第七章 胶体的动力学性质
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高三化学胶体的性质及其应用
A 练习1:不能发生丁达尔现象的分散系是（ B） A、碘酒 B、无水酒精 C、蛋白质溶液 D、钴玻璃
2、 布朗运动(动力学性质) 在超显微镜下观察胶体溶液可以看到胶体颗粒 不断地作无规则的运动。
普遍存在 的现象
原因：溶剂分子不均匀地撞击胶体粒子，使其 发生不断改变方向、改变速率的布朗运动。
胶体微粒作布朗运动是胶体稳定的原因之一。 练习2:胶体粒子能作布朗运动的原因是 （ C ） ①水分子对胶体粒子的撞击 ②胶体粒子有 吸附能力 ③胶体粒子带电 ④胶体粒子质 量很小，所受重力小 A、①② B、①③ C、①④ D、②④
现象：
胶体变成浑浊状态，产生红褐色沉淀的量
⑤>①=②>③>④
实例： ①浑浊的井水中加入少量石灰能使水变 澄清；
②豆浆里加盐卤(MgCl2· 2O)或石膏 6H (CaSO4· 2O)溶液使之凝聚成豆腐； 2H ③水泥里加石膏能调节水泥浆的硬化速率；
④在江河与海的交汇处形成的沙洲。
(2)加入胶粒带相反电荷的胶体
练习６:下列事实：①用盐卤点豆腐 ②水 泥的硬化 ③用明矾净水 ④河海交汇处可 沉积沙洲 ⑤制肥皂时在高级脂肪酸钠、甘 油和水形成的混合物中加入食盐，析出肥 皂 ⑥钢笔使用两种不同颜色的蓝墨水，易 出现堵塞 ⑦血液透析。其中与胶体知识有 关的是 （ D ） A、①②③④⑤ C、①③⑤⑥⑦ B、③④⑤⑥⑦ D、全部都是
一、胶体的性质
1、丁达尔现象(光学性质)
实验：光束分别通过AgI胶体和CuSO4溶液，观察现象。
现象：一束光通过胶体时，从侧面可观察到胶体里产生 一条光亮的“通路”。
（溶液）
（胶体）
原因：胶粒直径大小与光的波长相近,胶粒对 光有散射作用；而溶液分散质的粒子太 小，不发生散射。 应用：鉴别溶胶和溶液。
胶体的运动学性质布朗运动 课件 高中化学课件
作业
1、完成课后习题P29 1、4、5、6 2、家庭小实验：自制豆腐
取适量石膏粉（聚沉剂）用少量生豆浆调拌 均匀，加到煮沸后的豆浆（所用豆浆与石膏 的质量比约为20：1）中，边加边搅拌，豆浆 中的蛋白质会聚沉，与水分离，成豆腐花。 稍冷后，用一湿布包好豆腐花，放入一可漏 水的容器中，稍加压，使水渗出，即成豆腐。
3、“纳米材料”是粒子直径为1~100nm的 材料，纳米碳就是其中一种，若将纳米碳均 匀地分散到蒸馏水中，所形成的物质（ ） C
①是溶液 ②是胶体 ③能产生丁达尔 效应 ④能透过滤纸 ⑤不能透过滤纸 ⑥静置后会析出黑色沉淀
A.①④⑤ D.①③④⑥ B.②③④ C.②③⑤
把混有离子或分子杂质 的胶体装入半透膜袋， 并浸入溶剂中，使离子 4、下列关于胶体的叙述中，不正确的是 或分子从胶体里分离出 （ A ） 去，这样的操作叫做渗 A.向胶体中加入蔗糖溶液，产生聚沉现象 析。通过渗析可以达到 B.一束可见光透过胶体时，产生丁达尔效应 净化、精制胶体的目的
6、Fe(OH)3胶体带正电荷的原因是（ D ） A.在电场作用下， Fe(OH)3胶粒向阴极定向移动 B.Fe3+带正电荷 C.Fe(OH)3带负电荷，吸引阳离子 D.Fe(OH)3胶粒吸附了阳离子 7、在Fe(OH)3胶体中加入Na2SO4饱和溶液，由 SO42- 离子的作用，使胶体形成了沉淀，这 于_______ 凝聚或聚沉 个过程称为_______
2. 胶体的运动学性质——布朗运动
1827年，英国植物学家布 朗把花粉悬浮在水里，用 显微镜观察，发现花粉的 小颗粒在作不停的、无秩 序的运动，这种现象叫做 布朗运动 胶体粒子在分散剂分子的撞击下做无规则运 动，是胶体具有介稳性的次要原因。
注意：凭借肉眼可以看到的微粒的运动不是补朗 运动，如：尘土飞扬、红墨水扩散等。
胶体答案1
胶体的动力学性质：布朗运动，扩散作用，沉降作用。
适宜于LB膜的物质分以下三类（1）各种两亲分子（2）高聚物（3）芳香族大环化合物铺展是润湿的最高标准，凡能铺展，必能浸润，更能粘附①散射光强度与入射光波长的四次方成反比胶团结构：胶核、吸附层、胶粒、扩散层、胶团1无论是物理吸附还是化学吸附，温度升高时吸附量减少.(压力增大，吸附量增加，吸附速率也随压力的增大而增大。
)3使溶胶聚沉的方法：1加电解质2电性不同的溶胶混合3微波处理4．大分子摩尔质量的表示方法？数均分子量，重均分子量。
Z均分子量，黏均分子量5对于处于平衡状态的液体，水平液面内部分子所受压力等于外部压力，凹液面内部分子所受压力小于外部压力6临界胶束浓度CMC在CMC前溶液的表面张力有显著的变化7斯特恩电动电势指溶胶粒子表面由于静电或分子间的相互作用而紧密吸附一层的总电势8DLVO理论中质点间的作用力有静电斥力和相互间的吸引力9多孔物质的外观体积V堆包括颗粒与颗粒之间的孔隙体积V隙颗粒内部的微孔体积V孔和多孔物本身骨架的体积V骨。
1矿石浮选法的原理是根据表面活性剂的增容作用×2布朗运动是胶体粒子特有的运动方式，可以把胶体和溶液，悬浊液区别开来×3高度分散的多相性和热力学不稳定性是胶体的主要特征。
