溶胶的电学性质
溶胶的电学性质
（3）1924年，斯特恩修正
离子有一定大小；
静电引力，范德华引力。
.
(b) 古埃-查普曼模型
3/17
（3）斯特恩模型
e（热力学电势）—由固体表面至
溶液本体间的电势差；
（斯特恩电势）—由斯特恩面
至溶液本体间的电势差；
电势(动电电势)—由滑动面至
四、溶胶的电学性质
1、带电界面的双电层结构
大多数固体物质与极性介质接触后，固体表面会带电， 由于静电引力作用，必然吸引异性电荷环绕其周围，从而 在固、液两相界面间形成双电层，使得溶胶表现出各种电 学性质（电泳，电渗，流动电势，沉降电势）。 电荷可能来源于
离子吸附 ——固体从溶液中选择性吸附某种离子；
且常加入油溶性电解质，增加介质的 电导，降低或消除流动电势。
.
图10-9 流动电势
15/17
◆ 沉降电势 —由于分散相粒子（固体粒子或液滴）
在分散介质中沉降使流体的表面层与底层之间产生的电 势差。
沉降电势是电泳的逆现象。
++ + ++
+++
●贮油罐为何加入有机电解质？
——油中常含有水滴，而油的电 导率很小，水滴沉降会形成很高 的沉降电势，危险。
+
+ +
++ +
+ +
--
-
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+
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- ---
扩散层 斯特恩层(紧密层)
滑动面
固相
紧密层
物理化学胶体问答题总结
(iii) 超声分散法: 用来制备乳状液 (iv) 电弧法: 电极间放电, 产生金属蒸汽，制备金、银、铂等金属溶胶 (V)气相沉积法：先将材料汽化，再反应生成纳米粒子 (2) 凝聚法: 使分子或离子聚结成胶粒。（由小变大）：由此直接制出的原级粒子可以聚集成较大的次级粒子
溶胶的稳定性：聚沉稳定性（热力学）和动力学稳定性。
聚沉稳定性：胶粒比表面很大, 体系表面能高, 粒子有自发聚集从而降低体系表面能的趋向（憎液溶胶为热力学 不稳定体系，不多大分子/亲液溶胶热力学稳定）。稳定剂—>聚沉稳定性。
由于布朗运动，胶粒在重力场中不易沉降，使溶胶具有动力学稳定性。不过，布朗运动所导致的碰撞既能阻止沉 降，也能加速粒子间的粘合和聚集。
溶胶的动力性质：溶胶粒子的不规则运动, 以及由此产生的扩散, 渗透, 沉降平衡等。
布朗运动: 溶胶粒子的扩散, 渗透, 沉降平衡等现象的理解均建立在此基础上。 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 布朗运动的本质： 基本假定：Brown 运动与分子运动类似, 溶胶中每个粒子的平均动能和液体分子一样, 为(3/2)kT； Brown 运动是分散介质分子以大小和方向不同的力对胶体粒子不断撞击的结果； 粒子受力不平衡，导致胶粒在不同方向上以不同速度作不规则运动； 随着粒子增大，撞击的次数增多，作用力抵消的可能性增大，因而尺寸大的粒子 Brown 运动不明显。
敏化
保护
DLVO 理论（关于胶体稳定性）
胶粒之间既存在使其相互聚结的吸引力（范德华引力），又存在阻碍其聚结的相互排斥力（双电层重叠时的静电排 斥力），胶体的稳定性取决于胶粒之间这两种力的相对大小。这两种作用力与胶粒之间的距离有关（离子扩散层有无重 叠），距离较远，离子扩散层未重叠, 两胶粒以吸引为主;随距离变小，扩散层重叠, 产生斥力。 静电排斥力大小取决于粒子电荷数目和胶粒间的距离(H)。 范德华相互作用与距离的 1 次方成反比，是一种远程作用力。
第8节 溶胶的电性质
一. 溶胶的电动现象
由于胶粒带电，而溶胶是电中性的，则介质 带与胶粒相反的电荷。在外电场作用下，胶粒和
介质分别向带相反电荷的电极移动，就产生了电
泳和电渗的电动现象。 胶粒在重力场作用下发生沉降，而产生沉降电 势；带电的介质发生流动，则产生流动电势。
以上四种现象都称为电动现象。
四、胶粒的结构
形成憎液溶胶的必要条件是： （1）分散相的溶解度要小； （2）还必须有稳定剂存在，否则胶
粒易聚结而聚沉。
胶核种离子，用同离子效应使胶核 不易溶解。 胶团
例1：AgNO3 + KI→KNO3 + AgI↓ 过量的 KI 作稳定剂 胶核 胶粒
