10 胶体分散系统
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物理化学第十章 胶体化学
3. 沉降与沉降平衡
多相分散系统中的粒子，因受重力作用而下 沉的过程，称为沉降。沉降与扩散为一对矛盾 的两个方面
沉降 扩散 分散相分布
真溶液
粗分散系统 胶体系统 平衡
均相
沉于底部 形成浓度梯度
贝林(Perrin)导出沉降平衡时粒子浓度随高度的分布：
o c2 Mg ln 1 ( h2 h1 ) c1 RT
胶核 可滑动面
胶粒
{[AgI]m nI－(n-x)K+}x- xK+ 胶团结构
K＋
K＋
I－
K＋
(AgI)m
I－
I－
K＋
特点：
1) 胶核：首先吸附过量的成核离子，然后吸附反离子； 2) 胶团整体为电中性
I－
§10.5
溶胶的稳定与聚沉
Derjaguin＆Landau(1941)
1. 溶胶的经典稳定理论DLVO理论
溶胶粒子间的作用力：
Verwey ＆Overbeek(1948) van der Waals 吸引力：EA -1/x2
势 能 ER
双电层引起的静电斥力：ER ae-x 总作用势能：E = ER + EA
E
EA 曲线的形状由粒子本
性决定，不受电解质影响；
Emax
0 x 第二最小值 EA 第一最小值
势 能 ER 电解质浓度： c1 < c2 < c3 ，
0EAc3源自c2c1E电解质浓度，ER，E，
溶胶稳定性。在 c3 以后， 引力势能占绝对优势，分散 相粒子一旦相碰，即可聚合。
41
电解质对溶胶的聚沉规律：
(i)反离子的价数起主要作用
胶体分散系统
基本内容
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
胶体分散系统 溶胶的动力性质 溶胶的光学性质 溶胶的电学性质 溶胶的稳定和聚沉
Chapter Nine
1
第一节 分散系统 (dispersed system)
一、分散系统分类 把一种或几种物质分散在另一种物质 中就构成分散系统。
1、分散相与分散介质 分散相(dispersed phase)：被分散的物质；
分散介质(dispersing medium)。
Chapter Nine
2
如：盐水、糖水、牛奶、云层等。
Chapter Nine
3
2、分散系统分类 （1）、按分散相粒子的大小分类
•分子分散系统 <1nm
白酒
•胶体分散系统 1 ~100 nm 金溶胶
•粗分散系统 >1000 nm 黄河水
Chapter Nine
梯度，且这种浓度梯度不随时间
而变。这种平衡称为沉降平衡。
fd fw
注意沉降平衡不是热力学平衡态，是一 种稳定态，一旦外力(重力)消失，系统 将回到平衡态(均匀分布)。
Chapter Nine
24
第三节 溶胶的光学性质
1、光散射现象
当光束通过分散体系时，一部分自由地 通过，一部分被吸收、反射或散射。可 见光的波长约在400~700 nm之间。
然后胶核选择性地吸附稳定剂中的一 种离子，形成紧密吸附层；
Chapter Nine
14
由于正、负电荷相吸，在紧密层外形成 反号离子的包围圈，形成了带电荷的胶 粒（电荷正负性与紧密层相同）；
胶粒与扩散层中的反号离子，形成 一个电中性的胶团。
Chapter Nine
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
胶体分散系统 溶胶的动力性质 溶胶的光学性质 溶胶的电学性质 溶胶的稳定和聚沉
Chapter Nine
1
第一节 分散系统 (dispersed system)
一、分散系统分类 把一种或几种物质分散在另一种物质 中就构成分散系统。
1、分散相与分散介质 分散相(dispersed phase)：被分散的物质；
分散介质(dispersing medium)。
Chapter Nine
2
如：盐水、糖水、牛奶、云层等。
Chapter Nine
3
2、分散系统分类 （1）、按分散相粒子的大小分类
•分子分散系统 <1nm
白酒
•胶体分散系统 1 ~100 nm 金溶胶
•粗分散系统 >1000 nm 黄河水
