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第五章 胶体的稳定性(精心制作)

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第五章 胶体的稳定性

第五章 胶体的稳定性
文献中除特别指明外给出的表面张力数据都是在一定温度下的平衡状态 的数值,因此,静态法测出的数据更为可靠。躺滴法是完全静态法，毛细 升高法一般也归静态法，但通常应用时将液面升到较高位置，再使其缩 回至平衡高度，故形成的气液表面相对新鲜。滴重和滴体积法是半静态 法，相对达到平衡时间较短，测定数据常随液滴形成时间长短而略有变 化。
2 p p pl gh r 2 72 103 3 2 10 9.8 3 10 0.3 103 / 2 1254 N / m2
Page
18
例5
用滴重法测定一有机液体的表面张力,滴管外径为0.006m,内径为0.0002m。 今测得20滴液体重量为0.0008kg,液体的密度为950kg/m3,液体可润湿管端。 用适当的校正因子计算表面张力。
(ƒ为校正系数,是V/r3的函数,校正因子F= 1/2πƒ )
测定方法：用读数显微镜测准管端外直径r ;由滴出体积 和计数得每一液滴V或重量W ;计算V/r3的值从表查F 。求 σ= (ρ·V·g / r)F ( ρ液体密度）
Page
5
挂环法
①公式:F=mg=2πR'σ+2π(2r+R') σ=4πRσ F=W总－ W环= 4πRσ, σ = △W/ 4πR ①测定方法: 铂丝圆形挂环挂于扭力天平或 链式天平,环平面恰与液面接触,测 定挂环与液面脱离时的最大拉力W总, 与环重W环之差是所设拉起的液体为 圆柱形的液重F (R'环的内半径,r环 丝半径,2r+R'环的外半径,环平均半 径R= R'+ r )。
求 水 / 汞。 解： 只考虑色散力，有
d d ls gs gl 2 gl gs d d 水 / 庚烷 庚烷 水 2 水 庚 烷 d 可得（已知饱和烷烃 gs＝ gs

胶体的定义和稳定性理论

胶体的定义和稳定性理论

电解质
负电溶胶的聚沉值（mmol/L）
As2S3溶胶
Au溶胶
AgI溶胶
实验 平 均 实验 平 均 实 验 平均
值
值
值
值
值
值
LiCl
58
LiNO3
—
NaCl
51
Na NO3
—
KCl
49.5
K NO3
50
55
1/2K 2SO4
65.5
Rb NO3
—
CH 3COOK 110
HCl
31
Ag NO3
—
— — 24 — — 25 24 23 — — 5.5 —
平均值 0.068
0.090
0.090
0.0009 0.0009 0.013
0.013
正电溶胶的聚沉值（mmol/L）
显然，聚沉值大，聚沉能力低；反之，聚沉能力大。
聚沉作用的一些实验规律如下： ⑴Schulze-Hardy规则：起聚沉作用的主要是反离子，反离子价数越 高，聚沉效率也越高。一般地，聚沉值与反离子价数的六次方成反比 。 相同价数的反离子聚沉值虽然相近，但也有差异，其顺序为： Li+ > Na+ > K+ > NH4+ > Rb+ > Cs+ Mg2+ > Ca2+ > Sr2+ > Ba2+ SCN －> I－ > NO3－> Br－ > Cl－ > F－ > Ac－ >1/2 SO42－ 这种顺序称为感胶离子序（Holmeister序）。 Schulze-Hardy规则只是用于惰性电解质，即不与溶胶发生任何特殊 反应的电解质。因此电势决定离子、特性吸附离子等都不应包含在内

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。
感谢您的观看
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。

胶体的稳定性

胶体的稳定性



二、DLVO理论
1941，德查金(Darjaguin)和朗道(Landau)； 1948，维韦(Verwey)和奥弗比克(Overbeek)： 带电胶粒稳定理论，简称DLVO理论
1. 理论要点
（1）胶粒既存在斥力位能，也存在引力位能。前者是带电胶粒 靠拢时扩散层重叠时产生的静电排斥力；而后者是长程范德 华力所产生的引力位能，与距离的一次方或二次方成反比， 或是更复杂的关系。 （2）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，亦决定了胶体的稳定性。当斥力位能>引力位能， 并足以阻止胶粒由于布朗运动碰撞而粘结时，胶体稳定，而 当引力位能>斥力位能时，胶粒靠拢而聚沉。调整其相对大 小，可改变胶体的稳定性。 （3）斥力位能、引力位能及总位能随胶粒间距离而改变。由于 UR和UA与距离的关系不同，会出现在一定距离范围内引力占 优；而在另一范围内斥力占优的现象。 （4）理论推导的斥力位能和引力位能公式表明，加入电解质对 引力位能影响不大，但对斥力位能有很大影响。电解质加入 会导致系统总位能的变化，适当调整可得到相对稳定的胶体 系统。
1 2
特点：a.全是负值，表现为吸引力 b.都与r6成反比，为近程相互作用 c.虽然可能同时存在，但普遍存在的只有色散力，且 占绝对优势
两个相同的分子：
U U U
4
A
K
D
U
L
2 2 3 kT
3 4 h
2
4
2

