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物理化学：第十二章 胶体化学(定稿)

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物理化学第十二章 胶体化学

物理化学第十二章 胶体化学
B.液-液溶胶 如牛奶，石油原油等乳状液 C.液-气溶胶 如泡沫
2.固溶胶 将固体作为分散介质所形成的溶胶。
A.固-固溶胶 如有色玻璃，不完全互溶的合金 B.固-液溶胶 如珍珠，某些宝石 C.固-气溶胶 如泡沫塑料，沸石分子筛
3.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，但 没有气-气溶胶，因为不同的气体混合后是单相均 一体系，不属于胶体范围。
1. 布朗运动（Brown motion)
1827 年植物学家布朗(Brown)用显微镜观察到 悬浮在液面上的花粉粒子不断地作无规则的运动。
后来又发现凡是线度小于4μm的粒子，在分散 介质中皆呈现这种运动。人们称微粒的这种运动为 布朗运动。
用超显微镜观察到溶胶粒子不断地做无规则 运动，能够测出在一定时间内粒子的平均位移。
引言
把一种或几种物质 分散在另一种物质中所 构成的系统称为分散系 统。被分散的物质称为 分散相（dispersed phase），而另一种呈 连续分布的物质称为分 散介质（dispersing medium)。
例如：云，牛奶，珍珠
分散体系通常有三种分类方法： •真溶液
按分散相粒子的大小分类： •胶体分散体系 •粗分散体系
1905年爱因斯坦 （Einstein) 阐述了Brown运 动的本质，推导出爱因斯 坦－布朗平均位移公式。
1/ 2
x
RTt
3L r
爱因斯坦用概率的概念和分子运动论的观点，创立了布 朗运动的理论。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。
梯度、单位时间内通过单位截面积的质量。

最新第十二章 胶体化学

最新第十二章 胶体化学

分散介质(dispersing medium):另一种连续分布 的物质
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2021/1/11
12.0 概述
表 12.0.1 分散系统按分散相粒子大小分类
系统 真溶液 胶体系统 粗分散系统
分散相粒子 直径 d
实例
各种分子、原子、离子溶液
d < 1 nm 如乙醇水溶液、NaCl 水溶液、
（1）分散法 用机械、化学等方法使固体的粒子变小。
（2）凝聚法 使分子或离子聚结成胶粒。
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2021/1/11
溶胶的制备--研磨法
1.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。
胶体系统中的分散相可以是一种物质，也可以是多种物质， 可以是由许多原子或分子组成的粒子，也可以是一个大分子。
胶体系统通常还可分为三类：
1）溶胶 — 分散相不溶于分散介质，有很大的相界面，很高的 界面能，因此是热力学不稳定系统；
2）高分子溶液— 以分子形式溶于介质，没有相界面，为均相 热力学稳定系统；
物理化学电子教案—第十二章
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2021/1/11
第十二章 胶体化学
12.0 概述 12.1 溶胶的制备 12.2 溶胶的光学性质 12.3 溶胶的动力学性质 12.4 溶胶的电学性质 12.5 溶胶的稳定和聚沉
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2021/1/11
第十二章 胶体化学
12.6 乳状液 12.7 泡沫 12.8 悬浮液 12.9 气溶胶 12.10 高分子化合物的渗透压和粘度

