第五章 胶体
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第五章胶体的稳定性
R 其中：
64 n KT 2 0 2 k) d 0exp( k
式5-10
exp( Ze KT ) 1 0/2 0 exp( Ze KT ) 1 0/2
R 表示两平板质点的双电层在单位面积上的相互排斥能（斥力位能）。
当 0 很高时，Ze 0 >>1，则 0 →1， R 与 0 无关
§5-1 电解质的聚沉作用
一、聚沉与老化
聚沉：胶粒聚集变大而沉淀的过程，与沉淀反应不同， 因聚沉电解质的量远少于沉淀量，其间不存在当量关系。
老化：由于小颗粒具有大的溶解度，静止时，溶液中的 小颗粒溶解，大颗粒长大，直到形成分散度较单一的大颗粒 ，这一过程称为老化。
二、聚沉值及其测定方法
聚沉值：在指定条件下，使溶胶聚沉所需电解质的最 低浓度，以mol/L表示。
一、胶粒间的范德华吸引能
a、永久偶极之间 1、分子间的范德华吸引能
对于同种分子
b、色散吸引能 c、诱导偶极与永久偶极之间
6 x 分
式5-1 （六次律）
式中： 分 ：分子间总的范德华引力
2 2 3 2 2 hv 3 KT 4
式5-2
x：分子间距离 α ：分子的极化度
对斥能峰的高低有较大影响。 ② s 的影响 ， A与 0无关，而 0 随 A 上升而增加，所以 R 2 0 与A相同时，势垒能 s 增加而上升。 泥浆不抗盐是因为电解质对双电层的压缩，使 s下降 ，势垒下降。
R 2 ，所以A与 不变时， ③ 的影响 A与 无关， 0 越小，双电层越厚，势垒越高。
1 1 1 ∶ ∶ 1 2 3
6
6
6
聚沉值与离子价数的6次方成反比，即schulze-hardy 规则。除了反离子外，同号离子的性质、大小均对聚沉值 有影响。
64 n KT 2 0 2 k) d 0exp( k
式5-10
exp( Ze KT ) 1 0/2 0 exp( Ze KT ) 1 0/2
R 表示两平板质点的双电层在单位面积上的相互排斥能（斥力位能）。
当 0 很高时，Ze 0 >>1，则 0 →1， R 与 0 无关
§5-1 电解质的聚沉作用
一、聚沉与老化
聚沉：胶粒聚集变大而沉淀的过程，与沉淀反应不同， 因聚沉电解质的量远少于沉淀量，其间不存在当量关系。
老化：由于小颗粒具有大的溶解度，静止时，溶液中的 小颗粒溶解，大颗粒长大，直到形成分散度较单一的大颗粒 ，这一过程称为老化。
二、聚沉值及其测定方法
聚沉值：在指定条件下，使溶胶聚沉所需电解质的最 低浓度，以mol/L表示。
一、胶粒间的范德华吸引能
a、永久偶极之间 1、分子间的范德华吸引能
对于同种分子
b、色散吸引能 c、诱导偶极与永久偶极之间
6 x 分
式5-1 （六次律）
式中： 分 ：分子间总的范德华引力
2 2 3 2 2 hv 3 KT 4
式5-2
x：分子间距离 α ：分子的极化度
对斥能峰的高低有较大影响。 ② s 的影响 ， A与 0无关，而 0 随 A 上升而增加，所以 R 2 0 与A相同时，势垒能 s 增加而上升。 泥浆不抗盐是因为电解质对双电层的压缩，使 s下降 ，势垒下降。
R 2 ，所以A与 不变时， ③ 的影响 A与 无关， 0 越小，双电层越厚，势垒越高。
1 1 1 ∶ ∶ 1 2 3
6
6
6
聚沉值与离子价数的6次方成反比，即schulze-hardy 规则。除了反离子外，同号离子的性质、大小均对聚沉值 有影响。
基础化学第五章胶体
不同电解质对几种溶胶的临界聚沉浓度/mmol· L-1
As2S2(负溶胶) LiCl 58 NaCl 51 KCl 49.5 AgI(负溶胶) LiNO3 165 NaNO3 140 KNO3 136 Al2O3(正溶胶) NaCl 43.5 KCl 46 KNO3 60 K2SO4 K2Cr2O7 0.30 0.63
二、胶体分散系 2. 表面能
液体有自动缩小表面积的趋势。小的液滴聚 集变大，可以缩小表面积，降低表面能。表 面积减小过程是自发过程。 这个结论对固体物质同样适用。高度分散的 溶胶比表面大，所以表面能也大，它们有自 动聚积成大颗粒而减少表面积的趋势，称为 聚结不稳定性。
第二节 溶胶
一．
溶胶的基本性质
内旋转：分子链中 许多C-C单键， C 原子以sp3杂化，单 键能在键角不变条 件下绕键轴旋转。 柔性：内旋转导致 碳链构型改变，高 分子长链两端的距 离也随之改变。
第三节 高分子溶液
3.
高分子溶液的形成
①
②
③
溶胀：溶剂进入高分子链， 导致化合物舒展，体积成 倍增长。 高分子化合物先溶胀，后 溶解。 与水分子亲和力很强的高 分子化合物形成水合膜： 稳定性的主要原因。
上：高分子化合物在良溶 剂中 下：高分子化合物在不良 溶剂中
第三节 高分子溶液
二．
聚电解质溶液
蛋白质等高分子化合物在水溶液中往往以离子 形式存在，称为聚电解质（polyelectrolyte） 特征：
1.
