第五章 胶体稳定性
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第五章 胶体的稳定性
文献中除特别指明外给出的表面张力数据都是在一定温度下的平衡状态 的数值,因此,静态法测出的数据更为可靠。躺滴法是完全静态法，毛细 升高法一般也归静态法，但通常应用时将液面升到较高位置，再使其缩 回至平衡高度，故形成的气液表面相对新鲜。滴重和滴体积法是半静态 法，相对达到平衡时间较短，测定数据常随液滴形成时间长短而略有变 化。
2 p p pl gh r 2 72 103 3 2 10 9.8 3 10 0.3 103 / 2 1254 N / m2
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18
例5
用滴重法测定一有机液体的表面张力,滴管外径为0.006m,内径为0.0002m。 今测得20滴液体重量为0.0008kg,液体的密度为950kg/m3,液体可润湿管端。 用适当的校正因子计算表面张力。
(ƒ为校正系数,是V/r3的函数,校正因子F= 1/2πƒ )
测定方法：用读数显微镜测准管端外直径r ;由滴出体积 和计数得每一液滴V或重量W ;计算V/r3的值从表查F 。求 σ= (ρ·V·g / r)F ( ρ液体密度）
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5
挂环法
①公式:F=mg=2πR'σ+2π(2r+R') σ=4πRσ F=W总－ W环= 4πRσ, σ = △W/ 4πR ①测定方法: 铂丝圆形挂环挂于扭力天平或 链式天平,环平面恰与液面接触,测 定挂环与液面脱离时的最大拉力W总, 与环重W环之差是所设拉起的液体为 圆柱形的液重F (R'环的内半径,r环 丝半径,2r+R'环的外半径,环平均半 径R= R'+ r )。
求 水 / 汞。 解： 只考虑色散力，有
d d ls gs gl 2 gl gs d d 水 / 庚烷 庚烷 水 2 水 庚 烷 d 可得（已知饱和烷烃 gs＝ gs
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例5
用滴重法测定一有机液体的表面张力,滴管外径为0.006m,内径为0.0002m。 今测得20滴液体重量为0.0008kg,液体的密度为950kg/m3,液体可润湿管端。 用适当的校正因子计算表面张力。
(ƒ为校正系数,是V/r3的函数,校正因子F= 1/2πƒ )
测定方法：用读数显微镜测准管端外直径r ;由滴出体积 和计数得每一液滴V或重量W ;计算V/r3的值从表查F 。求 σ= (ρ·V·g / r)F ( ρ液体密度）
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挂环法
①公式:F=mg=2πR'σ+2π(2r+R') σ=4πRσ F=W总－ W环= 4πRσ, σ = △W/ 4πR ①测定方法: 铂丝圆形挂环挂于扭力天平或 链式天平,环平面恰与液面接触,测 定挂环与液面脱离时的最大拉力W总, 与环重W环之差是所设拉起的液体为 圆柱形的液重F (R'环的内半径,r环 丝半径,2r+R'环的外半径,环平均半 径R= R'+ r )。
求 水 / 汞。 解： 只考虑色散力，有
d d ls gs gl 2 gl gs d d 水 / 庚烷 庚烷 水 2 水 庚 烷 d 可得（已知饱和烷烃 gs＝ gs
胶体的定义和稳定性理论
电解质
负电溶胶的聚沉值（mmol/L）
As2S3溶胶
Au溶胶
AgI溶胶
实验 平 均 实验 平 均 实 验 平均
值
值
值
值
值
值
LiCl
58
LiNO3
—
NaCl
51
Na NO3
—
KCl
49.5
K NO3
50
55
1/2K 2SO4
65.5
Rb NO3
—
CH 3COOK 110
HCl
31
Ag NO3
—
— — 24 — — 25 24 23 — — 5.5 —
平均值 0.068
0.090
0.090
0.0009 0.0009 0.013
0.013