Chapter Nine
梯度，且这种浓度梯度不随时间
而变。这种平衡称为沉降平衡。
fd fw
注意沉降平衡不是热力学平衡态，是一 种稳定态，一旦外力(重力)消失，系统 将回到平衡态(均匀分布)。
Chapter Nine
24
第三节 溶胶的光学性质
1、光散射现象
当光束通过分散体系时，一部分自由地 通过，一部分被吸收、反射或散射。可 见光的波长约在400~700 nm之间。
然后胶核选择性地吸附稳定剂中的一 种离子，形成紧密吸附层；
Chapter Nine
14
由于正、负电荷相吸，在紧密层外形成 反号离子的包围圈，形成了带电荷的胶 粒（电荷正负性与紧密层相同）；
胶粒与扩散层中的反号离子，形成 一个电中性的胶团。
Chapter Nine
10.胶体分散系统及粗分散系统
n1、n2分别为高度h1、h2处的体积粒子数；
ρB、ρ0分别为分散相( 粒子) 及分散介质的体积质量；
22
M B为粒子的摩尔质量；g为重力加速度。
n2 M B g ⎛ ρB ⎞ ⎜1 − ⎟(h2 − h1 ) ln = n1 RT ⎜ ρ0 ⎟ ⎝ ⎠
（1）粒子的摩尔质量愈大，平衡体积粒子数随高度 的降低愈大； （2）对于粒子不太小的分散系统，通常沉降较快， 可以较快地达到平衡。而高度分散的系统中，粒子则 沉降缓慢，需较长时间才能达成平衡。
K
I
+
－
K+
K+
I－
I－
K+
I－
K+
K
+
K+
(2)胶粒一般先吸附水化 能力较弱的阴离子。
I－
(1)优先吸附与溶胶粒子 中某一组成相同的离 子；
胶团结构
(AgI)m
I－
K
+
I－ I －
K+
K+
I－
K+
K
I
－
+
I－
I－
32
电动现象
由于胶粒是带电的，在电场作用下，或在外加压力、自身重 力下流动、沉降时产生电动现象。
+ + + + + + ++ +
1963年博克里斯、德瓦纳塞恩和缪勒在斯特恩模型 的基础上作了更细致的改进。 IHP
– 固体表面 + (带负电荷) OHP 滑动面 水化阳离子 + – + 特性吸附阴离子
内亥姆霍茨层(IHP) 外亥姆霍茨层(OHP)
++ + + + + ++ +
ρB、ρ0分别为分散相( 粒子) 及分散介质的体积质量；
22
M B为粒子的摩尔质量；g为重力加速度。
n2 M B g ⎛ ρB ⎞ ⎜1 − ⎟(h2 − h1 ) ln = n1 RT ⎜ ρ0 ⎟ ⎝ ⎠
（1）粒子的摩尔质量愈大，平衡体积粒子数随高度 的降低愈大； （2）对于粒子不太小的分散系统，通常沉降较快， 可以较快地达到平衡。而高度分散的系统中，粒子则 沉降缓慢，需较长时间才能达成平衡。
K
I
+
－
K+
K+
I－
I－
K+
I－
K+
K
+
K+
(2)胶粒一般先吸附水化 能力较弱的阴离子。
I－
(1)优先吸附与溶胶粒子 中某一组成相同的离 子；
胶团结构
(AgI)m
I－
K
+
I－ I －
K+
K+
I－
K+
K
I
－
+
I－
I－
32
电动现象
由于胶粒是带电的，在电场作用下，或在外加压力、自身重 力下流动、沉降时产生电动现象。
+ + + + + + ++ +
1963年博克里斯、德瓦纳塞恩和缪勒在斯特恩模型 的基础上作了更细致的改进。 IHP
– 固体表面 + (带负电荷) OHP 滑动面 水化阳离子 + – + 特性吸附阴离子
内亥姆霍茨层(IHP) 外亥姆霍茨层(OHP)
++ + + + + ++ +
第十章胶体
10.2溶胶的动力和光学性质
丁铎尔现象示意图
10.2溶胶的动力和光学性质
自然界中的丁铎尔现象
10.2溶胶的动力和光学性质
10.2溶胶的动力和光学性质
（1）当光束通过粗分散系统，由于粒子大于入 射光的波长，主要发生反射，系统呈现混浊。
（2）当光束通过憎液溶胶时，由于胶粒直径 远小于可见光的波长，主要发生散射，可以看见 乳白色的光柱。
10.1胶体分散系统概述
10.1.3胶团的结构 用氯化铁水解制取的氢氧化铁胶团结构
紧密层
扩散层
x
Fe(OH)3 m nFeO+ (n x)Cl- xCl-
胶核
胶粒
胶团
FeO+为稳定剂。 关于胶核有不同说法，南大教材观点如上图，天 大教材等认为FeO+也属于胶核。