①
链上有荷电基团很多
②
③ ④
电荷密度很大 对极性溶剂分子的亲合力很强 分为阳离子、阴离子、两性离子三类。
126 2.40 2.60 2.43 0.067 0.069 0.069
第5章 胶体分散体系的稳定与聚沉
5-2 空间稳定理论 2 吸附聚合物层如何对胶体产生稳定作用？ 静电斥力位能 减少Hamaker常数 空间斥力位能
第5章 胶体分散体系的稳定与聚沉
5-2 空间稳定理论 3 空间斥力位能 VRS 的构成
VRS VRe VRE VRO VRH
第5章 胶体分散体系的稳定与聚沉
第5章 胶体分散体系的稳定与聚沉
讨论： 电解质和高聚物都可以引起溶胶的聚沉，分 别说明它们引起聚沉的原因。
(1) 压缩扩散层 （2）吸附聚沉
电解质引起聚沉的原因:
高聚物引起聚沉的原因：
(1) 搭桥效应 (2) 脱水效应 (3) 电中和效应
（2）影响位能的因素 A值的影响 当κ、ψ0不变时： A↑，吸力位能↑，势垒↓
（2）影响位能的因素 Ψ0值的影响 ψ0↑，斥力位能↑，势垒↑
（2）影响位能的因素 电解质浓度的影响 n0↑，势垒↑ 通过κ影响： n0↑， κ↑， 势垒↓ 有一最佳稳定值
第5章 胶体分散体系的稳定与聚沉
(3)聚沉理论 1900年舒尔兹一哈迪（Schulze-Hardy） 发现： 电解质中的反号离子才影响分散体系的稳定 性。
第5章 胶体分散体系的稳定与聚沉
5-3 空缺稳定理论 1 高聚物对胶体的稳定可分为哪两种类型? “空间稳定”和“空位稳定” 2 什么是负吸附？空位层？ 3 空位稳定的吸力效应和斥力效应 吸力效应如何产生？ 浓度差 渗透压 吸力 斥力效应如何产生？ 分离过程 非自发过程 吉布斯函数增 大 斥力位能
第5章 胶体分散体系的稳定与聚沉
第5章 胶体分散体系的稳定与聚沉
1 胶粒双电层重叠时的静电斥力 斥力位能UR （1）两平面粒子双电层重叠时的斥力位能
第5章 胶体分散体系的稳定与聚沉
第5章 胶体分散体系的稳定与聚沉
5-2 空间稳定理论 3 空间斥力位能 VRS 的构成
VRS VRe VRE VRO VRH
第5章 胶体分散体系的稳定与聚沉
第5章 胶体分散体系的稳定与聚沉
讨论： 电解质和高聚物都可以引起溶胶的聚沉，分 别说明它们引起聚沉的原因。
(1) 压缩扩散层 （2）吸附聚沉
电解质引起聚沉的原因:
高聚物引起聚沉的原因：
(1) 搭桥效应 (2) 脱水效应 (3) 电中和效应
（2）影响位能的因素 A值的影响 当κ、ψ0不变时： A↑，吸力位能↑，势垒↓
（2）影响位能的因素 Ψ0值的影响 ψ0↑，斥力位能↑，势垒↑
（2）影响位能的因素 电解质浓度的影响 n0↑，势垒↑ 通过κ影响： n0↑， κ↑， 势垒↓ 有一最佳稳定值
第5章 胶体分散体系的稳定与聚沉
(3)聚沉理论 1900年舒尔兹一哈迪（Schulze-Hardy） 发现： 电解质中的反号离子才影响分散体系的稳定 性。
第5章 胶体分散体系的稳定与聚沉
5-3 空缺稳定理论 1 高聚物对胶体的稳定可分为哪两种类型? “空间稳定”和“空位稳定” 2 什么是负吸附？空位层？ 3 空位稳定的吸力效应和斥力效应 吸力效应如何产生？ 浓度差 渗透压 吸力 斥力效应如何产生？ 分离过程 非自发过程 吉布斯函数增 大 斥力位能
第5章 胶体分散体系的稳定与聚沉
第5章 胶体分散体系的稳定与聚沉
1 胶粒双电层重叠时的静电斥力 斥力位能UR （1）两平面粒子双电层重叠时的斥力位能
第5章 胶体分散体系的稳定与聚沉
《胶体溶液》课件
沉降：密度＞分散介质的胶粒，在重力作用下 下沉而与流体分离的过程。
沉降平衡：当V沉降 = V扩散，系统达平衡， 形成一个稳定的浓度梯度的状态。
二、溶胶的基本性质
4．溶胶的电学性质 （1）电泳：在外电场作用下，带电胶粒在介质中
定向移动的现象。
+
–
泥土 胶粒带负电
二、溶胶的基本性质
（2）电渗：
在外电场作用下，分散介质通过多孔膜作 定向移动的现象。
表面活性物质（表面活性剂）
一、表面活性剂
2．正吸附和负吸附
溶液自发降低σ的方式：改变表面层的浓度。
σ
I 无机酸,
碱, 盐等.
σ0
Ⅱ 有机酸, 醇,
酯, 醚, 酮等.
Ⅲ 肥皂, 合成 c 洗涤剂等.
Ⅰ：c表＜c本： 负吸附
Ⅱ：c表＞c本： 正吸附 Ⅲ：c表>>c本： 正吸附
一、表面活性剂
小结：
正吸附 表面活性物质 溶质的加入σ↓ c(表面) > c(内部)
例如：制备氢氧化铁溶胶： FeCl3 + 3H2O(沸) → Fe(OH)3 + 3HCl
溶液中部分Fe(OH)3与 HCl作用： Fe(OH)3 + 3HCl → FeOCl + 2H2O FeOCl → FeO+ + Cl-
三、胶团结构及溶胶的稳定性
（2）胶核表面分子的离解
硅酸溶胶的胶核由许多xSiO2·yH2O分子组成
四、溶胶的稳定与聚沉
2. 溶胶的聚沉
胶粒从介质中析出的现象。 电解质的聚沉作用 溶胶的相互聚沉 高分子物质对溶胶的作用
四、溶胶的稳定与聚沉
电解质的聚沉作用 (1) 聚沉原理：
沉降平衡：当V沉降 = V扩散，系统达平衡， 形成一个稳定的浓度梯度的状态。
二、溶胶的基本性质
4．溶胶的电学性质 （1）电泳：在外电场作用下，带电胶粒在介质中
定向移动的现象。
+
–
泥土 胶粒带负电
二、溶胶的基本性质
（2）电渗：
在外电场作用下，分散介质通过多孔膜作 定向移动的现象。
表面活性物质（表面活性剂）
一、表面活性剂
2．正吸附和负吸附
溶液自发降低σ的方式：改变表面层的浓度。
σ
I 无机酸,
碱, 盐等.
