第12章_胶体化学2
溶胶粒子与一般离子定向移动的速度数量级接近 而溶胶粒子的质量约为一般离子的1000倍 胶粒所带电荷的数量应是一般离子所带电荷的1000倍
电泳速率与加入的电解质有关：随着加入电解质的增多， 电泳速率变慢。
?
3
电泳应用广泛，例如： 利用电泳速度不同，可将蛋白质分子、核酸分子分离； 在医学上可利用血清的纸上电泳，分离各种氨基酸和蛋白质；
电泳
外加电场引 起相对运动 （液体静止，固体粒子运动）
沉降电势
相对运动产 生电位差
电渗
（固相不动，液体移动）
流动电势
说明：溶胶粒子和分散介质带有不同性质的电荷 溶胶粒子为什么带电？ 溶胶粒子周围的分散介质中，反离子（与胶粒所带电荷 符号相反的离子）是如何分布的？ 电解质是如何影响电动现象的？ ——双电层理论
在 pH 高时羧基形成－ COO－ 而带负电。
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处在溶液中的带电固体表面，在静电力作用，必然要吸 引等电量的、与固体表面上带有相反电荷的离子（即反 离子或异电离子）环绕在固体粒子的周围，这样便在固
液两相之间形成了双电层。
下面简单介绍几个有代表性的关于双电层的理论。
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(1) 亥姆霍兹平板电容器模型 双电层：质点表面电荷与周围介质中的反离子构成的电层； 表面电势0 ：带电点表面与液体的电位差： 电势：固、液两相发生相对运动的边界处与液体内部的电位差
古依和查普曼给出距表面x处的电势与表面电
j = j 0 ekx
式中 的倒数 -1 具有双电层厚度的意义
古依－查普曼模型正确反映了反离子在扩散层中分布的 情况及相应电势的变化，这些观点在今天看来仍是正确的
缺点： 1)把离子视为点电荷，没有考虑离子的溶剂化； 2)没有考虑胶粒表面上的固定吸附层
8
2. 扩散双电层理论
溶胶粒子带电原因：
①离子吸附：固体表面从溶液中有选择性地吸附某种离 子而带电。如AgI溶胶： 溶液中I－ 过量时，可吸附 I－ 而带负电，
溶液中Ag+ 过量时，可吸附 Ag+ 而带正电。
②电离：固体表面上的分子在溶液中发生电离而带电 如蛋白质中的氨基酸分子: 在 pH 低时氨基形成－ NH3+ 而带正电；
11
（2）古依－查普曼扩散双电层模型 静电力：使反离子趋向表面 热运动：使反离子均匀分布
溶 液中的反离子只有一部 分紧密地排在固体表面附近， 相距 约一、二个离子厚称为紧 密层； 另一部分离子按一定的浓度梯 度扩散到本体溶液中，离子的 分
布可用玻兹曼公式表示，称 为扩散层
12
势为0的关系：
1. 电动现象
介绍四种电动现象：电泳、电渗、流动电势、沉降电势。 （1）电泳 在外电场的作用下，胶体粒子 在分散介质 中定向移动的现象， 称为电泳——说明溶胶粒子带电 界面法移动法电泳装置 实验测出在一定时间内界面 移动的距离，可求得粒子的电 泳速度
Fe(OH)3溶胶粒子带正电
1
电势梯度 时溶胶粒子与普通离子的运动速度 100V m1
在陶瓷工业中，利用电泳将粘土与杂质分离，得到高纯度的
粘土等等。
4
（2）电渗 外电场作用下，溶胶粒子不动(如将其吸附固定于棉花或凝胶 等多孔性物质中)，而液体介质做定向流动的现象称为电渗
若没有溶胶存在，液体（如水）与多孔性固体物质或毛 细管接触后，固、液两相多会带上符号相反的电荷，此 时，若在多孔材料或毛细管两端施加一定电压，液体也 将通过多孔材料或毛细管而定向流动，这也是一种电渗 电渗可用于纸浆脱水、陶坯脱水等
