胶体分散体系稳定性50页PPT

胶体稳定性的内因
沉淀反应
胶体颗粒由于二次聚集 而失去稳定性。
双电层理论
胶体底物表面附着带电 粒子，被周围的离子包 围形成带电的双电层。
DLVO理论
描述了带电颗粒之间存 在的相互作用，包括吸 引和排斥。
胶体稳定性的外因
温度变化
当温度升高时，胶体稳定性 会下降，而当温度降低时， 胶体稳定性会上升。
电解质浓度变化
3
粘土矿物型
如蒙脱土、天然黏土等。
胶体稳定性的应用
1 工业上的应用涂料、油墨、塑Fra bibliotek、胶水、化妆品等。
2 生物学和医药学上的应用
生物分离、药物输送等。
3 环境保护上的应用
水污染控制、废物处理及回收再利用等。
总结
胶体的稳定性影响因素
温度、pH值、电解质浓度、表面活性剂、聚 合物、粘土矿物等。
应用前景和发展方向
pH值变化
电解质浓度增加时，离子会 在胶体颗粒表面形成紧密的 双层，进而破坏胶体稳定性。
当pH值改变时，胶体颗粒表 面的电荷性质也会发生改变， 这也就改变了胶体的稳定性。
胶体稳定剂
1
离子型与非离子型
离子性表面活性剂及其盐类、黏合气体、亲水胶等。
2
聚合物型
如聚乙烯醇、羟丙基甲基纤维素、聚乙烯醇-醚等。
提高胶体的稳定性，探索新型的胶体稳定剂， 深度挖掘其应用价值。
胶体的稳定性
胶体稳定性是指胶体体系不发生相互作用而维持长期稳定状态的性质。本课 件将为你带来对胶体的深入了解。
胶体的定义
1
定义
介于分子与晶体之间，大小在1~100nm的颗粒体系。
2
胶体分类
溶胶、胶体、凝胶，松散胶、弹性胶等。

(1)A值的影响。不同形状的粒子其吸力位能方程式不相同，但是吸力位能总是与A值 成正比。所以随着A值的增大，总位能值减少，位能曲线的形状也发生变化。A值越大， 位能曲线越在下面，位垒高度越小，胶体的稳定性越差。A值可以通过改变分散相及分 散介质的性质来控制。

(2)
值的影响。
值越大，则v值越大，位垒高度越大， 胶体的稳定性越好；


所以电解质的加入会导致体系总位能发生很大的变化， 适当调整可以得到相对稳定的胶体。


胶粒之间的位能V可以用其斥力位能和吸力位能之和来 表示，即
V＝VR十VAFra bibliotek从上面的讨论可见，体系总的位能由斥力位能和吸力位能来确定，它 们除了受粒子大小、形状以及粒子间距离的影响以外，还受常数A，粒子表 面电位以及电解质的浓度n的影响，现分别讨论如下:
(3)电解质浓度的影响.
2．聚沉浓度的理论计算

(1)、Schulze-Hardy规则
在其他参数不变的情况下，含有一、二、三价反号离子的电解质， 其聚沉浓度比为：
Schulze-Hardy规则的理论推导
根据DLVO理论，位垒的高度是决定胶体是否发生聚沉的主要因素。
发生聚沉的位垒高度等于零。
5．2 吸附高聚物对胶体的稳定——空间稳定理 论

分子之间的范德华吸力位能VA分别由Keeson 力,Debye力和London力所产生的位能构成。

两个相同分子间的范德华吸为位能
“长程范德华力”
短程范德华力
1．两平面粒子的范德华吸力位能
2．两球形粒子的范德华吸力位能
3．分散介质对吸力位能的影响
混合前体系的范德华吸力位能VA
混合后体系的范德华吸力位能VA