σ0
Ⅱ 有机酸, 醇,
酯, 醚, 酮等.
Ⅲ 肥皂, 合成 c 洗涤剂等.
Ⅰ：c表＜c本： 负吸附
Ⅱ：c表＞c本： 正吸附 Ⅲ：c表>>c本： 正吸附
一、表面活性剂
小结：
正吸附 表面活性物质 溶质的加入σ↓ c(表面) > c(内部)
例如：制备氢氧化铁溶胶： FeCl3 + 3H2O(沸) → Fe(OH)3 + 3HCl
溶液中部分Fe(OH)3与 HCl作用： Fe(OH)3 + 3HCl → FeOCl + 2H2O FeOCl → FeO+ + Cl-
三、胶团结构及溶胶的稳定性
（2）胶核表面分子的离解
硅酸溶胶的胶核由许多xSiO2·yH2O分子组成
四、溶胶的稳定与聚沉
2. 溶胶的聚沉
胶粒从介质中析出的现象。 电解质的聚沉作用 溶胶的相互聚沉 高分子物质对溶胶的作用
四、溶胶的稳定与聚沉
电解质的聚沉作用 (1) 聚沉原理：
胶体化学第5章 胶体的稳定性
12 H
式中，VA为范德华引力势能（为负值）；a是球半径；H是两球最短 距离；A是Hamaker常数 。 两平行的等同平板粒子：
VA A 12 D
2
式中，D是两板间距。
上两式表明，VA随距离的增大而下降。 Hamaker常数A是一个重要的参数，它与粒子性质有关，是物质的 特性常数，具有能量的单位，在10－19~10－20J之间。下表是一些物质的 Hamaker常数。
影响絮凝作用的主要因素有： ①絮凝剂的分子结构 絮凝效果好的高分子应有直链结 构，交联和支链结构的效果差。应有水化基团和架桥 功能，电离度越大，荷电越多，分子越伸展，利于架 桥；但若高分子与胶粒荷相同电性时，带电多，产生 静电斥力不利于絮凝。 ②絮凝剂的分子量 分子量越大越好，但过大时，不容 性和远距离则不利絮凝，一般分子量在106左右。 ③絮凝剂的浓度 研究表明存在一个最佳浓度，为胶 粒表面饱和吸附量一般是最好，可见上图示。 ④搅拌 要均匀，不可带激烈。 ⑤酸性和盐 它们对絮凝影响很大。 下面给出了一些代表性的高分子絮凝剂：
4．临界聚沉浓度 电解质是影响V的重要因素之一。见下图示。电解质浓度大（κ亦大）， 势垒越低。把势垒值为零时的电解质浓度称为临界聚沉浓度，用Cccc表 示。根据DLVO理论的势能公式，可得到
C ccc 常数
（ kT )
3 5
4 0
A z
2
6
这表明，Cccc 与离子价数的六次 方成反比，这与Schulze-Hardy经 验规则相符，也证明了DLVO理 论的合理性。
4.3 高分子的稳定性和絮凝作用
1.空间稳定作用 人们很早就发现高分子物质对溶胶具有稳定作用。稳定机理有如下几 个原因。 ①带电高分子吸附後会增加胶粒间的静电斥力势能。 ②高分子吸附层通常能减小Hamaker常数，从而降低粒子间的范德华 引力势能。 ③带有高分子吸附层的胶粒相互接近时，吸附层的重叠会产生新的斥 力势能阻止粒子聚集。这种稳定作用称为空间稳定作用，产生的斥力势 能称为空间斥力势能，用VS表示。这样粒子间总的相互作用势能为 V = VA + VR + VS
式中，VA为范德华引力势能（为负值）；a是球半径；H是两球最短 距离；A是Hamaker常数 。 两平行的等同平板粒子：
VA A 12 D
2
式中，D是两板间距。
上两式表明，VA随距离的增大而下降。 Hamaker常数A是一个重要的参数，它与粒子性质有关，是物质的 特性常数，具有能量的单位，在10－19~10－20J之间。下表是一些物质的 Hamaker常数。
影响絮凝作用的主要因素有： ①絮凝剂的分子结构 絮凝效果好的高分子应有直链结 构，交联和支链结构的效果差。应有水化基团和架桥 功能，电离度越大，荷电越多，分子越伸展，利于架 桥；但若高分子与胶粒荷相同电性时，带电多，产生 静电斥力不利于絮凝。 ②絮凝剂的分子量 分子量越大越好，但过大时，不容 性和远距离则不利絮凝，一般分子量在106左右。 ③絮凝剂的浓度 研究表明存在一个最佳浓度，为胶 粒表面饱和吸附量一般是最好，可见上图示。 ④搅拌 要均匀，不可带激烈。 ⑤酸性和盐 它们对絮凝影响很大。 下面给出了一些代表性的高分子絮凝剂：
4．临界聚沉浓度 电解质是影响V的重要因素之一。见下图示。电解质浓度大（κ亦大）， 势垒越低。把势垒值为零时的电解质浓度称为临界聚沉浓度，用Cccc表 示。根据DLVO理论的势能公式，可得到
C ccc 常数
（ kT )
3 5
4 0
A z
2
6
这表明，Cccc 与离子价数的六次 方成反比，这与Schulze-Hardy经 验规则相符，也证明了DLVO理 论的合理性。
4.3 高分子的稳定性和絮凝作用
1.空间稳定作用 人们很早就发现高分子物质对溶胶具有稳定作用。稳定机理有如下几 个原因。 ①带电高分子吸附後会增加胶粒间的静电斥力势能。 ②高分子吸附层通常能减小Hamaker常数，从而降低粒子间的范德华 引力势能。 ③带有高分子吸附层的胶粒相互接近时，吸附层的重叠会产生新的斥 力势能阻止粒子聚集。这种稳定作用称为空间稳定作用，产生的斥力势 能称为空间斥力势能，用VS表示。这样粒子间总的相互作用势能为 V = VA + VR + VS
第五章胶体.ppt
④ 高分子化合物对溶胶的保护作用(a)和敏化作用(b)
2019/10/16
30
第二节 溶胶
三、气溶胶（aerosol） 由极小的固体或液体粒子
悬浮在气体介质中所形成 的分散系统称为气溶胶。
图示是各种气溶胶的分散 相粒子直径的大致范围。
烟、雾的分散度较高，粉 尘的分散度低，后者稳定 性要差些。