10.1胶体分散系统概述
用吐酒石和硫化氢制取的硫化锑胶团结构
Sb2S3
m
ห้องสมุดไป่ตู้
nHS-
(n
x)H
x
xH+
硝酸银与碘化钾反应，碘化钾过量时形成的碘化
银胶团结构
AgI
m
nI-
(n
x)K
x
xK
+
硝酸银与碘化钾反应，硝酸银过量时形成的碘化
银胶团结构
AgI m
nAg+
(n
x)
NO3-
x
xNO3-
离子之间有无圆点，各教材不统一，有圆点清楚一些。
10.1胶体分散系统概述
过量的物质通常称为稳定剂。 从表面能的角度看，胶粒表面能很高，有互相结 合减少表面积的趋势，所以溶胶是热力学不稳定系统。 从电学的角度看，胶粒带同种电荷，互相排斥，有一 定稳定性。
物理化学课件---第十章胶体分散系统资料
例如：云，牛奶，珍珠
2020/11/3
10.1 胶体分散系统概述
分类系统通常有三种分类方法：
1. 按分散相粒子的大小分：
•分子分散系统 •胶体分散系统 •粗分散系统
•液溶胶 2. 按分散相和介质的聚集状态分： •固溶胶
3. 按胶体溶液的稳定性分：
•气溶胶 •憎液溶胶 •亲液溶胶
•缔合溶胶
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粒子粉碎，将固体磨细。 （1） 胶体磨
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。
胶体磨的形式很多，其分散能力因构造和 转速的不同而不同。
2020/11/3
10.1.2 憎液溶胶的制备
盘式胶体磨
2020/11/3
10.1.2 憎液溶胶的制备
2020/11/3
（2）按分散相和介质聚集状态分类
2.固溶胶 将固体作为分散介质所形成的溶胶。当分散相为 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 如珍珠，某些宝石 C.固-气溶胶 如泡沫塑料，沸石分子筛
2020/11/3
（2）按分散相和介质聚集状态分类
（2） 喷射磨 在装有两个高压喷嘴的粉碎室中，一个喷
高压空气，一个喷物料，两束超音速物流以一 定角度相交，形成涡流，将粒子粉碎。 （3） 电弧法
电弧法主要用于制备金、银、铂等金属 溶胶。
制备过程包括先分散后凝聚两个过程。
2020/11/3
10.1.2 憎液溶胶的制备
（3）电弧法
2020/11/3
10.1.2 憎液溶胶的制备
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（3）按胶体溶液的稳定性分类
10_胶体分散系统
稳定剂存在下形成溶胶。 这种稳定剂一般是某一过量的反应物
例如，硫化砷溶胶的制备
As2O3 + 3H2O = 2H3AsO3 2H3AsO3(稀)+ 3H2S = As2S3(溶胶)+6H2O 稳定剂是略过量的硫化氢反应物 又如，用水解反应制氢氧化铁溶胶 FeCl3 (稀)+3H2O (热) = Fe(OH)3 (溶胶)+3HCl 稳定剂是反应过程中产生的FeO+ 离子
1. Brown运动
1905年和1906年
Einstein（爱因斯坦)和 Smoluchowski（斯莫鲁霍
夫斯基)分别阐述了Brown 运动的本质。
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。
可得1000 nm左右的粒子。
（2） 喷射磨
在装有两个高压喷嘴的粉碎室中，一个喷 高压空气，一个喷物料，两束超音速物流以一 定角度相交，形成涡流，将粒子粉碎。 （3） 电弧法
电弧法主要用于制备金、银、铂等金属溶胶。
制备过程包括先分散后凝聚两个过程。
（3）电弧法
将金属做成两个电极， 浸在水中，盛水的盘子放在 冰浴中。
1. Brown运动
1903年发明了超显 微镜，为研究布朗运动 提供了物质条件。
用超显微镜可以观察 到溶胶粒子不断地作不规 则“之”字形的运动
从而能够测出在一定时间内粒子的平均位移。
1. Brown运动
通过大量观察，得 出结论：粒子越小，布 朗运动越激烈。
其运动激烈的程度 不随时间而改变，但随 温度的升高而增加。