[(AgI)m n Ag+ (n-x)NO3–]x+ x NO3–
胶核
|______________________________|
胶粒（带正电）
|_______________________________________|
胶团（电中性）
胶粒的形状
球形 带状 丝状
负电的介质向阳极移动。
在M和毛细管C中盛电
解质溶液，再由T管吹入气
体，在毛细管中形成一个小
气泡，将电极E1、E2接通直
流电后， 可通过毛细管C中 小气泡移动的距离，来计算 电渗流的流速。 M为多孔膜。
二、胶粒带电的本质
（1）胶粒在形成过程中，胶核优先吸附某 种离子，使胶粒带电。
（2） 离子型固体电解质形成溶胶时，由
1、电泳 (electrophoresis)
在外加电场的作用下胶体粒子在分散介质中
定向移动的现象称为电泳。
影响电泳的因素有：带电粒子的大小、形状； 粒子表面电荷的数目；介质中电解质的种类、离子 强度，pH值和粘度；电泳的温度和外加电压等。
第四节 溶胶剂与高分子溶液剂
第四节溶胶剂和高分子溶液剂一、溶胶剂溶胶剂系指固体药物微细粒子分散在水中形成的非均匀状态液体分散体系。
又称疏水胶体溶液，溶胶剂中分散的微细粒子在1～10Onm之间，胶粒是多分子聚集体，有极大的分散度，属热力学不稳定系统。
将药物分散成溶胶状态，它们的药效会出显著的变化。
目前溶胶剂很少使用，但他们的性质对药剂学却十分重要。
（一）溶胶的构造和性质1.溶胶的双电层构造溶胶剂中固体微粒由于本身的解离或吸附溶液中某种离子而带有电荷，带电的微粒表面必然吸引带相反电荷的离子，称为反离子。
吸附的带电离子和反离子构成了吸附层。
少部分反离子扩散到溶液中，形成扩散层。
吸附层和扩散层分别是带相反电荷的带电层称为双电层，也称扩散双电层。
双电层之间的电位差称为ζ电位。
ζ电位愈高由于胶粒电荷之间排斥作用和在胶粒周围形成的水化膜，可防止胶粒碰撞时发生聚结。
ζ电位愈高斥力愈大，溶胶也就愈稳定。
ζ电位降低至25mV以下时，溶胶产生聚结不稳定性。
2.溶胶的性质（1）光学性质：当强光线通过溶胶剂时从侧面可见到圆锥形光束称为丁铎尔效应。
这是由于胶粒大小小于自然光波长引起光散射所产生的。
（2）电学性质：溶胶剂由于双电层结构而荷电，可以荷正电，也可以荷负电。
在电场的作用下胶粒或分散介质产生移动，在移动过程中产生电位差，这种现象称为界面动电现象。
溶胶的电泳现象就是界面动电现象所引起的。
（3）动力学性质：溶胶剂中的胶粒在分散介质中有不规则的运动，这种运动称为布朗运动。
这种运动是由于胶粒受溶剂水分子不规则地撞击产生的。
（4）稳定性：溶胶剂属热力学不稳定系统，主要表现为有聚结不稳定性和动力不稳定性。
溶胶剂对带相反电荷的溶胶以及电解质极其敏感，将带相反电荷的溶胶或电解质加入到溶胶剂中，由于电荷被中和使ξ电位降低，同时又减少了水化层，使溶胶剂产生凝聚进而产生沉降。
向溶胶剂中加入天然的或合成的亲水性高分子溶液，使溶胶剂具有亲水胶体的性质而增加稳定性，这种胶体称为保护胶体。
溶胶的制备和性质实验操作方法
溶胶的制备及性质一．实验目的1.熟悉用凝聚法制备溶胶的操作；2.了解溶胶的光学性质和电学性质；3.了解电解质对溶胶的凝结作用及高分子溶液对溶胶的保护作用等。
二．实验原理1.溶胶的定义及其特征胶粒直径为1~100 nm，扩散慢，不能透过半透膜，动力学稳定性强，具高度分散性，多相性和聚结不稳定性等特征。
2.溶胶的制备方法溶胶的制备方法有分散法和凝聚法。
以氢氧化铁溶胶的制备为例：取150 mL 蒸馏水，置于300 mL烧杯中，先煮沸2 min，用刻度吸管移去10%FeCl3溶液30 mL，逐滴加入沸水中，并不断搅拌，继续煮沸3 min，得到棕红色Fe(OH)3溶胶，其结构式为：{m[Fe(OH)3]•nFeO+•(n-x)Cl-}x+•xCl-。
3.溶胶的净化制成的溶胶常含有其他杂质，影响胶体的性质，故必须净化。
溶胶的净化是根据离子或分子可以通过半透膜而胶粒不能透过半透膜的特性进行的。
本实验采用的透析袋。
4.溶胶的电学性质以电泳现象为例，在外加电场作用下，溶胶粒子在分散介质中定向移动的现象称为电泳。
通过电泳可以测知溶胶粒子所带电荷的符号，亦可以测定溶胶的ζ电位。