正电溶胶的聚沉值（mmol/L）
显然，聚沉值大，聚沉能力低；反之，聚沉能力大。
聚沉作用的一些实验规律如下： ⑴Schulze-Hardy规则：起聚沉作用的主要是反离子，反离子价数越 高，聚沉效率也越高。一般地，聚沉值与反离子价数的六次方成反比 。 相同价数的反离子聚沉值虽然相近，但也有差异，其顺序为： Li+ > Na+ > K+ > NH4+ > Rb+ > Cs+ Mg2+ > Ca2+ > Sr2+ > Ba2+ SCN －> I－ > NO3－> Br－ > Cl－ > F－ > Ac－ >1/2 SO42－ 这种顺序称为感胶离子序（Holmeister序）。 Schulze-Hardy规则只是用于惰性电解质，即不与溶胶发生任何特殊 反应的电解质。因此电势决定离子、特性吸附离子等都不应包含在内
胶体化学第5章胶体的稳定性
体的移动速度来计算电渗和电动现象，从而判断胶体的稳定性。
02 03
沉降法
沉降法是通过测量胶体在重力场中的沉降速度来判断其稳定性。如果沉 降速度很快，说明胶体的稳定性较差；如果沉降速度很慢，说明胶体的 稳定性较好。
光学法
光学法是通过观察胶体在光学显微镜下的形态来判断其稳定性。如果观 察到明显的聚沉现象，说明胶体的稳定性较差；如果没有观察到明显的 聚沉现象，说明胶体的稳定性较好。
反絮凝
是指通过某些措施使已经 絮凝的胶体重新分散成小 聚集体的过程。
04 胶体的应用
胶体在化学工业中的应用
胶体在化学工业中有着广泛的应用， 如涂料、颜料、粘合剂、印染等。胶 体作为分散相，能够提高产品的性能 和稳定性，改善产品的外观和手感。
胶体在化学工业中还可以用于制备功 能性材料，如光敏材料、电绝缘材料 ห้องสมุดไป่ตู้磁性材料等，以满足不同领域的需 求。
A
B
C
D
电子信息领域
利用胶体化学制备高性能的电子材料和器 件，推动电子信息技术的进步和发展。
能源与催化领域
利用胶体化学制备高效催化剂和燃料添加 剂，提高能源利用效率和减少环境污染。
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THANKS
分散剂的作用
分散剂可以降低胶体粒子 之间的相互作用力，使胶 体粒子在介质中均匀分散。
分散剂的种类
常用的分散剂包括表面活 性剂、高分子物质等。
胶体的絮凝与反絮凝
胶体的絮凝
是指在某些条件下，胶体 粒子通过相互作用形成较 大聚集体的现象。
絮凝的条件
电解质、高分子物质、温 度变化等都可能引起胶体 的絮凝。
根据分散相粒子的大小，胶体可 分为粗分散体系、溶胶、高分子 溶液和缔合胶体等。
表面与胶体化学—胶体的基本性质(三)
电解质离子在固液界面的吸附 1.离子晶体的选择性吸附
离子晶体总是选择性地吸附与其晶格 相同或相似的离子,并形成难溶盐。
例如：当Na2SO4与过量的BaCl2在溶 液中形成BaSO4沉淀时，由于BaCl2过量， 生成的BaSO4沉淀物总是优先吸附溶液 中的Ba2+使表面带正电荷，Cl-以扩散状 分布于粒子附近。
实用文档
12
胶体粒子
可滑动面 扩散层
{ [AgI]m n I- . (n-x) K+ }x-
胶核
2.静电物理吸附
紧密层
x K+
带电固体表面对溶液中带 电符号相反离子有库仑引力 作用而使其浓集于表面周围 的扩散层中，并最终使表面 电荷中和。异电离子价数越 高，其吸附能力越强，这是 由静电引力决定的。
实用文档
9
不同电解质对溶胶的聚沉值/mmol·L-1
As2S3 (负溶胶)
LiCl
58
NaCl
51
KCl
49.5
ห้องสมุดไป่ตู้
KNO3 CaCl2
50 0.65
MgCl2 MgSO4
0.72 0.81
AgI (负溶胶)
LiNO3 NaNO3 KNO3 RbNO3 Ca(NO3)2
165 140 136 126 2.40
-
I
-
I
-
I
-
II
-
I
-
I
+
K
-
-
+
+ I
-
-I
-
I
I
K+
+
K
K+ K I- I - I -
离子晶体总是选择性地吸附与其晶格 相同或相似的离子,并形成难溶盐。