十二烷基 磺酸钠
氢氧化铁 溶胶
＞ 100nm
粗粒 分散系
乳状液 非均相，热力学不稳定系统
悬浮液
不透滤纸和不透半透膜
牛奶 泥浆
2019/10/16
5
第一节 胶体分散系
二、胶体分散系
胶体分散系包括溶胶、高分子溶液和缔合胶体三类。 胶体的分散相的粒子的大小为1~100 nm，可以是一些
小分子、离子或原子的聚集体，也可以是单个的大 分子。分散介质可以是液体、气体，或是固体。
50 0.65 0.72 0.81 0.093 0.096 0.095
AgI(负溶胶)
LiNO3 NaNO3 KNO3 RbNO3 Ca(NO3)2 Mg(NO3)2 Pb(NO3)2 Al(NO3)3 La(NO3)3 Ce(NO3)3
165 140 136 126 2.40 2.60 2.43 0.067 0.069 0.069
溶胶的分散相粒子由于 Brown 运动，能自动地 从浓度较高处移向浓度较低处，这种现象称为扩 散。在生物体内，扩散是物质输送或物质分子通 过细胞膜的推动力之一。在重力场中，胶粒受重 力作用要下沉，这一现象称为沉降。
2019/10/16
13
第二节 溶胶
2. 动力学性质 ② 扩散和沉降 当沉降速度等于扩散速度，系
物质的分散度越高，其表面积越大，表面 性质越明显。
2019/10/16
30
第二节 溶胶
三、气溶胶（aerosol） 由极小的固体或液体粒子
悬浮在气体介质中所形成 的分散系统称为气溶胶。
图示是各种气溶胶的分散 相粒子直径的大致范围。
烟、雾的分散度较高，粉 尘的分散度低，后者稳定 性要差些。
十二烷基 磺酸钠
氢氧化铁 溶胶
＞ 100nm
粗粒 分散系
乳状液 非均相，热力学不稳定系统
悬浮液
不透滤纸和不透半透膜
牛奶 泥浆
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5
第一节 胶体分散系
二、胶体分散系
胶体分散系包括溶胶、高分子溶液和缔合胶体三类。 胶体的分散相的粒子的大小为1~100 nm，可以是一些
小分子、离子或原子的聚集体，也可以是单个的大 分子。分散介质可以是液体、气体，或是固体。
50 0.65 0.72 0.81 0.093 0.096 0.095
AgI(负溶胶)
LiNO3 NaNO3 KNO3 RbNO3 Ca(NO3)2 Mg(NO3)2 Pb(NO3)2 Al(NO3)3 La(NO3)3 Ce(NO3)3
165 140 136 126 2.40 2.60 2.43 0.067 0.069 0.069
溶胶的分散相粒子由于 Brown 运动，能自动地 从浓度较高处移向浓度较低处，这种现象称为扩 散。在生物体内，扩散是物质输送或物质分子通 过细胞膜的推动力之一。在重力场中，胶粒受重 力作用要下沉，这一现象称为沉降。
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13
第二节 溶胶
2. 动力学性质 ② 扩散和沉降 当沉降速度等于扩散速度，系
物质的分散度越高，其表面积越大，表面 性质越明显。
第5章胶体溶液和表面现象
• （ 分从 散分 相散 颗相粒的大组小成看看属是胶单体个分分散子系—）—“真溶液”，从
2020/2/12
22
二 高分子化合物溶液的特点
• 1、稳定性大
– 稳定的主要因素是在溶液中水化能力很强，高 分子化合物能通过氢键与水形成一层很厚的水 化膜。
• 2、粘度大 • 3、溶解的可逆性
– 高分子化合物从溶剂中分离出来以后，再加入 原来的溶剂，又能得到原来状态的真溶液。胶 体溶液一旦聚沉以后，再加入原来的分散剂不 能再形成胶体溶液。
乳化剂：能增加乳浊液稳定性的物质。 乳化作用：乳化剂使乳浊液稳定的作用。
2020/2/12
38
乳浊液
类型:水包油（O/W）：水是分散剂，油 是分散质。如：牛奶 油包水（W/O）：油是分散剂，水是分散质。 如：原油 乳化剂决定乳浊液的类型。
2020/2/12
39
亲水乳化剂有钾肥皂、钠肥皂、十二烷基磺酸 钠、蛋白质、动物胶等； 亲油乳化剂有钙、镁、锌二价金属肥皂，高级 醇类、石墨、碳黑等。
第五章 胶体溶液和表面现象
第一节 胶体溶液
2020/2/12
1
分散系的分类
胶体分散系包括溶胶、高分子溶液。
2020/2/12
2
一、胶体溶液的性质
• （一）溶剂的光学性质——丁铎尔(Tyndall)效应
– 如果将一束强光射入胶体溶液，在光束的垂直方向 上可以看到一条发亮的光柱，这种现象称为丁达尔 效应，又称乳光效应。
• 一高分子化合物的概念
• （一）定义：高分子化合物（又称大分子 化合物）是指相对分子质量在一万以上， 甚至高达几百万的物质。
•
（二）分类：天然高分子化合物和合成高 分子化合物。
• （三）特点
2020/2/12
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二 高分子化合物溶液的特点
• 1、稳定性大
– 稳定的主要因素是在溶液中水化能力很强，高 分子化合物能通过氢键与水形成一层很厚的水 化膜。
• 2、粘度大 • 3、溶解的可逆性
– 高分子化合物从溶剂中分离出来以后，再加入 原来的溶剂，又能得到原来状态的真溶液。胶 体溶液一旦聚沉以后，再加入原来的分散剂不 能再形成胶体溶液。
乳化剂：能增加乳浊液稳定性的物质。 乳化作用：乳化剂使乳浊液稳定的作用。
