高分子线型分子上，整个系 统质量增大，发生聚沉。这种现象称为敏化作用。在敏化作用中，高分子化合物起到 了一个桥梁的作用，通过吸附架桥，从而破坏胶体，使其发生聚沉。
2021/11/3
高分子化合物的作用
但是，高分子化合物浓度较高时，能大大提高溶胶的稳定性，这就是高分子化合物 对溶胶的保护作用。
1、电解质的聚沉作用 2、高分子化合物的聚沉作用 3、带相反电荷的溶胶的聚沉作用
2021/11/3
电解质的聚沉作用
当向溶胶中加入电解质后，电解质中与溶胶带相反 电性的离子会进入吸附层，中和了电位离子，减少或者中 和胶粒的带电量，从而使胶粒在碰撞后易于聚结而沉降。 因此，电解质的聚沉作用主要是减少胶粒带电，使ξ电位 下降，促使胶粒聚结。水处理中常用明矾或聚合氯化铝来 使水中黏土等负电性胶体聚沉。再如豆腐的制作、河流入 海口三角洲的形成等，都是这个原理。
例如，对于给定的溶胶，异电性离子分别为一、 二、三价，则聚沉值的比例为：
2021/11/3
1 1
6
:
1 2
6
:
1 3
6
电解质的聚沉作用
当起聚沉作用的离子电荷数相同时，其聚沉能力也会因离子的活泼性不同而有 所差别。
例如，对带负电的溶胶，一价阳离子硝酸盐的聚沉能力次序为： H+>Cs+>Rb+>NH4+>K+>Na+>Li+ 而碱土金属离子的聚沉能力大小为

讲-第章-胶体的稳定性

讲-第章-胶体的稳定性
(iii)若H >0，S <0，均可使G >0，此时焓变及 熵变均使系统稳定，为复合稳定。（温度对稳定的影 响不明显）
(ii) 脱水效应—高聚物分子由于亲水，其水化作用较胶粒 水化作用强(憎水)，从而高聚物的加入夺去胶粒的水化外壳 的保护作用。
(iii) 电中和效应—离子型高聚物的加入吸附在带电的胶 粒上而中和胶粒表面电荷。
2. 空间稳定理论（ steric stabilization）
向溶胶中加入高聚物或非离子表面活性剂，虽降低了电势， 但却显著地提高了溶胶系统的稳定性，这是用DLVO理论所解 释不了的。这种结果可用空间稳定理论加以解释。空间稳定理 论认为这是由于溶胶粒子表面吸附了高聚物，吸附的高聚物层 引起系统的G >0.
可见，聚沉能力是聚沉值的倒数，即聚沉值愈小，该电解 质的聚沉能力就愈大；反之，聚沉值越小的电解质，其聚沉能 力越强。
（1）电解质中与胶粒所带电荷相反的离子是其主要聚沉作用 的离子，并且离子价数越高，电解质的聚沉能力越大。
对某一给定溶胶，一、二、三价反离子聚沉值的比例大约是：
100 :1.6 : 0.14
当x缩小，先出现一 极小值F，则发生粒子的
Born排斥 {U}
聚集称为絮凝（可逆的）。
UR ∝exp{-x} —德拜参量
Umax
当x再缩小，则出现 极大值Umax。只有两胶 粒通过热运动积聚的动 能超过15kT时才有可能
超过此能量值，进而出 现极小值C，在此处发
生粒子间的聚沉（不可 逆）。
势垒
exp( Ze0 ) 1