例如：当Na2SO4与过量的BaCl2在溶 液中形成BaSO4沉淀时，由于BaCl2过量， 生成的BaSO4沉淀物总是优先吸附溶液 中的Ba2+使表面带正电荷，Cl-以扩散状 分布于粒子附近。
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胶体粒子
可滑动面 扩散层
{ [AgI]m n I- . (n-x) K+ }x-
胶核
2.静电物理吸附
紧密层
x K+
带电固体表面对溶液中带 电符号相反离子有库仑引力 作用而使其浓集于表面周围 的扩散层中，并最终使表面 电荷中和。异电离子价数越 高，其吸附能力越强，这是 由静电引力决定的。
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不同电解质对溶胶的聚沉值/mmol·L-1
As2S3 (负溶胶)
LiCl
58
NaCl
51
KCl
49.5
ห้องสมุดไป่ตู้
KNO3 CaCl2
50 0.65
MgCl2 MgSO4
0.72 0.81
AgI (负溶胶)
LiNO3 NaNO3 KNO3 RbNO3 Ca(NO3)2
165 140 136 126 2.40
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K
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+ I
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+
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K+ K I- I - I -
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。
讲-第章-胶体的稳定性
(iii)若H >0，S <0，均可使G >0，此时焓变及 熵变均使系统稳定，为复合稳定。（温度对稳定的影 响不明显）
(ii) 脱水效应—高聚物分子由于亲水，其水化作用较胶粒 水化作用强(憎水)，从而高聚物的加入夺去胶粒的水化外壳 的保护作用。
(iii) 电中和效应—离子型高聚物的加入吸附在带电的胶 粒上而中和胶粒表面电荷。
2. 空间稳定理论（ steric stabilization）
向溶胶中加入高聚物或非离子表面活性剂，虽降低了电势， 但却显著地提高了溶胶系统的稳定性，这是用DLVO理论所解 释不了的。这种结果可用空间稳定理论加以解释。空间稳定理 论认为这是由于溶胶粒子表面吸附了高聚物，吸附的高聚物层 引起系统的G >0.
可见，聚沉能力是聚沉值的倒数，即聚沉值愈小，该电解 质的聚沉能力就愈大；反之，聚沉值越小的电解质，其聚沉能 力越强。
（1）电解质中与胶粒所带电荷相反的离子是其主要聚沉作用 的离子，并且离子价数越高，电解质的聚沉能力越大。
对某一给定溶胶，一、二、三价反离子聚沉值的比例大约是：
100 :1.6 : 0.14
当x缩小，先出现一 极小值F，则发生粒子的
Born排斥 {U}
聚集称为絮凝（可逆的）。
UR ∝exp{-x} —德拜参量
Umax
当x再缩小，则出现 极大值Umax。只有两胶 粒通过热运动积聚的动 能超过15kT时才有可能
超过此能量值，进而出 现极小值C，在此处发
生粒子间的聚沉（不可 逆）。
势垒
exp( Ze0 ) 1
2kT
exp( Ze0 ) 1
2kT
B：常数； ：介电常数；Z：分散离子价数 ； ：复合比 (complex ration) ; kB :波尔滋曼常数
(ii) 脱水效应—高聚物分子由于亲水，其水化作用较胶粒 水化作用强(憎水)，从而高聚物的加入夺去胶粒的水化外壳 的保护作用。
(iii) 电中和效应—离子型高聚物的加入吸附在带电的胶 粒上而中和胶粒表面电荷。
2. 空间稳定理论（ steric stabilization）
向溶胶中加入高聚物或非离子表面活性剂，虽降低了电势， 但却显著地提高了溶胶系统的稳定性，这是用DLVO理论所解 释不了的。这种结果可用空间稳定理论加以解释。空间稳定理 论认为这是由于溶胶粒子表面吸附了高聚物，吸附的高聚物层 引起系统的G >0.