4除去制备过程中过剩的电解质，以利于溶胶的稳定性。
1溶胶制备的一般条件：a分散相在介质中的溶解度必须极小b必须有稳定剂存在2胶体的制备方法：a凝聚法b分散法3丁道尔效应：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，被称为丁道尔效应4入射光波长越短，分散相与分散介质的折射率相差越大，散射作用越明显5质点对光的吸收主要取决于其化学结构9球形胶束;浓度为CMC或略大于CMC棒状胶束：在浓度为CMC的10倍或更大的浓度层状胶束：浓度更大，可形成巨大的层状胶束3对于同一溶胶，外加电解质的离子价越低，聚沉值越大，离子浓度相同时，离子价越高，聚沉值越小，聚沉值主要取决于胶粒带相反电荷的离子的价数乳状液的鉴别方法：稀释法、然设法、导电法。
胶体化学教案中的胶体的电动力学与电泳分离
胶体化学教案中的胶体的电动力学与电泳分离胶体化学是研究胶体稳定性、胶体分散体系以及胶体颗粒之间相互作用的科学领域。
胶体的电动力学和电泳分离是胶体化学中的重要内容，本文将介绍胶体的电动力学原理以及电泳分离技术。
一、胶体的电动力学原理在胶体中，电荷的存在对胶体的稳定性起到了重要作用。
在许多胶体系统中，胶体颗粒表面带有电荷，形成一个电荷云。
电荷云的形成可以通过溶剂的电离产生的离子，在表面吸附产生电荷，或者通过其他方式如晶体表面的离解来实现。
胶体的电动力学性质主要包括电位、电荷密度和电动力等。
1. 电位电位是指胶体内或胶体周围的电荷分布所带来的电场势差。
在胶体分散体系中，电位的存在可以使胶体呈现电动迁移的现象。
电位的大小与胶体表面电荷的性质和浓度有关。
2. 电荷密度电荷密度指胶体颗粒表面所带电荷的数量与表面积的比值。
电荷密度的大小决定了胶体颗粒之间相互吸引或排斥的程度。
较高的电荷密度会导致颗粒之间的互斥力增大，从而增加了胶体的稳定性。
3. 电动力电动力是指胶体颗粒在电场中受到的力，导致胶体颗粒发生迁移的现象。
电动力的大小与电场强度、胶体颗粒的电荷密度以及溶液中离子的浓度有关。
电动力的作用下，带电的胶体颗粒会在电场中向相应的电极迁移。
二、电泳分离技术电泳分离是利用电动力学原理进行的一种分离技术，广泛应用于分离和纯化胶体颗粒。
1. 直流电泳直流电泳是利用直流电场将带电的胶体颗粒迁移至相应电极的过程。
直流电泳可以根据颗粒的带电性质和大小，通过调整电场强度、电极间距和电解液组成等因素，实现胶体颗粒的分离和富集。
2. 交流电泳交流电泳是利用频率较高的交流电场将带电的胶体颗粒在导体中发生不断的迁移和聚集，从而实现分离的一种电泳技术。
交流电泳对颗粒的大小、电荷密度、电场频率等要求较高，且适用于较小尺寸的颗粒的分离。
3. 毛细管电泳毛细管电泳是利用毛细管的毛细结构和电动力的驱动作用，实现对胶体颗粒的分离。
毛细管电泳对颗粒的大小、电荷性质以及溶液中溶质的浓度等参数有较高的要求，是一种高效、快速的胶体分离技术。
胶体的动力性质
（4）胶体的动力性质
• 胶体粒子的扩散速度服从Fick扩散定律 • （2.6.22) • 式中，dN/dt为单位时间内通过截面积A的扩散量，为浓 度梯度，D为扩散系数，意义是单位时间单位浓度梯度 时通过单位截面的扩散量，其值与粒子的半径r、介质 粘度η及温度T有关，对球形粒子，Einstein公式给出了 如下关系 • （2.6.23) • k为Boltzmann常数。有了扩散系数，可计算粒子的半径
• 设h1、 h1处的粒子浓度分别为，根据波兹曼分 布定律，有 • （2.6.28) • 将式（2.6.26)、（2.6.27)代入（2.6.28)即可得 粒子的高度分布公式。 • 在重力场中，粒子所受的沉降力由式（2.6.25) 给出 • 当胶体粒子在分散介质中沉降时必受阻力，实 验表明，这种阻力与沉降速度成正比
• 此式表面： • ①沉降速度对粒子得大小有明显得依赖关系。 工业上用沉降分析法测定颗粒得粒度分布即以 此为依据。 • ②可以通过调节密度差或介质粘度，人为控制 沉降速度，这在生产及分析过程中都有许多具 体应用。 • ③由于粒子得沉降速度可由实验测定，对于一 个确定的系统可通过测定v来求粒子半径，进 而还可求出粒子质量，即 • （2.6.32) • （2.6.33)
• 沉降分析是工业上常用的一种分析方法， 将沉降天平的天平盘悬挂于分散系统的 某一高度处，如图2.6.2所示。记录盘上 沉积物的重量G随时间t的变化，将测定 结果绘成G-t曲线 • （称为沉降曲线）。若分散相粒子均一， 则所有粒子都以相同的速度沉降，盘中 的沉降量G将随时间均匀增加，如图 2.6.3(a)所示，其中折点处的时间t沉是沉 降完全所需的时间。
• 沉降平衡：因粒子在重力场中的分布符合波兹 曼分布，因此可用统计力学方法处理。若胶体 粒子的半径为r,粒子ห้องสมุดไป่ตู้分散介质的密度分别为ρ 和ρ0，则在重力场在作用下粒子所受到净的下 沉力为 • （2.6.25) • 沉降平衡即在此力场下粒子的平衡分布。若将 溶胶中不同高度处粒子的沉降势能视为各种不 同的能级，则h1、 h1处的能级分别为 • （2.6.26) • （2.6.27)