第十二章胶体化学ppt课件

第十二章胶体化学ppt课件
分散介质 ——分散其他物质的物质，一般都是连续的
如油在水中的分散
油滴
二、分散体系分类 （一）按分散相的线度大小分类
1. 分子分散体系 分散相粒子线度：＜10－9 m 电子显微镜看不见，能透过半透膜
如：混合气体，真溶液
2．胶体分散体系(固-液溶胶，憎液溶胶）
分散相粒子线度：10-9～10-7m 电子显微镜能看见，不能透过半透膜
散作用和渗透压。实验中可观测到胶粒是从高浓度区→低浓度区迁 移——扩散
扩散：在有浓度梯度存在时，物质粒子因热运动而发生宏观上的定向迁移 现象
原因：粒子热运动
扩散与布朗运动的异同点：
相同点：粒子热运动
不同点：布朗运动
扩散
无规则
定向运动
任何时刻都存在 有浓度梯度时存在
3. 沉降和沉降平衡
粒子
介质
x
双 电 层 的 Stern 模 型
当溶胶相对静止时，整个溶胶体系是电中性的，但当分散相粒子和液 体介质相对运动时，就会产生电位差，这种电位差叫电动电势。
胶粒是带电的，由于静电引力使反粒子在表面周围，又由于分子热运动， 使反粒子在表面附近呈扩散分布。
离表面近的一层——紧密层(内层)，厚度(约几个水分子直径大小， 因为离子的水化所致)，当固体(胶粒)移动时，紧密层随固体一起移动。 外层——扩散层，紧密层与扩散层的界面叫切动面(滑动面)。
所加入的可溶性物质—胶溶剂 胶溶法一般只适用于新鲜沉淀。
如：Fe(OH)3(新鲜沉淀)
3. 凝聚法
加FeCl3
Fe(OH)3(溶胶)
化学凝聚法： 如AgNO3稀溶液滴入KBr溶液中可制AgBr溶胶； FeCl3(稀溶液)滴入沸水中可制得Fe(OH)3溶胶。

物理化学第十二章胶体化学课件演示文稿

物理化学第十二章胶体化学课件演示文稿
固溶胶
实例
云，雾，喷雾 烟，粉尘
肥皂泡沫 牛奶，含水原油 金溶胶，油墨，泥浆
泡沫塑料 珍珠，蛋白石 有色玻璃，某些合金
7
§12-1 溶胶的制备
分散法 粗分散系统 大变小
胶体系统
聚集法 小变大
d >1000nm
1 < d <1000nm
分子分散系统
d < 1nm
1．分散法：
（1）胶体磨 （2）气流粉碎机（又称喷射磨） （3）电弧法—用于制备贵金属的水溶胶
2. 凝结法
（1）物理凝聚法
①蒸气凝聚法 ②过饱和法
将蒸气状态的物质或溶解状态的物质凝聚为胶体状态
蒸 气 凝 聚 法
1—被抽空容器 2、4—盛有溶剂的和
需要分散的物质容器
3—盛溶胶是容器 5—液态空气冷凝器
示
意
图
10
（2）化学凝聚法
利用生成不溶性物质的化学反应，通过控制析晶过程得 到溶胶的方法
Fe (OH)3溶胶：
3
胶体化学主要研究对象是多相分散系统
分散系统：一种或几种物质分散在另一种物质之中所构 成的系统 分 散 相：被分散的物质
分散介质：另一种连续分布的物质
4
根据分散相粒子的大小，分散系统可分为：
真溶液 d < 1nm 胶体分散系统 1 < d <1000nm
溶胶 高分子溶液 缔合胶体
粗分散系统 d >1000nm
胶体粒子
多相，热力学不稳定系统，扩 散慢、不能透过半透膜，成胶 体
金溶胶，氢氧化铁 溶胶
体
分 散 系
高分子溶液
1 < d <1000nm
高（大）分 子

第十二章 胶体化学

第十二章 胶体化学
观察到散射光
显微镜 物镜
缝隙
置液器
凸透镜
凸透镜
弧光
2019/12/30
25
由此可计算粒子的平均大小：（假设粒子为球形）
m ( 4 / 3 ) r 3 ρ

