物理化学-胶体化学解析
物理化学第七章
粗分散物系
>10-7m
混浊泥水，牛 奶，豆浆
3、胶体四大特征：（同溶液相比较）
①聚结不稳定性（热不稳自发聚沉）②多相不均匀性 聚结不稳定性 ②多相不均匀性（一相分散 于另一相，有相界面）③高分散性 ③高分散性（颗粒大小及胶团量不相同） 结构组成不确定性（受添加剂或添加物影响） ④结构组成不确定性 （真溶液：热稳，均相物系，组成，结构，分子量恒定） 4、胶体化学研究内容：表面现象，分散物系及高分子溶液 5、表面：物体处于真空或与本身饱和蒸气达平衡的面。 6、界面：物体与空气或其他物体相接触的面（存在于两相之间 几个nm厚度薄层） 7、表面现象（Surface phenomenon）：凡物质处于凝聚状态时， 其界面上发生的一切物理化学现象。（包括s-g,s-l,l-g,ss,l-l等统称表面）严格讲为界面现象，如：毛细现象，润湿 作用，液体过热，蒸气过饱和，吸附作用等统称界面现象 AS Sο (Interface phenomenon)。
（1）按分散相和分散介质的聚集状态分类
分散相 分散介质 名称 气 泡沫 液 液 乳状液 固 悬浮体，溶液胶 气 液 固 固溶胶 固 气 液 气 气溶胶 固
实例 肥皂泡沫 牛奶 泥浆，金溶胶 浮石，泡沫玻璃 珍珠，某些矿石 某些合金 雾 烟
（2）按分散相的分散度分类
类型 低分子 分散物系 分散相粒子半 径 <10-9m 分散相 原子 离子,小分子 性质 均相，热力学稳定物 系，扩散快，能透过 半透膜，形成真溶液 均相，热力学稳定物 系，扩散慢，不能透 过半透膜，形成真溶 液 举例 NaCI、蔗糖的 水溶液，混合 气体等 聚乙烯醇水溶 液
之一)：当毛细管插入润湿性液体水中时，管内液面呈凹面, △P背向 液面，使液体受到向上提升力而沿管内壁上升,当液柱产生的静压 力ρgh=△P时达平衡停止移动；反之，当毛细管插入非润湿性液体 汞中时产生管内凸液面，因△P向下,使管内液面下降至ρgh=△P 达平衡时停止，此为毛细现象。
胶体化学第3章
Fick第一扩散定律只适用于浓度梯度恒定的情况。实际上在 扩散时，浓度梯度是不断变化的。所以浓度随时间的变化为：
dc d c D 2 dt dx
2
Fick第二扩散定律
通过扩散试验，并运用Fick扩散定律，可求粒子的扩散系数 D；从D可求得粒子的大小和形状。
例题：
1、在下述条件下计算和比较质点在重力场中和离心力场中的 沉降速度：质点半径 r = 1x10-7m；分散相密度ρ=2x103Kg/m3； 分散介质密度ρ0=1x103 Kg/m3；黏度η=1x10-3Pa· s；离心加速 度ω2x=200g. 2、计算和比较上题中的质点在重力场和离心力场中沉降高度 H=0.1m时的沉降时间。 3、在300K为使半径为5x10-8m的质点发生沉降需用多大离心 加速度的离心机？已知质点密度ρ=3x103Kg/m3；分散介质密 度ρ0=1x103 Kg/m3；黏度η=1x10-3 Pa· s。
I
24 cv
3
2
4
n2 n1 2 （ 2 ) I0 2 n2 2n1
2
2
上式称为Rayleigh散射定律。由此定律可知：
——散射光的强度与入射光波长的4次方成反比，即波长越 短的光越易被散射。
——散射光的强度与单位体积中的质点数成正比。
——散射光的强度与粒子体积的平方成正比。 (利用丁达尔现象可以鉴别溶胶和真溶液) ——散射光的强度与入射光的强度I0成正比。 ——粒子的折射率与周围介质的折射率相差越大，粒子的散 射光越强。
二、Rayleigh散射 产生光散射的因素很多，这里只介绍Rayleigh散射。 （1）光散射的基本原理 ——在极高频率的电场中，粒子本身也将以极高频率 振荡。 一个带有电荷q的粒子放在电场E中，它就会受到电场 力F，如果粒子的质量为m，力F将使它产生一个加速 q 度 a， a E F qE F ma m ——由电磁理论可知，任何带电粒子发生振荡时都可 以成为电磁辐射源。因此，一个振动的偶极子就成为 一个辐射源，向空间发射电磁波。散射波强度 I∝a2∝(q/m)2E2
物理化学 第八章界面现象及胶体
(1)过饱和蒸气 P473
压力超过通常液体的饱和 p 蒸气压的蒸气为过饱和蒸气. 过饱和蒸气的压力尚未达 到该液体微小液滴的饱和蒸 P’ p0 气压(见图示). 减轻过饱和程度的方法 是引入凝结中心, 使液滴核 心易于生成(如人工降雨).