• 胶体粒子的扩散速度服从Fick扩散定律 • （2.6.22) • 式中，dN/dt为单位时间内通过截面积A的扩散量，为浓 度梯度，D为扩散系数，意义是单位时间单位浓度梯度 时通过单位截面的扩散量，其值与粒子的半径r、介质 粘度η及温度T有关，对球形粒子，Einstein公式给出了 如下关系 • （2.6.23) • k为Boltzmann常数。有了扩散系数，可计算粒子的半径
• 设h1、 h1处的粒子浓度分别为，根据波兹曼分 布定律，有 • （2.6.28) • 将式（2.6.26)、（2.6.27)代入（2.6.28)即可得 粒子的高度分布公式。 • 在重力场中，粒子所受的沉降力由式（2.6.25) 给出 • 当胶体粒子在分散介质中沉降时必受阻力，实 验表明，这种阻力与沉降速度成正比
• 此式表面： • ①沉降速度对粒子得大小有明显得依赖关系。 工业上用沉降分析法测定颗粒得粒度分布即以 此为依据。 • ②可以通过调节密度差或介质粘度，人为控制 沉降速度，这在生产及分析过程中都有许多具 体应用。 • ③由于粒子得沉降速度可由实验测定，对于一 个确定的系统可通过测定v来求粒子半径，进 而还可求出粒子质量，即 • （2.6.32) • （2.6.33)
• 沉降分析是工业上常用的一种分析方法， 将沉降天平的天平盘悬挂于分散系统的 某一高度处，如图2.6.2所示。记录盘上 沉积物的重量G随时间t的变化，将测定 结果绘成G-t曲线 • （称为沉降曲线）。若分散相粒子均一， 则所有粒子都以相同的速度沉降，盘中 的沉降量G将随时间均匀增加，如图 2.6.3(a)所示，其中折点处的时间t沉是沉 降完全所需的时间。
• 沉降平衡：因粒子在重力场中的分布符合波兹 曼分布，因此可用统计力学方法处理。若胶体 粒子的半径为r,粒子ห้องสมุดไป่ตู้分散介质的密度分别为ρ 和ρ0，则在重力场在作用下粒子所受到净的下 沉力为 • （2.6.25) • 沉降平衡即在此力场下粒子的平衡分布。若将 溶胶中不同高度处粒子的沉降势能视为各种不 同的能级，则h1、 h1处的能级分别为 • （2.6.26) • （2.6.27)
第七章 胶体制备与性质
§7-6 胶体稳定性
短程力
且Ci<<Cn，不再有核生成。此后控制Ci 略高于Ce,则可让已有核同步生长。
（2）采取措施
A.控制沉淀组分的加入量/浓度
如制备Fe(OH)3和S溶胶时，成核阶段以高通量通入 H2O2和H2S气体，大量成核后，减慢气体的通入速 率，控制沉淀组分的过饱和度，使已有核长大，无 新核生成。
B.使用能逐步释放沉淀组分的贮存剂，使沉淀 组分逐步形成。
（a)晶核生成速率：
（b)晶体长大速率：
➢ 在C值很大的情况下，由于形成的颗粒太多，距离 又很近，容易发生胶凝现象，生成凝胶。
5、溶胶的老化
老化：新生成的溶胶即使经过纯化，胶粒 也会随时间慢慢长大。----自发过程。 老化产生的原因：溶胶是多分散性的，即 由大小不均一的颗粒所组成。
固体颗粒溶解度与颗粒大小关系：
原、水热沉淀、水热合成、水热水解、水热结晶。
二、净化
在电场作用下，溶胶中的正负离子分别向带异电的 电极移动，可较快除去溶胶中过多的电解质
用半透膜或素瓷坯等制成滤板，利用压力差迫 使溶胶的分散介质流过，过滤得到的溶胶再迅 速分散到新的分散介质中去，得到纯净的溶胶。
滲析及超滤技术还广泛应用于水处理(咸水淡化、 污水处理及水的纯化等)、生物化学(测定电白质 分子的大小等) 、制药(除去淀粉、多聚糖等） 等方面
c．粗分散体系 分散相粒子：＞10-7m
如：牛奶、豆浆； 透不过半透膜，用普通显微镜可 看到。
（2）按分散相与分散介质的聚集状态分类
憎液溶胶具有胶体的典型性质。大分子溶液、粗分散 体系具有和胶体相似的性质，也归于胶体化学研究的 范畴。
(3)憎液溶胶的基本特征 三个基本性质是产生其
第七章 胶体的动力学性质
dx dx 做功： f dt
dx 反抗阻力： f dt
应等于化学势的变化
d x d =k T d l n c =f d t d t
d x k Td l n c k Td c * = = d t f d x f cd x
总体看，扩散 (移动了) Fick 第一定律
∵
dm dx Ac dt dt
2 d m m ' d c c d t = D d t 2 A d x d t x
dc d 2c =D 2 dt dx
- 位置 x 处, 浓度随 t 的变化
7.2.3 Einstein-Brown 位移方程 c1 > c2 时间 t 内, 经 AB 平面移向右方的质点量:
dm dc AD dt dx
d x d t
∴
dx dc c D dt dx
**
7
7.2 扩散
由 * 和 ** 两式可知： D : 宏观量, ( )T, p下与 Df = kT
d c 无关, 决定于物质本性. d x f : 微观量, 与粒子大小和形状有关.