r


3m 4 ρC
1/ 3
m: 一个胶体粒子的质量
： 分散相的密度
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§12.3 胶体系统的动力性质
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I9 2 πλ 2V 4l2C 2 n n 22 2 n n 0 2 0 2 21co 2αsI0 12.2.1
I ：单位体积散射光强度 ；
I0 ：入射光强度； ：入射光波长；
V ：每个分散相粒子的体积；
C ：单位体积中的粒子数；
16
入射光波长 < 分散粒子尺寸——反射
入射光频率 = 分子固有频率—— 吸收
入射光波长 > 分散粒子尺寸——散射 （可见光波长 400~ 760 nm；胶粒 1~ 1000nm)
无作用 ——— 透过
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丁铎尔效应是由于胶体粒子发生光散射而引起的
散射光：分子吸收一定波长的光，形成电偶极子，由 其振荡向各个方向发射振动频率与入射光频率相同 的光
真溶液（d < 1nm)
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(氢原子半径 0.05 nm)
5
(1)溶胶： 分散相不溶于分散介质，有很大相
界面，是热力学不稳定系统。(憎液溶胶)
胶
体
(2)高分子溶液: 高分子以分子形式溶于
系
介质，分散相与分散介质间无相界面，
统

物理化学：第十二章 胶体化学(2)

物理化学：第十二章 胶体化学(2)
van der Waals 吸引力：EA -1/x2 双电层引起的静电斥力：ER ae-x
总作用势能：E = ER + EA
粒子的平动能＝(3/2) RT <Emax时，溶胶稳定; >Emax时，溶胶不稳定
ER 势 能
E
Emax
0
x
第二最小值
EA 第一最小值
EA曲线的形状由粒子本性决定，不受电解质影响； ER曲线的形状、位置强烈地受电解质浓度的影响。 电解质浓度对胶体粒子势能的影响：
2. 扩散双电层理论
常用名词： 双电层： 质点表面电荷与周围介质中的反离子
构成的电层；
表面电势0：带电质点表面与液体的电势差： 电势： 固、液两相发生相对运动的边界处与液
体内部的电势差。
1) 亥姆霍兹平板电容器模型
0
1879年，亥姆霍兹 首先提出在固液两相之 间的界面上形成双电层 的概念。
0
x
电泳或电渗实验证明：溶胶的分散质和分散 介质都带电，且所带的电性是不同的。
在电泳实验中，当溶胶粒子向负极迁移时，说 明胶粒带正电，此溶胶称为正溶胶；当溶胶粒子向 正极迁移时，说明胶粒带负电，此溶胶称为负溶胶
在电渗实验中，则正好相反。当介质向负极迁移 时，说明胶粒带负电，此溶胶称为负溶胶；当介质向 正极迁移时，说明胶粒带正电，此溶胶称为正溶胶。
本体之间的电势差
Stern 模型：固定 层＋扩散层
固体表面 Stern面 滑动面
电势
0
0
--- 热力学电势，固体 表面与溶液本体的电
势差与溶液中电位离
子的浓度有关。
---- Stern电势。 Stern面与溶液本体的
电势差
距离
---- 电动电势（Zata电 势）滑动面与溶液本 体的电势差其值取决 于可动层的厚度

天津大学物理化学第五版-第十二章-胶体化学

天津大学物理化学第五版-第十二章-胶体化学
溶胶粒子间的作用力： Verwey ＆Overbeek(1948)
van der Waals 吸引力：EA -1/x2 双电层引起的静电斥力：ER ae-x
总作用势能：E = ER + EA
EA曲线的形状由粒子本
性决定，不受电解质影响；
ER曲线的形状、位置强
烈地受电解质浓度的影响。
ER 势 能
E
n : 分散相的折射率； n0：分散介质的折射率；
：散射角；
l : 观测距离
I＝ 9 2V 2C 2 4 l 2
n 2 n02 n2 2n02
2
1 cos 2
I0
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 ，可测 I 求粒子大小V 。
2. 憎液溶胶的聚沉 溶胶粒子合并、长大，进而发生沉淀的现
象，称为聚沉。
(1) 电解质的聚沉作用 聚沉值使溶胶发生明显的聚沉所需电解质的最小浓度 聚沉能力聚沉值的倒数
EA 曲线的形状由粒子本性决定，不受电解质影响； ER 曲线的形状、位置强烈地受电解质浓度的影响。
电解质浓度与价数增加，使胶体粒子间势垒的高度 与位置发生变化。
分散系统：一种或几种物质分散在另一种物质之中
分散相：被分散的物质 （dispersed phase） 分散介质：另一种连续分布的物质
medium)
（dispersing
分子分散系统
胶体分散系统
粗分散系统
例如：云，牛奶，珍珠
按分散相粒子的大小分类
类型
粒子大小
特性
举例
低分子溶 液(分子分
散系统)
<1nm