3 4
h
2
6 6 / r r
提高胶粒的表面电位0增大扩散双电层厚度1122aenkt????????自修内容胶粒间引力位能的公式推导胶粒间斥力位能的公式推导公式推导各种近似的讨论溶胶凝胶转变法制备单分散溶胶粘度的测量由电渗速度数据计算电位扩散双电导模型的完整公式综合考虑颗粒间的范德华引力和静电斥力可以解释静电稳定胶体的稳定机制

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。

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

第五章 胶体和胶体的稳定性

第五章 胶体和胶体的稳定性

a
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 粒子在此处可形成疏松的不稳定的聚沉物。 形成疏松的不稳定的聚沉物 这种聚沉物可重新分离生成溶胶。 时，这种聚沉物可重新分离生成溶胶。
势 能
ER E
形成疏松 的聚沉物
a
x
形成结构紧 密而又稳定 的沉积物
Emax 0
b
EA 第二最小值 第一最小值
之间， 在 ab 之间， 斥力起主导作 用，势能曲线 上出现极大值 上出现极大值 Emax。当迎面 相撞的一对胶 体粒子所具有 的平动能足以 克服这一势垒 时，它们就会 进一步
靠拢发生聚沉。 靠拢发生聚沉。若Emax >15kT ，一般胶体粒子的热运动无法克 就不会发生聚沉。越过E 势能曲线出现第一最小值。 服，就不会发生聚沉。越过 max后，势能曲线出现第一最小值。 落入此陷阱的粒子发生不可逆聚沉形成紧密而又稳定的聚沉物。 落入此陷阱的粒子发生不可逆聚沉形成紧密而又稳定的聚沉物。
return
电位离子 反离子
胶核
滑动面 胶团边界 吸附层 扩散层
胶粒
ξ电位 电位
Ψ电位 电位
胶体的结构
胶体的稳定性对生活的影响
产品 墨水 纳米防水剂 碳纳米管 废水处理 处理的效果 锅炉污垢沉积 气体尘埃
3 溶胶的稳定与聚沉 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。 但很多胶体可以在一定时间内稳定存在 的。
溶胶稳定的原因： 溶胶稳定的原因： 1) 胶粒带电 增加胶粒间的排斥作用； 增加胶粒间的排斥作用； 2) 溶剂化作用 形成弹性水化外壳，增加溶胶聚合的 形成弹性水化外壳， 阻力； 阻力； 3) Brown运动 使胶粒受重力的影响而不下沉。 Brown运动 使胶粒受重力的影响而不下沉。 4) 高分子在胶粒表面吸附形成弹性膜 ， 对胶体产生机 高分子在胶粒表面吸附形成弹性膜， 械阻隔。 明胶大分子。 械阻隔。如：明胶大分子。 5) 小分子吸附到胶粒表面， 改变胶粒的亲液性、 电荷 小分子吸附到胶粒表面 ， 改变胶粒1.3和胶体具有相似性质的物质

第五章 胶体稳定性

第五章 胶体稳定性
物具有稳定作用。
精品课件
5.6 高分子化合物的稳定作用
（2）溶胶被保护后，物化性质发生变化 （3）吸附需要时间，高分子化合物添加方法
和顺序对溶胶的稳定性有影响。 （4）常用“金数”或“红数”来表示大分子
溶液对金溶液的保护能力。金值越小，保 护剂的能力越强。
为了保护10cm3 0.006%的金溶胶，在加入1 cm310% NaCl溶液后不致聚沉，所需高分子的最少质量称为金值， 一般用mg表示。
H : 离子之间的最
5.2 DLVO理论
低电位情况下：
精品课件
5.2 DLVO理论
3.胶体粒子之间的位能曲线
VVaVr
球形颗粒
精品课件
5.2 DLVO理论
当粒子的动能大于势垒时方 能聚沉。
能垒大于15KT可阻止热运动 产生的聚沉。
第一最低位能点：聚沉 沉淀，紧密、稳定
第二最低位能点：胶体稳定 结构疏松，触变性。
5.2 DLVO理论
精品课件
5.2 DLVO理论
2. 双电层的排斥能
高电位：
精品课件
5.2 DLVO理论
球形粒子
Vr 64rn0 2kT0 2exp(H)
z e0
0
e 2kT
z e0
1
e 2kT 1
n0 : 单位体积粒子数 ψ0:粒子表面电势
r : 粒子半径 精品课件
ε: 介电常数 κ: 离子氛半径的倒
1.质点间的范德华吸引能
胶粒之间的相互作用可看作是分子作用的加和
若两个球形粒子体积相等
Va
A 12
r H
H: 两球表面之间的最短距离 r : 胶粒半径 A：Hamaker常数 （与物质有关 10-19～10-20 J)