7.2.5 扩散的应用举例
测定球形质点的半径和粒子量
dc dt dx
d c - 沿 x 方向的浓度梯度 d x
♦ D物理意义: 单位浓度梯度下, 在单位时间内, 流经单位 截面积的胶粒量。 m2· s-1 ♦ Fick第一定律表明: dc/dx 是扩散的推动力
3
7.2 扩散
7.2.2 Fick 第二扩散定律 小体积单元体积: A· dx 截面积: A dt 时间内, 胶粒增加值: x 处浓度梯度: x + dx 处浓度梯度:
kT kT RT D f 6 r 6 π η r N A
胶体的电学性质
Li+>Na+>K+>NH+4>Rb+>Cs+ Mg2+>Ca2+>Sr2+>Ba2+ SCN->I-<NO3->Br->Cl->F->Ac->1/2 SO42+ Schulze-Hardy规则只适用于惰性电解质.
2 同号离子的影响
一些同号离子,对溶胶有稳定作用,特别是高价离子或 有机离子,在胶粒表面特性吸附后,可降低反离子的聚 沉作用,即对溶胶有稳定作用. 例：As2S2负电溶胶,电解质KCl的聚沉值是49.5,甲 酸钾85,乙酸钾为110,柠檬酸钾是240
密结合；在电动现象中,这些溶剂分子及其内部的反 离子与粒子将作为一个紧密的整体运动,由此固-液两 相产生相对运动时存在一个界面,称为滑动面.滑动面 确切位置不详,但一般认为它在Stern层之外,并深入到 扩散层中. 电动电势ζ：滑动面上的电势称为电动电势ζ 或Zeta电 势
2 扩散层中的电荷与电势分布
表面电势：带电粒子表面与液体内部的电势差称为粒 子的表面电势φ0
关于双电层的内部结构,即电荷与电势的分布有多种模型 如：1879年,Helmholtz模型; 1910~1913年,Gouy-Chapman模型; 1924年,Stern模型.
Stern层：在胶体表面因静电引力和van der Waals引力而吸附的一层反离子, 紧贴在胶体表面形成一个紧密固定的吸附层.Stern层的厚度有反离子的大小 而定.
Stern面：吸附反离子的中心构成的面.
Stern电势：Stern平面与液体内部的电势差为Stern电势ѱ δ .在Stern层内,电 势由胶体表面电势ѱ 0直线下降到ѱδ .
2 同号离子的影响
一些同号离子,对溶胶有稳定作用,特别是高价离子或 有机离子,在胶粒表面特性吸附后,可降低反离子的聚 沉作用,即对溶胶有稳定作用. 例：As2S2负电溶胶,电解质KCl的聚沉值是49.5,甲 酸钾85,乙酸钾为110,柠檬酸钾是240
密结合；在电动现象中,这些溶剂分子及其内部的反 离子与粒子将作为一个紧密的整体运动,由此固-液两 相产生相对运动时存在一个界面,称为滑动面.滑动面 确切位置不详,但一般认为它在Stern层之外,并深入到 扩散层中. 电动电势ζ：滑动面上的电势称为电动电势ζ 或Zeta电 势
2 扩散层中的电荷与电势分布
表面电势：带电粒子表面与液体内部的电势差称为粒 子的表面电势φ0
关于双电层的内部结构,即电荷与电势的分布有多种模型 如：1879年,Helmholtz模型; 1910~1913年,Gouy-Chapman模型; 1924年,Stern模型.
Stern层：在胶体表面因静电引力和van der Waals引力而吸附的一层反离子, 紧贴在胶体表面形成一个紧密固定的吸附层.Stern层的厚度有反离子的大小 而定.
Stern面：吸附反离子的中心构成的面.
Stern电势：Stern平面与液体内部的电势差为Stern电势ѱ δ .在Stern层内,电 势由胶体表面电势ѱ 0直线下降到ѱδ .