物理化学之胶体化学

物理化学之胶体化学

• • • • •
关于流动电势ζ a.一般|ζ|<|φ|； b.电势值受外加电解质的影响； c.值的大小是衡量胶体稳定的尺度； d.电泳和电渗产生的原因。
• 4.Stern扩散双电层的理论要点 • a.分散相粒子表面带有相同符号的电荷； • b.反离子呈现扩散状态分布在分散相粒子的周围，并 分成紧密层和扩散层； • c.Stern面——紧密层和扩散层的分界面为被吸附的溶 剂化反离子中心边线所构成的假想面； • d.当两相发生相对移动时，滑动面在Stern以外。 • Stern面与固体表面之间的空间称为Stern层（即紧密 层），Stern面之外至溶液本体称为扩散层。 • 与表面结合得相当牢固的反离子为紧密层，在表面 附近做热运动的其它反离子构成双点层中的扩散层。
• 二.高分子化合物的影响 • 1.聚沉作用（絮凝作用） • 在溶胶中加入少量高分子化合物，会降低溶胶的稳定 性，甚至发生聚沉。聚沉的原因有： • ⑴搭桥效应 • 通过搭桥的方式将两个或更多的质点搭在一起，导致 絮凝。 • ⑵脱水效应 • ⑶电中和作用 • 2.保护作用 • 三.升高温度四. • 加入带相反电性的胶体
§12-9 乳状液
• 一.什么是乳状液 • 1.乳状液 • 一种或几种液体以液珠的形式分散在另 一种不相溶的液体中构成的分散系统称 为乳状液。 • 乳状液属于粗分散系统。
二.乳状液的分类
• 按分散相与分散介质的类型将乳状液分 为两类： • ⑴油分散在水中(O/W)
• 如牛奶、农药、日用雪花膏等。
• ⒉形成乳状液的类型主要取决于乳化剂的性质， 通常与两种液体的相对体积无关。 • 一般说，亲水性大的物质，如碱性金属皂、明 胶、磷脂等，在粒子表面吸附时形成O/W型乳 状液。而亲油性大的物质，如二、三价金属皂， 在粒子表面吸附时形成W/O型乳状液。 • 固体粒子作为乳化剂时，看其在水与油中的相 对润湿性大小，若易被水润湿，则形成O/W型， 如：CaCO3，粘土等。若易被油润湿，如碳黑、 煤等，则形成O/W型乳状液。

物理化学：第十二章 胶体化学(6)

