胶体的双电层
双电层
双电层：（1）决定电位离子层：是固定在胶核表面，并决定其电荷和电位一层离子。
它是由胶体表面的分子解离为离子，或从溶液中吸附某一种离子而构成。
（2）补偿离子层：由于胶体表面决定电位离子层带电，产生电场和静电引力，吸附土壤溶液中带相反电荷的离子，形成补偿离子层。
电荷的来源：1、同晶异质代换作用在自然界中，组成铝硅酸盐矿物晶层的硅四面体和铝八面体中并不完全是硅和铝离子，可以被其他想近或稍大的离子代换。
例如四面体中的硅可被铝代换，八面体中的铝可被铁镁代换。
这种离子代换作用只改变了矿物的化学组成，而矿物的晶体构造形式不变，叫做~。
如硅氧片中的Si4+被Al3+所取代，水铝片中的Al3+被Mg2+、Fe2+所取代，而使晶层产生剩余负电荷。
永久电荷（内电荷）：粘粒矿物晶层内的同晶置换所产生的电荷。
电荷数量取决于同晶替代的多少。
特点：不受pH的影响。
2：1型矿物带负电的主要原因。
永久负电荷数量的多少依下规律：蒙脱石、蛭石＞水云母类＞高岭石2 晶格破碎边缘的断键在矿物风化破碎的过程中，晶体晶格边缘的离子有一部分电荷未得到中和，而产生剩余价键，使晶层带电3 胶核表面分子（或原子团）的解离（1）黏土矿物晶面上-OH的解离（2）腐殖质上某些官能团的解离（COOH）（3）含水铁、铝氧化物的解离（Al2O3.3H2O)（4）含水氧化硅的解离带电：净电荷可变电荷：随ph改变而产生的电荷1:1型矿物特点：晶层与晶层间距离稳定，连接紧密，内部空隙小，电荷量少，单位个体小，分散度低。
多出现于南方酸性土壤，如高岭石类高岭石组黏粒矿物（1：1型矿物）1:1型单位晶层: 由一个硅片和一个铝片构成。
硅片顶端的活性氧与铝片底层的活性氧通过共用的方式形成单位晶层。
这样1:1型层状铝硅酸盐的单位晶层有两个不同的层面，一个是由具有六角形空穴的氧原子层面，一个是由氢氧构成的层面。
包括高岭石、埃洛石、珍珠陶土等特点：(1) 1:1型单位晶胞（层）化学式：Al4Si4O10(OH)8 (2) 膨胀性小晶层间距约0.72nm,硅片和铝片之间存在氢键(3) 电荷数量少同晶替代极少(4)颗粒较大（有效直径0.2～2μm）可塑性、粘结性、吸湿性、粘着性弱2:1型粘土矿物特点：胀缩性大，吸湿性强，易在两边硅氧片中以Al3+代Si4+，有时可在铝氧片中以Mg2+代Al3+→带负电→吸附阳离子。
胶体带电问题
一、胶体的结构是怎样的关于胶体的结构，一般认为在胶体粒子的中心，是一个由许多分子聚集而成的固体颗粒，叫做胶核。
在胶核的表面常常吸附一层组成类似的、带相同电荷的离子。
当胶核表面吸附了离子而带电后，在它周围的液体中，带相反电性的离子会扩散到胶核附近，并与胶核表面电荷形成扩散双电层。
扩散双电层由两部分构成：(1)吸附层胶核表面吸附着的离子，由于静电引力，又吸引了一部分带相反电荷的离子(简称反离子)，形成吸附层。
(2)扩散层除吸附层中的反离子外，其余的反离子扩散分布在吸附层的外围。
距离吸附层的界面越远，反离子浓度越小，到了胶核表面电荷影响不到之处，反离子浓度就等于零。
从吸附层界面(图中虚线)到反离子浓度为零的区域叫做扩散层。
吸附层的离子紧挨着胶核，跟胶核吸附得比较牢固，它跟随胶核一起运动。
扩散层跟胶核距离远一些，容易扩散。
通常把胶核和吸附层共同组成的粒子称为胶粒，把胶核、吸附层和扩散层统称为胶团。
二、胶体为什么会带电胶体带电的原因，是由于胶体是高分散的多相体系，具有巨大的界面(总表面积)，因而有很强的吸附能力。