2kT
exp( Ze0 ) 1
2kT
B：常数； ：介电常数；Z：分散离子价数 ； ：复合比 (complex ration) ; kB :波尔滋曼常数

胶体化学第5章 胶体的稳定性

胶体化学第5章 胶体的稳定性
12 H
式中，VA为范德华引力势能（为负值）；a是球半径；H是两球最短 距离；A是Hamaker常数 。 两平行的等同平板粒子：
VA A 12 D
2
式中，D是两板间距。
上两式表明，VA随距离的增大而下降。 Hamaker常数A是一个重要的参数，它与粒子性质有关，是物质的 特性常数，具有能量的单位，在10－19~10－20J之间。下表是一些物质的 Hamaker常数。
影响絮凝作用的主要因素有： ①絮凝剂的分子结构 絮凝效果好的高分子应有直链结 构，交联和支链结构的效果差。应有水化基团和架桥 功能，电离度越大，荷电越多，分子越伸展，利于架 桥；但若高分子与胶粒荷相同电性时，带电多，产生 静电斥力不利于絮凝。 ②絮凝剂的分子量 分子量越大越好，但过大时，不容 性和远距离则不利絮凝，一般分子量在106左右。 ③絮凝剂的浓度 研究表明存在一个最佳浓度，为胶 粒表面饱和吸附量一般是最好，可见上图示。 ④搅拌 要均匀，不可带激烈。 ⑤酸性和盐 它们对絮凝影响很大。 下面给出了一些代表性的高分子絮凝剂：
4．临界聚沉浓度 电解质是影响V的重要因素之一。见下图示。电解质浓度大（κ亦大）， 势垒越低。把势垒值为零时的电解质浓度称为临界聚沉浓度，用Cccc表 示。根据DLVO理论的势能公式，可得到
C ccc 常数
（ kT )
3 5
4 0
A z
2
6
这表明，Cccc 与离子价数的六次 方成反比，这与Schulze-Hardy经 验规则相符，也证明了DLVO理 论的合理性。
4.3 高分子的稳定性和絮凝作用
1.空间稳定作用 人们很早就发现高分子物质对溶胶具有稳定作用。稳定机理有如下几 个原因。 ①带电高分子吸附後会增加胶粒间的静电斥力势能。 ②高分子吸附层通常能减小Hamaker常数，从而降低粒子间的范德华 引力势能。 ③带有高分子吸附层的胶粒相互接近时，吸附层的重叠会产生新的斥 力势能阻止粒子聚集。这种稳定作用称为空间稳定作用，产生的斥力势 能称为空间斥力势能，用VS表示。这样粒子间总的相互作用势能为 V = VA + VR + VS

胶体的稳定性

胶体的稳定性

聚沉值
使溶胶发生明显聚沉时外加电解质的最小 浓度称为该电解质对该溶胶的聚沉值 浓度称为该电解质对该溶胶的聚沉值
聚沉能力
聚沉能力＝1/聚沉值 聚沉能力＝1/聚沉值
解释： 解释：
ci ↑ I ↑
κ↑
VR ↓↓ V ↓↓
斥力不足以克服引力——聚沉 聚沉 斥力不足以克服引力 聚沉值： 聚沉值：
∂V
V = V A + VR = 0
（3）法扬斯（Fajans)规则 法扬斯（Fajans)规则 能与晶体的组成离子形成不溶物或难电离化合物的 异电离子优先被吸附，具有强的聚沉能力。 异电离子优先被吸附，具有强的聚沉能力。
（4）不规则聚沉 有时，少量电解质使溶胶聚沉，电解质浓度高时， 有时，少量电解质使溶胶聚沉，电解质浓度高时， 又重新分散，浓度再高又聚沉，此为不规则聚沉， 又重新分散，浓度再高又聚沉，此为不规则聚沉，多发 不规则聚沉 生在以大离子或高价离子为聚沉剂的情况——大离子或 生在以大离子或高价离子为聚沉剂的情况 大离子或 高价离子引起电动电势反号。 高价离子引起电动电势反号。 （5）有机离子一般具有较强聚沉能力——特殊吸附力 有机离子一般具有较强聚沉能力 特殊吸附力 （6）同号离子的影响 大的同号有机离子因与质点强烈的van 大的同号有机离子因与质点强烈的van der Waals 引力而被吸附，从而改变质点的表面性质。一般说来， 引力而被吸附，从而改变质点的表面性质。一般说来， 大的或高价的负离子对于负溶胶有一定稳定作用， 大的或高价的负离子对于负溶胶有一定稳定作用，大的 或高价正离子对于正溶胶有一定稳定作用。 或高价正离子对于正溶胶有一定稳定作用。
-
- + + ++ + + + ++

