ppt胶体的流变性
体（如纯水、纯苯等黏度已知）的黏度、密度、 和使一定体积标准液体流过毛细管所经过的时间；η、ρ、t 为待测液体的 黏度、密度、和使同一体积待测液体流过毛细管所经过的时间。
一、基本概念和术语
若溶液很稀，则ρ≈ρ0，这时
t 0 t0
管道中——低粘度——高速流动，减小能量消耗
三、浓分散体系的流变性质
4. 胀流体 （dilatant fluid）
特点
流变曲线也通过原点，但与假塑体相反，其流变 曲线为一凸向切速轴的曲线。胀流体的表观黏度ηa随 切速增加而变大，也就是说，这类体系搅得越快，显 得越稠。
D
o
胶体的流变性
胶体的流变性
流变性质（rheologic properties）： 物质在外力作用下的变形（deformation）和流动(flow)的性质。
研究胶体流变性质的作用：
（1）估计胶体质点的大小、形状以及质点与介质间的相互
作用。
（2）解决生产中的重要问题（油漆、牙膏、陶土成形、照 相乳剂的涂布、钻井用泥浆等）。
Stormer粘度计
一、基本概念和术语
一、基本概念和术语
转筒式黏度计的构造示意图
一、基本概念和术语
转筒式粘度计的类型较多，常用的是Stormer粘度计。无论
哪种类型，体系黏度、筒的转速和所加重量W（有些仪器是根
据弹簧丝的偏转角θ）之间的关系为：
W K Ω
或
θ Ω
式中，K为仪器常数，与转筒的半径、高度以及两筒间间隙等有关。
定来确定质点的大小。
若质点形状很不对称时，则黏度与质点大小很有关系，因 为质点变大的结果常使其不对性增大（如线性高分子就是这
样），故溶液的黏度也随之增大，因而有可能将黏度和质点大
小定量地联系起来。 例如用黏度法测定线性高分子溶液中高分子的分子量，已
是实验室中最经常采用的一种方法。
二、稀胶体溶液的黏度
5. 电荷对黏度的影响
若粒子带电，则溶液的黏度增加，这种额外的黏度通常称
为电黏滞效应（electroviscous effect）。
溶液黏度η和粒子半径r以及ζ电位之间的关系式
0 1 2 2.5[1 ( ) ] 2 0 0 r k 2
式中，k 为电导率；ε为介电常数；ζ为Zeta电位。
二、稀胶体溶液的黏度
质点形状不对称的必然结果是偏离牛顿公式，此时切应力
与切变速度的比值不再是常数，而是随切速的增加而下降，这
主要是由于不对称质点在速度梯度场中的定向造成的。
在棒状质点两端处液体的流速不同，故质
点受到一个转矩作用，促使其轴与流线平行定 向，但布朗运动能使质点作无规取向，这两个
相反的结果使质点与流线成一定的取向。速度
三、浓分散体系的流变性质
实 例
钻井泥浆：黏土质点成片状，基面带负电，侧面带少 量正电。黏土粒子在水中易形成结构。开钻时高速循环泥 浆，结构被拆散，流动阻力小。停钻后结构重新形成，屈 服值保证了岩屑的悬浮，也可防止泥浆渗入地层。
三、浓分散体系的流变性质
3. 假塑体 （pseudoplastic fluid）
特点
无屈服值，其流变曲线通过原点，表观黏度
D
η0随切力增加而下降，亦即搅得越快，显得越稀。
其流变曲线为一凹向切力轴的曲线。
o
KD
n
0 n 1
kDn 表观粘度： a kD( n 1) D D
K 是粘稠度的量度，K 越大，液体越粘稠； n<1，是非牛顿性的量度，n 越小，非牛顿性越显著。
大部分高分子溶液和乳状液属此流型。
三、浓分散体系的流变性质
形成原因
这类体系倘若有结构也必然很弱，故τy 几乎为零，在流动中结构不 易恢复，故表观粘度η0 总是随切速增加而减少； 这类体系也可能无结构，ηa 的减小是不对称质点在速度梯度场中定 向的结果。
应用实例
油井压裂液：
地层中——高粘度——强携砂能力、大压裂应力
由于速度梯度的存在，流动较慢的液层阻滞较快液层的流动，因此，
液体产生运动阻力。
为使液层维持一定的速度梯度运动，必须对液层施加一个与阻力相 反的反向力。
在单位液层面积上施加的这种力，称为切应力 (shear force)，简称切