它能有选择地吸附介质中的某种离子，而形成带电的胶粒。
这里以AgI胶体为例来说明。
包围着AgI胶核的是扩散双电层(吸附层和扩散层)，胶核和吸附层构成了胶粒，胶粒和扩散层形成的整体为胶团，在胶团中吸附离子的电荷数与反离子的电荷数相等，因此胶粒是带电的，而整个胶团是电中性的。
式中的m是AgI分子数，m的值常常很大，n的数值比m小得多；(n-x)是包含在吸附层中的反离子数；x为扩散层中的反离子数。
由于胶核对吸附层的吸引能力较强，对扩散层的吸引能力弱，因此在外加电场(如通直流电)作用下，胶团会从吸附层与扩散层之间分裂，形成带电荷的胶粒而发生电泳现象。
带电的胶粒向一极移动，带相反电荷的反离子向另一极极移动。
因此，胶团在电场作用下的行为跟电解质相似。
三、胶体应该带什么电胶体粒子吸附溶液中的离子而带电，当吸附了正离子时，胶体粒子荷正电，吸附了负离子则荷负电。
胶体的电学性质讲解
在胶体体系中，胶体粒子不停的运动着， 固相物质与液相物质不停的在错动，使得
胶粒表面上时刻保持固定层与不动层的结 构形态，即ξ电位对胶体体系来讲是现实 的。
下面来看看电解质如何改变这种结构形态， 如何影响ξ电位值。
1、吸附作用
电解质加到胶体溶液中后，由电解质电解 出来的正离子或负离子，有时能够直接进 入胶团的固定层中：
与可动层之间。高价离子交换强。 例如
负电性的As2S3溶胶中加入CaCl2 Ca2进入可动层中，将可动层中原来的
Na+交换出来，这种交换是等电量的交换
进入一个Ca2，交换出两个Na+。交换的 结果是双电层薄了，溶剂化弱了，溶胶 稳定性降低。 反之，若原来是Ca2，用Na+交换，则双 电层厚度增加，溶剂化作用不变，溶胶稳 定性不变。
外层离子(又叫大气离子)的每个离子都处 于力的一种平衡状态(扩散力及固体的引 力)
(2)当固体与液体接触时，只要液体能润 湿固体，肯定就有一层液体薄膜紧紧地贴 附在固体表面上，它变成了固体的一部分。
随着液体薄膜的出现，外层离子被分割成
两部分:一部分属于固体,连同固体表面一 起称为固定层(storn层,紧密层);另一部分 属于液体,为水动层(扩散层)。
碱金属交换能力大小: Li+ Na K Kb Cs
碱金属交换能力大小: Ms2+ Ca2 Sr 2 Ba2
双电层厚度不变，所带电量不变，
电位不变，胶粒稳定性不变；
电解质浓度不变，电解质介型
不变， 减小
3、压缩作用
电解质对双电层还有一种压缩作用，即扩 散层离子的扩散范围缩小，它发生在所加 异电性离子与扩散层离子是同一种离子的 情况下，譬如Na胶体中加入NaCl。
扩散双电层理论和Zeta 电势
64扩散双电层理论和Zeta 电势胶体粒子的表面常因解离、吸附、极化、摩擦等原因而带电，分散介质则带反电荷，因此，在相界面上便形成了双电层。
胶体的这种结构决定了它的电学性质，并对其稳定性起着十分重要的作用。
本专题便来讨论胶体的双电层结构，并从中引出一个决定胶体电学性质和稳定性的重要指标——ς(Zeta)电势。
1．双电层模型(1) Helmholtz 模型1879年，Helmholtz 在研究胶体在电场作用下运动时，最早提出了一个双电层模型。
这个模型如同一个平板电容器，认为固体表面带有某种电荷，介质带有另一种电荷，两者平行，且相距很近，就像图64-1所示。