食品中的胶体稳定性研究

食品中的胶体稳定性研究

食品中的胶体稳定性研究胶体稳定性是指液体中分散相颗粒的稳定状态，是食品行业研究的一个重要课题。

胶体稳定性影响着食品的质量和口感，因此对其进行深入研究具有重要意义。

胶体稳定性与胶体颗粒之间的相互作用密切相关。

在食品中，常见的胶体颗粒有胶状体、脂质体、乳液等。

这些胶体颗粒存在于各种食品中，例如酱料、乳制品、饮料等。

胶体颗粒的稳定性受到多种因素的影响，包括表面电荷、溶液中的离子浓度、温度等。

首先，胶体稳定性与胶体颗粒的表面电荷有关。

在水溶液中，胶体颗粒的表面带有电荷，这种表面电荷使胶体颗粒之间形成静电斥力，防止其聚集。

这种静电斥力是维持胶体颗粒分散状态的重要力量。

然而，当溶液中的离子浓度增加时，胶体颗粒的表面电荷可能被中和，导致静电斥力减弱，使得胶体颗粒易于聚集。

其次，胶体稳定性还受到离子浓度和pH值的影响。

溶液中存在的离子可以干扰胶体颗粒的电荷平衡，从而影响胶体的稳定性。

离子浓度较高时，离子与胶体颗粒表面电荷之间发生相互作用，导致胶体的稳定性降低。

此外，溶液的pH值也会影响胶体稳定性。

适当的pH值可以保持胶体颗粒表面电荷的平衡，从而维持胶体的稳定性。

温度是另一个影响胶体稳定性的重要因素。

随着温度的升高，分子的活动性增加，这可能导致胶体颗粒的聚集。

此外，一些食品中的成分在高温下可能发生变化，从而影响胶体稳定性，例如乳制品中的蛋白质在高温下会发生变性，导致乳液的稳定性降低。

针对食品中的胶体稳定性问题，研究人员提出了一些解决方案。

一种常用的方法是添加稳定剂或乳化剂。

稳定剂可以增加胶体颗粒表面的电荷密度，从而增强胶体分散的稳定性。

乳化剂则可以在液体中形成薄膜或界面活性剂层，减少胶体颗粒之间的相互作用。

这些添加剂的选择和使用方法需要进行深入研究，以确保其对食品质量和安全性的影响。

此外，利用纳米技术也是研究胶体稳定性的新方法。

纳米颗粒具有较大的比表面积和特殊的物理化学性质，可以在食品中起到纳米稳定剂的作用。

通过纳米技术可以制备具有独特结构和性质的纳米胶体颗粒，从而提高胶体的稳定性。

胶体的稳定性

胶体的稳定性
稳定的溶胶必须同时兼备聚结稳定性和动力稳定性，其中聚结稳 定性更为重要，一旦失去聚结稳定性，粒子相互聚结变大，最终将导 致失去动力学稳定性。
无机电解质和高分子都能对溶胶的稳定性产生重大影响，但其机 理不同。为加以区别，通常：
把无机电解质使溶胶沉淀的作用称为聚沉作用 把高分子使溶胶沉淀的作用称为絮凝作用
引力位能皆 规定为负值
三、DLVO理论
（2）两平行的等同平板粒子：
A EA 12πH2
H——两板间最短距离。
从以上两式可以看出，EA随距离增大而下降。
Hamaker常数A是一个重要参数，与粒子性质有 关，是物质的特性参数，具有能量单位，一般在 10－19～10－20J之间。
三、DLVO理论
2．双电层的斥力势能
稳定区
聚沉区
+30mv 0
－30mv
稳定区
不规则聚沉示意图
当ζ电势绝对值低于临界值（一般为30mv）时，溶胶就聚 沉，高于此值，体系稳定。
二、聚沉作用（coagulation）
（4）溶胶相互聚沉
两种电性相反的溶胶混合时可胶发粒生所相带 互聚沉作用，聚沉 的程度与两胶体的比例有关，比例电相荷差为很零 大时，聚沉不完全 或不发生聚沉，在等电点附近沉淀最完全。
第四讲 胶体的稳定性
胶体的稳定性
胶体溶液的稳定性实指其某种性质（如分散相浓度、颗粒 大小、体系黏度和密度等）在一定程度的不变性。
虽然胶体本质上是热力学不稳定体系，但是 实际上它总能稳定一定的时间，有时长达数年， 甚至数十年之久。
稳定性只具有动力学意义，故而是相对的。
一、胶体的三种稳定性
1．热力学稳定性
很早以前，人们就发现高分子物质对溶胶具有稳定作用。如我国 古代制造的墨汁就掺进树胶，以保护炭粉不致聚结。现代工业上制造 的油溶性油漆、涂料、油墨等均利用了高分子的稳定作用。

