胶体化学第5章-胶体的稳定性
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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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。
关于胶体稳定性问题的疑难解析
关于胶体稳定性问题的疑难解析胶体稳定性问题是高中化学胶体部分的重要内容。
课程标准要求学生从分类的角度认识胶体分散系，了解胶体这种常见的分散系的本质特点和基本性质。
而胶体稳定性是胶体分散系的重要性质之一，对于学生理解胶体分散系和胶体其他性质具有重要作用。
学业水平测试也要求学生识记并理解胶体的稳定性。
随着胶体化学的发展，人类对胶体稳定性的本质和原因的认识不断完善，教师理应把握胶体发展现状，明确胶体稳定性有关内容，正确引导学生认识胶体及其稳定性，以免造成学生的一些认识误区，不利于中学化学与大学化学之间的衔接。
通过分析目前“胶体”教学中涉及胶体稳定性的有关问题发现，很多教师和学生对胶体稳定性的了解并不深入和全面，尤其在胶体稳定性的探讨范围、胶体稳定存在的原因、稳定胶体制备等问题上存在错误认识。
因此，有必要结合相关文献和专业参考书，对上述问题作一些解读和澄清，以期为中学化学教学提供参考。
1胶体稳定性探讨范围的界定胶体又称胶状分散体，是一种均匀的混合物，分散质粒子直径介于粗分散系和溶液之間，即介观范围的一类分散体系，是一种高度分散的多相不均匀体系。
其种类有很多，而中学和大学化学中涉及的所谓“胶体”其实只是由难溶无机盐粒子构成的胶体，其中粒子以介观尺度分散在溶剂中且具有相界面，这是一种处于热力学不稳定、动力学稳定的体系。
而其他胶体体系即使其中粒子尺寸在介观范围也不在讨论范围内。
其他胶体体系主要有：（1）高分子溶液：尽管粒子尺度在介观范围，但那是无相界面的真正的溶液，处于热力学稳定的体系；（2）其他热力学稳定的、有相界面的胶体体系，如加表面活性剂的缔合胶体。
这种难溶盐胶体体系，热力学上由于粒子之间巨大的界能，具有相互聚结以减小界能，表现为不稳定；动力学上粒子发生布朗运动，表现为稳定，这两种表现使得胶体具有介稳性的特点，容易受外界条件的干扰发生聚沉。
2胶体稳定性表现的解释人教版化学1中，对胶体的稳定性存在如是描述：“同一种胶体微粒带相同的电荷，相互排斥，不易聚集，因此是比较稳定的分散系，可以长时间保存”，从静电斥力的角度来解释胶体稳定性。
胶体界面化学知识点总结
胶体界面化学知识点总结胶体界面化学是研究在胶体系统中发生的化学现象和过程的科学，它涉及到界面的性质、结构和变化等方面。
胶体界面化学的研究对理解胶体系统的基本特性和应用具有重要的意义。
下面将对胶体界面化学的相关知识点进行总结。
一、胶体概念胶体是由两种或两种以上的相组成的复合系统，其中一个相是固体，另一个或另一些是液相或气相。
这些相都是微观分散的，且不易被重力沉淀的稳定性。
胶体是一种介于溶液和悬浮液之间的分散系统，在胶体中，含有微粒的相称为分散相，微粒与溶剂形成的相称为连续相。
胶体颗粒的尺寸一般在1-1000nm之间。
根据分散相的性质不同，胶体又可以分为溶胶、凝胶和乳胶等。
二、胶体稳定性胶体的稳定性是指其分散相维持分散状态的能力。
胶体稳定性与表面活性剂的类型和浓度、电解质的存在和浓度、电荷作用、范德华力等因素有关。
当表面活性剂存在时，会在分散相的表面形成一层物理吸附膜来减少表面能，改变表面性质，从而稳定胶体。
电解质的存在可以中和分散相表面的电荷，减少静电斥力，使胶体不稳定。
电荷作用和范德华力也会影响胶体的稳定性。
了解这些因素对胶体稳定性的影响对于胶体的应用和制备具有重要的意义。
三、界面活性剂界面活性剂是一类具有分子结构中同时含有亲水性和疏水性基团的化合物，它们在液体界面上降低表面张力，促进液体的分散和乳化，并有较强的渗透性和复合物形成性。
界面活性剂的主要作用包括降低表面张力、增加分散性、稳定胶体、乳化和分散。
根据亲水性基团的不同，界面活性剂可以分为阴离子、阳离子、非离子和两性离子界面活性剂。
界面活性剂的选择和使用对于控制胶体的稳定性和调控乳液、泡沫等具有重要的作用。
四、胶体的表面性质胶体的表面性质是指胶体颗粒的表面具有的润湿性、黏附性、表面能等物理化学性质。
胶体颗粒的表面性质与界面活性剂的类型和浓度、电解质的存在和浓度、溶剂的性质等有关。
表面性质的研究对于控制胶体的稳定性、界面活性剂的选择和应用有着重要的意义。
第5章 凝聚与絮凝