图64-1 Helmholtz 双电层模型按照这个模型，若固体表面的电势为0ψ，正、负电荷的间距为δ，则双电层中的电势随间距直线下降，且表面电荷密度σ与电势0ψ的关系如下式表示δεψσ0= (64-1) 式中ε为介质的介电常数。
显然，这是一个初级双电层模型，它只考虑到带电固体表面对介质中反离子的静电作用，而忽视了反离子的热运动。
虽然，它对胶体的早期研究起过一定的作用，但无法准确地描述胶体在电场作用下的运动。
(2) Gouy(古依)—Chapman (恰普曼)模型由于Helmholtz 模型的不足，1910和1913年，Gouy 和Chapman 先后作出改进，提出了一个扩散双电层模型。
这个模型认为，介质中的反离子不仅受固体表面离子的静电吸引力，从而使其整齐地排列在表面附近，而且还要受热运动的影响，使其离开表面，无规则地分散在介质中。
这便形成如图64-2所示的扩散双电层结构。
图64-2 Gouy —Chapman 扩散双电层模型他们还对模型作了定量的处理，提出了如下四点假设：① 假设表面是一个无限大的平面，表面上电荷是均匀分布的。
② 扩散层中，正、负离子都可视为按Boltzmanm 分布的点电荷。
③ 介质是通过介电常数影响双电层的，且它的介电常数各处相同。
胶粒的双电层理论
❖ 高价离子：可以进入乳胶粒的扩散层和紧密层，置 换出低价离子，使双电层的离子数目减少而压缩扩 散层，降低ξ电位。
胶粒的双电层 理论及应用
乳胶粒的形成 与结构
电解质对双 电层的作用
胶体颗粒表面 双电层之间 的相互作用
机理
稳定 与絮凝
同种电荷 胶体颗粒 相互作用
异种电荷 胶体颗粒 相互作用
乳胶粒的形成与结构
❖ 乳胶粒：在乳液聚合时，单体进入由乳化剂形成的 胶束后经引发剂引发聚合后产生的胶体粒子。
❖ 胶粒结构： ❖ 电位离子+反离子=双电层 ❖ 胶体表面电位离子通过静电作用将溶液中的带相反
❖ 化学胶体领域应用：
❖ ①利用带相反电荷胶体颗粒之间的静电吸引力作用，
将带相反电荷的胶体颗粒在一定条件下混合制成分 子膜(LB膜），这种膜的稳定性取决于带相反电荷 胶体颗粒的相互作用程度。
பைடு நூலகம்
❖ Frank根据带相反电荷胶体颗粒之间的静电作用， 通过自组装制成双层胶囊形的纳米材料，其形成过 程类似于胶体颗粒之间的团聚行为。
胶粒带电越多, 扩散层越厚.
❖ 双电层稳定原因： 在双电层中建立了静电力和扩散力之间的平衡。形 成双电层后由于相同的乳胶粒具有相同的电荷，而 相同的电荷相斥，所以乳胶粒能稳定地悬浮在水相 中。ξ电位越高，乳液就越稳定。
电解质对双电层的作用
❖ 紧密层：一般很薄，只有单层或数层离 ❖ 反离子扩散层：却很厚，其厚度与溶液中的离子强
以带负电的黏土胶体图示说明胶体的双电层结构
以带负电的黏土胶体图示说明胶体的双电层结构胶体是一种介于溶液和悬浮液之间的物质，由微小的颗粒（分散相）悬浮在一个连续的介质（分散介质）中组成。
胶体颗粒通常具有纳米至微米级别的尺寸，呈现出明显的散射和吸收光谱特征。
这些颗粒可以是有机物、无机物或生物物质，而介质可以是气体、液体或固体。
胶体的双电层结构是指在胶体颗粒表面形成的两层电荷分布区域，分别为内层亲水电荷层和外层云电荷层。
这种结构是由于胶体颗粒表面上的功能基团与分散介质溶液中的离子发生相互作用而形成的。
以带负电的黏土胶体为例，黏土胶体是一种由层状硅酸盐矿物组成的胶体体系，具有很强的吸附性和交换性。
在水溶液中，黏土颗粒表面上的硅氧化合物基团（-Si-O-）会与水分子发生相互作用，形成一个负电的内层亲水电荷层。