第五章胶体和胶体的稳定性

第五章胶体和胶体的稳定性
1)反离子的价数起主要作用：反离子 价数越高，聚沉能 力越大。 粗略估计： 聚沉值? 1/Z 6，聚沉能力? Z 6
?? 舒尔策-哈迪（ Schultz-Hardy ）规则
Schulze-Hardy规则
聚沉能力主要决定于胶粒带相反电荷的离子的价数。 聚沉值与异电性离子价数的六次方成反比 ，这就是
Schulze-Hardy 规则。
电泳与电渗电泳与电渗return电位离子反离子扩散层胶团边界滑动面胶粒吸附层电位电位胶体的结构胶体的结构产品产品墨水墨水纳米防水剂纳米防水剂碳纳米管碳纳米管废水处理废水处理处理的效果处理的效果锅炉污垢沉积锅炉污垢沉积气体尘埃气体尘埃33溶胶的稳定与聚沉溶胶的稳定与聚沉胶体具有较大的表面积较大的比表面胶体具有较大的表面积较大的比表面积因而在热力学上是不稳定的
思考题：如何除去空气中的尘埃？
形成结构紧 密而又稳定 0 的沉积物
第一最小值
ER
形成疏松
左 图 中 ， EA 为引力势能，
E
的聚沉物 ER 为 斥 力 势 能
实线 E 为总势能。
E max
b
EA
a
在粒子 距 离
x（粒子间距离） 接近a 时，达
到第二最小
值，其值为
第二最小值
几个kT 。
粒子在此处可形成疏松的不稳定的聚沉物。当外界环境变化 时，这种聚沉物可重新分离生成溶胶。
思考题
? 如何提高天然染料的稳定性？ ? 天然染料的特点：
? 天然可再生资源 ? 多种保健功能： 防紫外线 抗老化 延缓衰老 ? 自然大方的染色效果
天然染料分子中的基本单元
表儿茶素棓酸酯（ ECG）表棓儿茶素棓酸酯（ EGCG）
4.溶胶的聚沉
定义： 溶胶中分散相微粒互相聚结，颗粒变大，进而 发生沉淀的现象称为聚沉。

胶体的稳定性

胶体的稳定性

胶体的稳定性
答案：
胶体（Colloid）又称胶状分散体，是一种分散质粒子直径介于粗分散体系和溶液之间的一类分散体系[1]。

胶体不一定都是胶状物，也不一定是液体，常见的胶体有有色玻璃、果冻、鸡蛋清、血液等。

介稳性：
胶体的稳定性介于溶液和浊液之间，在一定条件下能稳定存在，属于介稳体系。

胶体具有介稳性的两个原因：
原因一：胶体粒子可以通过吸附而带有电荷，同种胶粒带同种电荷，而同种电荷会相互排斥（要使胶体聚沉，就要克服排斥力，消除胶粒所带电荷）。

原因二：胶体粒子在不停地做布朗运动，与重力作用相同时便形成沉降平衡的状态。

结构：
根据法扬斯规则（能与晶体的组成离子形成不溶物的离子将优先被吸附.优先吸附具有相同成分的离子），胶体粒子是胶粒，胶粒与扩散层在一起组成了胶团，而胶粒又包括胶核与吸附层。