可见，聚沉能力是聚沉值的倒数，即聚沉值愈小，该电解 质的聚沉能力就愈大；反之，聚沉值越小的电解质，其聚沉能 力越强。
（1）电解质中与胶粒所带电荷相反的离子是其主要聚沉作用 的离子，并且离子价数越高，电解质的聚沉能力越大。
对某一给定溶胶，一、二、三价反离子聚沉值的比例大约是：
100 :1.6 : 0.14
当x缩小，先出现一 极小值F，则发生粒子的
Born排斥 {U}
聚集称为絮凝（可逆的）。
UR ∝exp{-x} —德拜参量
Umax
当x再缩小，则出现 极大值Umax。只有两胶 粒通过热运动积聚的动 能超过15kT时才有可能
超过此能量值，进而出 现极小值C，在此处发
生粒子间的聚沉（不可 逆）。
势垒
exp( Ze0 ) 1
2kT
exp( Ze0 ) 1
2kT
B：常数； ：介电常数；Z：分散离子价数 ； ：复合比 (complex ration) ; kB :波尔滋曼常数
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
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A z
2
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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 胶体和胶体的稳定性
a
粒子在此处可形成疏松的不稳定的聚沉物。当外界环境变化 粒子在此处可形成疏松的不稳定的聚沉物。 形成疏松的不稳定的聚沉物 这种聚沉物可重新分离生成溶胶。 时，这种聚沉物可重新分离生成溶胶。
势 能
ER E
形成疏松 的聚沉物
a
x
形成结构紧 密而又稳定 的沉积物
Emax 0
b
EA 第二最小值 第一最小值
之间， 在 ab 之间， 斥力起主导作 用，势能曲线 上出现极大值 上出现极大值 Emax。当迎面 相撞的一对胶 体粒子所具有 的平动能足以 克服这一势垒 时，它们就会 进一步
靠拢发生聚沉。 靠拢发生聚沉。若Emax >15kT ，一般胶体粒子的热运动无法克 就不会发生聚沉。越过E 势能曲线出现第一最小值。 服，就不会发生聚沉。越过 max后，势能曲线出现第一最小值。 落入此陷阱的粒子发生不可逆聚沉形成紧密而又稳定的聚沉物。 落入此陷阱的粒子发生不可逆聚沉形成紧密而又稳定的聚沉物。
return
电位离子 反离子
胶核
滑动面 胶团边界 吸附层 扩散层
胶粒
ξ电位 电位
Ψ电位 电位
胶体的结构
胶体的稳定性对生活的影响
产品 墨水 纳米防水剂 碳纳米管 废水处理 处理的效果 锅炉污垢沉积 气体尘埃
3 溶胶的稳定与聚沉 胶体具有较大的表面积，较大的比表面 积因而在热力学上是不稳定的。 但很多胶体可以在一定时间内稳定存在 的。
溶胶稳定的原因： 溶胶稳定的原因： 1) 胶粒带电 增加胶粒间的排斥作用； 增加胶粒间的排斥作用； 2) 溶剂化作用 形成弹性水化外壳，增加溶胶聚合的 形成弹性水化外壳， 阻力； 阻力； 3) Brown运动 使胶粒受重力的影响而不下沉。 Brown运动 使胶粒受重力的影响而不下沉。 4) 高分子在胶粒表面吸附形成弹性膜 ， 对胶体产生机 高分子在胶粒表面吸附形成弹性膜， 械阻隔。 明胶大分子。 械阻隔。如：明胶大分子。 5) 小分子吸附到胶粒表面， 改变胶粒的亲液性、 电荷 小分子吸附到胶粒表面 ， 改变胶粒1.3和胶体具有相似性质的物质
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物具有稳定作用。
精品课件
5.6 高分子化合物的稳定作用
（2）溶胶被保护后，物化性质发生变化 （3）吸附需要时间，高分子化合物添加方法
和顺序对溶胶的稳定性有影响。 （4）常用“金数”或“红数”来表示大分子
溶液对金溶液的保护能力。金值越小，保 护剂的能力越强。
为了保护10cm3 0.006%的金溶胶，在加入1 cm310% NaCl溶液后不致聚沉，所需高分子的最少质量称为金值， 一般用mg表示。
H : 离子之间的最
5.2 DLVO理论
低电位情况下：
精品课件
5.2 DLVO理论
3.胶体粒子之间的位能曲线
VVaVr
球形颗粒
精品课件
5.2 DLVO理论
当粒子的动能大于势垒时方 能聚沉。
能垒大于15KT可阻止热运动 产生的聚沉。
第一最低位能点：聚沉 沉淀，紧密、稳定
第二最低位能点：胶体稳定 结构疏松，触变性。
5.2 DLVO理论
精品课件
5.2 DLVO理论
2. 双电层的排斥能
高电位：
精品课件
5.2 DLVO理论
球形粒子
Vr 64rn0 2kT0 2exp(H)
z e0
0
e 2kT
z e0
1
e 2kT 1
n0 : 单位体积粒子数 ψ0:粒子表面电势
r : 粒子半径 精品课件
ε: 介电常数 κ: 离子氛半径的倒
1.质点间的范德华吸引能
胶粒之间的相互作用可看作是分子作用的加和
若两个球形粒子体积相等
Va
A 12
r H
H: 两球表面之间的最短距离 r : 胶粒半径 A：Hamaker常数 （与物质有关 10-19～10-20 J)
在介质中，A 精 品课(件 A质点 A介)质 2
5.2 DLVO理论
精品课件