这个内层电荷层中的负电荷主要来自于结构上的不平衡，即硅氧化合物表面上的氢原子离子化为氢离子（H+），而氧原子带负电（O-）。
在黏土胶体颗粒表面的内层亲水电荷层之外，还存在一个云电荷层，这是由于溶液中的阴离子与内层电荷层上的负电荷发生吸附作用而形成的。
这个云电荷层中的阴离子可以是溶液中的离子，也可以是其他物质中的离子，如胶体颗粒表面吸附的阳离子。
这些吸附的阴离子会在胶体颗粒表面形成一个电荷云，形成一个带负电的云电荷层。
这两层电荷层的存在使得黏土胶体具有一系列的特殊性质。
首先，由于内层亲水电荷层的存在，黏土胶体可以吸附和交换溶液中的离子，具有较强的离子交换能力。
其次，由于云电荷层的存在，黏土胶体具有较高的稳定性，不易发生聚集沉降。
最后，由于电荷层的存在，胶体颗粒之间的静电斥力会阻碍它们的聚集，从而使得胶体呈现出较小的粒径和较大的比表面积。
在应用方面，黏土胶体的双电层结构使其具有广泛的应用前景。
例如，在环境领域，黏土胶体可以作为吸附剂用于水处理和废物处理。
在工业领域，黏土胶体可以用于制备高性能的复合材料和纳米粒子载体。
在生物医学领域，黏土胶体可以用于制备药物载体和生物传感器。
胶粒的双电层结构
胶粒的双电层结构胶粒的双电层结构是指在胶粒表面形成的一层正负离子分布不均匀的电荷层，其内部由电荷云组成。
这一结构对于胶粒的稳定性和表面性质具有重要影响。
胶粒是一种微小颗粒状物质，通常由高分子聚合物组成。
在溶液中，胶粒会与溶剂中的离子和分子相互作用，形成双电层结构。
双电层结构主要由两层电荷组成：内层是由胶粒表面吸附的离子所带的电荷，外层是由胶粒表面与溶剂中的离子形成的离子云所带的电荷。
胶粒的双电层结构形成的机制是电荷分离。
当胶粒悬浮在溶液中时，溶剂中的离子会吸附在胶粒表面，形成电荷分离。
正离子会吸附在胶粒表面的负极性区域，负离子会吸附在胶粒表面的正极性区域。
这种电荷分离导致了胶粒表面和周围溶液之间的电荷差异，形成了双电层结构。
双电层结构对胶粒的稳定性起着重要作用。
由于胶粒表面带有电荷，胶粒之间的静电斥力可以阻止它们聚集在一起。
这种静电斥力使得胶粒分散均匀，保持胶体溶液的稳定性。
另外，双电层结构还可以吸附周围的离子和分子，从而改变胶粒表面的性质，如表面电荷密度、表面活性和吸附能力等。
胶粒的双电层结构也对胶体颗粒的运动和相互作用产生影响。
由于双电层的存在，胶粒之间的相互作用不仅包括静电斥力，还包括范德华力和双电层力等。
这些力的作用使得胶粒在溶液中呈现出各种运动行为，如扩散、沉降和聚集等。
同时，双电层结构还可以通过改变胶粒表面的电荷密度来调控胶粒之间的相互作用，从而影响胶体颗粒的聚集行为。
双电层结构的特性还可以应用于很多领域。
例如，在电化学中，双电层结构是电容器和超级电容器的基础。
在生物学中，双电层结构在细胞膜的形成和细胞间通讯中起着重要作用。
在环境科学中，双电层结构可以影响胶体颗粒在土壤和水体中的迁移和转化过程。
胶粒的双电层结构是一种重要的表面结构，对于胶粒的稳定性和表面性质具有重要影响。
了解和掌握双电层结构的特点和作用，有助于深入理解胶粒的行为和性质，从而推动相关领域的研究和应用。
水质工程学重点
1、水质标准：水质标准是用水对象所要求的各项水质参数应达到的限值。
各种用户都对水质有特定的要求，就产生了各种用水的水质标准.水质标准是水处理的重要依据。