胶体化学中的胶体颗粒与胶体稳定性

胶体化学中的胶体颗粒与胶体稳定性

胶体化学中的胶体颗粒与胶体稳定性胶体化学是一门用于研究胶体系统的分散、吸附和稳定性的科学。

胶体颗粒是这个领域中的基本单元。

在本文中，我们将深入探讨胶体颗粒和胶体稳定性的概念，以及相关的应用。

1. 胶体颗粒的定义胶体颗粒可以被定义为直径在1纳米到1微米之间的粒子，它们被悬浮在溶液中。

这些粒子的大小足够小，使得它们不能通过滤纸，但在光学显微镜下仍然可以观察到。

胶体颗粒可以是不同的化学物质，包括无机和有机物质。

例如，金属，二氧化硅，胶体银等。

这些粒子一般是由于表面的吸附或形成胶体，通过固体粉末的分散和乳化剂的辅助下形成。

2. 胶体稳定性的概念胶体稳定性指的是保持胶体颗粒均匀分布在溶液中的能力。

这个过程中，粒子之间的排斥力和吸引力的平衡非常重要。

不稳定的胶体颗粒会聚集在一起，形成沉淀和凝胶。

稳定胶体颗粒有两种类型：静电稳定和机械稳定。

静电稳定指的是通过带电荷的粒子之间的排斥力来维持稳定。

机械稳定指的是通过液体流动和分散体积来维持稳定。

3. 胶体化学的应用胶体化学的应用十分广泛。

其中一些应用如下：3.1 医学在医学中，胶体颗粒被用于制成药物的载体。

通过精细控制胶体颗粒的大小，形状和表面性质，可以控制药物的释放速度和吸收。

3.2 食品工业胶体颗粒被广泛用于食品工业中。

一些例子包括饮料，调味品和乳制品。

通过胶体化学技术，可以改变食品的质地和口感。

3.3 工业应用在工业应用中，胶体颗粒可以用于涂料和油漆的生产中。

通过粒径、形状控制，可以调节涂料的光学性能、抗污染性能，还可以增强涂料的耐候性和防水性。

3.4 环境科学胶体颗粒在环境科学中也有重要的应用。

例如，它们可以被用于处理废水和切割油污。

此外，研究人员还使用胶体颗粒来探索污染物在河流、海洋和海底的传输和生物富集过程。

在总结中，胶体颗粒和胶体稳定性是胶体化学的核心概念。

通过这些概念的应用，我们可以真正的理解和利用这些微小的颗粒。

除了本文中提到的领域，胶体化学还有着其他重要的应用，如燃料电池、润滑油添加剂和纳米材料的生产等。

胶体稳定性的DLVO 理论

胶体稳定性的DLVO 理论

65胶体稳定性的DLVO 理论胶体(憎液溶胶)是一个高度分散的系统，它有很大的表面自由能，且具有自发降低表面自由能的倾向，这就是说，在本质上，憎液溶液胶属于热力学不稳定系统。

某些物理条件的改变，特别是电解质的加入，会显著地影响它的稳定性，使它聚集而沉淀。

早在一个世纪前，Schulze(舒尔茨)和Hardy(哈迪)就经验发现，异号离子的电荷数对溶胶的聚沉影响很大。

电荷数(价数)愈高，聚沉能力愈大。

如果将使溶胶聚沉的电解质最低浓度称为聚沉值，则一价、二价和三价异号离子的聚沉值之比约为66)31(:)21(:1，这个规律称为Schulze —Hardy 规则。

怎样解释这个规则，就成了胶体稳定性理论必须面对的首要任务。

直到上个世纪的四十年代，这个问题才被两位前苏联学者Дерягин(杰里亚金)、Ландау(朗道)和两位荷兰学者Verwey(弗威)和Overbeek(奥弗比克)所解决，因此，称为DLVO 理论。

本专题就专门来介绍这个理论。

鉴于理论是建立在数学解析的基础上，下面的介绍只取推导的结果，而将介绍的重心放在物理意义上。

1．DLVO 理论这个理论完全着眼于溶胶粒子的作用势能与粒子间距的关系。

认为粒子间存在着两个相互制约的作用力，一是van der Waals 引力，它要使粒子兼并而聚沉。

另一是扩散双电层重迭所引起的静电斥力，它是维护溶胶稳定的原因。

因此，溶胶是否能够相对地稳定就取决于这两种力谁占据优势，DLVO 理论的首要任务便是分别计算粒子之间的引力和斥力势能与粒子间距的定量关系。

(1) 粒子间的van der Waals 引力势能如所周知，分子之间是存在短程的van der Waals 引力的，这种力的大小与分子间距的7次方成反比。

它包括分子间的偶极—偶极作用，偶极与诱导偶极的作用和分子间的色散作用。

后者亦称London 力，在胶体中常常起着主要的作用，量子力学算得，London 力的引力势能与分子间距的关系可由下式表示662A 43−−−=−=x x h V βνα (65-1) 式中h 为Planck 常数, ν为分子的特征振动频率，α为分子的极化率，x 为分子间距，负号表示吸引。

胶体稳定性简介

胶体稳定性简介

胶体稳定性一、胶体的分类所谓胶体是一种分散质粒子直径介于粗分散体系和溶液之间的一类分散体系，其值通常在1nm—100nm之间，这是一种高度分散的多相不均匀体系。

按分散剂的不同可分为气溶胶、固溶胶、液溶胶；按分散质的不同可分为粒子胶体、分子胶体。

二、胶体的稳定及不稳定性胶体因质点很小，强烈的布朗运动使它不致很快沉降，故具有一定的动力学稳定性；另一方面，疏液胶体是高度分散的多相体系，相界面很大，质点之间有强烈的聚结倾向，所以又是热力学不稳定体系。