O
液相区
B A
气相区
T0
T
• 过饱和蒸气的产生
(2)过热液体 温度高于沸点的液体为过热液体. 过热液体是因为液体内微小气泡难以生成 而不能在正常沸点沸腾所造成的(见图示).
/(10－3
N· － 1) m 2900 2150 1880 485 227 110 1200 450 0.308 18.6
润湿与铺展
8.2 亚稳定状态和新相的生成 P332
物质相变时, 由于最初生成的新相体积 极小而具有很大的比表面和表面吉布斯函 数, 因而新相难以形成而引起各种过饱和 现象, 此时系统处于亚稳状态.
• 单分子层吸附: 固体表面上每个吸附位只能吸附一个分子,
气体分子只有碰撞到固体的空白表面上才能被吸附; • 固体表面是均匀的:表面上各个晶格位臵的吸附能力相同; • 被吸附的气体分子间无相互作用力: 吸附或脱附的难易与 邻近有无吸附分子无关;
• 吸附平衡是动态平衡: 达吸附平衡时, 吸附和脱附过程同
Tf Tf
T
• 过冷液体的产生
在过冷液体中投入小晶体作为新相 的种子, 能使液体迅速凝固成晶体.
(4)过饱和溶液
浓度超过饱和浓度的溶液为过饱和溶液. 过饱和溶液产生的原因是微小晶粒具有 比普通晶体更大的溶解度.
微小晶体的饱和蒸 气压大于普通晶体, 而 蒸气压与溶解度有密切 的关系.
p
c3 c2 c1
B
胶体化学核心知识点
1.胶体的定义及分类胶体（Colloid）又称胶状分散体（colloidal dispersion）是一种较均匀混合物，在胶体中含有两种不同状态的物质，一种分散相，另一种连续相。
分散质的一部分是由微小的粒子或液滴所组成，分散质粒子直径在1~100nm之间的分散系是胶体；胶体是一种分散质粒子直径介于粗分散体系和溶液之间的一类分散体系，这是一种高度分散的多相不均匀体系。
按照分散剂状态不同分为：气溶胶——以气体作为分散剂的分散体系。
其分散质可以是液态或固态。
（如烟、雾等）液溶胶——以液体作为分散剂的分散体系。
其分散质可以是气态、液态或固态。
（如Fe(OH)3胶体）固溶胶——以固体作为分散剂的分散体系。
其分散质可以是气态、液态或固态。
（如有色玻璃、烟水晶）按分散质的不同可分为：粒子胶体、分子胶体。
如：烟，云，雾是气溶胶，烟水晶，有色玻璃、水晶是固溶胶，蛋白溶液，淀粉溶液是液溶胶；淀粉胶体，蛋白质胶体是分子胶体，土壤是粒子胶体。
2.胶体的不同表征方式胶体分散体系分为单分散体系和多分散体系。
单分散系表征可以用分散度、比表面积法（不规则形状包括单参数法，双参数法和多参数法）多分散体系可以用列表法、作图法，如粒子分布图，粒子累计分布图。
用激光粒度分析仪测定。
胶体的稳定性一般用zeta电位来表征。
zeta电位为正，则胶粒带正电荷，zeta电位为负，则胶粒带负电荷。
zeta电位绝对值越高，稳定性越好，分散度越好，一般绝对值>30mV说明分散程度很好。
胶体的流变性表征—黏度。
可用毛细管黏度计，转筒黏度计测定。
3.有两种利用光学性质测定胶体溶液浓度的仪器；比色计和浊度仪，分别说明它们的检测原理比色计它是一种测量材料彩色特征的仪器。
比色计主要用途是对所测材料的颜色、色调、色值进行测定及分析。
工作原理：仪器自身带有一套从淡色到深色，分为红黄蓝三个颜色系列的标准滤色片。
仪器的工作原理是基于颜色相减混合匹配原理。
罗维朋比色计目镜筒的光学系统将光线折射成90°并将观察视场分成可同时观察的左右两个部分，其中一部分是观察样品色的视场；另一部分是观察参比色（即罗维朋色度单位标准滤色片）的视场。
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
生物胶体的物理化学性质及其应用
生物胶体的物理化学性质及其应用胶体是介于溶液和悬浮液之间的一种分散体系，它的特殊性质使得它在工业生产和科学研究中得到广泛应用。
生物胶体作为一种特殊的胶体，它的物理化学性质和应用也具有独特性。
本文将从生物胶体的基本概念入手，论述其物理化学性质及其应用。
一、生物胶体的基本概念生物胶体是指由生物高分子在水相中形成的胶体。