此外,水质标准同其他标准一样，可分为国际标准、国家标准、地区标准、行业标准和企业标准等不同等级.2、胶体双电层：胶体表面带电后，由于静电力的作用，会吸引水溶液中的反号离子，使固－液相界面两侧形成电荷符号相反的双层结构，称为胶体双电层。
3、气浮工艺：在水中形成高度分散的微小气泡，粘附废水中疏水基的固体或液体颗粒,形成水-气-颗粒三相混合体系，颗粒粘附气泡后，形成表观密度小于水的絮体而上浮到水面,形成浮渣层被刮除，从而实现固液或者液液分离的过程.4、微絮凝过滤：直接过滤的过滤池,不设沉淀设备，原水经过混凝过程后直接进入过滤池,即将沉淀澄清和过滤由两步合成一步，称为直接过滤、徽絮凝过滤、接触过滤等。
5、混合床:为了完全除掉水中所含的离子,可以先经过阳离子交换剂渗滤，再经过阴离子交换剂渗滤,也可以用一个由强的阳离子交换树脂与强的阴离子交换树脂按等当量密切混合而组成的床层进行渗滤.这种床层叫做混合床。
1、生活饮用水水质标准包括哪几大类指标？针对每一大类，试分别列举1~2项指标加以说明。
感官性状和一般化学指标、毒理学指标和细菌学指标.2、为何低温低浊水难于处理？应对措施有哪些?随着水温的降低,水的粘滞度增加,絮凝速度降低，颗粒沉速减速减慢.原水浊度的减少，使絮凝过程中颗粒碰撞的机率降低，影响絮凝过程的进行.因此，低温低浊水的处理较常规水的处理困难.即使加大混凝剂的投加量，仍难以达到要求的水质目标.低温低浊水处理的关键是选择合适的混凝剂和助凝剂,以强化絮凝过程,其次是选择合适的澄清及过滤形式。
低温低浊水处理的混凝剂一般可采用聚合氯化铝或硫酸铝。
实践表明，聚合氯化铝对各种水质的适应性较强。
助凝剂则多采用活化硅酸(水玻璃）。
3、为什么斜管沉淀池,澄清池均能获得大于平流沉淀池的表面负荷？试从机理角度加以分析.对一座沉淀池来说,当进水量一定时,它所能去除的颗粒的大小也是一定的。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
胶体的双电层
胶体是由分散相和连续相组成的混合物，其中分散相颗粒的大小在1纳米到1微米之间。
在胶体中，由于分散相粒子的电荷，它们之间会产生静电斥力，从而防止它们聚集在一起。
这种电荷产生的效应被称为“双电层”。
双电层是胶体物理学中的重要概念，它描述了分散相粒子周围的电荷分布情况。
在胶体中，分散相粒子表面带有电荷，这些电荷会吸引周围的电荷，形成一个电荷分布区域，这就是双电层。
双电层可以分为两个部分：内层和外层。
内层是由分散相粒子周围的静电荷组成的，它是非常紧密的。
外层是由离分散相粒子较远的离子组成的，它比内层要稀疏得多。
外层的厚度取决于离子浓度和离子的电荷大小。
双电层的存在对胶体的性质有很大的影响。
它可以防止分散相粒子聚集在一起，从而保持胶体的分散状态。
双电层还可以影响胶体的表面性质，例如颜色、光泽和粘性等。
双电层的形成和性质是由电化学过程控制的。
在胶体中，分散相粒子表面的电荷来源于它们和溶液中的离子相互作用。
这种相互作用可以通过电化学分析技术来研究。
双电层的研究对于理解胶体物理学和化学过程非常重要。
它可以帮
助我们了解胶体的性质和行为，从而为制备新型材料和优化现有工艺提供指导。
双电层是胶体中的一个重要概念，它描述了分散相粒子周围的电荷分布情况。
它的存在对于维持胶体的分散状态和影响胶体的表面性质具有重要的作用。
通过电化学分析技术，我们可以更好地理解双电层的形成和性质，为胶体物理学和化学过程的研究提供帮助。