物理化学 第七章胶体
使一定量溶胶在一定时间内明显聚沉所需的外加电解质的最小浓度 称为此电解质的聚沉值或凝结值。常用的单位是: mol•m-3或 mmol•d
m-3
电解质的聚沉值越小，其聚沉能力越大。故定义聚沉值的倒数为电 解质的聚沉能力。电解质对溶胶聚沉的影响有如下经验规律： 1. 电解质中主要起聚沉作用的是与胶粒所带电荷电性相反的离子 （即反离子），且反离子的价数越高，聚沉能力越大。一、二、三 价离子的聚沉能力之比为： 1 : 26 : 36 。此规律称叔采-哈迪价数 规则。 2. 价数相同的离子其聚沉能力相近但有差别，部分一价离子的聚沉 能力大小顺序为：H+ >Cs+ >Rb+ >NH4+ >K+ >Na+ >Li+ F- >IO3- >H2PO4- >BrO3 ->Cl- >ClO3- > Br->I->CNS 3.有机离子的聚沉能力很强，如高分子凝结剂。
(2) 若液-固界面张力小于气-固表面张力， cosθ ＞
0, θ＜ 90°, 此种情况称为润湿。当θ=0°时，则为
完全润湿，即发生铺展。
3.毛细现象 毛细现象是指具有细微缝隙的固体与液体接触时，液体 沿缝隙上升或下降的现象。例如：将一玻璃毛细管插入水 中，管内液面升得比管外液面高，如下图7.5 (a)所示； 而将一玻璃毛细管插入汞中，管内液面降得比管外液面 低，如下图7.5 (b)所示.
若AB为凸液面，则周围液体的表面张力方向与AB 面相切，合力向下，表现为指向液体内部的附加压力。
若AB为凹液面，那么周围液体的表面张力方向仍 与AB面相切，表现为指向液体外部的附加压力。
二.液体对固体的润湿作用
胶体的性质及其应用
问题：可否用电泳
现象净化或检验胶 体？
分散系 胶体
吸附层
扩散层
答：电解质离子在电场作用下也发
生定向运动，因此， 生定向运动，因此，电泳不能用作 净化或检验胶体的方法。 净化或检验胶体的方法。
胶体性质 小结
带正电荷的胶粒： 带正电荷的胶粒： 金属氢氧化物（ Fe（OH） Al（OH） 金属氢氧化物（如Fe（OH）3、Al（OH）3） 金属氧化物（ 金属氧化物（如Fe2O3、TiO2）等 AgI 带负电荷的胶粒： 带负电荷的胶粒： 非金属氧化物、金属硫化物（ 非金属氧化物、金属硫化物（如：As2S3）、 硅酸胶体、 硅酸胶体、土壤胶体等 AgI
分散系 胶体 胶体性质 小结
分析Fe（ 分析 （OH）3胶体电泳现象： ） 胶体电泳现象： 胶粒表面积大 移动 吸附能力强 吸附阳离子
胶体微粒带正电
在电场作用下向阴极
阴极区胶体的颜色加深、 阴极区胶体的颜色加深、液面上升 AgNO3和KI制备的AgI胶体在外加 KI制备的AgI胶体在外加 制备的AgI 电场下阳极区颜色加深说明什么？ 电场下阳极区颜色加深说明什么？
分散系
胶体
胶体性质
小结
5、凝胶 、
某些胶体凝聚的产物，是一种特殊的胶体。 某些胶体凝聚的产物，是一种特殊的胶体。 具有弹性的半固态冻状物。 豆腐、 具有弹性的半固态冻状物。如：豆腐、硅 胶。
硅胶是一种高活性吸附材料，表面积大，有很 硅胶是一种高活性吸附材料，表面积大， 强的吸附能力。属非晶态物质， 强的吸附能力。属非晶态物质，其化学分子式 不溶于水和任何溶剂， 为mSiO2 · nH2O。不溶于水和任何溶剂，无毒无 化学性质稳定，除强碱、 味，化学性质稳定，除强碱、氢氟酸外不与任 何物质发生反应。常作干燥剂、吸附剂、载体。 何物质发生反应。常作干燥剂、吸附剂、载体。
现象净化或检验胶 体？
分散系 胶体
吸附层
扩散层
答：电解质离子在电场作用下也发
生定向运动，因此， 生定向运动，因此，电泳不能用作 净化或检验胶体的方法。 净化或检验胶体的方法。
胶体性质 小结
带正电荷的胶粒： 带正电荷的胶粒： 金属氢氧化物（ Fe（OH） Al（OH） 金属氢氧化物（如Fe（OH）3、Al（OH）3） 金属氧化物（ 金属氧化物（如Fe2O3、TiO2）等 AgI 带负电荷的胶粒： 带负电荷的胶粒： 非金属氧化物、金属硫化物（ 非金属氧化物、金属硫化物（如：As2S3）、 硅酸胶体、 硅酸胶体、土壤胶体等 AgI
分散系 胶体 胶体性质 小结
分析Fe（ 分析 （OH）3胶体电泳现象： ） 胶体电泳现象： 胶粒表面积大 移动 吸附能力强 吸附阳离子
胶体微粒带正电
在电场作用下向阴极
阴极区胶体的颜色加深、 阴极区胶体的颜色加深、液面上升 AgNO3和KI制备的AgI胶体在外加 KI制备的AgI胶体在外加 制备的AgI 电场下阳极区颜色加深说明什么？ 电场下阳极区颜色加深说明什么？
分散系
胶体
胶体性质
小结
5、凝胶 、
某些胶体凝聚的产物，是一种特殊的胶体。 某些胶体凝聚的产物，是一种特殊的胶体。 具有弹性的半固态冻状物。 豆腐、 具有弹性的半固态冻状物。如：豆腐、硅 胶。
硅胶是一种高活性吸附材料，表面积大，有很 硅胶是一种高活性吸附材料，表面积大， 强的吸附能力。属非晶态物质， 强的吸附能力。属非晶态物质，其化学分子式 不溶于水和任何溶剂， 为mSiO2 · nH2O。不溶于水和任何溶剂，无毒无 化学性质稳定，除强碱、 味，化学性质稳定，除强碱、氢氟酸外不与任 何物质发生反应。常作干燥剂、吸附剂、载体。 何物质发生反应。常作干燥剂、吸附剂、载体。
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成不均等分布的效应 7.5.1 Donnan 平衡 - 小分子电解质在膜两边的分布平衡
15
7.5 Donnan (陶南) 平衡
PX z zX- P z +
α相 β相
m, x – 体积摩尔浓度
α相 x M+ m1 P z+
β相
m1 PXz
m1 P z+ zm1 X -
m2 MX
x MX
m2 X m2 M +
7.3 沉降
讨论：
① S 的测定 * 浓度 c 单分散体系有清晰的界面 1/S ~ c 作图 c→0求 S
- Svedberg公式
② 影响 S 的因素
**多分散体系 可测粒子量分布
***电荷效应
(2) 沉降平衡
沉降速度变慢
- 测M的独立方法
13
第七章 胶体的动力学性质
7.4 渗透 - 大分子溶液
多分散体系无清晰的界面, 不可测 ν.