一旦质点聚结变大，动力学稳定性也随之消失。

因此，胶体的聚集稳定性是胶体稳定与否的关键。

三、双电层与zeta电位由于分散粒子表面带有电荷而吸引周围的反号离子，这些反号离子在两相界面呈扩散状态分布而形成扩散双电层。

根据双电层理论可将双电层分为Stern层和扩散层。

当分散粒子在外电场的作用下，稳定层与扩散层发生相对移动时的滑动面即是剪切面，该处对远离界面的流体中的某点的电位称为Zeta电位。

即Zeta电位是连续相与附着在分散粒子上的流体稳定层之间的电势差。

四、聚集沉降理论影响因素起聚沉作用的主要是电荷与胶体相反的离子（称为反离子）。

反离子的价数越高，则聚沉效率越高，聚沉值越低。

一价反离子的聚沉值约为25～150，二价的为0.5～2，三价的为0.01～0.1。

聚沉值大致与反离子价数的六次方成反比，这称为舒尔茨-哈代规则。

五、胶体稳定性疏液胶体的稳定性理论通称DLVO理论。

此理论的出发点是：胶体质点间因范德瓦耳斯力而相互吸引，质点在相互接近时又因双电层的重叠而产生排斥作用，胶体的稳定程度取决于上述两种作用的相对大小。

DLVO理论计算了各种形状质点之间的范德瓦耳斯吸引能与双电层排斥能随质点间距离的变化。

在质点相互接近的过程中，如果在某一距离上质点间的排斥能大于吸引能，胶体将具有一定的稳定性；若在所有距离上吸引皆大于排斥,则质点间的接近必导致聚结,胶体发生聚沉。

溶液中的离子浓度或反离子的价数增加时，质点间的范德瓦耳斯力几乎不受影响，但双电层的排斥能却因双电层的压缩而大大降低，因此胶体的稳定性下降，直至发生聚沉。

胶体比较稳定的原因

胶体比较稳定的原因

胶体比较稳定的原因
胶体是由小分子组成的大分子络合物，它受聚合物分子内和分子
间力的作用形成半固定的结构，因此具有较高的稳定性。

胶体溶剂中分子间的相互作用有利于提高胶体稳定性，例如胶体
结构中的疏水键作用、侧链分子和芳香稠结、氢键等力之间相互作用，增强了胶体分子间的氢键作用和共轭作用，进一步增强了胶体的稳定性。

另外，一定的pH值也是影响胶体稳定性的重要因素，当胶体所在
的溶剂的pH值发生变化的时候，胶体分子荷电状态的改变会对胶体的
稳定性造成影响，进而影响了胶体的稳定性及活性。