利用浓差因素，多余的电 解质离子不断向膜外渗透。
例如，硫化砷溶胶的制备
As2O3 + 3H2O = 2H3AsO3 2H3AsO3(稀)+ 3H2S = As2S3(溶胶)+6H2O 稳定剂是略过量的硫化氢反应物 又如，用水解反应制氢氧化铁溶胶 FeCl3 (稀)+3H2O (热) = Fe(OH)3 (溶胶)+3HCl 稳定剂是反应过程中产生的FeO+ 离子
1. Brown运动
1905年和1906年
Einstein（爱因斯坦)和 Smoluchowski（斯莫鲁霍
夫斯基)分别阐述了Brown 运动的本质。
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。
可得1000 nm左右的粒子。
（2） 喷射磨
在装有两个高压喷嘴的粉碎室中，一个喷 高压空气，一个喷物料，两束超音速物流以一 定角度相交，形成涡流，将粒子粉碎。 （3） 电弧法
电弧法主要用于制备金、银、铂等金属溶胶。
制备过程包括先分散后凝聚两个过程。
（3）电弧法
将金属做成两个电极， 浸在水中，盛水的盘子放在 冰浴中。
1. Brown运动
1903年发明了超显 微镜，为研究布朗运动 提供了物质条件。
用超显微镜可以观察 到溶胶粒子不断地作不规 则“之”字形的运动
从而能够测出在一定时间内粒子的平均位移。
1. Brown运动
通过大量观察，得 出结论：粒子越小，布 朗运动越激烈。
其运动激烈的程度 不随时间而改变，但随 温度的升高而增加。
利用浓差因素，多余的电 解质离子不断向膜外渗透。
胶体分散系统与粗分散系统
{U}
Born排斥 Umax
UR ∝exp{-x} —德拜参量
0 C
势垒
U F {x}
1 xn
UA∝
图 9胶粒间斥力势能、吸力 势能及总势能曲线
4．电解质及高聚物分子对溶胶聚沉的影响
(1)电解质对溶胶聚沉的影响
少量电解质的存在对溶胶起稳定作用；过量电解质的存在 对溶胶起破坏作用(聚沉)。
丁达尔现象的实质是溶胶对光的散射作用(散射是指除入射 光方向外，四面八方都能看到发光的现象)，它是溶胶的重要性 质之一，如图1所示。
光源 透镜 溶胶 丁达尔效应
图1
丁达尔现象
散射光的强度可用瑞利(Rayleigh)公式表示：
2 9v 2n n2 n 2 2 0 I 42 1 cos I 0 2 2 20l n2 2n 0
1 2 Π B RT B2 B B3 B MB
(3)膜平衡与唐南效应 以大分子电解质Na2P(蛋白质钠盐)为例，说明膜平衡与唐 南（Donnan）效应。
今将Na2P的水溶液及NaCl的水溶液分别置于膜的两侧（见图 10）。图中的b′及b分别为开始时，左右两侧Na+离子的浓度。bx为 Ｎa＋或Ｃl－从半透膜右侧渗透到左侧的质量摩尔浓度。
+ + + + + +++
压力
V
毛细管
气体
V
Hale Waihona Puke + + + + + +++
图7流动电势
图8 沉降电势
3．溶胶的稳定性 (1)溶胶的动力稳定性
物理化学-胶体分散系统
溶胶分类
按分散相与分散介质聚集状态分类（列举）
分散介质
分散相
气
液
固
气溶胶
雾
烟
液溶胶
灭火泡沫 牛奶、石油 油漆、泥浆
固溶胶
沸石
珍珠
有色玻璃
本章主要讨论的是液溶胶，特别是液液溶胶和固液溶胶
溶胶基本特性
高度分散性：与粗分散系统比具有相对稳定性，粒径 小，不易沉降，动力学上是稳定的。
多相性：为多相分散系统，存在相界面(相不均匀性)， 而大分子溶液是均相的。
§9.1 溶胶的分类和基本特征 §9.2 溶胶的制备和净化 §9.3 溶胶的动力性质 §9.4 溶胶的光学性质 §9.5 溶胶的电学性质 §9.6 溶胶的稳定性和聚沉 §9.7 乳状液及微乳状液
第一节 溶胶的分类和基本特征
胶 体(colloid)
定义：分散相的粒径为1-100 nm之间的分散系统 特点：扩散慢，能通过滤纸但不能透过半透膜。 分类：
平衡时两侧化学势相等
可导出稀溶液的 = cRT ( c: mol/m3 )
范霍夫（Van’t Hoff）公式
= (W/VM)RT
p1
渗透压
渗= 透p1压
溶剂
溶液
半透膜 （只容许溶剂通过）
重力沉降与沉降平衡