+
-
+
-
+
-
+
-
+ -
表面电势φ0 （热力学电势）
斯特恩电势φ
+ -
斯特恩面 滑动面
-
+
-
电势（滑动面
与溶液本体之间 的电位差）
扩散层 斯特恩层(紧密层)
φo
φδ
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电势的大小，反映了胶粒带电的程度， 电势越大，表明：
胶粒带电 ， 滑动面与溶液本体之间的电势差 扩散层厚度 电解质的影响： 溶液中电解质浓度增加时，介质中反 离子的浓度加大，将压缩扩散层使其 变薄，把更多的反离子挤进滑动面以 内，使 电势在数值上变小直至为0
1879年，亥姆霍兹首先提出在固液两相之间的界面上形成类似于 平行板电容器那样的双电层： 正负离子整齐地排列于界面层的两侧 δ与离子半径相当
外加电场下：带电质点和溶 液中的反离子 0
分别向相反电 极移动，产生电动现象。 缺点：
1)不能解释表面电势 0 与 电势的区别：
2)不能解释电解质对 电势的影响
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（3）斯特恩(Stern)双电层模型
更加接近实际的双 电层模型: 固定吸附层（Stern层）：由于静电作 用，反离子会牢固地结合在固体表面 ，形成一个紧密的吸附层，其厚度约1-2 个分子厚。此固定层与胶体质点一起 运动，层中有一个显著的电位降 扩散层：固定层外，其余反离子呈 Boltzmann分布，分散在溶液中，形成扩 散层。
5
（3）流动电势
在外力作用下，迫使液体 通过多孔隔膜（或毛细管）定
向流动，在多孔隔膜两端所产
生的电势差，称为流动电势 ——电渗的逆过程 P：电位差计
6
（4）沉降电势
分散相粒子在重力场或 离心力场的作用下迅速移动 时，在移动方向的两端所产
生的电势差，称为沉降电势
——电泳的逆过程
7
四种电现象的相互关系
= 0 时，为等电点，胶粒间无静电斥力，溶胶极易聚沉
16
斯特恩模型:
给出了 电势明确的物理意义， 解释了溶胶的电动现象， 定性地解释了电解质浓度对溶胶稳定性的影响， 使人们对双电层的结构有了更深入的认识。
粒子的种类 H+ OH－ Na+ K+ Cl－ C3H7COO－ C8H17COO－ 运动速度 v 106
m s 1
32.6 18.0 4.5 6.7 6.8 3.1 2.0 2~4
溶胶粒子
电泳现象说明胶体粒子是带电的 溶胶粒子与一般离子定向移动的速度数量级接近
2
胶体粒子的电泳速率影响因素： 电势梯度越大、粒子带电越多、离子体积越小、介质粘度 越小，电泳速度越大
+ + + + + + + + +
固体表面 斯特恩面 滑动面
+
-
+
-
+
-
-
+
-
+ -
+ + -
-
-
扩散层 斯特恩层(紧密层) φo
扩散双电层= 固定层+ 扩散层 其范围= 从固体质点表面至反 离子过剩为零
φδ
+
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+
固体表面 斯特恩面 滑动面
固体表面
+ + -
+ + + + + + + + +
-
物化 第十二章 胶体化学
二、 胶体系统的分类
1、按胶体溶液的稳定性可分为两类 憎液溶胶：难溶物分散在介质中，有很大 的相界面，易聚沉，是热力学上不稳定、 不可逆体系。 亲液溶胶： 大分子分散在合适的溶剂中， 是热力学稳定、可逆体系。
2、按分散相和分散介质的聚集状态可分为
气溶胶、液溶胶和固溶胶三大类