胶体的稳定性

胶体的稳定性



二、DLVO理论
1941，德查金(Darjaguin)和朗道(Landau)； 1948，维韦(Verwey)和奥弗比克(Overbeek)： 带电胶粒稳定理论，简称DLVO理论
1. 理论要点
（1）胶粒既存在斥力位能，也存在引力位能。前者是带电胶粒 靠拢时扩散层重叠时产生的静电排斥力；而后者是长程范德 华力所产生的引力位能，与距离的一次方或二次方成反比， 或是更复杂的关系。 （2）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，亦决定了胶体的稳定性。当斥力位能>引力位能， 并足以阻止胶粒由于布朗运动碰撞而粘结时，胶体稳定，而 当引力位能>斥力位能时，胶粒靠拢而聚沉。调整其相对大 小，可改变胶体的稳定性。 （3）斥力位能、引力位能及总位能随胶粒间距离而改变。由于 UR和UA与距离的关系不同，会出现在一定距离范围内引力占 优；而在另一范围内斥力占优的现象。 （4）理论推导的斥力位能和引力位能公式表明，加入电解质对 引力位能影响不大，但对斥力位能有很大影响。电解质加入 会导致系统总位能的变化，适当调整可得到相对稳定的胶体 系统。

Schultz-Hardy规则适用于各种溶胶和惰性电解质，即那 些不与溶胶发生任何特殊反应的电解质。因此，溶胶的 电势决定离子、胶体颗粒上的特性吸附离子以及与双电 层起化学反应的离子等，都不应包含在内。
感胶离子序：
相同价态的各种离子在聚沉能力上的差异的排序 H＋＞Cs+ > Rb+ > K+ >Na+ >Li+
提高胶粒的表面电位自修内容胶粒间引力位能的公式推导胶粒间斥力位能的公式推导公式推导各种近似的讨论溶胶凝胶转变法制备单分散溶胶粘度的测量由电渗速度数据计算电位扩散双电导模型的完整公式综合考虑颗粒间的范德华引力和静电斥力可以解释静电稳定胶体的稳定机制

第五章 胶体的稳定性(精心制作)

第五章 胶体的稳定性(精心制作)

高分子的絮凝作用和保护作用
2020/4/5
5.2 高分子化合物的絮凝作用
据研究分析，最佳值大约为固体 粒子表面吸附高分子化合物达到饱 和时的一半吸附量。因为这时高分 子在固体粒子上架桥的给予最大。
2020/4/5
用聚丙烯酰胺 絮凝3 ~ 5目硅胶悬浮体
5.2 高分子化合物的絮凝作用
3 絮凝剂的分子量 絮凝剂的分子质量越大则架桥能力越强，絮凝效率也越高。 絮凝剂
价数的六次方成反比。即：
M
:M
2
: M 3
100 :1.6 : 0.3
1
6
:
1
6
:
1
6
1 2 3
上式括号中的分母就相当于反离子的价数，这个规则称为
Schulze-Hardy规则。
2020/4/5
5.1 电解质的聚沉作用
一价离子的聚沉值：25～150mmol/L之间 二价离子的聚沉值：0.5～2mmol/L之间 三价离子的聚沉值：0.01～0.1mmol/L之间
与胶粒所带电荷相同的离子称为同号离子，一般来说他们对胶 体有一定的稳定作用，特别是高价离子或有机离子，在胶粒表面 特性吸附后可降低反离子的聚沉作用。
2020/4/5
5.1 电解质的聚沉作用
4 不规则聚沉
有时少量的电解质使溶胶聚沉，电解质浓度高时沉淀又重新分散成 溶胶，并使胶粒所带电荷符号改变，浓度再高时，又使溶胶再次聚沉。 这种现象称为不规则聚沉。此时，电解质的浓度已经很高，再增加电 解质也不能使沉淀再分散。多发生在高价反离子或有机反离子为聚沉 剂的情况。
作用物质
电解质
高分子
沉淀特点 缓慢、颗粒紧密 迅速、沉淀疏松、过滤快、絮凝剂用