这些高分子通常是蛋白质、多糖和核酸等。
与其他胶体相比，生物胶体具有一些特殊的物理化学性质：（1）生物胶体具有较高的分子量。
生物高分子的分子量通常在百万量级以上，因此生物胶体的分子量也很大。
（2）生物胶体具有强烈的水合作用。
生物高分子中的许多官能团能与水分子形成氢键和离子键，从而使得生物胶体具有强烈的水合作用。
（3）生物胶体具有较高的黏滞度。
由于生物高分子的分子量很大，因此生物胶体通常具有较高的黏滞度，这也是生物胶体在实际应用中的一个重要问题。
二、生物胶体的物理化学性质生物胶体的物理化学性质包括以下几个方面：（1）溶胀性生物胶体的溶胀性是指在不同温度、pH值和离子强度等条件下，生物胶体对溶剂的吸水能力。
生物胶体的溶胀性与生物高分子的结构和特性密切相关。
例如，酸性多糖的溶胀性受到pH值的影响较大。
（2）凝胶性生物胶体在一定条件下能够形成凝胶。
凝胶是由一些高分子链交联而成的三维聚合物网络。
这种结构赋予了生物凝胶一些特殊的物理化学性质，如黏弹性和过滤性。
（3）表面活性生物胶体在水/油界面处会表现出一些特殊的表面活性，如乳化和稳定液滴的能力。
这些表面活性与蛋白质和多糖的表面结构和电荷密切相关。
（4）生物胶体的黏滞度生物胶体的黏滞度是指流体通过生物胶体时所遇到的阻力。
生物胶体的黏滞度随分子量和溶液浓度的增加而增加。
此外，温度、pH值和离子强度等因素也会影响生物胶体的黏滞度。
三、生物胶体的应用生物胶体在医药、食品、化妆品等领域都有广泛应用。
（1）医药领域生物胶体在医药领域有着重要的应用。
例如，血浆蛋白是一种生物胶体，它在体内起到了运输和调节物质浓度的作用。
物理化学第十四章胶体化学
一、分散体系的分类
•真溶液 按分散相粒子的大小分类： •胶体分散体系
•粗分散体系 •液溶胶
按胶体溶液的稳定性分类
1.憎液溶胶 胶体化学的主要研究体系 半径在1 nm~100 nm之间的难溶物固体粒子
分散在液体介质中。溶剂与粒子间亲合力弱。
溶剂蒸发后，再加入溶剂无法再形成溶胶。 不可逆体系。
2.亲液溶胶 大分子溶液
溶剂与粒子（大分子 ）间亲合力强。溶剂蒸 发后，产生凝聚，再加入溶剂，又可形成溶胶。 热力学上稳定、可逆的体系。
按分散相和介质的聚集状态分类： •固溶胶 •气溶胶
按胶体溶液的稳定性分类： •憎液溶胶 •亲液溶胶
按分散相粒子的大小分类
1.真溶液（分子分散体系）
分散相与分散介质以分子或离子形式均匀的单 相，热力学稳定。分散相粒子半径小于1 nm。
2.胶体分散体系 分散相粒子半径1 nm~100 nm。高分散的多相 体系，粒子有自动聚集的趋势，热力学不稳定。
A.复分解反应制硫化砷溶胶 2H3AsO3（稀）+ 3H2S →As2S3（溶胶）+6H2O
B.水解反应制氢氧化铁溶胶 FeCl3 +3H2O （热）→ Fe(OH)3 （溶胶）+3HCl
C.氧化还原反应制备硫溶胶 2H2S(稀）+ SO2(g) → 2H2O +3S (溶胶） Na2S2O3 +2HCl → 2NaCl +H2O +SO2 +S (溶胶）
物理化学第十章 胶体化学
+++++++++++++++ –––––––––––––––
+
–
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+++++++++++++++ –––––––––––––––
电渗
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第三节
溶胶的稳定与聚沉
一 溶胶的稳定性
溶胶的聚结不稳定性：
溶胶的动力稳定性:
1）分散相粒子的布朗运动：在重力场中不易沉降
2）扩散电势（ζ电势）：稳定剂的存在使胶团形成
双电层结构，ζ电势越大，越不易聚沉。
首
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末
页
18
二
1
溶胶的聚沉
电解质对聚沉的影响 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） 1）聚沉值： 使一定量溶胶在一定时间内完全聚沉所需最小电
