12 胶体化学
第十二章胶体化学
介质中定 向移动的现象，称为电泳。
＋
－
界面法测电泳装置示意图
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，由 电泳速度可求出胶体粒子
的 电势
NaCl溶液 Fe(OH)3溶胶
20
第二十页，共37页。
对于球形质点：当粒子半径大，双电层厚度薄时
u v 或 v
I ：散射光强 ； V ：一个粒子的体积； n : 分散相的折射率；
：散射角；
I0 : 入射光强；
C ：单位体积中的粒子数；
n0：分散介质的折射率；
l : 观测距离
8
第八页，共37页。
§12－3 胶体系统的动力性质
1. Brown 运动 胶体粒子在介质中作无规则行走运动
Einstein-Brown平均位移公式：
2. 憎液溶胶的聚沉 溶胶粒子合并、长大，进而发生沉淀的现象，称为聚
沉。
(1) 电解质的聚沉作用 聚沉值使溶胶发生明显的聚沉所需电解质的最小浓度 聚沉能力聚沉值的倒数
28
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电解质对溶胶的聚沉规律：
(i)反离子的价数起主要作用 价数，聚沉值，聚沉能力 聚沉值1/Z 6，聚沉能力Z 6
介质的粘度，单位为Pa · s。
21
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（2）电渗 在外电场作用下，分散介质通过多孔固体（膜
）而定向移动的现象，称为电渗。
－
＋
电渗示意图
（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，称为电渗。
（可视为电渗的逆过程）
22
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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
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。
物理化学第五版课后习题答案
第十二章胶体化学12－1 如何定义胶体系统？总结胶体系统的主要特征。
答：(1) 胶体定义：胶体系统的主要研究对象是粒子直径d至少在某个方向上在1－100nm之间的分散系统。
(2) 胶体系统的主要特征：溶胶系统中的胶粒有布朗运动，胶粒多数带电，具有高度分散性，溶胶具有明显的丁达尔效应。
胶体粒子不能透过半透膜。
[注] 溶胶系统中的胶粒的布朗运动不是粒子的热运动，且只有溶胶才具有明显的丁达尔效应。
12－2 丁铎尔效应的实质及产生的条件是什么？答：丁铎尔现象的实质是光的散射作用。
丁铎尔效应产生的条件是分散相粒子的直径小于入射光波长、分散相与分散介质的直射率相差较大。
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。
答：斯特恩认为离子是有一定大小的，而且离子与质点表面除了静电作用外还有范德华力。
(1) 在靠近质点表面1～2个分子厚的区域内，反离子受到强烈地吸引而牢固地结合在质点表面，形成一个紧密地吸附层－斯特恩层，(2) 在斯特恩层，非离子的电性中心将形成一假想面－斯特恩面。
在斯特恩面内电势呈直线下降的变化趋势，即由质点表面的ϕ0直线下降至处的ϕs，ϕs称为斯特恩电势；(3) 其余的反离子扩散地分布在溶液中，构成双电层的扩散层部分。
在扩散层中，电势由ϕs降至零。
因此斯特恩双电层由斯特恩层和扩散层构成；(4) 当固、液两相发生相对运动时，紧密层中吸附在质点表面的反离子、溶剂分子与质点作为一个整体一起运动，滑动面与溶液本体之间的电势差，称为ζ电势。
热力学电势ϕ0是质点表面与液体内部的总的电位差，即固液两相之间双电层的总电势。
它与电极∕溶液界面的双电层总电势相似，为系统的热力学性质，在定温定压下，至于质点吸附的(或电离产生的)离子在溶液中活度有关，而与其它离子的存在与否无关。
斯特恩电势ϕs是斯特恩面与容液本体的电势差，其值与集中在斯特恩层里的正负离子的电荷总数有关，即与双电层的结构状态有关。
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
第十二章 胶体化学12.1 如何定义胶体系统？胶体系统的主要特征是什么？答：按分散质粒子线度的大小定义，粒子线度在1~100nm 之间的分散系统为胶体；小于1nm 及大于100nm 的分散系统则分别为真溶液和粗分散系统。
胶体系统的主要特征是：高度分散的多相性和热力学不稳定性。
12.4 什么是ξ电势？如何确定ξ电势的正、负号？ξ电势在数值上一定要少于热力学电势吗？请说明原因。
答：ξ电势就是当固液两相发生相对运动时，不滑动面所包围的带电体与溶液本体之间的电势差。
ξ电势的正、负号取决于胶粒所带电荷的符号。
胶粒带正电时ξ>0；胶粒带负电时ξ<0。
ξ电势在数值上不一定小于热力学电势E 。
一般情况下，ξ<E ，这是由于在静电力作用下反离子进入固、液两相滑动面之内，使胶粒带电荷数量减少所造成的。
但如果静电力不起主导作用，有可能由于同号离子被强烈地吸附进滑动面，致使胶粒所带电荷得以增强，此时，ξ电势就比热力学电势E 大。
12.7 在 NaOH 溶液中用HCHO 还原HAuCl 4可制得金溶胶：HAuO 2+5NaOH==NaAuO 2+3H 2O2NaAuO 2+3HCHO+NaOH==2Au(s)+3HCOONa+2H 2O(1) NaAuO 2是上述方法制得金溶胶的稳定剂，试写出该金溶胶胶团结构的表示式。
(2)已知该金溶胶中含Au(s)微粒的质量浓度ρ(Au)=1.00㎏·m -3。
金原子的半径r 1=1.46×10-10m ，纯金的密度ρ=19.3×103㎏·m -3。
假设每个金的微粒皆为球形，其半径r 2=1.00×10-8m 。
试求：(a)每立方厘米溶胶中含有多少金胶粒？(b)每立方厘米溶胶中，胶粒的总表面积为多少？(c)每个胶粒含有多少金原子？解：(1)Au(s)的固体表面易于吸附AuO 2-离子，Na +为反离子，故其胶团结构式为：{}+-+-⋅-⋅⋅x N a Na x n nAuO Au x m胶粒)()(2 胶核胶团(2)(a)每个胶粒的质量kgr V m 203383210084.8103.19)1000.1(14.33434--⨯=⨯⨯⨯⨯⨯===ρπρ 则每立方厘米溶胶中含胶粒个数为个162031024.110084.810/)(⨯=⨯=--m Au ρ(b) 每立方厘米溶胶中，胶粒的总表面积A 总=每个胶粒面积×1dm 3溶胶胶粒个数=4πr 22×1.24×1016=4×3.14×(1×10-8)2×1.24×1016=15.5m 2(c)若按质量计算，则每个胶粒中金原子个数为个原子胶粒5323203201047.21097.1961002.610084.8/1010084.8/⨯=⨯⨯⨯⨯=⨯⨯=----L M m m Au 若按体积计算，扣除原子间堆积空隙后(空隙率为26%)，每个 胶粒中金原子个数为 个原子胶粒510831231321038.21046.11000.1%74)%(74)34/()34%(74V %74⨯=⨯⨯===⨯--r r r r V ππ12.8 某粒子半径为30×10-7cm 的金溶胶，25℃时，在重力场中达到沉降平衡后，在高度相距0.1mm 的某指定体积内粒子数分别为277个和166个，已知金与分散介质的密度分别为19.3×103㎏·m -3及1.00×103㎏·m -3。
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
2019/9/24
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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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15
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RT LηD
12.3.3
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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。
第十八页，共85页。
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。