溶胶粒子在外力场定向移动称沉降
沉降与扩散是两个相对抗的运动
沉降粒子浓集 扩散粒子分散
例如：金属镍纳米粒在低温下保持顺磁性
产品
Gd-DTPA Dimeglumine （钆喷酸葡胺）
Feridex I.V. （菲立磁）
描述
技术平台
MRI成像的顺磁性造影剂，可能缩短组织中质 子的T1及T2驰豫时间，从而增强图像的清晰度 和对比度。
物理化学：胶体分散系统
凡能有沉淀析出的化学反响都可能用来制备相应溶胶 如水解反响制备Fe (OH)3溶胶 FeCl3 +3H2O Fe (OH)3 + 3HCl
3. 改变溶剂法
使溶化度骤变，如 松香在乙醇中：溶 水中：不溶
水
点击此处演示 溶胶
三、溶胶净化
化学法制备的溶胶，往往含有过多的电解质
肯定量电解质是溶胶稳定的必要条件
显微电泳： 显微镜下直接对粒子的运动进行测定
–
Pt电极 辅助液
溶胶 d
第六节 溶胶稳定性
一、胶体稳定性
热力学因素：高分散度，比外表能大，有自发聚集倾向
稳定溶胶的因素 ：
1. 动力稳定性〔扩散力〕：扩散，Brown运动，有利稳定 2. 粒径越小、介质粘度越大，越使溶胶稳定 3. 2. 外表带电〔静电斥力〕： 4. 带电后的电性斥力，是溶胶稳定的主要原因 5. 3. 溶剂化〔水化膜斥力 〕：降低外表能，有利稳定 6. 4. 添加高分子爱护
扩散速度与浓梯关系 Fick第肯定律
dn D A dc
dt
dx
mols–1 扩散系数 面积 浓度梯度
扩散系数与Brown运动平均位移关系： x 2 2Dt
2．渗透 渗透：溶剂通过半透膜〔对溶质不通透〕向溶质高浓
度区移动的现象 〔对溶剂而言，浓度从高 低〕
渗透压：半透膜两侧的压差 =p2–p1
平衡时两侧化学势相等
可见光 400 ～ 700 nm 〔兰 红〕
(2) I ，粒子浓度越大，散射光越强
浊度法测定溶胶的浓度
(3) I V，粒子体积越大，散射光越强
从乳光强度分布确定粒度分布尘粒测定仪
(4) I 与折光率差 n 有关，n 越大，散射光越强
因此散射光是由于光学不均匀性引起的
3. 改变溶剂法
使溶化度骤变，如 松香在乙醇中：溶 水中：不溶
水
点击此处演示 溶胶
三、溶胶净化
化学法制备的溶胶，往往含有过多的电解质
肯定量电解质是溶胶稳定的必要条件
显微电泳： 显微镜下直接对粒子的运动进行测定
–
Pt电极 辅助液
溶胶 d
第六节 溶胶稳定性
一、胶体稳定性
热力学因素：高分散度，比外表能大，有自发聚集倾向
稳定溶胶的因素 ：
1. 动力稳定性〔扩散力〕：扩散，Brown运动，有利稳定 2. 粒径越小、介质粘度越大，越使溶胶稳定 3. 2. 外表带电〔静电斥力〕： 4. 带电后的电性斥力，是溶胶稳定的主要原因 5. 3. 溶剂化〔水化膜斥力 〕：降低外表能，有利稳定 6. 4. 添加高分子爱护
扩散速度与浓梯关系 Fick第肯定律
dn D A dc
dt
dx
mols–1 扩散系数 面积 浓度梯度
扩散系数与Brown运动平均位移关系： x 2 2Dt
2．渗透 渗透：溶剂通过半透膜〔对溶质不通透〕向溶质高浓
度区移动的现象 〔对溶剂而言，浓度从高 低〕
渗透压：半透膜两侧的压差 =p2–p1
平衡时两侧化学势相等
可见光 400 ～ 700 nm 〔兰 红〕
(2) I ，粒子浓度越大，散射光越强
浊度法测定溶胶的浓度
(3) I V，粒子体积越大，散射光越强
从乳光强度分布确定粒度分布尘粒测定仪
(4) I 与折光率差 n 有关，n 越大，散射光越强
因此散射光是由于光学不均匀性引起的
物理化学教学课件第九章胶体分散系统
（3）可电离的大分子溶胶由于大分子本身发生电离而使胶粒带 电。例如，蛋白质分子有许多羧基和胺基，在pH较高的溶液中，离 解生成P—COO-而带负电，在pH较低的溶液中，生成P—NH+3而带正电。 在某一特定的pH条件下，生成的P—COO-和P—NH+3数量相等，蛋白质 分子的净电荷为零，该pH
第二节 溶胶的性质
第二节 溶胶的性质
三、溶胶的电学性质