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

2.43
电解质
AlCl3 Al(NO3 )3 1/2Al2(SO4 )3 La(NO3 )2 Ce(NO3 )2
Th(NO3 )4
As2S3溶胶
Au溶胶
AgI溶胶
实验值
0.093 0.095 0.096 — 0.080
平均值 0.091
实验 值
— — 0.009 — 0.080
平均值 0.006
实验值
排斥势能，据此对溶胶稳定性进展定量处理，形成了比较完善地解释胶 体稳定性和电解质影响的理论，这就是DLVO理论。
1．胶粒间的范德华引力势能 分子间的范德华引力包括Debye引力〔诱导力〕、Keesom引力〔偶竭 力〕和London引力〔色散力〕，其大小与分子间距的六次方成反比。
fV = fD+ fK + fL。
4．临界聚沉浓度 电解质是影响V的重要因素之一。见以下图示。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
Cccc常数 （ 3 A k2T z)6504
这说明，Cccc与离子价数的六次 方成反比，这与Schulze-Hardy经 历规那么相符，也证明了DLVO 理论的合理性。
两平板的等同板状粒子：
VR
64 n0kT γ 0 2ex pD ()
κ
式中，VR为单位面积上的斥力势能(为正值)；D为两板间距；在Stern双
电层模型中γ0的意义为
γ0 eexxppzz(e(eψ ψ
/2kT)1 /2kT)1
两等同球形粒子间的斥力势能：
VR64aκ0n 2kγ T0 2exp H ()
V = VA + VR + VS

第五章胶体的稳定性分解

第五章胶体的稳定性分解

第五章胶体的稳定性分解胶体是由固体颗粒或液滴分散在连续相中而形成的混合物。

在胶体中，颗粒或液滴的尺寸通常在1纳米至1微米之间，介于溶液和悬浮液之间。

在自然界和工业中，我们经常可以观察到各种胶体，如乳液、凝胶和泡沫等。

胶体的稳定性是指胶体系统维持稳定状态的能力，即颗粒或液滴分散均匀，并且不易聚集和沉降。

胶体的分解是指胶体系统中颗粒或液滴发生聚集而失去稳定性的过程。

胶体分解的原因有很多，最常见的原因是颗粒之间的吸引力增强，导致聚集现象的发生。

颗粒之间的吸引力可以通过静电作用、范德华力、亲水性或疏水性相互作用等来实现。

当这些吸引力超过分散力时，胶体就会发生分解。

胶体的分解会导致胶体体系不均匀，颗粒或液滴会聚集成大块或沉降到容器底部。

为了维持胶体的稳定性，我们可以采用一些方法来防止胶体的分解。

常见的方法包括添加稳定剂、控制环境条件和调节胶体粒径。

添加稳定剂是最常用的方法之一、稳定剂可以降低颗粒或液滴之间的吸引力，从而有效地抑制聚集的发生。

常见的稳定剂包括表面活性剂、胶体保护剂和电解质等。

表面活性剂是一类能够吸附在颗粒或液滴表面的物质，通过形成电荷屏障或分散剂层来降低吸引力，从而使颗粒或液滴保持分散状态。

胶体保护剂是一类能够与颗粒或液滴表面发生化学反应的物质，形成一层稳定的保护膜来防止聚集的发生。

电解质可以通过改变胶体系统中的离子浓度，从而改变颗粒或液滴表面的电荷性质，进而影响吸引力的大小。

控制环境条件也是维持胶体稳定性的重要方法之一、环境条件的改变可以直接影响颗粒间的吸引力和分散力之间的平衡。

例如，温度的变化会改变胶体中颗粒或液滴的热运动速度，从而影响颗粒之间的碰撞频率和能量大小。

pH值的变化则会改变胶体中颗粒或液滴的表面电荷，进而影响吸引力的大小。

通过控制环境条件，我们可以调节各种力的平衡，从而更好地维持胶体的稳定性。

此外，调节胶体粒径也是维持胶体稳定性的一种方法。

胶体粒径的大小直接影响胶体中颗粒或液滴之间的相互作用力。

胶体的稳定性

胶体的稳定性

0
exp
exp
2
ze kT ze kT
0
1 1
2

2
exp H
0

胶粒间距离减小，静电斥力 指数增大。 胶体稳定状态要求ER增加： 提高胶粒的表面电位 ψ 0 增大扩散双电层厚度 κ-1
e N A ci zi kT

3、胶粒间的静电斥力
当颗粒表面带有电荷，在颗粒-溶液界面上即产生扩散双 电层。当它们互相接近，两个双电层相互重叠，即产 生静电斥力
颗粒间的静电斥力使颗粒互相远离，有利于稳定
H
R a
O1
h
dh
H0 O2
ER
64 n0kT
2 0

exp D
0

ER
6 4 a n0 k T
2 0
E EA ER
对平板粒子：
E 64 n0kT
2 0

exp D
粒子：
E 6 4 a n 0 k T 0
2

2
exp H
0

Aa 12 H
0
典型的位能曲线
1、当能垒高度超过15kT以上， 则可阻止由热运动碰撞而产 生的聚沉。此能垒相当于化 学反应的活化能。 2、并非所有胶体均由第二最小 值。它与表面电位、粒子大 小及对称性有关。 3、在第二最小值发生的聚沉称 为“可逆聚沉”或“临时聚 沉”。
1/ 2
（自修内容） 胶粒间引力位能的公式推导 胶粒间斥力位能的公式推导 公式推导、各种近似的讨论 溶胶、凝胶转变法制备单分散溶胶 粘度的测量 由电渗速度数据计算ζ电位 扩散双电导模型的完整公式