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乳浊液
类型:水包油（O/W）：水是分散剂，油 是分散质。如：牛奶 油包水（W/O）：油是分散剂，水是分散质。 如：原油 乳化剂决定乳浊液的类型。
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亲水乳化剂有钾肥皂、钠肥皂、十二烷基磺酸 钠、蛋白质、动物胶等； 亲油乳化剂有钙、镁、锌二价金属肥皂，高级 醇类、石墨、碳黑等。
第五章 胶体溶液和表面现象
第一节 胶体溶液
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1
分散系的分类
胶体分散系包括溶胶、高分子溶液。
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2
一、胶体溶液的性质
• （一）溶剂的光学性质——丁铎尔(Tyndall)效应
– 如果将一束强光射入胶体溶液，在光束的垂直方向 上可以看到一条发亮的光柱，这种现象称为丁达尔 效应，又称乳光效应。
• 一高分子化合物的概念
• （一）定义：高分子化合物（又称大分子 化合物）是指相对分子质量在一万以上， 甚至高达几百万的物质。
•
（二）分类：天然高分子化合物和合成高 分子化合物。
• （三）特点
第五章 胶体的稳定性(精心制作)
高分子的絮凝作用和保护作用
2020/4/5
5.2 高分子化合物的絮凝作用
据研究分析，最佳值大约为固体 粒子表面吸附高分子化合物达到饱 和时的一半吸附量。因为这时高分 子在固体粒子上架桥的给予最大。
2020/4/5
用聚丙烯酰胺 絮凝3 ~ 5目硅胶悬浮体
5.2 高分子化合物的絮凝作用
3 絮凝剂的分子量 絮凝剂的分子质量越大则架桥能力越强，絮凝效率也越高。 絮凝剂
价数的六次方成反比。即：
M
:M
2
: M 3
100 :1.6 : 0.3
1
6
:
1
6
:
1
6
1 2 3
上式括号中的分母就相当于反离子的价数，这个规则称为
Schulze-Hardy规则。
2020/4/5
5.1 电解质的聚沉作用
一价离子的聚沉值：25～150mmol/L之间 二价离子的聚沉值：0.5～2mmol/L之间 三价离子的聚沉值：0.01～0.1mmol/L之间
与胶粒所带电荷相同的离子称为同号离子，一般来说他们对胶 体有一定的稳定作用，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。
2020/4/5
5.1 电解质的聚沉作用
4 不规则聚沉
有时少量的电解质使溶胶聚沉，电解质浓度高时沉淀又重新分散成 溶胶，并使胶粒所带电荷符号改变，浓度再高时，又使溶胶再次聚沉。 这种现象称为不规则聚沉。此时，电解质的浓度已经很高，再增加电 解质也不能使沉淀再分散。多发生在高价反离子或有机反离子为聚沉 剂的情况。
作用物质
电解质
高分子
沉淀特点 缓慢、颗粒紧密 迅速、沉淀疏松、过滤快、絮凝剂用
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(2)同价反离子的聚沉能力虽相差不大， 但也有所不同。 如:一价正离子(对负溶胶)聚沉能力： H+﹥ Cs+﹥ Rb+﹥ NH4+﹥ K+﹥ Na+﹥ Li+
一价负离子(对正溶胶)聚沉能力：
F- ﹥Cl- ﹥Br- ﹥I -﹥CNS-
(3)一些有机物离子具有非常强的聚沉能 力。特别是一些表面活性剂(脂肪酸盐)和聚酰 胺类化合物的离子,能有效地破坏溶胶使之聚 沉,这可能是有机物离子能被胶核强烈吸附的 缘故。 2.溶胶的相互聚沉：带相反电荷的溶胶有 相互聚沉能力。例如，用明矾净水*。
2.表面自由能(surface free energy) 任何两相的界面分子与其相内分子所处状况
不同,它们的能量也不同（图5-1）。 等温等压下的表面能称为表面自由能。 系统表面自由能和表面积的关系为
气相
液相
图5-1 液体内部及表层分子 受力情况示意图
dG表=dS (13.1) S ---系统表面积， ---比表面自由能，简称 比表面能（specific surface energy) 若dG表＜0，则dS＜0， 即：表面积缩小过程是自发过程。 故：液体呈球形是自发过程。 此结论对固体物质(dS＜0)同样适用*。 高度分散的溶胶比表面大，所以表面能也大， 它们有自动聚积成大的颗粒而减小表面积的趋势， 称为聚结不稳定。 是热力学不稳定体系。
沸腾 FeCl 3 +3H 2 O F e(O H ) 3 +3H C l
部分Fe(OH)3与HCl作用：
Fe (O H ) 3 + H C l
Fe O C l+ 3 H 2 O
FeOCl
FeO +Cl
+
-
Fe(OH)3胶核就吸附与其组成相似的FeO+ 而带正电荷。 例如AgI溶胶的制备：AgNO3+KI ②胶粒表面分子的离解： 例：硅胶的胶核由许多 xSiO2 · 2O 分子 yH 组成，表层分子与H2O作用生成硅酸: H2SiO3 HSiO3 HSiO3 - +H+ SiO3 2- +H+
特点：①粒子愈小，温度愈高，布朗运 动愈剧烈；且其运动的剧烈程度不随时间而 改变。②其他微粒也有类似现象。 本质*：质点的热运动。
2．扩散和沉降平衡 扩散：当溶胶中的胶粒存在浓度差时,胶 粒将从浓度大的区域向浓度小的区域移动,称 为扩散(diffusion)。 温度愈高，溶胶的粘度愈小,愈容易扩散。 扩散现象是由胶粒的布朗运动引起的。