分散介质 分散相 气 液 液 固 气 液 固 气 液 固 名 称 实 例
固
(液 )气 溶 胶 (固 )气 溶 胶 (气 )液 溶 胶 -泡 沫 (液 )液 溶 胶 -乳 状 液 (固 )液 溶 胶 -悬 浮 液 (气 )固 溶 胶 (液 )固 溶 胶 (固 )固 溶 胶
云、雾、油烟 烟尘、粉尘 肥皂泡沫 牛奶、含水原油 AgI 溶 胶 、 油 墨 泡沫塑料 珍珠、蛋白石 有色玻璃、合金
热力学不稳定性 ：胶核粒子有互相聚集而降低 其表面积的趋势
因为粒子小，比表面大，表面自由能高，是热力 学不稳定体系，有自发降低表面自由能的趋势，即小 粒子会自动聚结成大粒子。
四、胶体的特征
动力稳定性强 散射作用明显 扩散速度慢 渗透压低 不能通过半透膜
五、胶体系统的制备与净化
1、胶体系统的制备
沉降平衡时粒子的高度分布公式
通过沉降速率的测定求算粒子半径
利用在超离心力场中的沉降平衡测定胶团或大分子物质的摩尔质量
14-4 胶体系统的电学性质
1、电动现象
电泳、电渗、沉降电势和流动电势统称为
溶胶的电动现象。
电泳是带电的胶粒在电场作用下作定向移动
若在多孔膜（或毛细管）的两端施加一 定电压，液体将通过多孔膜而定向流动，这 种现象称为电渗。
( z 1)cRT
唐南平衡(Donnan)
NazP NaCl
天津大学物理化学教研室《物理化学》(第5版)(下册)配套题库
目 录第一部分 名校考研真题第7章 电化学第8章 量子力学基础第9章 统计热力学初步第10章 界面现象第11章 化学动力学第12章 胶体化学第二部分 课后习题第7章 电化学第8章 量子力学基础第9章 统计热力学初步第10章 界面现象第11章 化学动力学第12章 胶体化学答：分散相粒子直径d介于1～1000nm范围内的高分散系统称为胶体系统。
胶体系统的主要特征：高分散性、多相性和热力学不稳定性。
答：在暗室中，将一束经过聚集的光线投射到胶体系统上，在与入射光垂直的方向上，可观察到一个发亮的光锥，称为丁泽尔效应。
丁泽尔效应的实质是胶体粒子对光的散射。
可见光的波长在400～760nm的范围内，而一般胶体粒子的尺寸为1～1000nm。
当可见光投射到胶体系统时，如胶体粒子的直径小于可见光波长，则发生光的散射现象，产生丁泽尔效应。
答：胶体粒子带电、溶剂化作用和布朗运动是溶胶稳定存在的三个重要原因。
（1）胶体粒子表面通过以下两种方式而带电：①固体表面从溶液中有选择性地吸附某种离子而带电；②固体表面上的某些分子、原子在溶液中发生解离，使固体表面带电。
各胶体粒子带同种电荷，彼此之间相互排斥，有利于溶胶稳定存在。
（2）溶剂化作用：对于水为分散介质的胶体系统，胶粒周围存在一个弹性的水化外壳，增加了溶胶聚合的机械阻力，有利于溶胶稳定。
（3）布朗运动：分散相粒子的布朗运动足够强时，能够克服重力场的影响而不下沉，这种性质称为溶胶的动力稳定性。
答：胶体粒子带电、溶剂化作用及布朗运动是溶胶稳定的三个重要原因。
中和胶体粒子所带的电荷，降低溶剂化作用皆可使溶胶聚沉。
其中，加入过量的电解质（尤其是含高价反离子的电解质）是最有效的方法。
原因：增加电解质的浓度和价数，可以使扩散层变薄，斥力势能下降。
随电解质浓度的增加，使溶胶发生聚沉的势垒的高度相应降低。
当引力势能占优势时，胶体粒子一旦相碰即可聚沉。
答：乳化剂分子具有一端亲水而另一端亲油的特性，其两端的横截面通常大小不等。
胶体化学
胶体系统的分类： 1、按分散相和分散介质的聚集状态的不同，可分为8种。
分散介 质 气 分散相 液 固 名称 气溶胶 实例 云，雾，喷雾 粉尘、烟
液
气 液 固
气 液 固