其原理是：式中K为与胶粒形状有关的常数（球形为5.4×1010 V2•S2•kg-1•m-1，棒状粒子为3.6×1010 V2•S2•kg-1•m-1，η为分散介质的粘度（Pa•s），ε为分散介质的相对介电常数，E为加于电泳测定管二端的电压（V），l为两电极之间的距离（m），d 为电泳管中胶体溶液界面在t时间（s）内移动的距离（m），E/l表示两电极间场强，d/t表示电泳速度（m•s-1）。
式中d、t、E和l均可由实验测得。
5.溶胶的光学性质用一束会聚光线通过溶胶，在光前进方向的侧面可看到光柱，这一现象称为丁达尔现象，可用于鉴别胶体。
6.电解质的聚沉作用和高分子溶液的保护作用电解质中与胶粒所带相反电荷的离子可引起溶胶的聚沉。
溶胶的电化学性质
溶胶的电化学性质基本的电学特征1.电泳：在外电场作用下，胶体粒子在分散介质中定向移动的现象。
电泳装置：在电场作用下运动，从方向可以判断胶粒带正电。
特征：分散相移动，而分散介质不动。
应用：（1）生物化学中，根据不同的蛋白质子，合算分子电泳速度的不同，对它们进行分离。
（2）利用电泳的方法使橡胶电镀在金得到易于硫化，弹性及拉力均好医用橡皮手套就是这样制成。
2.电渗：分散介质在直流电场中，通过多孔膜或毛细血管发生定向移动的现象。
特征：分散介质移动，分散相不动。
（与电泳相反，胶体不能通过半透膜，胶体带电，介质相应的带相反的电荷。
外加电解质同样会影响电渗速度。
应用：（1）电沉积法涂漆操作中使漆膜内的水分排到膜外以形成致密的漆膜。
（2）工业及工程中泥土或泥浆脱水，水的净化等。
电动现象：电泳和电渗统称电动现象。
即在直流电场中，分散相和分散介质发生相对运动的现象。
3.流动电势：由于外加电压，液体通过多孔膜或向移动，并在多孔膜的两端产生电电势差方向与外界相反，抑制电渗。
特征：电渗的逆过程。
4.沉降电势分散相粒子在重心场和离心力场的作用下，迅速移动时，在移动方向的两端所产生的电势差。
正离子移动向负极，而这是正离子移动形成高电势。
与电泳相反。
特征：电泳现象相反过程。
2.扩散双电层理论1.胶粒带电原因分析1.吸附：胶粒具有表面积大，较高表面能，因此易于吸附其它物质（界面现象，为减小表（或负离子）带正电（或带负电）。
固体若为离子晶体，则服从法扬斯规则：溶液中的某种离子能与晶体上的符号相反的离子生成难溶或电离度很小的化合物，则离种离子有强烈的吸附作用。
例：，若过量，则会优先吸附，带负电；若，带正电。
2.电离：分散相：固体与分散介质接触时，固体表面会发生电离，有一种离子溶于液相中，使胶粒例：溶于液相，而在晶体表面，使固体带电。
2.双电层理论1.亥姆霍兹双电层理论特点：双电层电容器模型。
电渗速度（电泳速度）：分别为分散介质的介电常数及粘度，E：电势梯度。
基础化学胶体溶液
分散相粒子的半径在1 nm-100 nm之间的体系。目测是均匀 的，但实际是多相不均匀体系。
3.粗分散系
当分散相粒子大于100 nm,目测是混浊不均匀体系，放置后 会沉淀或分层，如黄河水。
一、溶胶的性质
（一）溶胶的光学性质—Tyndall效应
1869年Tyndall发现，若令一束会聚光通过溶胶，从侧 面（即与光束垂直的方向）可以看到一个发光的圆锥体， 这就是Tyndall效应。其他分散体系也会产生一点散射光， 但远不如溶胶显著。
胶团的结构表达式：
胶团的图示式：
[(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
谢谢
胶核
[(AgI)m n I – (n-x)K+]x– xK+
胶粒（带负电） |____________胶__团__（__电__中__性__）|
|________________________________|
胶团的图示式：
胶核 胶粒 胶团
二、胶团的结构
例2：AgNO3 + KI→KNO3 + AgI↓ 过量的 AgNO3 作稳定剂
胶体溶液
胶体溶液
分散相与分散介质
把一种或几种物质 分散在另一种物质 中就构成分散体系。 其中，被分散的物 质称为分散相，另 一种物质称为分散 介质。
按分散相粒子的大小分类
1.分子分散系
分散相与分散介质以分子或离子形式彼此混溶，没有界面， 是均匀的单相，分子半径大小在10-9 m以下 。通常把这种 体系称为真溶液，如CuSO4溶液。
