胶体与表面化学知识点整理1

第一章 绪论 1.胶体特点之一是具有很大的表面积，分散直径1-100nm 2.胶体是具有高度分散性的分散体系。（是物质存在的一种特殊状态，而不是一种特殊物质，不是物质的本性。） 3.胶体化学研究对象是胶溶胶和高分子溶液。 4.胶体的分类：按分散介质可分为： 气溶胶：云雾，青烟、高空灰尘 液溶胶：泡沫，乳状液，金溶胶、墨汁、牙膏 固溶胶：泡沫塑料、沸石、冰淇淋，珍珠、水凝胶、红宝石、合金 第二章 胶体的制备 一．溶胶的制备与净化 1.溶胶制备的一般条件：（1）分散相在介质中的溶解度必须极小（2）必须有稳定剂存在 2.胶体的制备方法：凝聚法、分散法。 （1）凝聚法：用物理或化学方法使分子或离子聚集成胶体粒子，又包括①还原法②氧化法③水解法④复分解法。 （2）分散法：又分为①机械分散；②电分散法：用来制备金属（Au Hg Ag）水溶胶；③超声波分散：制备乳状液；④胶溶法：在某些新生成的沉淀中，加入电解质，或置于某温度下使沉淀重新分散成溶胶。 3.凝聚法的原理：形成晶核、晶核成长。 4.haber理论：凝结速度和饱和速度成正比，而定角速度取决于物质的极性大小，二者比较决定沉淀的有无定形。 5.溶液的净化分为：渗析、渗透和反渗透。 6.单分散溶胶的四种制备方式：⑴金属盐溶液水解法⑵金属络合物高温水解法⑶微乳液法（它由表面活性剂、助表面活性剂、有机溶剂、水4部分组成）⑷溶胶-凝胶转变法。 7.超细颗粒的特性及制备方法： ⑴①表面积大②易形成团聚体③熔点低④磁性强⑤光吸收强⑥热导性好。 ⑵①物理方法：气象沉积法、机械粉碎法；②化学方法：化学气象沉积法、沉淀法、化学环境法、溶液-凝胶法、溶剂蒸发法。 二．溶胶的运动性质 1.溶胶的运动：扩散、布朗运动、沉降。 ⑴扩散：过程为自发过程 ddddmcDAtx

，式中dm/dt表示单位时间通过截面A扩散的物质数量，D为扩散

系数，单位为m2/s，D越大，质点的扩散能力越大 扩散系数D与质点在介质中运动时阻力系数f之间的关系为：ARTDNf（AN为阿伏加德罗常数；R为气体常数） 若颗粒为球形，阻力系数f=6r（式中，为介质的黏度，r为质点的半径） 故16RTDNAr，此式即为Einstein第一扩散公式

浓度梯度越大，质点扩散越快；就质点而言，半径越小，扩散能力越强，扩散速度越快。 ⑵布朗运动：本质是分子的热运动 现象：分子处于不停的无规则运动中 由于布朗运动是无规则的，因此就单个粒子而言，它们向各方向运动的几率是相等的。在浓度高的区域，单位体积的粒子较周围多，造成该区域“出多进少”，使浓度降低，这就表现为扩散。扩散是布朗运动的宏观表现，而布朗运动是扩散的微观基础 Einstein认为，粒子的平均位移x与粒子半径r、介质黏度、温度T和位移时

间t之间的关系：123ARTtxNr，此式常称为Einstein-Brown位移方程。式中x是在观察时间t内粒子沿x轴方向的平均位移；r为胶粒的半径；为介质的粘度；AN为阿伏加德罗常数。 ⑶沉降 ① 介质中的微粒受到两种力：重力和扩散力。 ②溶胶是高度分散体系，胶粒一方面受到重力吸引而下降，另一方面由于布朗运动促使浓度趋于均一。当这两种效应相反的力相等时，粒子的分布达到平衡，粒子的浓度随高度不同有一定的梯度，如图所示。这种平衡称为沉降平衡。 三、溶胶的光学性质 1.光散射 （1）丁达尔效应：以一束强光射入溶胶后，在入射光的垂直方向可以看到一道明亮的光带，被称为丁达尔效应 光本质是电磁波，当光波作用到介质中小于光波波长的粒子上时，粒子中的电子被迫振动（其振动频率与入射光波的频率相同）,成为二次波源，向各个方向发射电磁波，这就是散射光波也就是我们看到的散射光。 丁达尔效应可以认为是胶粒对光的散射作用的宏观表现。 （2）Rayleigh散射定律 c为单位体积中质点数，v为单个粒子的体积（其线 性大小应远小于入射光波长），为入射光波长， n1、n2分别为分散介质和分散相的折射率 ①散射光强度与入射光波长的四次方成反比。入射光波长愈短愈显著。，散射所以可见光中，蓝、紫色光散射作用强。 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。若n1=n2 则无散射现象 ③散射光强度与单位体积中的粒子数成正比。 ④散射光强度与粒子体积的平方成正比。在低分子溶液中，散射光极弱，因此利用丁道尔现象可以鉴别溶胶和真溶液。 （3）溶胶的颜色：溶胶产生各种颜色的主要原因是溶胶中的质点对可见光产生选择性吸