胶核与吸附层组成胶粒， n﹥x, 胶粒带x正电荷。 4.据呈电中性的要求，胶粒仍然要吸附Cl这部分Cl-借助于扩散作用分布于离胶核较远处 形成扩散层: x Cl｛[ Fe(OH)3]m · nFeO+ (n-x) Cl- ｝x+ · x Cl胶核 胶粒 胶团 胶团间液 吸附层 扩散层
与胶粒带相反电荷的离子，称反离子。
若*把溶胶充满 多孔隔膜*，胶粒被 吸附而固定。由于胶 粒带电,介质必然与 胶粒带相反电荷。 在外电场的作 用下，液体介质将 通过多孔隔膜向带 相反电荷的电极方 向移动。这种现象 称为电渗。
图5-5
电渗示意图
二、胶团结构及溶胶的稳定性
(一) 胶粒带电的原因: ①胶核界面的选择性吸附： 胶粒中的胶核(原子、分子、或分子的聚 集体)有吸附其它物质而降低其界面能的趋势。 胶核常选择性的吸附组成与其相似的离子。 例：制备Fe(OH)3溶胶，反应为:
< 1nm
分散系 真溶液 溶胶
高分子 溶液 缔合 胶体
分散相粒 子的组成 低分子， 离子
胶粒（分子， 原子或离子 聚集体）
性
质
均相，能透过半透膜， 热力学稳定 非均相，不能透过半透 膜，热力学不稳定
均相，不能透过半透膜， 热力学稳定，透明 均相，不能透过半透膜， 热力学稳定，透明 非均相，不能透过半透 膜，热力学不稳定
㈡高分子溶液： 高分子化合物溶液的分散相粒子大小在胶体 范围内，属于胶体溶液。其分散相是以单个分子 分散在介质中,为均相分散系。如:蛋白质溶液。 ㈢缔合胶体： 是由溶液中的表面活性剂分子—具有亲水的 极性基团和亲油的烃基 *的两亲分子—超过某一特 定浓度,分子在溶液内部缔合形成分子集团,即所 谓“胶团”或“胶束”作为分散相粒子形成的分 散系。 表面活性物质的这种缔合作用是自发的和可逆 的,因而与溶胶不同,缔合胶体是热力学稳定体系。
2.胶粒表面水合膜的保护 胶团结构式中的吸附层、扩散层均为水 合膜层－水合双电层，水合双电层犹如一层 弹性膜，阻碍了胶粒间相互碰撞，使胶粒彼 此隔开，不易聚集。 水合膜越厚，胶粒越稳定。 3.布朗运动也是溶胶稳定因素之一。 (四)溶胶的聚沉现象 当溶胶的稳定因素遭到破坏,胶粒碰撞时 合并变大,胶粒就从介质中析出而下沉,称为 聚沉。
Chapter 5 Colloid
第五章
胶
体
胶体是自然界中存在的一种分散体系。它 在生物学、土壤学、医学、气象学、地质学中 都有广泛的应用*。 第一节 第二节 胶体分散系 溶胶
第三节
第四节
高分子溶液
表面活性剂和乳状液
第一节 胶体分散系 一、分散系的分类 分散系(dispersed system) ：
当向溶胶中加入一定量电解质时,迫使一部 分反离子从扩散层进入吸附层，反离子抵消了更 多的胶粒电荷，扩散层变薄。 若反离子全部进入了吸附层时，扩散层消失，
胶粒呈电中性，无电泳现象，处于等电状态。
有时外加电解质的量过多时，甚至可以使胶
粒电性改变，称再带电现象 。
(三)溶胶的稳定因素和聚沉
溶胶是热力学上的不稳定体系。其稳定性因 素主要是胶粒带电和水合膜的存在。 1.胶粒带电 胶粒都带有相同符号的电荷，胶粒之间相互 排斥，即两个胶粒间存在着静电斥力，阻止两胶 粒合并变大。因此溶胶中的胶粒能相对稳定地存 在。 但是，当胶粒的动能增大到能克服这种静电 斥力时，胶粒间就会相互碰撞合并，出现聚沉。
第二节 溶 胶的性质
一、溶胶的基本性质 (一)光学性质 溶胶有乳光现象。 令一束聚焦的光束通过 溶胶，则从侧面可以看到 一个发光的圆锥体，这种 现 象 称 为 Tyndall 效 应 (Tyndall effect) 。
乳光现象产生原因：
Tyndall现象
d>>λ d<<λ
d略小于*λ 或接近于λ
就是一种或几为分散相(dispersed phase)或分散质，而容纳分散相的连续介质称为 分散介质(dispersed medium)或分散剂。 按照分散相粒子的大小，可以把分散系分为 真溶液、胶体分散系、和粗分散系。表5-1
分散相 粒子大 小
(二)溶胶的动力学性质 1.布朗运动(Brownian movement) 将一束强光透过溶胶并在光的垂直方向用 超显微镜 * 观察，可以观察到溶胶中的胶粒在 介质中作不规则运动。称为Brown运动。 原因：周围分散介质的分子从各个方向以 不同的力撞击胶粒，故每一瞬间胶粒所受到的 合力方向和大小在不断改变，胶粒处于不断的 无秩序运动的状态。
硅酸电离出的H+扩散到介质中去， SiO32则留在胶核表面,结果使胶粒带负电荷。 (二) 胶粒的双电层结构 胶团结构的形成: 1. m个Fe(OH)3分子聚成的固体粒子---胶核。 [ Fe(OH)3]m 2.胶核吸附离子: 选择性吸附nFeO+离子，带正电。 3. 静电作用，吸附少量Cl- , (n-x) Cl吸附层： nFeO+ · (n-x) Cl-
光波环绕胶粒向各个方向散射，成为散射光 或称乳光。
应用： a、区分真溶液、悬浊液和溶胶
真溶液，悬浊液均无明显的丁铎尔现象，故 丁铎尔现象是区分真溶液、悬浊液和胶体的最简 便的方法。
b、制成超微显微镜，观察溶胶粒子的存在
Ⅰ、超显微镜可观察到半径为5~150nm的粒子, 而普通显微镜最多看到半径为200nm的粒子。 Ⅱ、超显微镜看到的是光线散射后所成的发 光点而不是粒子本身*。
粗分散系：分散相粒子大于100nm，是由许多分
子或离子聚集而成的，分散质粒子是一个相，而分散