胶体的稳定性

胶体的稳定性

高分子保护胶体的理论是胶体科学中的一个研究热 点，其主要手段是统计力学。
3、空间稳定理论
U U A UR U
S R
吸附层渗透
吸附层压缩
4、空位稳定理论
若胶粒对高分子是负吸附，即胶粒表面层内的吸附 物浓度低于体相中的浓度，会导致胶粒表面生成空 位层。 当两个胶粒（平板）靠近时，会将平板间的溶液挤 走。将高分子挤到体相不是自发过程，将溶剂挤到 体相是自发过程。 高分子浓度决定这两种作用的大小。若平板间有较 多的高分子，则胶粒难于靠近，称为空位稳定作用； 若平板间高分子数目不多甚至没有，移出就不困难， 就无力抵挡两平板胶粒的靠近，胶体出现絮凝，称为 空位絮凝作用。
特点：a.全是负值，表现为吸引力 b.都与r6成反比，为近程相互作用 c.虽然可能同时存在，但普遍存在的只有色散力，且 占绝对优势
两个相同的分子：
2 4 3 2 2 6 6 U A U K U D U L 2 h / r r 3 kT 4 2 4 3 2 分子相互作用参数 2 h 2
5、搭桥作用
Fleer-Lykloma实验：胶体溶液与高分子溶液的 混合方式不同导致稳定情况不同
一、聚沉现象简述
聚沉值－－电解质使溶胶聚沉的能力： 一定的条件下使一定量溶胶在规定时间内引起聚沉所 需的电解质浓度，mmolL-1。
Schultz-Hardy规则：
c聚沉
1 6 z

起聚沉作用的总是与颗粒电荷 3 5 符号相反的离子，聚沉值与 (kT ) cC 2 6 6 （反离子）离子价数的六次方 Ae z 成反比。 1 : 1/26 : 1/36 = 1 : 0.016 : 0.0014 55 : 0.69 : 0.091 Schultz-Hardy规则适用于各种溶胶和惰性电解质，即那 些不与溶胶发生任何特殊反应的电解质。因此，溶胶的 电势决定离子、胶体颗粒上的特性吸附离子以及与双电 层起化学反应的离子等，都不应包含在内。

第五章胶体的稳定性

第五章胶体的稳定性

3、胶粒间范德华引力的特点
的随分子间中度上升而很快下降，所以 分 的作用距离很小。 得多。
粒 >> 分 ①胶粒是分子的结合，所以 粒 是许多 分的总和， 1 1 ②比较5-1式、5-3式， 分 6 ， 粒 2 。即分子间
x
D
胶粒 分 随D上升， 粒 衰减要慢得多。所以 粒 的作用范围要大 ③ 粒与A成正比，A与粒子性质有关，有效Hamaker常数 与粒子与介质的亲合力有关。
对于粘土泥浆：颗粒较粗（90%>2μ m）属粗分散体系 ，引力较强，表面双电层比较压缩，所以第二极小较深。 因此，浓的粘土悬浮体易形成凝胶结构，具有明显的触变 性。
影响净势能曲线形状的因素: ①A的影响 R 与 A A，在 与 0 不变时，势垒随A的增加而下降。 A无关。

0与 （ 0 s ）有关，所以斥能与stern电势（ s ）有关，
第五章 胶体的稳定性
电解质 的聚沉作用 DLVO理论
聚沉动力学
第五章
高分子化合物 的絮凝作用
高分子化合物的稳定作用 及空间稳定理论简介
胶体粒子有很大的表面积，体系的自由能也很高，所以粒子有 自动聚集以降低表面能的倾向。粒子由小变大的过程叫聚集过程。 如果聚集的最终结果导致粒子从溶液中沉淀析出，则称为聚沉过程 。为了加速聚集，可用其它物质作聚沉剂，如电解质。从聚沉过程 得到沉淀的粒子，一般比较紧密，过程比较缓慢。如加入高分子物 质或高价异号离子，则所产生的沉淀粒子堆集比较疏松。这种沉淀 物称之为絮凝物。这种过程称为絮凝过程，絮凝物的沉淀比较迅速 ，有时几分钟即可完成，沉淀中还可能带有部分溶剂。 虽然溶胶本质上是热力学不稳定体系，但实际上它总能稳定一定 时间，有时可长达数年，数十年之久。使溶胶稳定的因素之一是它 的动力性质，显然由于粒子的布朗运动，可以保持它的动力学稳定 ，但运动不可避免地要相互发生碰撞而聚集。如果每次碰撞都有效 的话，则所有的溶胶会在几秒甚至更短的时间内聚沉。但事实并非 如此，这说明还存在着使溶胶粒子相互排斥而使它稳定的一些因素 ，这即是本章要介绍的内容。