收 若溶胶对可见光的各部分吸收很弱，且大致相同，则溶胶无色 若溶胶能较强的选择性吸收某一波长的光，则透过光该波长的光变弱，就会呈现该波长光的补色光 质点对光的吸收主要取决于其化学结构 每种分子都有其自己的特征吸收波长，若特征波长在可见光波长范围内，则该物质显色 四．溶胶的电学性质和胶团结构 1.电动现象及其应用 （1）电泳：胶粒颗粒带电，在外电场的作用下，向正极移动，后来发现，任何溶胶中的胶粒都有这样的现象，带负电的胶粒向正极移动，带负电的胶粒向负极

2232

2241

022

12

24()2nncVIInn

 移动，这种现象被称为电泳。

（2）电渗析：水在外加电场的作用下，通过黏土颗粒间的毛细通道向负极移动的现象称为电渗析。 （3）沉降电位，在无外加电场作用下，若使分散相粒子在分散介质中迅速沉降时，使底层与表面层的粒子浓度悬殊，从而产生电势差，这就是沉降电势。这种现象是电泳的逆过程。 贮油罐中的油内常会有水滴，水滴的沉降会形成很高的电势差，有时会引发事故。通常在油中加入有机电解质，增加介质电导，降低沉降电势。 （4）流动电位若用压力将液体挤过毛细管网或由粉末压成的多孔塞，则在毛细管网或多孔塞的两端会产生电位差，此之谓流动电位，此现象为电渗析的逆过程。在用泵输送原油或易燃化工原料时，要使管道接地或加入油溶性电解质，增加介质电导，防止流动电势可能引发的事故。 2.质点表面的电荷的来源：电离、离子吸附、晶格取代、非水介质中质点带电的原因。 3.胶团结构 胶核、吸附层、胶粒、扩散层、胶团 胶核吸附离子是有选择性的，首先吸附与胶核中相同的某种离子，用同离子效应使胶核不易溶解，若无相同离子，则首先吸附水化能力较弱的负离子，所以自然界中的

胶粒大多带负电，如泥浆水、豆浆等都是负溶胶。 胶粒 = 胶核 +被吸附离子 + 紧密层反离子 胶团 = 胶粒 + 扩散层反离子 当KI过量做稳定剂，[(AgI)m nI–(n-x)K+]x–xK+ 当AgNon3过量作稳定剂，[(AgI)mnAg+(n-x)NO3–]x+x NO3– 五．胶体的稳定性 （一）溶胶的稳定性与DLVO理论 1.稳定性分为： （1）热力学上为不稳定体系：胶体体系是多相分散体系，有巨大的界面能。 （2）动力学上的稳定体系：溶胶粒子较小，布朗运动激烈，因此在重力场中不易沉降，即具有动力学稳定性。 （3）聚结稳定性：由于胶团双电层结构的存在，胶粒都带有相同的电荷，相互排斥，故不易聚沉。这是溶胶稳定存在的最重要原因 （4）水化膜：在胶团的双电层中反离子都是水化的，因此在胶粒外有一层水化膜，它阻止了胶粒的相互碰撞而导致胶粒结合变大。 2.DLVO理论：溶胶在一定条件下是稳定存在还是聚沉，取决于粒子间的相互吸引力和静电斥力。若斥力大于吸引力则溶胶稳定，反之则不稳定。 (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 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) 在介质中， （2）双电层的排斥能 对球形粒子 n0 : 单位体积粒子数 ε: 介电常数

12aArVH2 () AAA

质点介质

2002

64 exp() rnkTVH

0

02021 1zekT

zekT

ee

 ψ0:粒子表面电势 κ: 离子氛半径的倒数 r : 粒子半径 H : 离子之间的最近距离 溶胶稳定理论 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。

3.影响溶胶稳定性的因素 （1）外加电解质的影响；（2）浓度的影响；（3）温度的影响；（4）胶体体系的相互作用。 （二）溶胶的聚沉 聚沉值：使一定量的溶胶在一定时间内完全聚沉所需电解质的最小浓度。从已知的表值可见，对同一溶胶，外加电解质的离子价数越低，其聚沉值越大。 聚沉能力：是聚沉值的倒数。聚沉值越大的电解质，聚沉能力越小；反之，聚沉值越小的电解质，其聚沉能力越强。