解质的物质的量浓度。
2）反离子起聚沉作用，聚沉值与价数有关,聚沉值： 1 1 1 舒尔采(Schulze) 100 : 1.6 : 0.14 6 : 6 : 6 1 2 3 ——哈迪(Hardy)规则
+ ++ ++ + ++ + +
+ + -
-
+ + + -
热力学电势φ 0 斯特恩电势φ 电动电势ζ：
固体表面 斯特恩面 滑动面
+ +
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1905年，爱因斯坦利用分子运动论的一些基本概念 和公式，推导出布朗运动公式
1
X
RT L
t
3πr
2
（9-2）
X—时间t内的平均位移；η—介质的 黏度；r—胶粒半径。
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9.4 溶胶的动力学性质
1. 布朗运动 2.扩散 3.沉降和沉降平衡
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2020/10/15
1. 布朗运动
溶胶中胶粒在介质中的不规则 运动—布朗运动
产生原因：分散介质对胶 图9.3布朗运动 粒撞击的结果。
影响因素：粒子越小，温度越高，介质的 黏度越小，则布朗运动越激烈。
上一内容 下3 溶胶的光学性质
1. 丁铎尔效应 2. 丁铎尔效应的规律 3. 超显微镜的原理和应用
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1. 丁铎尔效应
d为微粒粒径；
λ为入射光波长 。
λ, Io
透过
d＞λ:反射
散射(d＜λ)
图9.1 离子大小与光的性质
液 泡沫塑料
珍珠 合金
雾 烟尘
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9.2 溶胶的制备与净化
1.溶胶的制备 2.溶胶的净化
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1.溶胶的制备
制备条件：
①分散相在介质中不溶解或溶解度较小； ②加入稳定剂，如明胶等。
粗粒
分散 分散法
溶胶
聚集 凝聚法
子溶液、胶束 （3）分子分散系： < 10–9m 包括真溶液
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2.分散体系的类型
按分散相和分散介质的聚集状态分类
分散相 气 液
固
气 液 固 液 固
分散介质 液 液
液
固 固 固 气 气
名称 液溶胶 液溶胶
液溶胶
固溶胶 固溶胶 固溶胶 气溶胶 气溶胶
实例 泡沫 乳状液 溶胶和悬浊
小分子,离子
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1.溶胶的制备
分散法
（1）研磨法：利用胶体磨等工具将固体颗粒变小。 （2）超声波分散法：用超声波所产生的能量进行分散。 （3）电分散：用于制备金属溶胶，金属在电弧的作用
下，电极表面的金属离子蒸发，但立即被水冷却而凝 聚成胶体粒子。 （4）化学法：也叫胶溶法，将新生成的沉淀，加入少 量适当的电解质，经搅拌，沉淀重新分散成溶胶。
当光束通过胶体溶液，由于胶粒直径小于可见 光波长，主要发生散射，可以看见乳白色的光柱。 这种现象称为丁铎尔效应
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2. 丁铎尔效应的规律
1871年，瑞利研究了大量的光散射现象，对 于粒子半径在47nm以下的溶胶，导出了散射光 总能量的计算公式，称为瑞利公式：
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第九章 胶体化学
9.6 溶胶的流变性质 9.7 溶胶的稳定性与聚沉 9.8 乳状液与泡沫 9.9 凝胶