电解质的聚沉值与胶粒的异电性离子的 价数的6次方成反比
c ( j1 ):c ( j2 ):c ( j3 ) (1 1 )6:(1 2 )6:(1 3 )6
Cj(i) : i 价电解质的聚
沉值
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5.1 电解质的聚沉作用
(b) 价数相同的反离子的水合半径越小，聚沉 能力越强。
例如，对一价阳离子,按聚沉能力排列： H+ > Cs+ > Rb+ > NH4+ > K+ > Na+ > Li+
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5.6 高分子化合物的稳定作用
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5.7 空间稳定理论简介
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5.7 空间稳定理论简介
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5.7 空间稳定理论简介
空间稳定的两种作用： （1）体积限制效应，构象熵的损失； （2）渗透压效应，局部 浓度增大导致
V 0 dV dH 0
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5.2 DLVO理论
临界聚沉值
cB3(Ak2Tz)6504
(a) 当表面电势较高时，γ0 →1，c∝z-6 当表面电势较低时, γ0≈zeψ0/4kT c∝ψ04/z2
(b) 聚沉值与分散介质的介电常数的三次方
成正比
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5.3 快速聚沉动力学
1.Smoluchowski快速聚沉的数学处理
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5.5 高分子化合物的絮凝作用
③高分子的分子质量越大，则架桥能力越强，絮凝 效率也越高。
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5.5 高分子化合物的絮凝作用
④高分子化合物的基团性质与絮凝有关，有良好絮凝作 用的高分子化合物至少应具有能吸附于固体表面的基团，同 时这种基团还能溶解于水中，所以基团的性质对絮凝效果有 十分重要的影响。
常见的基团有：－COONa,－CONH2（酰胺 ），－OH,－SO3Na等。 ⑤絮凝过程是否迅速、彻底，这取决于絮凝物的大小和
结构、性能与絮凝剂的混合条件、搅拌的速率、强度等，甚 至容器的形状、絮凝剂浓度、加入的速率等都有影响。
一般要求混合均匀、搅拌缓慢、絮凝剂的浓度要低、加
入速率较慢为好。
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用量少等优点。
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5.5 高分子化合物的絮凝作用
3.絮凝作用的特点 ①起絮凝作用的高分子化合物一般要具有链状
结构，凡是分子是交联的，或者是支链结构的，其 絮凝效果就差，甚至没有絮凝能力。
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5.5 高分子化合物的絮凝作用
②任何絮凝剂的加 入量都有一最佳 值，此时的絮凝 效果最好，超过 此值絮凝效果就 下降，若超出很 多，反而起到保 护作用。
第五章 胶体稳定性
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溶胶的胶团结构
因为胶粒的大小常在1～100nm之间，故每一胶粒必然 是由许多分子或原子聚集而成的。
胶核（colloidal nucleus）：由分子、原子或离子形成的难 溶的质点，它是胶体颗粒的核心。
胶粒（colloidal particle）：滑动面所包围的带电体, 包 括胶核及其表面所吸附的离子和一部分被吸附的反离子。
（1）粒子聚沉过程以双分子反应方式进行。 （2）聚沉时间与粒子浓度n0成反比 （3）快速聚沉与电解质浓度无关 （4）粒子间远距离相互吸引导致接触而聚沉。
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5.3 快速聚沉动力学
2.仅考虑一级粒子情况
单位体积粒子数n0,粒子间斥力消失，考虑某一半 径为r的粒子，碰撞概率为：
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5.3 快速聚沉动力学
(3) 高分子化合物的作用
在溶胶中加入少量高分 子化合物可使溶胶聚沉， 称为敏化作用(絮凝作用)。
在溶胶中加入足够多
的高分子化合物，则会阻
止溶胶的聚沉，称为空间
保护作用。
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问题：
• 江河出口处为什么形成三角洲? • 雷雨是如何产生的？为什么会雷电和
暴雨交加？ • 怎样除烟去尘?