胶体的稳定性

胶体的稳定性

3、胶粒间的静电斥力
当颗粒表面带有电荷，在颗粒-溶液界面上即产生扩散双 电层。当它们互相接近，两个双电层相互重叠，即产 生静电斥力
颗粒间的静电斥力使颗粒互相远离，有利于稳定
H
R a
O1
h
dh
H0 O2
ER
64 n0kT
2 0

exp D
0

ER
6 4 a n0 k T
2 0
H
0
0
a
板厚δ ＝0
A：Hamaker常数，与β有关，10－19～10－20J
分散介质对引力位能的影响
有效Hamaker常数
A101 A11
1/2
A 00
1/2

2
1、不管A11、A00相对大小如何，A101总为正值，即在溶剂 或真空中，胶体颗粒之间的van der Waals力总表现为 引力 2、两个胶体颗粒被溶液隔开后，其van der Waals引力总 小于真空中的引力 3、若A11＝A00，则A101＝0，胶体颗粒间无相互吸引作用， 这样的胶体体系至少是聚集稳定的。另外，这意味着 溶剂性质与胶体颗粒性质相同，而溶剂化好的胶体颗 粒似乎能满足这一条件
2、胶粒间的长程van der Waals引力
分子间的van der Waals引力
2 1 2 3 kTr
2
2
2
Keeson相互作用： Debye相互作用： London相互作用：
U
U
U
K



6
2
1 2 2 1
3 h
6
D
r 1 2
2
6
L

胶体的稳定性

胶体的稳定性
提高胶粒的表面电位0增大扩散双电层厚度1122aenkt????????自修内容胶粒间引力位能的公式推导胶粒间斥力位能的公式推导公式推导各种近似的讨论溶胶凝胶转变法制备单分散溶胶粘度的测量由电渗速度数据计算电位扩散双电导模型的完整公式综合考虑颗粒间的范德华引力和静电斥力可以解释静电稳定胶体的稳定机制