力。用τ表示，单位为N/m2 。 切变速度：即速度梯度，简称切速，用D表示，单位s-1。
用已知黏度的牛顿流体（通常用甘油）进行测量，以W 对 转速Ω（r/min）作图，便可从直线的斜率求出仪器常数K。对 同一台仪器测量不同转速下所需外加的重量，便可画出流变曲 线，并可据此确定体系的流型。
一、基本概念和术语
（3）落球黏度计
原理：Stokes公式
一、基本概念和术语
4. 层流与湍流
层流（ laminar flow）的特点：体系的流动处于稳恒 状态，体系中任何一点的流速（包括大小、方向）不随
时间而改变。
只有在层流条件下，牛顿公式才成立。 湍流（turbulent flow）：当流速超过某一限度时，有 不规则的或随时间而改变的旋涡生成，此时为湍流。 牛顿公式不适合湍流条件下的使用。
一、基本概念和术语
流型的判断依据： 雷诺系数（Reynolds number） 用来描述液体的流体状况。它是一个无因次数： 圆管中的流动：
胶体的流变性
胶体的流变性
目
录
1
2 3
基本概念和术语
稀胶体溶液的黏度
浓分散体系的流变性质
4
胶粒的平均大小与多分散度
一、基本概念和术语
1. 切变速度与切应力
v x
将流动着的液体看作许多相互平行移动的液层，各层速度
不同，形成速度梯度(dv/dx)，这是流动的基本特征。
一、基本概念和术语
一、基本概念和术语
从而导出
（ 0 1 2.5Φ）
η0为介质的黏度； Φ为分散相所占的体积分数。
式中， η为溶胶的黏度；
二、稀胶体溶液的黏度
实验证明，当浓度不大于3%（体积分数）的球形质 点， η r与Φ间确有线性关系，但是Einstein导出的式中常 数往往大于2.5 。这可能是由于质点溶剂化，从而使实际 的体积分数变大的缘故。 浓度较大时，质点间相互干扰，体系的黏度将急剧 增加， Einstein公式就不再适用。
当粒子带电时，粒子大小直接影响溶液的黏度。 当ζ电位为零时，则上式又转变为Einstein公式。 这也说明电粘滞效应与ζ电位共存。
目
录
1
2 3
基本概念和术语
稀胶体溶液的黏度
浓分散体系的流变性质
4
胶粒的平均大小与多分散度
三、浓分散体系的流变性质
以切变速度D对切应力
作图，可以得到流变曲线，它 表示了体系的流变特性。按流 变曲线的类型可将流体分为不 同的流型。
梯度越大，定向作用越强。定向的结果，往往 可使质点与流动方向趋于一致，这当然会减小
对液体流动的干扰，因此，表观黏度随速度梯
度增加而下降。
质点在流场中的定向
二、稀胶体溶液的黏度
4. 黏度与质点大小的关系 由Einstein公式可见，球形质点稀溶液的黏度仅与质点
的体积分数有关，与质点大小无关，因此不能由黏度的测
Re
vd
式中，v 为流速；d 为管直径；ρ为液体的密度。
Re超过1400～2000临界值时，层流变为湍流。
目
录
1
2 3
基本概念和术语
稀胶体溶液的黏度
浓分散体系的流变性质
4
胶粒的平均大小与多分散度
二、稀胶体溶液的黏度
液体流动时，为克服内摩擦需要消耗一定的能量。倘 若液体中有质点存在，则液体的流线在质点附近受到干 扰，这就要消耗额外的能量，因此，溶胶或者悬浮液的 黏度均高于纯溶剂的黏度。 定义相对黏度
二、稀胶体溶液的黏度
3. 质点形状的影响 刚性棒状质点在速度梯度的定向作用可以忽略的条件式
J r 1 (2.5 )Φ 16
式中，J 为分子的长短轴之比，与Einstein公式比较可以看出， 质点越不对称，溶液的黏度越高。见教材第112页图2-67。
2
对于其他形状的质点，溶胶黏度都随质点的轴比 (axial ratio)的增加而变大。
v 为在 t 时间内液体所流过的毛细管体积； p 为毛细管两端的压力差。
式中，r、l 分别为毛细管的半径和长度；
一、基本概念和术语
一般用已知黏度的液体测出粘度计的毛细管常数，再令 待测液体在相同的条件下流过同一只毛细管。因为同一毛细