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二、DLVO理论 理论
20世纪 年代，苏联物理化学家 世纪40年代 苏联物理化学家Derjaguin和Landau， 世纪 年代， 和 ， 荷兰物理化学家Verwey和Overbeek分别独立提出疏液胶体稳 和 荷兰物理化学家 分别独立提出疏液胶体稳 理论。 定性理论，统称为 理论 定性理论，统称为DLVO理论。 DLVO理论认为，溶胶在一定条件下是稳定存在还是聚 理论认为， 理论认为 沉，取决于粒子间的相互吸引力和静电斥力。若斥力大于吸 取决于粒子间的相互吸引力和静电斥力。 引力则溶胶稳定，反之则不稳定。 引力则溶胶稳定，反之则不稳定。
三、溶胶的聚沉
溶胶的“稳定”是有条件的， 溶胶的“稳定”是有条件的，一旦稳定被破 溶胶中的粒子就会聚集，长大， 坏，溶胶中的粒子就会聚集，长大，最后从介质 中沉淀出来，这种现象就称为聚沉。 中沉淀出来，这种现象就称为聚沉。 影响溶胶稳定性的因素
A、外加电解质的影响 这影响最大，主要影响胶粒的带电情况， 这影响最大，主要影响胶粒的带电情况，使ζ电位下 降，促使胶粒聚结。 促使胶粒聚结。 B、浓度的影响 浓度增加，粒子碰撞机会增多。 浓度增加，粒子碰撞机会增多。 C、温度的影响 温度升高，粒子碰撞机会增多，碰撞强度增加。 温度升高，粒子碰撞机会增多，碰撞强度增加。 胶体体系的相互作用。 D、胶体体系的相互作用。 带不同电荷的胶粒互吸而聚沉。 带不同电荷的胶粒互吸而聚沉。
Hamaker 假设（远程相互作用） 假设（远程相互作用）
Hamaker (1937)假设：一个颗粒所包含 假设： 假设 的分子之间的相互作用具有加和性， 的分子之间的相互作用具有加和性，由此可 得颗粒间的引力位 引力位能 得颗粒间的引力位能EA。
对于大小相同的两个球形粒子 Hamaker常数 常数
Aa EA = − 12 H
球半径 两球间的最短距离
Hamaker常数 是物质的特性参数，具有能 常数A是物质的特性参数 常数 是物质的特性参数， 量单位，其值常在10 左右 左右。 量单位，其值常在 -20J左右。
对于两个彼此平行的平板粒子
A EA = − 2 12πD
两极间的距离
对于分散在介质中的粒子， 必须用有效的 对于分散在介质中的粒子，A必须用有效的 常数代替
(a) 反离子所带的电荷数越高，聚沉能力越强。 反离子所带的电荷数越高，聚沉能力越强。 (b) 价数相同的反离子的水合半径越小，聚沉 价数相同的反离子的水合半径越小， 能力越强。 能力越强。 例如，对一价阳离子 按聚沉能力排列 按聚沉能力排列： 例如，对一价阳离子,按聚沉能力排列： H+ > Cs+ > Rb+ > NH4+ > K+ > Na+ > Li+
影响电解质聚沉能力的因素
电解质的聚沉能力主要与电解质中与胶粒带相反电荷的 电解质的聚沉能力主要与电解质中与胶粒带相反电荷的 主要与电解质中与胶粒带 离子价数、离子半径、同电性离子价数等有关 等有关。 离子价数、离子半径、同电性离子价数等有关。其中外加电 解质的反号离子的价数影响最大。 反号离子的价数影响最大 解质的反号离子的价数影响最大。
2. 溶胶的相互聚沉 当两种带相反电荷的溶胶所带电量相等 相互混合也会发生聚沉。 时，相互混合也会发生聚沉。
明矾净水原理:水中含有泥沙等污物的负溶胶， 明矾净水原理 水中含有泥沙等污物的负溶胶， 水中含有泥沙等污物的负溶胶 加入KAl(SO4)2在水中水解生成 在水中水解生成Al(OH)3正溶胶。 正溶胶。 加入 在适当量下，发生相互聚沉。 在适当量下，发生相互聚沉。 与加入电解质情况不同的是， 与加入电解质情况不同的是，当两种溶胶的用 量恰能使其所带电荷的量相等时，才会完全聚沉， 量恰能使其所带电荷的量相等时，才会完全聚沉， 否则会不完全聚沉，甚至不聚沉。 否则会不完全聚沉，甚至不聚沉。
1、空间稳定理论 、
（1）ER ） S Fisher认为：良溶剂有利于增大 认为： 认为 空间斥力位能，使胶体稳定， 空间斥力位能，使胶体稳定，吸附 力越强、吸附层越厚，胶体越稳定。 力越强、吸附层越厚，胶体越稳定。
（2）EA 具有高聚物吸附层的粒子之间的引 ） 力位能取决于高聚物-溶剂 溶剂-胶粒三者之间相互 力位能取决于高聚物 溶剂 胶粒三者之间相互 作用的强弱。若吸附层使E 增加， 作用的强弱。若吸附层使 A增加，胶体的稳定 性下降，反之，稳定性增加。 性下降，反之，稳定性增加。 （3）影响空间稳定性的因素有高聚物的分子 ） 结构、高聚物的分子量、吸附层的厚度、 结构、高聚物的分子量、吸附层的厚度、分散 介质。 介质。
两球间的最短距离
对于两个平行的等同板状粒子
2 64n0 kTν 0 exp(− KD ) ER = K
两板间的距离
C、胶粒间的总相互作用能 、