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5.2 DLVO理论
0K.3[6F9e(CN)6]
0.0
MgSO4
0.80
1/2Al3(SO4)3
0.096
AlCl3
精品课件 0.093
5.1 电解质的聚沉作用
3.影响电解质聚沉能力的因素： (1) 主要取决于与胶粒所带电荷相反的离子（反
离子）所带的电荷数（即价数）。反离子的 价数越高，聚沉能力越强。 Schulze-Hardy rule
胶团结构式为:
胶粒
[ (AgI)m 胶核
nI－ (n－x)K+] x－ xK+ 胶团
在同一个溶胶中, 每个固体微粒所含分子个数 m及其所 吸附的离子个数 n 都不一定是相等的。 但整个胶团是电中
性的, 总电荷数应为零, 书写胶团结构时要注意这一点。
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溶胶的稳定性
胶体系统是具有一定分散度的多相系统，有巨大的表面 和表面能，因而从热力学上来说，它是不稳定系统，粒子间 有相互聚结而降低表面能的趋势，即具有易于聚沉的不稳定 性。因此在制备溶胶时必须有稳定剂存在。
胶粒
滑动面
[(AgI)m 胶核
nAg+(n－x)NO3－] x+ xNO3－ 胶团
NO3－ Ag +
NO3－ Ag + (AgI)m
NO3－ Ag +
Ag +
胶粒 = 胶核 +被吸附离子 + 紧密层反离子 胶团 = 胶粒 + 扩散层反离子
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NO3－
AgI胶团示意图
溶胶的胶团结构
如在稀 KI 溶液中缓慢加入少量 AgNO3 稀溶液, 得到 AgI溶胶（负溶胶）, 过剩的 KI 则起稳定剂的作用。
考虑相对运动，则有：
考虑单位体积内所有其他粒子： 考虑动力学：
dn0 dt
16D1an02
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5.3 快速聚沉动力学
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2～1/500 s
5.3 快速聚沉动力学
考虑一般情况下，多级粒子相互间的碰撞：
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5.3 快速聚沉动力学
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5.4 缓慢聚沉动力学
1.缓慢聚沉：与电解质浓度和性质有关。
如无机电解质使胶粒从溶液中沉淀析出，称聚沉过程 (coagulation)；
如高分子化合物使胶体沉淀析出，称絮凝过程 (flocculation)；
如不知为何种试剂，但能使胶体沉淀时，则笼统地称 为聚集过程。
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5.1 电解质的聚沉作用
1.电解质的聚沉作用
在溶胶中加入少量电解质，可以使胶粒吸 附的离子增加，ζ电势提高，增加溶胶的稳定 性，称为稳定剂。
但当电解质的浓度足够大，部分反粒子进 入紧密层，而使ζ电势降低，扩散层变薄，胶 粒之间静电斥力减小而导致聚沉，则称为聚沉 剂。
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5.1 电解质的聚沉作用
2.聚称值和聚沉率
聚沉速率
c1
c电2 解质浓度 c
30
0ζ电势/mV
聚沉值：使溶胶以明显速率聚沉所需的电解质
的最小浓度。
聚沉率：聚沉值的倒数。
胶团（micelle）：整个扩散层及其所包围的电中性体, 包括 胶粒和扩散层中的那部分过剩反离子。 胶团分散于液体介质中便是通常所说的溶胶。
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溶胶的胶团结构
如在稀 AgNO3 溶液中缓慢加入少量 KI 稀溶液, 得到 AgI溶胶（正溶胶）, 过剩的 AgNO3 则起稳定剂的作用。
AgI胶团结构式
（1）吸附高分子提高胶体粒子与 分散介质亲和力，提高稳定性； （2）降低胶体粒子间吸引力。 （3）高分子空间构象随胶粒接近 而变化，形成排斥。
历史悠久：墨汁、颜料、法拉第制备金溶胶
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5.6 高分子化合物的稳定作用
1.优点
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5.6 高分子化合物的稳定作用
2.一般规律 （1）最小量的完全覆盖胶体粒子表面的高分子化合
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5.6 高分子化合物的稳定作用
（2）溶胶被保护后，物化性质发生变化 （3）吸附需要时间，高分子化合物添加方法
和顺序对溶胶的稳定性有影响。 （4）常用“金数”或“红数”来表示大分子
溶液对金溶液的保护能力。金值越小，保 护剂的能力越强。
为了保护10cm3 0.006%的金溶胶，在加入1 cm310% NaCl溶液后不致聚沉，所需高分子的最少质量称为金值， 一般用mg表示。
H : 离子之间的最
5.2 DLVO理论
低电位情况下：
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5.2 DLVO理论
3.胶体粒子之间的位能曲线
VVaVr
球形颗粒
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5.2 DLVO理论
当粒子的动能大于势垒时方 能聚沉。
能垒大于15KT可阻止热运动 产生的聚沉。
第一最低位能点：聚沉 沉淀，紧密、稳定