二、DLVO理论
1941，德查金(Darjaguin)和朗道(Landau)； 1948，维韦(Verwey)和奥弗比克(Overbeek)： 带电胶粒稳定理论，简称DLVO理论
1. 理论要点
（1）胶粒既存在斥力位能，也存在引力位能。前者是带电胶粒 靠拢时扩散层重叠时产生的静电排斥力；而后者是长程范德 华力所产生的引力位能，与距离的一次方或二次方成反比， 或是更复杂的关系。 （2）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，亦决定了胶体的稳定性。当斥力位能>引力位能， 并足以阻止胶粒由于布朗运动碰撞而粘结时，胶体稳定，而 当引力位能>斥力位能时，胶粒靠拢而聚沉。调整其相对大 小，可改变胶体的稳定性。 （3）斥力位能、引力位能及总位能随胶粒间距离而改变。由于 UR和UA与距离的关系不同，会出现在一定距离范围内引力占 优；而在另一范围内斥力占优的现象。 （4）理论推导的斥力位能和引力位能公式表明，加入电解质对 引力位能影响不大，但对斥力位能有很大影响。电解质加入 会导致系统总位能的变化，适当调整可得到相对稳定的胶体 系统。
胶体的稳定性 DLVO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 首先，在讨论稳定性时，强调胶体是化学稳定的。 胶体稳定性可分为三个层次：
热力学稳定性 动力学稳定性 聚集稳定性
聚集稳定性是指体系的分散度是否随时间而变。 聚沉作用：无机电解质使胶体沉淀的作用 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，使胶体沉淀时的笼统称呼
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Schulze-Hardy规则。
2013-10-13
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5.1 电解质的聚沉作用
一价离子的聚沉值：25～150mmol/L之间 二价离子的聚沉值：0.5～2mmol/L之间 三价离子的聚沉值：0.01～0.1mmol/L之间
2 异号离子大小（感胶离子序）
聚沉值的大小与水合离子半径有一定关系，同价离子、水合离子半 径越小，越容易靠近胶体粒子，聚沉能力就越大；水合离子半径越大， 越不易被胶粒吸附（静电引力越弱），聚沉能力越弱。对一价离子犹 其明显。 正离子：H＋>Cs+> Rb+>NH4+ >K+>Na+>Li+ 负离子：F－>C1－>ClO3 －>Br－>NO3－>I－>SCN－>OH－
絮凝剂的分子质量越大则架桥能力越强，絮凝效率也越高。 絮凝剂 分子量一般大于一百万左右，但分子量太大，溶解困难，且吸附的胶
粒距离太远，不易聚集，絮凝效果变差。
4 高分子化合物的基团性质
有良好絮凝作用的高分子化合物具有能吸附于固体表面的基
团，同时这种基团还能溶解于水中。 常见的基团有：-COONa，-CONH2，-OH，-SO3Na等。
接触，而产生聚沉。
离子氛示意图 （大圆圈表示正电荷的作用范围）
2013-10-13
离子氛靠近、重叠
5.1 电解质的聚沉作用
DLVO理论
是由前苏联学者Derjajuin和Landan（1941年）与荷兰学者Verwey
和Overbeek（1948年）四人提出的。是目前对胶体稳定性和电解质的
影响，解释的比较完善的理论。这个理论是以溶胶粒子间的相互吸引 力和相互排斥力为基础，当粒子相互接近时，这两种相反的作用力就
在等电点附近沉淀最完全。
相互聚沉的原因可能有两种：① 两种胶粒电性中和；② 两种 胶粒的稳定剂相互发生破坏（如沉淀）。
6 Burton-Bishop规则
溶胶的浓度也影响电解质的聚沉值。
2013-10-13
5.1 电解质的聚沉作用
通常对一价反离子来说，溶胶稀释时聚沉值增加；对二价反离
子：不变；对三价反离子：降低。这就是Burton－Bishop规则。
2013-10-13
5.2 高分子化合物的絮凝作用
高分子化合物絮凝作用的特点
1 絮凝剂的分子结构
起絮凝剂作用的高分子化合物一般要具有链状结构，凡是分子构型是交联
的，或者支链结构的，其絮凝效果就差，甚至没有絮凝能力。
2 絮凝剂的浓度 任何絮凝剂的加人量都有一最佳 量，此时的絮凝效果最好，超过此值 絮凝效果就下降，若超出很多，反而 起了保护作用。
用得最多的是聚丙烯酰胺类。约占全部絮凝剂用 量的70%以上。
2013-10-13
5.2 高分子化合物的絮凝作用
可逆絮凝
对于水溶液的分散体系，要求暂时絮凝（如过滤、运输或 储存）时，这是一个有用的技术，但条件是可以迅速解絮。溶 胶粒子首先用一种离子型高分子化合物处理，这种化合物可以 提高粒子之间的斥力势能，以达到使其分散的目的。然后再用 极易溶解的电解质处理，目的是压缩粒子表面的双电层，使其 达到可以发生絮凝的位置。在需要的时候稀释絮凝物（并降低 电解质的浓度）将其重新分散。
2013-10-13
5.1 电解质的聚沉作用
表5-1 电解质对溶胶聚沉浓度
As2S3（负电） LiCl NaCl KCl KNO3 CaCl2 MaCl2 MaSO4 AlCl3 1/2Al(SO4)3 Al(NO3) 58 51 49.5 50 0.65 0.72 0.81 0.093 0.096 0.095 AgI(负电) LiNO3 NaNO3 KNO3 RbNO3 Ca(NO3)2 Ma(N03)2 Pb(NO3)2 Al(NO3)3 La(NO3)3 Ce(NO3)3