泡沫 乳状液 液溶胶或悬 浮液
固溶胶
固
肥皂泡沫 牛奶，含水原油 金溶胶，油墨， 泥浆 泡沫塑料 珍珠，蛋白石 有色玻璃，某些 合金
，不透明，光不能透过 悬浮体、乳状液：浑浊 溶液：透明 溶胶：能通过光线，表 观透明
故很难将溶液与溶胶区分，为此，可利用丁铎尔效应。 光的作用分类。丁铎尔效应，亦称乳光效应。 其实质是光的散射。
8
分子的固有频率相同 吸收：当入射光频率与 小于分散相粒子的尺寸 反射：当入射光的波长 大于分散相粒子的尺寸 散射：当入射光的波长 透过：当光束与系统无 任何相互作用
电动现象说明：分散相和分散介质均带电。
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二、双电层理论 1、1879年，亥姆霍兹双电层（Helmholtz double layer）提出平板双电层理论。 ζ 电势（双电层电势、电动电势）：只有胶粒和 分散介质反向移动时，才能显示出电势差， 故称为流动电势（或电动电势）。
4v r E
: 介质粘度 E : 电势差 v : 胶粒运动速度 : 介电常数 r
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ζ的正负由粒子吸附离子的电荷符号所决定。 平板双电层理论能解释某些电动现象，但对有些问题 不能解释，如： A、液体在管内运动，紧贴管壁的液层不会流动， 只有离管壁较远地方的液层才是流动的； B、ζ电势和电极电势的区别？为何不等？ C、不同性质或不同浓度的外加电解质对ζ电势的影响？ D、ζ电势的符号不但与分散相接触的液体种类有关， 也与溶液中含有某种过剩离子有关。
#第十二章胶体化学作业题解
第十二章作业题解12.11 Ba(NO 3)2的稀溶液中滴加Na 2SO 4溶液可制备BaSO 4溶胶。
分别写出（1）Ba(NO 3)2 溶液过量，（2）Na 2SO 4溶液过量时的胶团结构表示式。
解：（1）Ba(NO 3)2 溶液过量，则Ba(NO 3)2为稳定剂，溶胶选择性吸附Ba 2+ 而带电，胶团结构式为{[Ba(NO 3)2]m nBa 2+·(2n – x) NO -3}x+ xNO -3或 {[Ba(NO 3)2]m nBa 2+·2(n – x) NO -3}2x+ 2xNO -3（2）Na 2SO 4溶液过量时，溶胶选择性吸附SO 42- 而带负电，胶团结构式为{[Ba(NO 3)2]m nSO 42-·(2n – x) Na +}x- xNa +或 {[Ba(NO 3)2]m nSO 42-·2 (n – x) Na +}2x- 2xNa +12.13 以等体积的0.08 mol.dm -3 AgNO 3溶液和0.1 mol.dm -3 KCl 溶液制备AgCl 溶胶。
（1） 写出胶团结构式，指出电场中胶体粒子的移动方向；（2） 加入电解质MgSO 4，AlCl 3和Na 3PO 4使上述溶胶发生聚沉，则电解质聚沉能力大小顺序是什么？解：（1）相同体积的两种溶液，KCl 溶液的浓度大于AgNO 3溶液，故KCl 过量，为稳定剂。
所以胶团结构式为[(Ag Cl )m n Cl －⋅ (n －x )K +] x －x K +该AgCl 溶胶带负电荷，电泳时向正极移动。