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9.1 分散体系
1.分散体系 2.分散体系的类型
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1.分散体系
分散体系—一种或几种物质分散到另一种物质中
I
9 2cV 2 24r 2
n22 n12 n22 2n12
I o
1 COS2
（9-1）
I—散射角为θ，散射距离为r处的散射光强； c—单位体积中的粒子数；V—粒子体积；
n1、n2—分散介质与分散相的折光率。
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2. 丁铎尔效应的规律
（3）散射光强度与粒子体积平方成正比。小分子溶液 的粒子太小，虽有散射光，但很弱，只有溶胶才有明显 的乳光产生，因此可以用丁铎尔效应来鉴别溶胶和小 分 子溶液。
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3.超显微镜的原理和应用
在暗室里，将一束强
光侧向射入观察体系，在
入射光的垂直方向上用普
2H3AsO3（稀）+ 3H2S →As2S3（溶胶）+6H2O
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2020/10/15
2.溶胶的净化
渗析法：
利用胶粒不能通过半透膜，而小 离子、小分子能透过半透膜的性质，将 溶胶中的过量电解质除去。
超滤法：
用半透膜代替滤纸，在减压或加 压下使溶胶过滤，可将溶胶与小分子杂 质分开。
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2020/10/15
1.溶胶的制备
凝聚法
（1）物理方法 利用物质在不同溶剂中溶解度的显著差别来
制备溶胶，而且两种溶剂要能完全互溶。 这种 方法叫改换溶剂法。
将汞的蒸气通入冷水中就可以得到汞的水溶 胶。叫蒸气骤冷法 （2）化学反应法：
利用各种化学反应生成不溶性产物，在此不 溶性产物从饱和溶液中析出的过程中，使之停留 在胶粒大小阶段。
讨论：
I
9 2cV 2 24r 2
n22 n12 n22 2n12
I o
1 COS2
（9-1）
(1) I 14，散射光为λ小的蓝、紫光。 （2）分散相与分散介质的折射率相差越显著，则散射
作用亦越显著。高分子溶液中被分散物与分散介质之
间具有极强的结合力，二者的折射率极为接近，所以
丁铎尔效应弱。
所形成的体系。
分散相（dispersion）—被分散的物质
分散介质(dispersion phase)—分散相所处的介质
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2020/10/15
2.分散体系的类型
按分散相粒子大小分类： （1）粗分散系 ：>10–6m 包括悬浊液、乳浊液 （2）胶体分散系： 10–9 ~ 10–6m 包括溶胶、高分
通显微镜观察，这样避免
了光直接照射物镜，也消 光源
除了光的干涉。
图9-2
显微镜
缝隙
样品池
超显微镜的原理图
(1) 用超显微镜观察到的不是粒子本身，而是其散射 光点。可分辨5～150nm。
(2) 超显微镜可用于研究胶粒的运动，不能用于研究 胶粒大小和形状(电子显微镜)。
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2020/10/15
物理化学多媒体教学课件
第九章 胶体化学
Chapter 9 Colloid Chemistry
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2020/10/15
第九章 胶体化学
9.1 分散体系 9.2 溶胶的制备与净化 9.3 溶胶的光学性质 9.4 溶胶的动力学性质 9.5 溶胶的电学性质
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