介质分子又是另一个相，故该分散系有两个相，相与 相之间有界面*存在，不均匀*。 界面与表面：对于相互接触的不同聚集状态的物 质，相与相之间的边界皆称界面,相界面上发生的物
理化学现象统称为界面现象。
固相或液相与其蒸汽或与空气相接触的界面习惯 上称为表面，一般在要求不严格的情况下可以通用。
质 中 定 向 移 动 的 现 象 ， 称 为 电 泳 。
在 外 电 场 作 用 下 ， 胶 粒 在 介
意义： ①电泳现象可以说明胶粒带电荷，并且根据 电泳方向可以确定胶粒带何种电荷。 大多金属氢氧化物溶胶的胶粒带正电—称为 正溶胶。 大多数金属硫化物(硅胶,金,银,硫)等带负 电—称为负溶胶。 ②电泳在蛋白质、氨基酸等物质的分离和鉴 定方面有极其重要的应用。 ③有助于了解溶胶的结构及其电学性质。 注意:由于胶粒表面带某种电荷，介质必然 带数量相等且符号相反的电荷，因为整个胶体是 电中性的。
图5-6 胶团结构示意图
注意: 1.胶粒带电，胶团不带电。 2.胶粒带电的正负，取决于选择性吸附 同理：AgI溶胶的胶团结构式为(KI过量)： [(AgI)m· -· nI (n-x)K+]x-· + xK
吸附层与扩散层构成电性相反的两层结构 ---扩散双电层。
滑动面：胶粒移动时,吸附层与扩散层分开的 界面。
其中高分子溶液和缔合胶体为单(均)相分散系。
分散相在分散介质中分散的程度称为 分散度(degree of dispersion)。
1.分散度常用比表面积即比表面(specific surface area) 来表示。 比表面积(S0)：是指单位体积物质所具有 的表面积。 S0 = S/V S-----总表面积 V -----体积 比表面越大，分散度也越大。
一价负离子(对正溶胶)聚沉能力：
F- ﹥Cl- ﹥Br- ﹥I -﹥CNS-
(3)一些有机物离子具有非常强的聚沉能 力。特别是一些表面活性剂(脂肪酸盐)和聚酰 胺类化合物的离子,能有效地破坏溶胶使之聚 沉,这可能是有机物离子能被胶核强烈吸附的 缘故。 2.溶胶的相互聚沉：带相反电荷的溶胶有 相互聚沉能力。例如，用明矾净水*。
2.表面自由能(surface free energy) 任何两相的界面分子与其相内分子所处状况
不同,它们的能量也不同（图5-1）。 等温等压下的表面能称为表面自由能。 系统表面自由能和表面积的关系为
气相
液相
图5-1 液体内部及表层分子 受力情况示意图
dG表=dS (13.1) S ---系统表面积， ---比表面自由能，简称 比表面能（specific surface energy) 若dG表＜0，则dS＜0， 即：表面积缩小过程是自发过程。 故：液体呈球形是自发过程。 此结论对固体物质(dS＜0)同样适用*。 高度分散的溶胶比表面大，所以表面能也大， 它们有自动聚积成大的颗粒而减小表面积的趋势， 称为聚结不稳定。 是热力学不稳定体系。
沸腾 FeCl 3 +3H 2 O F e(O H ) 3 +3H C l
部分Fe(OH)3与HCl作用：
Fe (O H ) 3 + H C l
Fe O C l+ 3 H 2 O
FeOCl
FeO +Cl
+
-
Fe(OH)3胶核就吸附与其组成相似的FeO+ 而带正电荷。 例如AgI溶胶的制备：AgNO3+KI ②胶粒表面分子的离解： 例：硅胶的胶核由许多 xSiO2 · 2O 分子 yH 组成，表层分子与H2O作用生成硅酸: H2SiO3 HSiO3 HSiO3 - +H+ SiO3 2- +H+
特点：①粒子愈小，温度愈高，布朗运 动愈剧烈；且其运动的剧烈程度不随时间而 改变。②其他微粒也有类似现象。 本质*：质点的热运动。
2．扩散和沉降平衡 扩散：当溶胶中的胶粒存在浓度差时,胶 粒将从浓度大的区域向浓度小的区域移动,称 为扩散(diffusion)。 温度愈高，溶胶的粘度愈小,愈容易扩散。 扩散现象是由胶粒的布朗运动引起的。
胶核与吸附层组成胶粒， n﹥x, 胶粒带x正电荷。 4.据呈电中性的要求，胶粒仍然要吸附Cl这部分Cl-借助于扩散作用分布于离胶核较远处 形成扩散层: x Cl｛[ Fe(OH)3]m · nFeO+ (n-x) Cl- ｝x+ · x Cl胶核 胶粒 胶团 胶团间液 吸附层 扩散层
与胶粒带相反电荷的离子，称反离子。
若*把溶胶充满 多孔隔膜*，胶粒被 吸附而固定。由于胶 粒带电,介质必然与 胶粒带相反电荷。 在外电场的作 用下，液体介质将 通过多孔隔膜向带 相反电荷的电极方 向移动。这种现象 称为电渗。
图5-5
电渗示意图
二、胶团结构及溶胶的稳定性
(一) 胶粒带电的原因: ①胶核界面的选择性吸附： 胶粒中的胶核(原子、分子、或分子的聚 集体)有吸附其它物质而降低其界面能的趋势。 胶核常选择性的吸附组成与其相似的离子。 例：制备Fe(OH)3溶胶，反应为:
< 1nm
分散系 真溶液 溶胶
高分子 溶液 缔合 胶体
分散相粒 子的组成 低分子， 离子
胶粒（分子， 原子或离子 聚集体）
性
质
均相，能透过半透膜， 热力学稳定 非均相，不能透过半透 膜，热力学不稳定
均相，不能透过半透膜， 热力学稳定，透明 均相，不能透过半透膜， 热力学稳定，透明 非均相，不能透过半透 膜，热力学不稳定
㈡高分子溶液： 高分子化合物溶液的分散相粒子大小在胶体 范围内，属于胶体溶液。其分散相是以单个分子 分散在介质中,为均相分散系。如:蛋白质溶液。 ㈢缔合胶体： 是由溶液中的表面活性剂分子—具有亲水的 极性基团和亲油的烃基 *的两亲分子—超过某一特 定浓度,分子在溶液内部缔合形成分子集团,即所 谓“胶团”或“胶束”作为分散相粒子形成的分 散系。 表面活性物质的这种缔合作用是自发的和可逆 的,因而与溶胶不同,缔合胶体是热力学稳定体系。