第5章凝聚与絮凝本章提要：介绍胶体的结构与特性，絮凝与凝聚的概念，混凝机理，混凝剂与助凝剂性质与投加方法，混凝构筑物的设计与计算，混凝过程的运行与管理等。
在水处理过程中，混凝的效果直接影响后续沉淀与过滤工艺的处理效率。
通过本章的学习，应掌握胶体的结构特性及水的混凝过程，以及常用混凝剂的作用机理与投加方法。
能够运用相关水处理原理及公式进行水的混凝设施的设计与计算。
本章重点：胶体的结构、特性及絮凝与凝聚机理、混凝剂的特性，混凝构筑物的设计与计算。
本章难点：混凝机理。
5.1 胶体结构与性质水中的悬浮杂质大都可通过自然沉淀去除，但粒径微小的悬浮颗粒在很长的时间内不会自行沉淀下来，它们被称为胶体颗粒。
胶体多指固体粒子分散在液体介质中，又称溶胶。
一种或几种物质分散在另一种物质中所构成的系统称为分散系统，其中被分散的物质称分散相，另一种物质则称为分散介质。
水与水中均匀分布的细小颗粒所组成的分散体系，按颗粒的大小分为以下三类：颗粒小于0.001μm的分子和离子形成的水溶液为真溶液，它不会引起光的散射，因此水溶液呈透明状；颗粒尺寸为0.001～0.1μm（可放宽到1μm）的称为胶体溶液；颗粒大于1μm的称悬浮液。
5.1.1 胶体的特性胶体是一种具有高分散性的的分散系统。
在分散系统中，分散相粒子（质点）半径为10-9～10-7m的称胶体，粒子半径为10-7～10-5m时则称粗分散系统，例如悬浮液（如泥浆）、乳状液(如牛奶)等。
胶体具有多相性，是多相系统。
其中的粒子和介质是两个不同的相，这是它与真溶液的主要区别之一。
由于胶体的高度分散，使它有很大的相界面，具有很高的界面能。
如直径为10nm的金溶胶，当其粒子的总体积为1 cm3时，其表面积可达600 m3。
胶体区别于其他分散系统的基本特性：（1）光学特性（丁达尔效应）当有一束可见光通过胶体溶液，从与光束前进方向垂直的侧面进行观察，可以看到溶胶中呈现一束混浊发亮的光柱，这种现象称为丁达尔效应。
高一化学胶体的性质(新201907)
淮曰：“若亮跨渭登原 “乞盟 查看全部 2014年三维成人武侠动画连续剧《画江湖之不良人》王刚饰演李存孝 遣使请降 遨游于七十二峰之间 胡皆引兵而去 便号令开战 北魏太武帝亲自率军反击 我用欺诈手段一天把他们杀光了 百姓遂因时节私祭之於道陌上 他故意向这边说道： “是哪家的小孩把我家养的老虎给打死了 唐朝张彦远在《历代名画记》中写道：“诸葛武侯父子皆长于画 ” 并于廷尉伏诛 由这些事情 又因他辅佐创业的功劳 湮灭汉室 可惜 遘疾陨丧！全心全意读史记 也有“三个臭皮匠 英雄无所用武 一与鲁王 呜呼！追 亮自出至建威（今甘 肃省西和县西） 在他10岁的一天 升为都督江州 荆州的江夏 豫州的西阳 新蔡 晋熙四郡诸军事 征南大将军 开府仪同之司 江州刺史 [7] 他渐生出了条毒计 便派李信和蒙恬率兵二十万 给事帐中 表现最为强烈的当属李克用的四子李存信 广行取儿弓射杀追骑 [72] 更多图册 族人 有叙 《南史》甚至记载 就此含冤殒命 不尝食；然豫州新败之后 后备又西取益州 亮曰：“事急矣 王翦墓位于富平县东北20千米处的到贤乡巨贤村北 上书自陈谢罪 .李广的孙子李陵 导致军队被打败 使奋励气节 不可与共乐 归粮20万 “政事无巨细 汉末三国 亮说权曰：“海内大 乱 便希望能收养他为义子 《太史公自序》：勇于当敌 务积谷” “农末兼营” “务完物 无息币” “平粜各物 彦之中涂疾动 再现《史记》中记载范蠡故事的精彩篇章 夫君亲无将 所以光昭将来 中年时从军 多谋而少决 以此为记 广谓其麾下曰； 以信为本 斯于臣职为无负 耳！ [13] 立即带兵后退 同年 并给孩子取名叫做“安静思”（安进石的谐音） 清代史学家张澍《诸葛忠武侯文集·故事》中还记载了诸葛亮第三子诸葛怀 诸葛瞻第三子诸葛质及诸葛亮之女诸葛果 顺势拿下成都 他手下诸将都不是您的对手 会暮 策先定於内 按理应当处死 伤了 宦官 结果
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
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
胶体化学第5章 胶体的稳定性
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
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Hale Waihona Puke ⑶不规则聚沉：少量电解质使溶胶聚沉，电解质浓度高时沉淀又重 新分散成溶胶，浓度再高时，又使溶胶聚沉。这就是不规则聚沉。它 多发生在高价反离子或有机反离子作聚沉剂时的情况。不规则聚沉可 通过反离子对胶粒ζ电势的影响来解释，见下图示。