胶体
（2）解离作用： 胶核表面分子的解离使胶粒带电。
如：硅胶胶粒（x SiO2 ﹒y H2O）带负电
H 2 SiO 3 HSiO 3 HSiO 3 SiO 3 2+ + H+ H+
3.4.3
一、溶胶的结构
溶胶的结构及稳定 性
胶团结构的表示方法如下：
• AgI正溶胶的胶团结构
3.4.3
一、溶胶的结构
溶胶的结构及稳定 性
二、高分子化合物溶液
高分子化合物在适当的溶剂中能强烈的溶剂化，形 成很厚的溶剂化膜而溶解，碰撞时不易结合成大分子而 沉淀，构成了均匀、稳定的分散系，称为高分子化合物 溶液。高分子化合物溶液的本质是真溶液，丁达尔现象 不明显。
特点：稳定性大、粘度大
17
高分子化合物溶液和溶胶的性质
性质
分散相颗粒特 征 通透性 扩散速度 分散相组成 均一性 稳定性 粘度 外加电解质离 子的影响
3.4.3
溶胶的结构及稳定 性
2. 异电溶胶的相互聚沉
• 将两种带相反电荷的溶胶互相混和，带异电的胶粒会相互 吸引、中和而聚沉。 加入明矾 KAl(SO4)2· 12H2 O 水解后生成Al(OH)3正溶胶
如：水的净化
水中带负电荷的悬浮粒子 相互作用形成絮状物后聚沉
3.4.3
溶胶的结构及稳定 性
温度越高，布朗运动越剧烈
3.4.2
溶胶的基本特征
2. 扩散与沉降（宏观）
在重力场中，胶粒受重力作用而下沉，这 一现象称为沉降。
胶粒由于布朗运动会从密度大的区域向
密度小的区域迁移，这种现象称为扩散。 沉降速率等于扩散速率，溶胶系统处于沉 降扩散平衡。形成浓度梯度。
3.4.2
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§13.5 溶胶的电学性质
一、电动现象
定位离子：在固体表面的带电离子称为定位离子。
固体表面上产生定位离子的原因如下：
（1）吸附胶粒在形成过程中，胶核优先吸附某种离子，使胶粒带电。
例如：在AgI溶胶的制备过程中，如果AgNO3过量，则胶核优先吸附Ag+离子，使胶粒带正电；如果KI过量，则优先吸附I -离子，胶粒带负电。
（2）电离对于可能发生电离的大分子的溶胶而言，则胶粒带电主要是其本身发生电离引起的。
例如：蛋白质分子，当它的羧基或胺基在水中解离时，整个大分子就带负电或正电荷。
当介质的pH较低时，蛋白质分子带正电，pH较高时，则带负电荷。
（3）同晶置换黏土矿物中如高岭土，主要由铝氧四面体和硅氧四面体组成，而与周围4个氧的电荷不平衡，要由或等正离子来平衡电荷。
这些正离子在介质中会电离并扩散，所以使黏土微粒带负电。
如果被或同晶置换，则黏土微粒带的负电更多。
（4）溶解量的不均衡离子型固体物质如AgI，在水中会有微量的溶解，所以水中会有少量的银离子和碘离子。
例如：将AgI制备溶胶时，由于Ag+较小，活动能力强，扩散快，比I-容易脱离晶格而进入溶液，使AgI胶粒带负电。
电泳、电渗，流动电势和沉降电势均属于电动现象。
二、电泳（electrophoresis）
定义：带电胶粒或大分子在外加电场的作用下向带相反电荷的电极作定向移动的现象称为电泳。
影响电泳的因素有：带电粒子的大小、形状；粒子表面电荷的数目；介质中电解质的种类、离子强度，pH和黏度；电泳的温度和外加电压等。
测定：测定电泳的仪器和方法很多，主要有三类，即显微电泳、界面移动电泳和区域电泳。
应用：从电泳现象可以获得胶粒或大分子的结构、大小和形状等有关信息。
三、电渗（electro-osmosis)
定义：在外加电场作用下，带电的介质通过多孔性物质或半径为1~10 nm的毛细管作定向移动，这种现象称为电渗。
影响因素：外加电解质对电渗速度影响显著，随着电解质浓度的增加，电渗速度降低，甚至会改变电渗的方向。
应用：电渗方法有许多实际应用，如溶胶净化、海水淡化、泥炭和染料的干燥等。
三、沉降电势和流动电势
1、沉降电势：在重力场的作用下，带电的分散相粒子，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。
2、流动电势：含有离子的液体在加压或重力等外力的作用下，流经多孔膜或毛细管时会产生电势差。
这种因液体流动而产生的电势称为流动电势。