（2）电渗。在外加电场作用下，若溶胶粒子不动（如将其吸附固 定于棉花或凝胶等多孔性物质中），而液体介质做定向移动，这种 现象称为电渗。图9－7所示为电渗管，即在U形管中盛入液体，将 电极接通直流电后，可从有刻度的毛细管中准确地读出液面的变化， 其中U形管中的多孔膜只允许介质通过，阻止胶体粒子通过。电渗 也可用以判断粒子所带电荷的正负。如果多孔膜吸附带负电荷的粒 子，则介质带正电，通电时向负极移动；反之，如果多孔膜吸附带 正电荷的粒子，带负电的介质向正极移动。
一、溶胶的光学性质
2. 1871年，英国科学家瑞利（Rayleigh）研究了大量的光散射现象， 发现散射光强度与诸多因素有关，其中最主要的因素有以下四个方面。
（1）散射光强度与入射光波长的4次方成反比，即入射光波长愈 短，散射愈显著，因此可见光中的蓝色光、紫色光的散射作用比较强。 当用白光照射溶胶时，在与入射光垂直的方向上观察呈淡蓝色，而透
斯特恩（Stern）对扩散双电层 模型作了进一步修正，并提出了更加接 近实际的Stern扩散双电层模型，如图9 －8所示。
第二节 溶胶的性质
三、溶胶的电学性质
3. 根据上述扩散双电层理论，可以想象出溶胶的胶团结构。
第三节 溶胶的稳定与聚沉
一、溶胶的经典稳定理论——DLVO理论
这里定性地介绍DLVO (1) (2)溶胶的相对稳定性或聚沉取决于斥力势能和引力势能的相 对大小。当斥力势能大于引力势能时，溶胶处于相对稳定状态；当
第二节 溶胶的性质
第二节 溶胶的性质
三、溶胶的电学性质
（2）电渗。在外加电场作用下，若溶胶粒子不动（如将其吸附固 定于棉花或凝胶等多孔性物质中），而液体介质做定向移动，这种 现象称为电渗。图9－7所示为电渗管，即在U形管中盛入液体，将 电极接通直流电后，可从有刻度的毛细管中准确地读出液面的变化， 其中U形管中的多孔膜只允许介质通过，阻止胶体粒子通过。电渗 也可用以判断粒子所带电荷的正负。如果多孔膜吸附带负电荷的粒 子，则介质带正电，通电时向负极移动；反之，如果多孔膜吸附带 正电荷的粒子，带负电的介质向正极移动。
一、溶胶的光学性质
2. 1871年，英国科学家瑞利（Rayleigh）研究了大量的光散射现象， 发现散射光强度与诸多因素有关，其中最主要的因素有以下四个方面。
（1）散射光强度与入射光波长的4次方成反比，即入射光波长愈 短，散射愈显著，因此可见光中的蓝色光、紫色光的散射作用比较强。 当用白光照射溶胶时，在与入射光垂直的方向上观察呈淡蓝色，而透
斯特恩（Stern）对扩散双电层 模型作了进一步修正，并提出了更加接 近实际的Stern扩散双电层模型，如图9 －8所示。
第二节 溶胶的性质
三、溶胶的电学性质
3. 根据上述扩散双电层理论，可以想象出溶胶的胶团结构。
第三节 溶胶的稳定与聚沉
一、溶胶的经典稳定理论——DLVO理论
这里定性地介绍DLVO (1) (2)溶胶的相对稳定性或聚沉取决于斥力势能和引力势能的相 对大小。当斥力势能大于引力势能时，溶胶处于相对稳定状态；当
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2. 按分散介质的物态分类
（1）液溶胶 将液体作为分散介质所形成的溶胶。当 分散相为不同状态时，则形成不同的液溶胶 A. 液-气溶胶 B. 液-液溶胶 C. 液-固溶胶 如泡沫 如牛奶，石油原油等 如油漆，AgI溶胶等
2. 按分散介质的物态分类
（2） 固溶胶 将固体作为分散介质所形成的溶胶。当分 散相为不同状态时，则形成不同的固溶胶 A. 固-气溶胶 B. 固-液溶胶 泡沫塑料，沸石分子筛 珍珠，某些宝石
用半透膜作滤纸，利 用吸滤或加压的方法使胶 粒与含有杂质的介质在压 差作用下迅速分离。 将半透膜上的胶粒 迅速用含有稳定剂的介 质再次分散。 在生物化学中常用超过滤法测定蛋白质分子、 酶分子、病毒和细菌分子的大小 。
10.1.4 溶胶的净化
电超过滤： 有时为了加快 过滤速度，在半透 膜两边安放电极， 施以一定电压， 将电渗析和超 过滤合并使用，这 样可以降低超过滤 压力。
10.2.1 动力性质
1. Brown运动
1903年发明了超显 微镜，为研究布朗运动 提供了物质条件。 用超显微镜可以观察 到溶胶粒子不断地作不规 则“之”字形的运动 从而能够测出在一定时间内粒子的平均位移。
10.2.1 动力性质