胶粒间存在的斥力位能和引力位能的相对大小决定了系统的总位能， 胶粒间存在的斥力位能和引力位能的相对大小决定了系统的总位能，亦决定了胶 图1-2 胶粒间作用能和距离的关系 体的稳定性。 体的稳定性。 当斥力位能>引力位能，可以阻止胶粒由于布朗运动碰撞而粘结，胶体稳定， 当斥力位能 引力位能，可以阻止胶粒由于布朗运动碰撞而粘结，胶体稳定， 引力位能 当引力位能>斥力位能时，胶粒靠拢而聚沉。 当引力位能 斥力位能时，胶粒靠拢而聚沉。 斥力位能时 调整其相对大小，可改变胶体的稳定性。 调整其相对大小，可改变胶体的稳定性。
胶体稳定性
主讲人： 主讲人：雷开臣 纺织化学与染整工程 1015043004
一、胶体稳定性理论
胶体化学是在讨论胶体稳定性的过程中发展起来的 －－P. －－ Hiemenz 在讨论稳定性时，强调胶体是化学稳定的， 在讨论稳定性时，强调胶体是化学稳定的，即其中不涉及 化学反应。 化学反应。 胶体稳定性的实指其某种性质（如分散相浓度、密度、体 胶体稳定性的实指其某种性质（如分散相浓度、密度、 系黏度和颗粒大小等）有一定程度的不变形。 系黏度和颗粒大小等）有一定程度的不变形。 胶体稳定性的表征： 胶体稳定性的表征： 热力学稳定性 动力学稳定性 聚集稳定性 聚沉作用： 聚沉作用：无机电解质使胶体沉淀的作用 絮凝作用： 絮凝作用：高分子化合物使胶体沉淀的作用 聚集作用：不知何种药剂， 聚集作用：不知何种药剂，使胶体沉淀时的笼统称
带电胶粒靠拢时扩散层重叠时产生的静电排斥 力就称为胶粒的斥力位能ER。
对于大小相同的球形粒子
球半径
2 0
64πan0 kTν ER = exp(− KH ) 2 K
Zeψ s exp −1 2kT ν0 = Zeψ s exp +1 2kT
为电导率， 为电导率， 其倒数为双电 层的厚度
A121 = A
10-21J
(
1/ 2 11
−A
1/ 2 2 22
)
粒子
Байду номын сангаас
介质
介质的存在使粒子间吸引力减弱 介质的性质与质点越接近， 介质的性质与质点越接近，粒子间的吸引力越弱
B、胶粒间的相互排斥 、
如图所示， 如图所示，当胶粒相 互接近到离子氛发生重叠 时，处于重叠区中的离子 浓度显然较大，破坏了原 浓度显然较大， 来电荷分布的对称性， 来电荷分布的对称性，引 起了离子氛中电荷的重新 分布， 分布，即离子从浓度较大 的重叠区间向未重叠区扩 散，使带正电的胶粒受到 斥力而相互脱离。 斥力而相互脱离。 图1-1 离子氛重叠
1. 电解质的聚沉作用
聚沉值和聚沉率
聚沉值：使溶胶以明显速率聚沉所需的电解质的最小浓度。 聚沉值：使溶胶以明显速率聚沉所需的电解质的最小浓度。 聚沉能力：是聚沉值的倒数。 聚沉能力：是聚沉值的倒数。聚沉值越大的电解质其聚沉能力 越小；反之，聚沉值越小的电解质，其聚沉能力越强。 越小；反之，聚沉值越小的电解质，其聚沉能力越强。
电解质聚沉值rc与反离子价 之间的关系 之间的关系: 电解质聚沉值 与反离子价Z之间的关系
D (KT ) rc = C 2 6 6 AeZ
3
5
1 rc ∝ 6 Z
上式中：C为与电解质阴阳离子性质有关的常数； 上式中： 为与电解质阴阳离子性质有关的常数； 为与电解质阴阳离子性质有关的常数 D为介质的介电常数；K为Boltzmann常数；T为绝对 为介质的介电常数； 为 常数； 为绝对 为介质的介电常数 常数 温度； 为范德华引力常数 为单位电荷 为范德华引力常数； 为单位电荷； 为反离 温度；A为范德华引力常数；e为单位电荷；Z为反离 子价数。 子价数。
2、空位稳定理论 、
若胶粒表面层内的高聚物浓度低于体相中的 浓度，则胶粒表面生成空位层。 浓度，则胶粒表面生成空位层。 以平行板胶粒浸入高聚物溶液中为例， 以平行板胶粒浸入高聚物溶液中为例，当两 胶粒互相靠近时，存在引力与斥力。 胶粒互相靠近时，存在引力与斥力。高聚物的 浓度决定了这两种力的大小。 浓度决定了这两种力的大小。 若高聚物浓度较大，胶体呈稳定状态， 若高聚物浓度较大，胶体呈稳定状态，称之 空位稳定作用。 为空位稳定作用。 若高聚物浓度较小，胶体出现絮凝， 若高聚物浓度较小，胶体出现絮凝，称之为 空位絮凝作用。 空位絮凝作用。
A、胶粒间的相互吸引 、
胶粒间存在相互吸引的作用力， 胶粒间存在相互吸引的作用力，其本质为 范德华力。 范德华力。 由于胶粒是许多分子的聚集体， 由于胶粒是许多分子的聚集体，故胶粒间 的吸力是胶粒中所有分子引力的总和。 的吸力是胶粒中所有分子引力的总和。 胶粒间的吸引力与胶粒间的距离的3次方成 胶粒间的吸引力与胶粒间的距离的 次方成 反比， 反比，说明胶粒在比较远的距离时胶粒间仍 有一定的吸引力，即有长程范德华力。 有一定的吸引力，即有长程范德华力。
对一价阴离子，按聚沉能力排列： 对一价阴离子，按聚沉能力排列： F- > Cl- > Br- > NO3- > I这种将同符号、 这种将同符号、同价的离子按聚沉能力 排成的顺序，通常称为感胶离子序 感胶离子序。 排成的顺序，通常称为感胶离子序。 (c) 与胶粒电性相同的离子，一般说来，价数 与胶粒电性相同的离子，一般说来， 越高，水合半径越小，聚沉能力越弱。 越高，水合半径越小，聚沉能力越弱。