（2）对上述溶胶起聚沉作用的是正离子，根据价数规则，三种电解质的聚沉能力大小顺序为AlCl 3 > MgSO 4 > Na 3PO 412.14 某带正电荷溶胶，KNO 3作为沉淀剂时，聚沉值为50*10-3 mol.dm -3，若用K 2SO 4溶液作为沉淀剂，其聚沉值大约为多少？解：KNO 3作为沉淀剂时，聚沉值为50*10-3 mol.dm -3 ，则聚沉能力为1/50*10-3 = 20dm.mol -3 电解质的聚沉能力之比可以近似地表示为反离子价数的6次方之比，即Me - : Me 2- : Me 3- = 16 : 26 : 36K 2SO 4溶液作为沉淀剂时，聚沉能力为20dm.mol -3 * 26 =1280dm.mol -3 则聚沉值为 1/1280dm.mol -3 = 7.81*10-4 mol.dm -312.15 在三个烧瓶中分别盛有0.020 dm 3的Fe(OH)3 溶胶，分别加入NaCl 、Na 2SO 4及Na 3PO 4 溶液使溶胶发生聚沉，最少需要加入：1.00 mol.dm -3的NaCl 溶液0.021dm 3；5.0*10-3 mol.dm -3 的Na 2SO 4溶液0.125dm 3；3.333*10-3 mol.dm -3的Na 3PO 4溶液0.0074dm 3。
物理化学下册第五版天津大学出版社第十二章胶体化学习题答案
物理化学下册第五版天津大学出版社第十二章胶体化学习题答案12.1 如何定义胶体系统？总结交替的主要特征。
解：分散相粒子在某方向上的线度在1～100nm范围内的高度分散系统成为胶体系统。
胶体系统的主要特征是高度分散、多相性和热力学不稳定性。
12.2 丁铎尔效应的实质及其产生的条件？解：丁铎尔效应实质是光的散射作用引起的。
粒子的半径小于入射光的波长时才能观察到丁铎尔效应。
12.3 简述斯特恩双电层模型的要点指出热力学电势、斯特恩（stern）电势和ζ电势的区别？解：Stern 模型：固定层＋扩散层、三个面、三个电势。
具体如下：1924年斯特恩提出扩散双电层：离子有一定的大小；部分反离子被牢固吸附，形成固定吸附层或斯特恩固体面；Stern面：Stern层中反离子电性中心所形成的假想面；滑动面：固液两相发生相对移动时界面。
热力学电势0：固体面—溶液本体；Stern电势：Stern面—溶液本体；电势：滑动面—溶液本体12.4 溶胶能在一定时间内稳定存在的主要原因？解：分散相粒子的带电、溶剂化作用以及布朗运动是溶胶系统相当长得时间范围内可以稳定存在的主要原因。
12.5 破坏胶体最有效的办法是什么？说明原因。
解：破坏胶体最有效的办法是在溶胶中加入过量的含有高价相反号离子的电解质。
这主要是因为电解质的浓度或价数增加时，都会压缩扩散层，是扩散层变薄，电势降低，斥力势能降低，当电解质的浓度足够大时就会使溶胶发生聚沉；若加入的反号离子发生吸附，斯特恩层内的反离子数目增加，使胶体粒子的带电量降低，而导致碰撞聚沉。
过量的电解质加入，还将使胶体粒子脱水，失水化外壳而聚沉。
12.6 K、Na等碱金属的皂类作为乳化剂时，易于形成O/W型的乳状液；Zn、Mg等高价金属的皂类作为乳化剂时，易于形成W/O 型的乳状液。
解：乳化剂分子具有一端亲水而另一端亲油的特性，其两端的横截面不等。
当它吸附在乳状液的界面面层时，常呈现“大头”朝外，“小头”向里的几何构型，就如同一个个的锲子密集的钉在圆球上。
第十二章 胶体化学
胶体化学考研辅导答案1、胶体的基本特征为（多相性）、（高分散性）、（热力学不稳定性）2、对胶体分散体系，分散相的颗粒大小范围一般为（B）由于各教材不太一样，参考考研学校指定的教材A. 10-7~10-5mB. 10-9~10-7mC. 10-3~10-5mD. 10-1~10-9m3、溶胶与大分子溶液的相同点是（C）A、热力学稳定体系B、热力学不稳定体系C、动力学稳定体系D、动力学不稳定体系4、（B）描述最能说明胶体体系A、不均匀体系B、超微多相体系C、纳米体系D、能产生光反射的体系5、胶体的丁达尔效应是由于分散相粒子对光产生散射作用。