1. Brown运动
通过大量观察，得 出结论：粒子越小，布 朗运动越激烈。 其运动激烈的程度 不随时间而改变，但随 温度的升高而增加。
10.1.2 憎液溶胶的制备
（2） 喷射磨 在装有两个高压喷嘴的粉碎室中，一个喷高 压空气，一个喷物料，两束超音速物流以一定角 度相交，形成涡流，将粒子粉碎。 可制备粒径小于1000 nm的粒子。 （3） 电弧法 电弧法主要用于制备金、银、铂等金属溶胶。 制备过程包括先分散后凝聚两个过程。
10.1.2 憎液溶胶的制备
3. 按胶体分散系统的性质分类
（1）憎液溶胶 形成憎液溶胶的必要条件是： （A）分散相的溶解度要小。 （B）还必须有稳定剂存在，否则胶粒容易 聚结，而发生聚沉现象。
3. 按胶体分散系统的性质分类
（2）亲液溶胶
半径落在胶体粒子范围内的大分子物质，溶解 在合适的溶剂中形成的溶胶。 分散相分子本身的大小已达到胶粒范围，它的扩 散速率小、不能透过半透膜等性质与胶体系统相似。 一旦将溶剂蒸发，大分子化合物凝聚，再加入 溶剂，又可形成溶胶。 亲液溶胶是热力学上稳定、可逆的系统。
物理化学核心教程电子教案
第10章 胶体分散系统
显微镜物镜
胶体
配有心形聚光器的显微镜
2011-6-10
第10章 胶体分散系统
10.1 胶体分散系统概述 10.2 溶胶的动力和光学性质 10.3 10.4 10.5 10.6 10.7
2011-6-10
溶胶的电学性质 溶胶的稳定性和聚沉作用 大分子概说 Donnan平衡 凝胶
10.1.2 憎液溶胶的制备
制备溶胶必须使分散相粒子的大小落在胶体分 散系统的范围之内，并加入适当的稳定剂。制备方 法大致可分为两类： 1. 分散法 用机械设备、电能或热能等将粗分散的难溶物 质分散成微小颗粒。 2. 凝聚法 用化学或物理方法，将分子或离子凝聚成一 定粒度的胶粒。
10.1.2 憎液溶胶的制备
C. 固-固溶胶 有色玻璃，不完全互溶的合金
2. 按分散介质的物态分类
（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 A. 气-液溶胶 B. 气-固溶胶 如雾，某些云 如青烟，含细尘的空气
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。
3. 按胶体分散系统的性质分类
（1）憎液溶胶
由 AgI(s) ， Au(s) 和 Fe(OH)3 (s) 等难溶物质分散 在液体介质(通常是水)中形成的溶胶。 半径为1 ~100 nm的难溶物固体粒子保持了原有 的性质，分散在液体介质中，有很大的相界面，易 聚沉，是热力学上的不稳定系统。 一旦将介质蒸发，再加入介质就无法再形成溶 胶，是 一个不可逆系统，如氢氧化铁溶胶、碘化 银溶胶等。 这是胶体分散系统中主要研究的内容。
10.2.1 动力性质
1. Brown运动
1905年Einstein（爱因斯坦)等人才阐述了Brown 运动的本质。 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。
10.2.1 动力性质
溶胶
经常更换溶剂，就可以净化半透膜容器内的溶胶。 如将装有溶胶的半透膜容器不断旋转，可以加 快渗析速度。
10.1.4 溶胶的净化
10.1.4 溶胶的净化
电渗析
为了加快渗析速度，在半透−
H2O
溶 胶
H2O
H2O
的电 溶 ，
的电 净化速度
10.1.4 溶胶的净化
2. 超过滤法
x
因为 代入得
= (2 D t)
1 2
这就是Einstein-Brown 位移方程。
RT t x = L 3πη r
1 2
RT 1 D = L 6π η r
可以作为溶胶的稳定剂
过多的电解质 HCl 的存在会使溶胶不稳定， 容易聚沉，所以必须除去。 净化的方法主要有渗析法和超过滤法。
10.1.4 溶胶的净化
1. 渗析法
简单渗析 将溶胶放在羊皮纸或 动物膀胱等半透膜制成的 容器内，膜外放纯水。 利用浓差，多余的电 解质离子不断向膜外渗透
H 2O H 2O
10.1.3 胶团的结构