5.1 电解质的聚沉作用
聚沉作用规律
1 叔尔采—哈迪（Schulze-Hardy）规则
起聚沉作用的主要是反离子，反离子的价数越高，聚沉效率也越 高。由表5-1可粗略的估计出。对于给定溶胶来说，聚沉值与反离子的 价数的六次方成反比。即：
1 1 1 M : M 2 : M 3 100: 1.6 : 0.3 : : 1 2 3 上式括号中的分母就相当于反离子的价数，这个规则称为
链段旋转和运动，通过“桥联作用”将 溶
胶粒子聚集在一起而产生沉淀。
2013-10-13
5.2 高分子化合物的絮凝作用
高分子絮凝剂的分类
高分子絮凝剂按其结构可分为四类：
非离子型：聚丙烯酰胺、聚氧乙烯以及淀粉等；
阴离子型：水解聚丙烯酰胺，聚丙烯酸钠等； 阳离子型：聚胺、聚苯乙烯三甲基氯化铵等；
两性型：动物胶、蛋白质等。
在溶胶中加人一定量的高分子化合物或缔合胶体，能显著 提高溶胶对电解质的稳定性，这种现象称为保护作用，近年来 又称之为空间稳定性(steric stability)。
产生稳定作用的原因
产生稳定作用的原因是高分子化合物吸附在溶胶粒子的表 面上，形成一层高分子保护膜，包围了胶体粒子，把亲液性基 团伸向水中，并具有一定厚度，所以当胶体质点在相互接近时 的吸引力就大为削弱，而且有了这一层粘稠的高分子膜，还会 增加相互排斥力，因此增加了胶体的稳定性。
决定了溶胶的稳定性。当吸引力表现的大时则发生聚沉，排斥力表现
的大则可保持胶体稳定存在。 《胶体与界面化学》 陈宗淇 高等教育出版社
2013-10-13
5.1 电解质的聚沉作用
聚沉作用举例
卤水点豆腐：
卤水中Ca2+、Mg2+等离子使带负电的大豆蛋白胶体聚沉。
黄河三角洲的形成： 海水中的盐类使江河中带负电的土壤胶体聚沉。 明矾[KAl(SO4)212H2O]净水： 明矾在水中水解成带正电的Al(OH)3溶胶，使带负电的胶体污物 (土壤胶体)聚沉。
胶体的离子有很大的比表面，体系的表面能也很高， 所以粒子有自动聚集以降低其表面能的趋势。粒子由小变
大的过程称为聚集过程（aggregation），由胶体粒子聚集
而成的大粒子称为聚集体（aggregate），如聚集的最终结 果导致粒子从溶液中沉淀析出则称为聚沉过程。为了加速 聚集，可以外加其他物质作聚沉剂，如电解质等。
下表对高分子絮凝作用与电解质聚沉作用的区别进行了总结：
2013-10-13
5.2 高分子化合物的絮凝作用
絮凝作用与聚沉作用区别
过 程 作用物质 聚沉过程 电解质 絮凝过程 高分子 迅速、沉淀疏松、过滤快、絮凝剂用 量少
沉淀特点 缓慢、颗粒紧密 体积小
原 因
电解质压缩了溶
胶粒子的扩散双 电层
高分子吸附了溶胶粒子后，利用本身的
2013-10-13
5.2 高分子化合物的絮凝作用
5 混合要均匀，搅拌缓慢，不可太剧烈，投药速率较慢为好，以免打
散絮凝物，又形成稳定溶胶。
2013-10-13
第三节 高分子化合物的稳定作用
造墨汁时加入动物胶
2013-10-13
古埃及壁画上的颜色用酪素来使之稳定
5.3 高分子化合物的稳定作用
高分子化合物的空间稳定性
力时，粒子之间相互接触的机会就比较小，
而阻止粒子的聚集，使其具有一定的聚集 稳定性。
2013-10-13
5.1 电解质的聚沉作用
而当向溶胶中加入电解质时，电解质就会使胶体粒子表面的双电
层受到压缩，而降低电动势，使粒子间静电斥力减小，从而使得粒子 之间的引力大于斥力，而使溶胶失去聚集稳定性，胶体粒子之间相互
（单位：mmol/L）
Al2O3（正电） 165 140 136 126 2.40 2.60 2.43 0.067 0.069 0.069 NaCL KCl KNO3 K2SO4 K2Cr2O7 草酸钾 K3[Fe(CN)6] 43.5 46 60 0.30 0.63 0.69 0.08
2013-10-13
7 法扬斯（Fajans)规则
能与胶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。
2013-10-13
5.1 电解质的聚沉作用
聚沉作用机理
胶体粒子表面带有双电层，由双电层
模型知道其周围是离子氛。当粒子相互靠
近，离子氛发生重叠，粒子之间因静电作 用而相互排斥，当粒子之间的斥力大于引
2013-10-13
第二节
高分子化合物的絮凝作用
2013-10-13
5.2 高分子化合物的絮凝作用
絮凝作用
溶胶中加入极少量的可溶性高分子化合物，可导致溶胶迅速沉降， 沉淀呈疏松的棉絮状，这类沉淀称为絮凝物。这种现象称为絮凝作用
，产生絮凝作用的高分子称为絮凝剂。
高分子絮凝作用与电解质聚沉作用的区别
2013-10-13
高分子的絮凝作用和保护作用
5.2 高分子化合物的絮凝作用
据研究分析，最佳值大约为固体 粒子表面吸附高分子化合物达到饱 和时的一半吸附量。因为这时高分 子在固体粒子上架桥的给予最大。
用聚丙烯酰胺 絮凝3 ~ 5目硅胶悬浮体
2013-10-13
5.2 高分子化合物的絮凝作用
3 絮凝剂的分子量
2013-10-13
胶体的稳定性概论
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 两者可统称为 聚集作用
2013-10-13
第一节 电解质的聚沉作用
2013-10-13
5.1 电解质的聚沉作用
2013-10-13
5.1 电解质的聚沉作用
稳定区
聚沉区
+30mv 0 － 30mv 稳定区