10
③ 测定粒度分布 - 沉降分析法
7.3 沉降
(2) 沉降平衡
沉降速度 = 扩散速度
粒子浓度在某一高度上保持不变, 但随高度的增加而降低.
单位体积中的粒子数
高度越高，质量越小的粒子越多 高度越低，质量越小的粒子越少
7.3.2 离心力场中的沉降 (1) 沉降速度
(1) Van’t Hoff 方程 理想溶液： cB RT
π - 渗透压 cB - 溶质的体积摩尔浓度 c - 体积质量浓度 M - 分子量
cB
c M
RTc M
(2) Virial (维利) 方程 非理想溶液： π = RT ( A1c + A2c2 + A3c3 + …… )
A1、A2、A3 …… 称为维利第一、二、三……系数
x0 1 x m2 2
MX 几乎都在膜外边 MX 在膜两边分布均匀
7.5.2 聚电解质的渗透压 电中性： [X ] zm1 [M ] 平衡时： 两相化学势相等
[X ] [M ]
17
MX MX
7.5 Donnan (陶南) 平衡
( zm1 [M ] )[M ] [X ] [M ] zm1 1/2 [X ] [M ] (1 ) [M ]
(1 z )m1 RT
(1 z )c RT M PX z
7.5 Donnan (陶南) 平衡
② [M ] >>m1
加大量小分子电解质
(1
zm1 1/ 2 1 zm1 1 zm1 2 ) 1 ( ) [M ] 2 [M ] 8 [M ]
19
7.5 Donnan (陶南) 平衡
消除 Donnan 效应的方法：
♦ 加入大量小分子电解质； ♦ 聚电解质浓度要小，以稀溶液为宜； ♦ 调节 pH 值在聚电解质的等电点附近。
20
m1RT
③ [M ] >m1
c RT M PX z取级数展开式的前三项来自消除了Donnan效应
z 2 m12 (m1 ) RT 4[M ]
c
c 作图成直线
1 z2 c 2 RTc M PX Z 4 M PXZ [MX]
z2 斜率求 A2 2 4 M PX Z [MX]
V - 粒子的偏微比容
◊ 所测质点的半径为流体力学半径 ◊ 对多分散体系, r 和 M 为平均值
8
第七章 胶体的动力学性质
7.3 沉降
胶粒在外力场中的定向移动 7.3.1 重力场中的沉降 (1) 沉降速度 沉降力: 摩擦力:
v
阻力 浮力
V ' g
fv
重力
匀速沉降： 沉降力 = 摩擦阻力
A= 1 **
2 DT
*
dc m= -D t dx
X 2 2Dt
X=
♦ 扩散和布朗运动的内在联系： 扩散是布朗运动的宏观表现 布朗运动是扩散的微观基础
6
7.2 扩散
7.2.4 Einstein 扩散方程 粒子移动距离： dx 做功： f
dx dx dt
dx 反抗阻力： f dt
应等于化学势的变化
mRT
RT (m1 [X ] [M ] [X ] [M ] ) zm1 1/2 RT {(1 z )m1 2[M ] 2[M ] (1 ) } [M ] 讨论：
① [M ] =0 无外加电解质
M PX z- PXz分子量 c - g/dm3 z不易测定, 同时聚电解质样品中难免有小分子, 影响 π 的测定. 18
由 β 渗入 α
膜内 膜 膜外
(zm1 + x) X 膜内 膜 膜外
(m2 - x) X (m2 - x) M+
平衡时：
MX MX
aMX aMX
RT ln aMX RT ln aMX
aM aX aM aX
设浓度很稀： x zm1 x m2 x 2
V ' g = fv
球形粒子：半径 r
v=
2r 2 - ' g 9
4 3 f = 6 r V = r 3
- Stockes公式
9
7.3 沉降
Stockes公式：
① 质点运动很慢; ③ 介质是连续的; ② 质点间无相互作用; ④ 质点是刚性的.