胶团的结构比较复杂，先有一定量的难溶物分子 聚结形成胶粒的中心，称为胶核； 然后胶核选择性的吸附稳定剂中的一种离子，形 成紧密吸附层； 由于正、负电荷相吸，在紧密层外形成反号离子 的包围圈，从而形成了带与紧密层相同电荷的胶粒； 胶粒与扩散层中的反号离子，形成一个电中性的 胶团。
3. 按胶体分散系统的性质分类
（3）缔合胶体
由表面活性物质缔合形成胶束，分散在介质中， 胶束半径已落在胶体粒子范围内。 或由缔合表面活性物质保护的一种微小液滴， 均匀地分散在另一种液体介质中，形成半径落在胶 体粒子范围内的微乳状液。 对球形颗粒，是指直径，俗称为纳米粒子或超 细微粒；对片状物质，是指厚度，俗称纳米膜；对 线状物质，指线径或管径，俗称纳米线或纳米管。
10.1.4 溶胶的净化
在制备溶胶的过程中，常生成一些多余的电解 质，如制备 Fe(OH)3溶胶时生成的HCl。
FeCl3 + 3H 2 O（热）
Fe(OH)3 (溶胶) + 3HCl
Fe(OH)3 + HCl FeOCl + 2H 2 O →
FeOCl
少量电解质 FeO +
FeO + + Cl−
10.2 溶胶的动力和光学性质
1. 动力性质 2. 光学性质
10.2.1 动力性质
1. Brown运动
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粉末不断地作不规则的运动。 后来又发现许多其它物质如煤、 化石、金属等 的粉末也都有类似的现象。人们称微粒的这种运动 为Brown运动。 但在很长的一段时间里，这种现象的本质没有 得到阐明。
10.1.3 胶团的结构
现以制备碘化银溶胶为例
AgNO3 (aq) + KI(aq) KNO3 (aq) + AgI(溶胶) →
过量的 KI 作稳定剂 胶团的结构表达式 ：
胶团的图示式： 胶核 胶粒 胶团
[(AgI)m n I – (n-x)K+]x– xK+
胶核 胶粒(带负电) 胶团(电中性)
10.1.3 胶团的结构
AgNO3 (aq) + KI(aq) KNO3 (aq) + AgI(溶胶) →
过量的 AgNO3 作稳定剂 胶团的结构表达式： [(AgI)m n Ag+ (n-x)NO3–]x+ x NO3– 胶核 胶粒(带正电) 胶团(电中性) 胶核 胶粒 胶团 胶团的图示式：
将金属做成两个电极，浸 在水中，盛水的盘子放在冰 浴中。 在水中加入少量NaOH 作 为稳定剂。 制备时在两电极上施加 直流电，调节电极之间的距 离，使之形成电弧。 这时表面金属蒸发，是分散过程 接着金属蒸气立即被水冷却而凝聚为胶粒。
10.1.2 憎液溶胶的制备
2. 凝聚法
通过各种化学反应或物理方法，使分子或离子 凝聚成一定粒度的胶粒 （1） 化学凝聚法 通过各种化学反应，使生成物呈过饱和状态， 使初生成的难溶物微粒结合成胶粒，在少量稳 定剂存在下形成溶胶。 这种稳定剂一般是某一过量的反应物
10.8 纳米技术与应用简介
10.1 胶体分散系统概述
1. 分散系统的分类 2. 憎液溶胶的制备 3. 胶团的结构 4. 溶胶的净化
2011-6-10
10.1 胶体分散系统概述
把一种或几种物质分散在另一种物质中就构成 散系统。 被分散的物质称为分散相（dispersed phase) 另一种物质称为分散介质（dispersing medium) 云： 水分散在空气中 牛奶：乳脂分散在水中 珍珠：水分散在蛋白质中
1. 分散法
（1） 胶体磨 这种磨的转速极快，每分钟高达1万转以上。两 个磨盘之间的距离极小，使从顶部加入的粗分散粒 子在强大的应切力下被粉碎。 干法只加入粗分散的粒子，而湿法是将粗分散 粒子、稳定剂和介质一起加入，这样得到的胶体系 统比较稳定。 这方法适用于脆而易碎的物质，对柔韧性的 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。
10.1.2 憎液溶胶的制备
盘式胶体磨
10.1.2 憎液溶胶的制备
转速约每分钟1万∼2万转。 A为空心转轴，与C盘相连， 向一个方向旋转，B盘向另一 方向旋转。 分散相、分散介质和稳定 剂从空心轴A处加入，从C盘与 B盘的狭缝中飞出，用两盘之间 的应切力将固体粉碎。 这种方法可制备1000 nm左右的粒子。