对6、当入射光波长（大于）胶体粒子线度时，则可出现Dyndall效应7、Dyndall现象是胶体粒子对光产生（散射）引起的，入射光波长越短，则此现象越（强）；这是因为短波长的光容易发生（散射）；信号灯常用红灯，因为红色光的波长(长)，不容易（散射)，容易（透射），使人们容易看到信号8、丁达尔效应最强的是（D）A、纯净空气B、蔗糖溶液C、大分子溶液D、金溶胶9、有关溶胶粒子的Brown运动，（B）说法不正确A、其与介质粘度和温度有关B、溶胶体系中只有Brown运动，无分子热运动C、与分子热运动的本质相同D、将导致涨落现象的发生10、当溶胶达到沉降平衡时，体系浓度保持均匀且不随时间改变。
错11、对于电动电势的描述，（B）不正确A 表示胶粒溶剂化层界面到均匀液相内的电势B其绝对值总是大于热力学电势C其值易随外加电解质而变化D当双电层被压缩到与溶剂化层叠合时，其以零为极限E电动电势一般不等于扩散电势12、对Stern双电层模型的描述，正确的是（ABCD）Aφ0的数值主要取决于溶液中与固体呈平衡的离子浓度Bξ电势随溶剂化层中离子的浓度而改变，少量外加电解质对其数值会有显著的影响，可以使其降低，甚至反号C少量外加电解质对φ0并不产生显著影响D利用双电层和ξ电势的概念，可以说明电动现象13、电泳和电渗的主要区别（电泳是固动液不动，电渗是液动固不动）14、电泳是（胶粒）的定向移动，在一定温度下，电泳速率取决于（电势梯度的大小、粒子带电的多少、粒子体积的大小）15、 U 型管有AgCl 的多孔塞，两侧通直流电，分散介质为NaCl, 则液体向_负极移动；分散介质为AgNO3, 则液体向_正_极移动16、胶体系统的电泳现象表明（ B ）A. 分散介质不带电B. 胶体粒子带有大量的电荷C. 胶团带电D. 胶体粒子处于等电状态17、凡溶胶达到了等电状态，说明胶粒（D ）A 带电，不易聚沉B 不带电，很容易聚沉C 不带电，不容易聚沉D 带电，容易聚沉18、一定的高聚物加入溶胶中可使溶胶聚沉，其聚沉作用主要是（搭桥效应）（脱水效应）（电中和效应）19、在三个烧瓶中分别盛0.02L 的Fe(OH)3溶胶，分别加入NaCl 、Na 2SO 4和Na 3PO 4溶液使其聚沉，至少需加入电解质的数量为1mol/L 的NaCl0.021L 、0.005mol/L 的Na 2SO 4 0.125L 、0.0033mol/L 的Na 3PO 40.0074L ，（1）计算各电解质的聚沉值和聚沉能力（2）判断胶粒带什么电荷解：（1）聚沉值和聚沉能力分别为NaCl:L mol /512.0021.002.0021.01=+⨯ 1/0.512=1.953L/mol Na2SO4:L mol /1031.4125.002.0125.0005.03-⨯=+⨯ 1/(4.31×10-3)=232L/molNa 3PO 4: L mol /1091.80074.002.00074.00033.04-⨯=+⨯ 1/(8.91×10-4)=1122L/mol (2)根据聚沉值和聚沉能力的大小，可以判断胶粒带负电20：将10cm3，0.03mol•dm -3的KCl 溶液和80 cm3，0.007mol•dm -3的AgNO3溶液混合以制造溶胶。
第12章 胶体化学
物理化学 24
3. 胶体的基本特性: 只有典型的憎液溶胶才能全面 地表现出胶体的特性! 基 本 特 性
物理化学