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8.2.2 慢聚沉：
• 当质点之间有势垒存在时，势垒的作用相当于质点 之间存在一斥力，在其作用下，质点向彼此远离的 方向扩散。
• 于是，慢聚沉的聚沉速度常数 Ks 比快聚沉小〔应加 一阻力校正项〕：
U
K K exp( m )
s
r
kT
〔Ks 即 Kslow 〕
B
• 式中 Kr 相当于碰撞频率，Vm 势垒相当于慢聚沉过
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8.1.3 总的势能曲线
系统的总势能为斥力势能和引力势能的加和。
UUAUR
以总势能对距离作图， 即得总势能曲线
Umax为势垒
当粒子的动能大于势垒时方能聚沉
势垒的上下决定了胶体的稳定性
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当颗粒动能较小时，不能越过能垒而相互靠近； 只有当动能很高时，方能越过能垒而聚沉。这就很好 地说明了溶胶是一种亚稳的系统。
M 1 :M 2:M 3 (1 )6:(1 )6:(1 )6 1 :6:7 429 1 ccccccccc 2 3
CCC：临界絮凝浓度〔临界聚沉值〕
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临界聚沉浓度
胶体的稳定性取决于总势能曲线上的势垒的大小。那 么就可以定性地把是否存在势垒作为判断胶体稳定与否的 标准。
势垒的高度随溶液中电解质浓度的增大而降低，
ψ0为正值，随距离增大呈指数衰减。 (4) 参加电解质对引力势能影响不大，但对斥力势能的影响却十分显著
从电解质对胶体粒子势能的影响看, 当电解质的浓度或价数增加使溶胶发生聚沉时, 所必须克服的势垒高度和位置皆发生变化。
(b) 聚沉值与分散介质介电常数的立方成正比
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DLVO理论总结〔1〕
胶粒既存在斥力势能，也存在引力势能。前者是带电胶粒靠
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所谓宏观是指研究对象的尺寸很大，其下限是人 的肉眼可以观察到的最小物体（半径大于1微米），而 上限则是无限的。
所谓微观是指上限为原子、分子，而下限则是 一个无下限的时空。
在宏观世界与微观世界之间，有一个介观世界， 在胶体和表面化学中所涉及的超细微粒，其大小、 尺寸在1nm-100nm之间，基本上归属于介观领域。
憎液溶胶的特性
（1）特有的分散程度 粒子的大小在1~100 nm之间，因而扩散较
慢，不能透过半透膜，渗透压低但有较强的动 力稳定性 和乳光现象。
（2）多相不均匀性 具有纳米级的粒子是由许多离子或分子聚
结而成，结构复杂，有的保持了该难溶盐的原 有晶体结构，而且粒子大小不一，与介质之间 有明显的相界面，比表面很大。
本章主要讨论憎液溶胶
（3）按胶体溶液的稳定性分类
②亲液溶胶
大（高）分子化合物的溶液通常属于亲液溶胶。
半径落在胶体粒子范围内的大分子溶解在合适的溶 剂中，它是分子溶液，但其分子的大小已经到达胶体的范 围，因此具有胶体的一些特性（例如：扩散慢，不透过半 透膜，有Tyndall效应等等）。
若设法去除大分子溶液的溶剂使它沉淀，重新再加 入溶剂后大分子化合物又可以自动再分散，因而它是热 力学中稳定、可逆的系统。
不同状态时，则形成不同的固溶胶：
A.固-固溶胶 如有色玻璃，不完全互溶的合金
B.固-液溶胶 C.固-气溶胶
如珍珠，某些宝石 如泡沫塑料，沸石分子筛
根据分散相和分散介质的聚集状态进行分类
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 混合后是单相均一系统，不属于胶体范围。
分类系统通常有三种分类方法：