第二最低位能点：胶体稳定 结构疏松，触变性。
5.2 DLVO理论
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5.2 DLVO理论
2. 双电层的排斥能
高电位：
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5.2 DLVO理论
球形粒子
Vr 64rn0 2kT0 2exp(H)
z e0
0
e 2kT
z e0
1
e 2kT 1
n0 : 单位体积粒子数 ψ0:粒子表面电势
r : 粒子半径 精品课件
ε: 介电常数 κ: 离子氛半径的倒
1.质点间的范德华吸引能
胶粒之间的相互作用可看作是分子作用的加和
若两个球形粒子体积相等
Va
A 12
r H
H: 两球表面之间的最短距离 r : 胶粒半径 A：Hamaker常数 （与物质有关 10-19～10-20 J)
在介质中，A 精 品课(件 A质点 A介)质 2
5.2 DLVO理论
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电解质的聚沉值与胶粒的异电性离子的 价数的6次方成反比
c ( j1 ):c ( j2 ):c ( j3 ) (1 1 )6:(1 2 )6:(1 3 )6
Cj(i) : i 价电解质的聚
沉值
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5.1 电解质的聚沉作用
(b) 价数相同的反离子的水合半径越小，聚沉 能力越强。
例如，对一价阳离子,按聚沉能力排列： H+ > Cs+ > Rb+ > NH4+ > K+ > Na+ > Li+
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5.6 高分子化合物的稳定作用
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5.7 空间稳定理论简介
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空间稳定的两种作用： （1）体积限制效应，构象熵的损失； （2）渗透压效应，局部 浓度增大导致
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临界聚沉值
cB3(Ak2Tz)6504
(a) 当表面电势较高时，γ0 →1，c∝z-6 当表面电势较低时, γ0≈zeψ0/4kT c∝ψ04/z2
(b) 聚沉值与分散介质的介电常数的三次方
成正比
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1.Smoluchowski快速聚沉的数学处理
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5.5 高分子化合物的絮凝作用
③高分子的分子质量越大，则架桥能力越强，絮凝 效率也越高。
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5.5 高分子化合物的絮凝作用
④高分子化合物的基团性质与絮凝有关，有良好絮凝作 用的高分子化合物至少应具有能吸附于固体表面的基团，同 时这种基团还能溶解于水中，所以基团的性质对絮凝效果有 十分重要的影响。
常见的基团有：－COONa,－CONH2（酰胺 ），－OH,－SO3Na等。 ⑤絮凝过程是否迅速、彻底，这取决于絮凝物的大小和
结构、性能与絮凝剂的混合条件、搅拌的速率、强度等，甚 至容器的形状、絮凝剂浓度、加入的速率等都有影响。
一般要求混合均匀、搅拌缓慢、絮凝剂的浓度要低、加
入速率较慢为好。
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3.絮凝作用的特点 ①起絮凝作用的高分子化合物一般要具有链状
结构，凡是分子是交联的，或者是支链结构的，其 絮凝效果就差，甚至没有絮凝能力。
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5.5 高分子化合物的絮凝作用
②任何絮凝剂的加 入量都有一最佳 值，此时的絮凝 效果最好，超过 此值絮凝效果就 下降，若超出很 多，反而起到保 护作用。
第五章 胶体稳定性
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溶胶的胶团结构
因为胶粒的大小常在1～100nm之间，故每一胶粒必然 是由许多分子或原子聚集而成的。
胶核（colloidal nucleus）：由分子、原子或离子形成的难 溶的质点，它是胶体颗粒的核心。
胶粒（colloidal particle）：滑动面所包围的带电体, 包 括胶核及其表面所吸附的离子和一部分被吸附的反离子。
（1）粒子聚沉过程以双分子反应方式进行。 （2）聚沉时间与粒子浓度n0成反比 （3）快速聚沉与电解质浓度无关 （4）粒子间远距离相互吸引导致接触而聚沉。
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2.仅考虑一级粒子情况
单位体积粒子数n0,粒子间斥力消失，考虑某一半 径为r的粒子，碰撞概率为：
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(3) 高分子化合物的作用
在溶胶中加入少量高分 子化合物可使溶胶聚沉， 称为敏化作用(絮凝作用)。
在溶胶中加入足够多
的高分子化合物，则会阻
止溶胶的聚沉，称为空间
保护作用。
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• 江河出口处为什么形成三角洲? • 雷雨是如何产生的？为什么会雷电和
暴雨交加？ • 怎样除烟去尘?