q v r= 2 ' g
x
2 m2
zm1 2m2
16
7.5 Donnan (陶南) 平衡
MX膜外 MX MX膜内 MX
讨论：
m2 -x zm1 1 x m2
① 由于大离子的存在, 平衡时膜内外的MX浓度不等, 将产生
附加渗透压。z 越大, Donnan效应越大。 ② m1 >> m2 ③ m2 >> m1
离心力：mx 浮力：
2
阻力： f
dx dt
ω - 角速度
11
7.3 沉降
沉降力：
V - 粒子偏微比容
m - 粒子质量
匀速沉降：
kT dx D dt
♦ 定义：
沉降系数
dx / d t S x 2
dx 2 Sdt x ln x2 ln x1 S 2 (t2 t1 )
12
1
7.1 布朗(Brown)运动
1905年 Einstein:
x 2 = 2 Dt
X x 2 1/ 2 = 2 Dt
D - 扩散系数
平均位移 or 均方根位移: Einstein 扩散定律:
Stockes 定律: 球形粒子
Df = kT
f = 6 r
f - 摩擦系数
η - 介质粘度 r - 粒子半径
dc - 沿 x 方向的浓度梯度 dx
♦ D物理意义: 单位浓度梯度下, 在单位时间内, 流经单位 截面积的胶粒量。 m2·-1 s ♦ Fick第一定律表明: dc/dx 是扩散的推动力
3
7.2 扩散
7.2.2 Fick 第二扩散定律 小体积单元体积: A· dx 截面积: A dt 时间内, 胶粒增加值: x 处浓度梯度: x + dx 处浓度梯度:
5
7.2 扩散
时间 t 内, 从左向右通过的净粒子量: 1 1 m = (c1 c2 ) X = c1 c2 X 2 2 2X
c1 c2 dc X dx
dc dt 据 Fick 第一定律： dm= -DA dx
积分上式得：
比较*和**式得：
1 dc m= X2 2 dx
d m-m' Adx
2c dc dt = D 2 dt x dt
dc d 2c =D 2 dt dx
- 位置 x 处, 浓度随 t 的变化
7.2.3 Einstein-Brown 位移方程 c1 > c2
1 c1 X 时间 t 内, 经 AB 平面移向右方的质点量: 2 1 c2 X 经 AB 平面移向左方的质点量: 2
dx d = kTd ln c= f dt dt
dx kT d ln c kT dc * = = dt f dx fc dx
总体看，扩散 (移动了) Fick 第一定律
∵
dm dx Ac dt dt dm dc AD dt dx
dx dt
∴
dx dc c D dt dx
RT kT kT D f 6 r 6πηrN A
X
RTt 3πηrN A
2
第七章 胶体的动力学性质
7.2 扩散
- 胶粒自发的从高浓度区向低浓度区迁移的现象
- 原因: 布朗运动
7.2.1 Fick 第一扩散定律 c1 > c2 dt 时间内通过 A 的量为:
dm = -DA
dc dt dx
1 A1 M
14
7.4 渗透 - 大分子溶液
1 RT A2c c M
A2 > 0 良溶剂 不良溶剂
截距求 M (数均分子量)
斜率求 A2
A2 < 0
A2 = 0
Θ溶剂
7.5 Donnan (陶南) 平衡 - 聚电解质的渗透压
Donnan效应 - 大离子存在时, 能透过膜的小离子在膜两边
胶体化学 (Colloid Chemistry)
第七章 胶体的动力学性质
7.1 布朗(Brown)运动
- 胶体颗粒的无规则运动;
- 颗粒越小, 运动越剧烈.
15
7.5 Donnan (陶南) 平衡
PX z zX- P z +
α相 β相
m, x – 体积摩尔浓度
α相 x M+ m1 P z+
β相
m1 PXz
m1 P z+ zm1 X -
m2 MX
x MX
m2 X m2 M +
7.3 沉降
讨论：
① S 的测定 * 浓度 c 单分散体系有清晰的界面 1/S ~ c 作图 c→0求 S
- Svedberg公式
② 影响 S 的因素
**多分散体系 可测粒子量分布
***电荷效应
(2) 沉降平衡
沉降速度变慢
- 测M的独立方法
13
第七章 胶体的动力学性质
7.4 渗透 - 大分子溶液
多分散体系无清晰的界面, 不可测 ν.
10
③ 测定粒度分布 - 沉降分析法
7.3 沉降
(2) 沉降平衡
沉降速度 = 扩散速度
粒子浓度在某一高度上保持不变, 但随高度的增加而降低.
单位体积中的粒子数
高度越高，质量越小的粒子越多 高度越低，质量越小的粒子越少
7.3.2 离心力场中的沉降 (1) 沉降速度
(1) Van’t Hoff 方程 理想溶液： cB RT
π - 渗透压 cB - 溶质的体积摩尔浓度 c - 体积质量浓度 M - 分子量
cB
c M
RTc M
(2) Virial (维利) 方程 非理想溶液： π = RT ( A1c + A2c2 + A3c3 + …… )
A1、A2、A3 …… 称为维利第一、二、三……系数
x0 1 x m2 2
MX 几乎都在膜外边 MX 在膜两边分布均匀
7.5.2 聚电解质的渗透压 电中性： [X ] zm1 [M ] 平衡时： 两相化学势相等
[X ] [M ]
17
MX MX
7.5 Donnan (陶南) 平衡
( zm1 [M ] )[M ] [X ] [M ] zm1 1/2 [X ] [M ] (1 ) [M ]
(1 z )m1 RT
(1 z )c RT M PX z
7.5 Donnan (陶南) 平衡
② [M ] >>m1
加大量小分子电解质
(1
zm1 1/ 2 1 zm1 1 zm1 2 ) 1 ( ) [M ] 2 [M ] 8 [M ]
19
7.5 Donnan (陶南) 平衡
消除 Donnan 效应的方法：