2.胶粒表面水合膜的保护 胶团结构式中的吸附层、扩散层均为水 合膜层－水合双电层，水合双电层犹如一层 弹性膜，阻碍了胶粒间相互碰撞，使胶粒彼 此隔开，不易聚集。 水合膜越厚，胶粒越稳定。 3.布朗运动也是溶胶稳定因素之一。 (四)溶胶的聚沉现象 当溶胶的稳定因素遭到破坏,胶粒碰撞时 合并变大,胶粒就从介质中析出而下沉,称为 聚沉。
Chapter 5 Colloid
第五章
胶
体
胶体是自然界中存在的一种分散体系。它 在生物学、土壤学、医学、气象学、地质学中 都有广泛的应用*。 第一节 第二节 胶体分散系 溶胶
第三节
第四节
高分子溶液
表面活性剂和乳状液
第一节 胶体分散系 一、分散系的分类 分散系(dispersed system) ：
当向溶胶中加入一定量电解质时,迫使一部 分反离子从扩散层进入吸附层，反离子抵消了更 多的胶粒电荷，扩散层变薄。 若反离子全部进入了吸附层时，扩散层消失，
胶粒呈电中性，无电泳现象，处于等电状态。
有时外加电解质的量过多时，甚至可以使胶
粒电性改变，称再带电现象 。
(三)溶胶的稳定因素和聚沉
溶胶是热力学上的不稳定体系。其稳定性因 素主要是胶粒带电和水合膜的存在。 1.胶粒带电 胶粒都带有相同符号的电荷，胶粒之间相互 排斥，即两个胶粒间存在着静电斥力，阻止两胶 粒合并变大。因此溶胶中的胶粒能相对稳定地存 在。 但是，当胶粒的动能增大到能克服这种静电 斥力时，胶粒间就会相互碰撞合并，出现聚沉。
第二节 溶 胶的性质
一、溶胶的基本性质 (一)光学性质 溶胶有乳光现象。 令一束聚焦的光束通过 溶胶，则从侧面可以看到 一个发光的圆锥体，这种 现 象 称 为 Tyndall 效 应 (Tyndall effect) 。
乳光现象产生原因：
Tyndall现象
d>>λ d<<λ
d略小于*λ 或接近于λ
就是一种或几为分散相(dispersed phase)或分散质，而容纳分散相的连续介质称为 分散介质(dispersed medium)或分散剂。 按照分散相粒子的大小，可以把分散系分为 真溶液、胶体分散系、和粗分散系。表5-1
分散相 粒子大 小
(二)溶胶的动力学性质 1.布朗运动(Brownian movement) 将一束强光透过溶胶并在光的垂直方向用 超显微镜 * 观察，可以观察到溶胶中的胶粒在 介质中作不规则运动。称为Brown运动。 原因：周围分散介质的分子从各个方向以 不同的力撞击胶粒，故每一瞬间胶粒所受到的 合力方向和大小在不断改变，胶粒处于不断的 无秩序运动的状态。
硅酸电离出的H+扩散到介质中去， SiO32则留在胶核表面,结果使胶粒带负电荷。 (二) 胶粒的双电层结构 胶团结构的形成: 1. m个Fe(OH)3分子聚成的固体粒子---胶核。 [ Fe(OH)3]m 2.胶核吸附离子: 选择性吸附nFeO+离子，带正电。 3. 静电作用，吸附少量Cl- , (n-x) Cl吸附层： nFeO+ · (n-x) Cl-
光波环绕胶粒向各个方向散射，成为散射光 或称乳光。
应用： a、区分真溶液、悬浊液和溶胶
真溶液，悬浊液均无明显的丁铎尔现象，故 丁铎尔现象是区分真溶液、悬浊液和胶体的最简 便的方法。
b、制成超微显微镜，观察溶胶粒子的存在
Ⅰ、超显微镜可观察到半径为5~150nm的粒子, 而普通显微镜最多看到半径为200nm的粒子。 Ⅱ、超显微镜看到的是光线散射后所成的发 光点而不是粒子本身*。
粗分散系：分散相粒子大于100nm，是由许多分
子或离子聚集而成的，分散质粒子是一个相，而分散
介质分子又是另一个相，故该分散系有两个相，相与 相之间有界面*存在，不均匀*。 界面与表面：对于相互接触的不同聚集状态的物 质，相与相之间的边界皆称界面,相界面上发生的物
理化学现象统称为界面现象。
固相或液相与其蒸汽或与空气相接触的界面习惯 上称为表面，一般在要求不严格的情况下可以通用。
质 中 定 向 移 动 的 现 象 ， 称 为 电 泳 。
在 外 电 场 作 用 下 ， 胶 粒 在 介
意义： ①电泳现象可以说明胶粒带电荷，并且根据 电泳方向可以确定胶粒带何种电荷。 大多金属氢氧化物溶胶的胶粒带正电—称为 正溶胶。 大多数金属硫化物(硅胶,金,银,硫)等带负 电—称为负溶胶。 ②电泳在蛋白质、氨基酸等物质的分离和鉴 定方面有极其重要的应用。 ③有助于了解溶胶的结构及其电学性质。 注意:由于胶粒表面带某种电荷，介质必然 带数量相等且符号相反的电荷，因为整个胶体是 电中性的。
图5-6 胶团结构示意图
注意: 1.胶粒带电，胶团不带电。 2.胶粒带电的正负，取决于选择性吸附 同理：AgI溶胶的胶团结构式为(KI过量)： [(AgI)m· -· nI (n-x)K+]x-· + xK
吸附层与扩散层构成电性相反的两层结构 ---扩散双电层。
滑动面：胶粒移动时,吸附层与扩散层分开的 界面。
其中高分子溶液和缔合胶体为单(均)相分散系。
分散相在分散介质中分散的程度称为 分散度(degree of dispersion)。
1.分散度常用比表面积即比表面(specific surface area) 来表示。 比表面积(S0)：是指单位体积物质所具有 的表面积。 S0 = S/V S-----总表面积 V -----体积 比表面越大，分散度也越大。