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MgSO4
0.80
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0.096
AlCl3
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3.影响电解质聚沉能力的因素： (1) 主要取决于与胶粒所带电荷相反的离子（反
离子）所带的电荷数（即价数）。反离子的 价数越高，聚沉能力越强。 Schulze-Hardy rule
胶团结构式为:
胶粒
[ (AgI)m 胶核
nI－ (n－x)K+] x－ xK+ 胶团
在同一个溶胶中, 每个固体微粒所含分子个数 m及其所 吸附的离子个数 n 都不一定是相等的。 但整个胶团是电中
性的, 总电荷数应为零, 书写胶团结构时要注意这一点。
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溶胶的稳定性
胶体系统是具有一定分散度的多相系统，有巨大的表面 和表面能，因而从热力学上来说，它是不稳定系统，粒子间 有相互聚结而降低表面能的趋势，即具有易于聚沉的不稳定 性。因此在制备溶胶时必须有稳定剂存在。
胶粒
滑动面
[(AgI)m 胶核
nAg+(n－x)NO3－] x+ xNO3－ 胶团
NO3－ Ag +
NO3－ Ag + (AgI)m
NO3－ Ag +
Ag +
胶粒 = 胶核 +被吸附离子 + 紧密层反离子 胶团 = 胶粒 + 扩散层反离子
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溶胶的胶团结构
如在稀 KI 溶液中缓慢加入少量 AgNO3 稀溶液, 得到 AgI溶胶（负溶胶）, 过剩的 KI 则起稳定剂的作用。
考虑相对运动，则有：
考虑单位体积内所有其他粒子： 考虑动力学：
dn0 dt
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考虑一般情况下，多级粒子相互间的碰撞：
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5.4 缓慢聚沉动力学
1.缓慢聚沉：与电解质浓度和性质有关。
如无机电解质使胶粒从溶液中沉淀析出，称聚沉过程 (coagulation)；
如高分子化合物使胶体沉淀析出，称絮凝过程 (flocculation)；
如不知为何种试剂，但能使胶体沉淀时，则笼统地称 为聚集过程。
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5.1 电解质的聚沉作用
1.电解质的聚沉作用
在溶胶中加入少量电解质，可以使胶粒吸 附的离子增加，ζ电势提高，增加溶胶的稳定 性，称为稳定剂。
但当电解质的浓度足够大，部分反粒子进 入紧密层，而使ζ电势降低，扩散层变薄，胶 粒之间静电斥力减小而导致聚沉，则称为聚沉 剂。
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2.聚称值和聚沉率
聚沉速率
c1
c电2 解质浓度 c
30
0ζ电势/mV
聚沉值：使溶胶以明显速率聚沉所需的电解质
的最小浓度。
聚沉率：聚沉值的倒数。
胶团（micelle）：整个扩散层及其所包围的电中性体, 包括 胶粒和扩散层中的那部分过剩反离子。 胶团分散于液体介质中便是通常所说的溶胶。
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溶胶的胶团结构
如在稀 AgNO3 溶液中缓慢加入少量 KI 稀溶液, 得到 AgI溶胶（正溶胶）, 过剩的 AgNO3 则起稳定剂的作用。
AgI胶团结构式
（1）吸附高分子提高胶体粒子与 分散介质亲和力，提高稳定性； （2）降低胶体粒子间吸引力。 （3）高分子空间构象随胶粒接近 而变化，形成排斥。
历史悠久：墨汁、颜料、法拉第制备金溶胶
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5.6 高分子化合物的稳定作用
1.优点
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5.6 高分子化合物的稳定作用
2.一般规律 （1）最小量的完全覆盖胶体粒子表面的高分子化合
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