物理化学：第十二章 胶体化学(6)
第十二章 胶体化学
§8.2 乳状液的制备和性质
➢界面复合生成法 ➢轮流加液法
§8.2 乳状液的制备和性质
3.乳状液的物理性质
➢液滴大小和外观
由于制备方法不同，乳状液中液滴的大小也不尽
相同。不同大小的液滴对入射光的吸收、散射也不同， 从而表现出不同的外观。
液滴大小 /μm
1
1
0.1 ~ 1
0.05 ~ 0.1 0.05
1.乳化剂的分类
§8.5 乳化剂的分类与选择
§8.5 乳化剂的分类与选择
§8.5 乳化剂的分类与选择
§8.5 乳化剂的分类与选择
2.乳化剂的选择
乳化剂的选择原则 具有良好的表面活性，能降低表面张力，在乳状
液外相中有较好的溶解能力；
在油水界面上能形成稳定和紧密排列的凝聚膜；
能增大外相粘度以减小液滴的聚集速度；
固体大部分在油中，油水界面向水弯曲， 形成W/O乳状液。
油水 水油
5.其他因素
分散相粘度越大越稳定，分散相与分散介质密度 差越小越稳定。
液滴大小及其分布对乳状液的稳定性有很大影响， 液滴尺寸范围越窄越稳定。当平均粒子直径相同时， 但分散的乳状液比多分散的稳定。
3. 乳化剂的选择
1945年Griffin提出HLB法选择乳化剂： HLB: 亲水亲油平衡 hydrophile lipophile balance HLB，亲油性，< 8 亲油； HLB，亲水性，> 8 亲水。
水能润湿固体， 大部分粒子浸入水中；
so
ow
固
水
sw
b. os < ws， > 900
油能润湿固体， 大部分固体粒子在油中。
os
油 固
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了解乳状液的类型及稳定和破坏的方法。
（水）相。
(2)稀释法：将乳状液滴入水中或油中，若乳状 液在水中能稀释，即为O/W型；在 油中能稀释，即为W/O型。
(3)导电法：O/W型乳状液的导电性能远好于 W/O型乳状液，通过测电导可区别 两者。
2. 乳状液的稳定
(1) 降低界面张力
(a) 加入表面活性剂， ，G表，稳定性
(b) 表面活性剂的HLB值可决定形成乳状液 的类型： HLB 3-6: 形成W/O型乳状液； HLB 12-18: 形成O/W型乳状液。
（2）形成定向楔的界面
一价碱金属皂类， 形成O/W型乳状液：
二价碱金属皂类， 形成W/O型乳状液：
大头朝外，小头向内，表面活性剂可紧密排列， 形成厚壁，使乳状液稳定。
（3）形成扩Leabharlann 双电层离子型表面活性剂可形成扩散双电层，使乳状液稳定。
（4）界面膜的稳定作用
增强界面膜的强度，可增加乳状液的稳定性。
第十二章 胶体化学
§12.6 乳状液
由两种不互溶或部分互溶的液体所形成的粗 分散系统，称为乳状液。
水包油，O/W，油分散在水中 类型
油包水，W/O，水分散在油中
O + W + 乳化剂
乳状液
乳化剂 表面活性剂 固体粉末
1. 乳状液类型的鉴别
(1)染色法：将油（水）溶性染料滴入乳状液， 在显微镜下观察，染色的一相为油
固体大部分在水中，油水界面向油弯曲， 形成O/W乳状液。
油水
如 so < sw :
cos 为负， > 90 o，油能润湿固体,
固体大部分在油中，油水界面向水弯曲， 形成W/O乳状液。
水油
3. 乳化剂的选择
1945年Griffin提出HLB法选择乳化剂： HLB: 亲水亲油平衡 hydrophile lipophile balance HLB，亲油性，< 8 亲油； HLB，亲水性，> 8 亲水。
HLB
3～6 7～9 8 ～ 18 13 ～ 15 15 ～ 18
用途 W/O 乳化剂
润湿剂 O/W 乳化剂
洗涤剂 加溶剂
HLB值可以从手册查出，也可以估算。
4. 乳状液的去乳化
物理方法：离心分离，静电破乳，超声波破乳； 物理化学方法：破坏乳化剂，加入破乳剂。
例如： 1) 加入异戊醇，它的表面活性很强，会替代原
（5）固体粉末的稳定作用
某些固体粉末也可起乳化稳定剂的作用： 水能润湿的固体粉末，可形成O/W型的乳状液，如粘土等， 油能润湿的固体粉末，可形成W/O型的乳状液，如石墨，
煤烟等。
根据Young方程：
so－ sw = ow cos
so
ow
油
固水
sw
如 so > sw :
cos 为正， < 90 o，水能润湿固体，
来的乳化剂吸附到界面上，但因它的链短又 有分支，不能形成牢固的界面膜。 2) 加入某些能与乳化剂起化学反应的物质，破 坏乳化剂，进而达到破乳的目的。
基本要求
了解胶体的若干重要性质(Tyndall效应、 Brown运动、扩散、沉降平衡、电泳和电渗)。
明了胶团的结构和扩散双电层的概念。
了解憎液溶胶的DLVO理论。理解电解质对 溶胶稳定性的作用。