♦ 加入大量小分子电解质； ♦ 聚电解质浓度要小，以稀溶液为宜； ♦ 调节 pH 值在聚电解质的等电点附近。
20
m1RT
③ [M ] >m1
c RT M PX z取级数展开式的前三项来自消除了Donnan效应
z 2 m12 (m1 ) RT 4[M ]
c
c 作图成直线
1 z2 c 2 RTc M PX Z 4 M PXZ [MX]
z2 斜率求 A2 2 4 M PX Z [MX]
V - 粒子的偏微比容
◊ 所测质点的半径为流体力学半径 ◊ 对多分散体系, r 和 M 为平均值
8
第七章 胶体的动力学性质
7.3 沉降
胶粒在外力场中的定向移动 7.3.1 重力场中的沉降 (1) 沉降速度 沉降力: 摩擦力:
v
阻力 浮力
V ' g
fv
重力
匀速沉降： 沉降力 = 摩擦阻力
A= 1 **
2 DT
*
dc m= -D t dx
X 2 2Dt
X=
♦ 扩散和布朗运动的内在联系： 扩散是布朗运动的宏观表现 布朗运动是扩散的微观基础
6
7.2 扩散
7.2.4 Einstein 扩散方程 粒子移动距离： dx 做功： f
dx dx dt
dx 反抗阻力： f dt
应等于化学势的变化
mRT
RT (m1 [X ] [M ] [X ] [M ] ) zm1 1/2 RT {(1 z )m1 2[M ] 2[M ] (1 ) } [M ] 讨论：
① [M ] =0 无外加电解质
M PX z- PXz分子量 c - g/dm3 z不易测定, 同时聚电解质样品中难免有小分子, 影响 π 的测定. 18
由 β 渗入 α
膜内 膜 膜外
(zm1 + x) X 膜内 膜 膜外
(m2 - x) X (m2 - x) M+
平衡时：
MX MX
aMX aMX
RT ln aMX RT ln aMX
aM aX aM aX
设浓度很稀： x zm1 x m2 x 2
V ' g = fv
球形粒子：半径 r
v=
2r 2 - ' g 9
4 3 f = 6 r V = r 3
- Stockes公式
9
7.3 沉降
Stockes公式：
① 质点运动很慢; ③ 介质是连续的; ② 质点间无相互作用; ④ 质点是刚性的.
q v r= 2 ' g
x
2 m2
zm1 2m2
16
7.5 Donnan (陶南) 平衡
MX膜外 MX MX膜内 MX
讨论：
m2 -x zm1 1 x m2
① 由于大离子的存在, 平衡时膜内外的MX浓度不等, 将产生
附加渗透压。z 越大, Donnan效应越大。 ② m1 >> m2 ③ m2 >> m1
离心力：mx 浮力：
2
阻力： f
dx dt
ω - 角速度
11
7.3 沉降
沉降力：
V - 粒子偏微比容
m - 粒子质量
匀速沉降：
kT dx D dt
♦ 定义：
沉降系数
dx / d t S x 2
dx 2 Sdt x ln x2 ln x1 S 2 (t2 t1 )
12
1
7.1 布朗(Brown)运动
1905年 Einstein:
x 2 = 2 Dt
X x 2 1/ 2 = 2 Dt
D - 扩散系数
平均位移 or 均方根位移: Einstein 扩散定律:
Stockes 定律: 球形粒子
Df = kT
f = 6 r
f - 摩擦系数
η - 介质粘度 r - 粒子半径
dc - 沿 x 方向的浓度梯度 dx
♦ D物理意义: 单位浓度梯度下, 在单位时间内, 流经单位 截面积的胶粒量。 m2·-1 s ♦ Fick第一定律表明: dc/dx 是扩散的推动力
3
7.2 扩散
7.2.2 Fick 第二扩散定律 小体积单元体积: A· dx 截面积: A dt 时间内, 胶粒增加值: x 处浓度梯度: x + dx 处浓度梯度:
5
7.2 扩散
时间 t 内, 从左向右通过的净粒子量: 1 1 m = (c1 c2 ) X = c1 c2 X 2 2 2X
c1 c2 dc X dx
dc dt 据 Fick 第一定律： dm= -DA dx
积分上式得：
比较*和**式得：
1 dc m= X2 2 dx
d m-m' Adx
2c dc dt = D 2 dt x dt
dc d 2c =D 2 dt dx
- 位置 x 处, 浓度随 t 的变化
7.2.3 Einstein-Brown 位移方程 c1 > c2
1 c1 X 时间 t 内, 经 AB 平面移向右方的质点量: 2 1 c2 X 经 AB 平面移向左方的质点量: 2
dx d = kTd ln c= f dt dt
dx kT d ln c kT dc * = = dt f dx fc dx
总体看，扩散 (移动了) Fick 第一定律
∵
dm dx Ac dt dt dm dc AD dt dx
dx dt
∴
dx dc c D dt dx
RT kT kT D f 6 r 6πηrN A
X
RTt 3πηrN A
2
第七章 胶体的动力学性质
7.2 扩散
- 胶粒自发的从高浓度区向低浓度区迁移的现象
- 原因: 布朗运动
7.2.1 Fick 第一扩散定律 c1 > c2 dt 时间内通过 A 的量为:
dm = -DA
dc dt dx
1 A1 M
14
7.4 渗透 - 大分子溶液
1 RT A2c c M
A2 > 0 良溶剂 不良溶剂
截距求 M (数均分子量)
斜率求 A2
A2 < 0
A2 = 0
Θ溶剂
7.5 Donnan (陶南) 平衡 - 聚电解质的渗透压
Donnan效应 - 大离子存在时, 能透过膜的小离子在膜两边
胶体化学 (Colloid Chemistry)
第七章 胶体的动力学性质
7.1 布朗(Brown)运动
- 胶体颗粒的无规则运动;
- 颗粒越小, 运动越剧烈.