硫化物、硅酸胶体、土壤胶体。
胶粒不带电的胶体有：淀粉胶体。
特殊的：AgI胶粒随着AgNO3和KI相对量不同， 而带正电或负电。若KI过量，则AgI胶粒吸附
较多I-而带负电；若AgNO3过量，则因吸附较 多Ag+而带正电。
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4、电渗
液体渗透过了胶体微粒间的孔隙而 移向相反的电极，这种液体在电场 中透过多孔性固体的现象称为电渗。
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胶体分散体系的分类方法：
•液溶胶
按分散相和介质的聚集状态分类：
•固溶胶
•气溶胶
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液溶胶
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固溶胶
烟 水 晶
有 色 玻 璃
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气溶胶
晨雾
烟
白云
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补充
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二、胶体的基本性质
1、丁达尔现象 2、布朗运动 3、电泳 4、电渗
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2、布朗运动
布朗运动：分散剂分子以不同大小和不 同方向的力对胶体离子不断撞击而产生， 受到的力不平衡，所以连续以不同方向、 不同速度做不规则运动。
注意：颗粒越小，温度越高，布朗运动越剧烈。 布朗运动并不是胶体特有的性质。
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布朗运动特点
电泳。
NaCl 溶液
Fe(OH)3 溶胶
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➢胶粒带电的原因： 胶粒表面对溶液中离子的吸附； 胶粒表面的溶解； 胶粒表面分子的电离
【注】胶粒所带电荷可根据电泳实验来证明胶 粒带有电荷，但胶体本常见的胶体的带电情况：

A212 = A11 + A22
2 A11 A22 ( A11 A22 ) 2
• 结论： （8－24） • ⑴ A212永远大于零。 • ⑵ 由于A11和A22处于相同的数量级大小范围内，则必然A212既小于A22 又小于A11。 • ⑶ 如果介质与分散相物质性质相近，即A11≈A22，那么A212≈0。 2 2 • ⑷ 由于 A212 A11 A22 ＝ A22 A11 A121 ，因此当分散相物质和分散
• 3．两非极性分子间吸引位能
L h
2 1 2 6 6 x x 01 02 L 3 1 2
• 色散力存在于一切物质分子之中，而且除极性很大的分子间力外， 色散力几乎就等于范式引力。 • 因此总的范式吸引位能为上述三项之和:
第八章
胶体分散体系 的稳定性
胶体分散体系的不稳定性表现在如下几个方面：
• 1、在多分散体系中，尺寸较大的颗粒由于受布朗运动影 响较小，在重力场中自然沉降，从而和分散体系分离； • 2、在胶体分散体系的放置过程中，体积小的粒子逐渐溶 解而大粒子逐渐长大，这是一种分散相的粗化过程； • 3、分散体系中，由于布朗运动，小颗粒互相碰撞并聚集 成更大的粒子，此过程称之为絮凝。 • 小粒子的相遇是布朗运动的结果，小粒子间能否聚集在一 起取决于粒子之间的相互吸引位能和排斥位能的大小。 • 吸引位能包括两方面： • 一是由于分子间引力即Van der Waals 力引起的粒子间的 吸引位能； • 二是带不同电荷的胶粒之间的静电引力位能。
﹡三、球形粒子间的排斥位能
• 将带电球切片成一系列半径为h，厚度为dh的圆环，如果两球全这么 分割便有了一系列的对应平面，这样就可以将平板间位能函数应用 到每组圆环中去，然后对整个半径积分就可得到两球间的排斥位能：

如胶粒表面的溶剂化膜是比较定向排列的，表现出一
定的弹性，具有“水化膜斥力”作用。
四、高分子的稳定和絮凝作用
1．高分子的稳定作用
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。 关于稳定机理，直至近年才有比较深刻的认识，总的来说主要是
二、聚沉作用（coagulation）
胶体粒子带有电荷时，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，因静电斥力而阻止粒子的聚集，使其 具有一定的聚集稳定性。
离子氛示意图
（大圆圈表示正电荷的作用范围）
离子氛靠近、重叠
二、聚沉作用（coagulation）
而当向溶胶中加入无机电解质时，因能压缩扩散双电层厚
二、聚沉作用（coagulation）
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发生相互聚沉作用，聚沉 胶粒所带
电荷为零 的程度与两胶体的比例有关，比例相差很大时，聚沉不完全
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