高度分散性 (1 nm-1000 nm)
(多相)不均匀性 聚结不稳定性
(热力学不稳定性) 25
4. 胶体化学的应用范围与主要研究方向 应用范围
农业生产: 医疗卫生: 日常生活: 自然地理: 工业生产: 军事领域: ∙∙∙∙∙∙
的大小分类
IUPAC
分子分散系统 胶体分散系统 粗分散体系统
液溶胶 固溶胶 气溶胶
按分散相和介质 胶体分散系统 的聚集状态分类 按胶体溶液的 液溶胶 稳定性分类
物理化学
憎液溶胶 分散介质 亲液溶胶
28
分散相性质
11. 溶胶的基本特性之一是：(
)
A. 热力学上和动力学上皆属于稳定体系
B. 热力学上和动力学上皆属于不稳定体系
d >1000nm
粗颗粒
多相，热力学不稳定系 统，扩散慢、不能透过 半透膜或滤纸，形成悬 浮液或乳状液
浑浊泥水，牛 奶，豆浆等
物理化学
18
2.2 胶体分散体系分类 --按分散相和分散介质聚集状态分类 A. 液溶胶
将液体作为分散介质所形成的溶胶。当分 散相为不同状态时，则形成不同的液溶胶：
(A) 液-固溶胶 (B) 液-液溶胶 如油漆，AgI溶胶 如牛奶，石油原油等乳状液
<1 nm
制 备 方 法
物理化学
分散法：使固体粒子变小(加稳 多级的 定剂)。 分散系 凝聚法：使分子或离子凝聚成胶粒。
31
1. 胶体的制备 (1) 分散法(物理方法） A. 研磨法 B. 胶溶法 C. 超声波分散法 (2) 凝聚法 A. 化学凝聚法 B. 物理凝聚法
第十二章 胶体化学
1<d<1000nm 多,均,均
不稳定,稳,稳
各种溶胶 如 AgI、Al(OH)3 水溶胶等
d > 1000nm 多相
不稳定
乳状液、悬浮液、泡沫 如牛奶、豆浆、泥浆等
高度分散的多相性和热力学不稳定性是胶体系统的主要特点
2019/9/24
8
光学性质 动力性质
热力学稳定性
真溶液
透明，无 （微弱）光 散射
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§12.2 胶体系统的光学性质
1、Tyndall（丁铎尔）效应
1869年 Tyndall发现胶体系统有光散射现象
丁铎尔效应：在暗室里，将一束聚集的光投射到胶体系 统上，在与入射光垂直的方向上，可观察到一个发亮的 光柱，其中并有微粒闪烁。
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RT LηD
12.3.3
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36
而 1mol 胶体粒子的摩尔质量为：
3
M
mL
ρ 162(π
L)2
RT ηD
(12.3.4)
注意： 1)当胶体粒子为多级分散时，由（11.10.2）求得的
为粒子平均半径；
2）若粒子非球形，则算得半径为表观半径；
3）若粒子有溶剂化，算出半径为溶剂化粒子半径。
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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。 沉降与布朗运动所产生的扩散为一 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 形成浓梯
第十二章胶体化学详解演示文稿
粒子小，扩散作用为主；粒子大，沉降作 用为主；粒子大小相当，重力作用与扩散作用相
近，构成沉降平衡。
第二十四页，共85页。
3. 沉降与沉降平衡
微小粒子在重力场中的沉降平衡，