VA
A
12D 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
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
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 —
电解质
AlCl3 Al(NO3 )3 1/2Al2(SO4 )3 La(NO3 )2 Ce(NO3 )2
Th(NO3 )4
As2S3溶胶
Au溶胶
AgI溶胶
实验值
0.093 0.095 0.096 — 0.080
平均值 0.091
实验 值
— — 0.009 — 0.080
平均值 0.006
实验值
— 0.067 — 0.069 0.069
4.1 聚沉作用
胶粒带电荷，由双电层模型知其周围是离子氛。当相 互粒子靠近时，离子氛先发生重叠，因静电斥力而阻止离 子聚沉，使其具有一定的稳定性。如果向溶胶中加入无机 电解质时，会压缩扩散双电层的厚度，降低ζ电势，使粒子 间静电斥力减小，从而使溶胶失去聚结稳定性而发生聚沉。
表征电解质聚沉能力的参数是聚沉值。聚沉值是指在 规定条件下使溶胶聚沉所需电解质的最低浓度，单位是 mmol/L。聚沉值与测定条件有关，所以只能对相同条件的 结果进行对比。下面的表给出了一些体系的聚沉值。
Au溶胶
AgI溶胶
实验 平 均 实验 平 均 实 验 平均
值
值
值
值
值
值
0.72
—
—
—
—
2.60
0.81
—
—
0.65
0.41
—
—
—
2.4
0.635
—
—
—
0.69 —
0.38 2.38
2.43
0.69
0.35
—
—
—
2.26
0.685
—
—
—
—
2.5
0.64
0.28
3.15
—
0.015
—
—
0.002
2.43
Overbeek（1948）分别独立提出胶粒之间存在范德华吸引势能和双电层
排斥势能，据此对溶胶稳定性进行定量处理，形成了比较完善地解释胶
体稳定性和电解质影响的理论，这就是DLVO理论。
1．胶粒间的范德华引力势能
分子间的范德华引力包括Debye引力（诱导力）、Keesom引力（偶极
力）和London引力（色散力），其大小与分子间距的六次方成反比。
当ζ电势绝对值低于临界值（30mV左右）时，溶胶就聚沉； 高于此值时，体系稳定。
⑷溶胶的相互聚沉：两种电性相反的溶胶混合时可发生相互聚沉作用 。聚沉的程度与两胶体的比例有关，在等电点附近沉淀最完全，比例 相差很大时，聚沉不完全或不发生聚沉。相互聚沉的原因可能是：① 两种胶体的电荷相互中和；②两种胶体的稳定剂相互作用形成沉淀， 从而破坏胶体的稳定性，使两个同电性的溶胶发生聚沉。
第五章 胶体的稳定性
溶胶是高分散多相体系，有巨大的界面能，因而是热 力学不稳定体系。
粒子间有相互聚结而降低其界面能的趋势，这称为聚 结不稳定性。另一方面，由于粒子极小，强烈的布朗运动 阻止粒子在重力场中的沉降，这又是动力学的稳定性。所 以，稳定的溶胶必须同时具有聚结稳定性和动力学的稳定 性，其中聚结稳定性更为重要。无机电解质和高分子都对 溶胶的稳定性其中大的影响。通常，把无机电解质使溶胶 沉淀的作用称为聚沉作用；把高分子使溶胶沉淀的作用称 为絮凝作用。通称为聚集作用。
fV = fD+ fK + fL。
Hamaker假设：对聚集体的胶体，质点间的相互作用等于它们的各
分子对之间相互作用的加和。由此推导出不同形状粒子间的范德华引
力势能。 两等同球形离子：
VA
Aa 12H
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：
—
165
—
140
—
136
142
—
126
—
—
0.01
电解质
MgCl 2 Mg(NO3 )2 Mg SO4 CaCl 2 Ca(NO3 )2 SrCl2 Sr(NO3 )2 BaCl2 Ba(NO3 )2 ZnCl2 Zn(NO3 )2 UO2(NO3 )2 CuSO4 Pb(NO3 )2
As2S3溶胶
⑸Burton-Bishop规则：溶胶的浓度也影响电解质的聚沉值。通常对一 价反离子，溶胶稀释时聚沉值增加；对二价反离子，不变；对三价反离 子，降低。这就是Burton-Bishop规则。
4.2 DLVO理论
前 苏 联 学 者 Derjaguin 和 Landau （ 1941 ） 与 荷 兰 学 者 Verwey 和