ln
C2 C1
Mg RT
1
0
h2
h1
大气分子的浓度随距地面高度而变化，
这是反离子受到的相反的两种作用的结果， 一方面是质点表面的静电吸引，一方面是离子热
运动。两种作用平衡的结果，令反离子越靠近固体 表面浓度越高，随距离增加浓度下降，形成一个反 离子的扩散层。
第二十九页，共85页。
(3)斯特恩模型：该模型认为离子有一定大小， 而且离子与质点表面除了静电作用外，还有范德华 引力。因此，在靠近表面1~2个分子厚的区域内，反 离子受到强烈地吸引，会牢固地结合在表面，形成 一个紧密的吸附层，称为固定吸附层或斯特恩层； 其余反离子扩散地分布在溶液中，构成双电层的扩 散部分。
2. 瑞利公式
(1) 只有溶胶有明显的丁铎尔效应；
(2) 蓝、紫光散射最强，红光散射最弱；
(3) 分散相和分散介质折射率相差越大，乳光效 应越强；
(4) 乳光强度又称为浊度。
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3. 超显微镜
超显微镜在黑暗的视野下，从垂直于入射光的 方向上观察，可以在整个黑暗的背景内看到一个个闪 闪发光、不断移动的光点，恰似黑夜观天可见满天星 斗闪烁。
固、液两相在离子吸附、解离、静电引力等作 用下，而带有电荷，从而形成双电层。
(1) 亥姆霍茨模型：固液两相界面层整齐地排 列着正负离子，正负电荷的分布如同平板电容器， 在平板内电势直线下降，两层间距离很小，与离子 半径相当。
第十二章胶体化学主要公式及其适用条件
第十二章 胶体化学主要公式及其适用条件1． 胶体系统及其特点胶体：分散相粒子在某方向上的线度在1～100 nm 范围的高分散系统称为胶体。
对于由金属及难溶于水的卤化物、硫化物或氢氧化物等在水中形成胶体称憎液溶胶（简称为胶体）。
憎液溶胶的粒子均是由数目众多的分子构成，存在着很大的相界面，因此憎液溶胶具有高分散性、多相性以及热力学不稳定性的特点。
2． 胶体系统的动力学性质（1） 布朗运动胶体粒子由于受到分散介质分子的不平衡撞击而不断地作不规则地运动，称此运动为布朗运动。
其平均位移可x 按下列爱因斯坦－布朗位移公式计算2/1)π3/(ηr L RTt x =式中：t 为时间，r 为粒子半径，η为介质的粘度。
（2） 扩散、沉降及沉降平衡扩散是指当有浓度梯度存在时，物质粒子（包括胶体粒子）因热运动而发生宏观上的定向位移之现象。
沉降是指胶体粒子因重力作用而发生下沉的现象。
沉降平衡：当胶体粒子的沉降速率与其扩散速率相等时，胶体粒子在介质的浓度随高度形成一定分布并且不随时间而变，这一状态称为胶体粒子处于沉降平衡。
其数密度C 与高度h 的关系为}{[])()/(1)/()/ln(12012h h RT Mg C C ---=ρρ式中ρ及ρ0分别为粒子及介质的密度，M 为粒子的摩尔质量，g 为重力加速度。
此式适用于单级分散粒子在重力场中的沉降平衡。
3． 光学性质当将点光源发出的一束可见光照射到胶体系统时，在垂直于入射光的方向上可以观察到一个发亮的光锥，此现象称为丁达尔现象。
丁达尔现象产生的原因是胶体粒子大小，小于可见光的波长，而发生光的散射之结果。
散射光的强度I 可由下面瑞利公式计算：()22222200422209π1cos 22n n V C I I l n n αλ⎛⎫-=+ ⎪+⎝⎭式中：I0及λ表示入射光的强度与波长；n 及n0分别为分散相及分散介质的折射率；α为散射角，为观测方向与入射光之间的夹角；V 为单个分散相粒子的体积；C 为分散相的数密度；l 为观测者与散射中心的距离。