管的r、l、v一定，故液体在毛细管中流动仅受压力差p的影响，
在此处压力差即为重力，即p=hρg，故可根据下式求出待测液 体的黏度：
只要测出已知黏度的标准液体和待测液体的流经时间， 根据上式就可以测出待测液体的黏度。
常作标准液体（20℃）
水：1.009×10-3Pa· s 苯：6.47×10-4Pa· s
一、基本概念和术语
（2）转筒式黏度计
适用于非牛顿流体的黏度测定，实际工作中用于测定流体流型。
工作机理
转筒式黏度计有两个同心筒组成，两筒 间保持一定的间隙（例如1～3mm左右），此 间隙为待测样品所充满。两筒中一筒转动， 另一筒固定，这样在样品液体内部存在速度 梯度，并产生流动阻力。作用在单位面积上 的阻力极为切应力的大小。如外筒不动，靠 加重量（砝码）使内筒转动，就可有由砝码 质量、力臂长度、筒侧面积求出切应力值。
2. 塑性体 （plastic fluid）
也叫Bingham体。其流变曲线也是直线， 但不经过原点，而是与切力轴交在τy 处，亦 即只有当τ>τy 时，体系才流动，τy 称为屈服值 （yield value）。
f L f B fM
D
一、基本概念和术语
若溶液很稀，则ρ≈ρ0，这时
t 0 t0
管道中——低粘度——高速流动，减小能量消耗
三、浓分散体系的流变性质
4. 胀流体 （dilatant fluid）
特点
流变曲线也通过原点，但与假塑体相反，其流变 曲线为一凸向切速轴的曲线。胀流体的表观黏度ηa随 切速增加而变大，也就是说，这类体系搅得越快，显 得越稠。
D
o
胶体的流变性
胶体的流变性
流变性质（rheologic properties）： 物质在外力作用下的变形（deformation）和流动(flow)的性质。
研究胶体流变性质的作用：
（1）估计胶体质点的大小、形状以及质点与介质间的相互
作用。
（2）解决生产中的重要问题（油漆、牙膏、陶土成形、照 相乳剂的涂布、钻井用泥浆等）。
Stormer粘度计
一、基本概念和术语
一、基本概念和术语
转筒式黏度计的构造示意图
一、基本概念和术语
转筒式粘度计的类型较多，常用的是Stormer粘度计。无论
哪种类型，体系黏度、筒的转速和所加重量W（有些仪器是根
据弹簧丝的偏转角θ）之间的关系为：
W K Ω
或
θ Ω
式中，K为仪器常数，与转筒的半径、高度以及两筒间间隙等有关。
定来确定质点的大小。
若质点形状很不对称时，则黏度与质点大小很有关系，因 为质点变大的结果常使其不对性增大（如线性高分子就是这
样），故溶液的黏度也随之增大，因而有可能将黏度和质点大
小定量地联系起来。 例如用黏度法测定线性高分子溶液中高分子的分子量，已
是实验室中最经常采用的一种方法。
二、稀胶体溶液的黏度
5. 电荷对黏度的影响
若粒子带电，则溶液的黏度增加，这种额外的黏度通常称
为电黏滞效应（electroviscous effect）。
溶液黏度η和粒子半径r以及ζ电位之间的关系式
0 1 2 2.5[1 ( ) ] 2 0 0 r k 2
式中，k 为电导率；ε为介电常数；ζ为Zeta电位。
二、稀胶体溶液的黏度
质点形状不对称的必然结果是偏离牛顿公式，此时切应力
与切变速度的比值不再是常数，而是随切速的增加而下降，这
主要是由于不对称质点在速度梯度场中的定向造成的。
在棒状质点两端处液体的流速不同，故质
点受到一个转矩作用，促使其轴与流线平行定 向，但布朗运动能使质点作无规取向，这两个
相反的结果使质点与流线成一定的取向。速度
三、浓分散体系的流变性质
实 例
钻井泥浆：黏土质点成片状，基面带负电，侧面带少 量正电。黏土粒子在水中易形成结构。开钻时高速循环泥 浆，结构被拆散，流动阻力小。停钻后结构重新形成，屈 服值保证了岩屑的悬浮，也可防止泥浆渗入地层。
三、浓分散体系的流变性质
3. 假塑体 （pseudoplastic fluid）
特点
无屈服值，其流变曲线通过原点，表观黏度
D
η0随切力增加而下降，亦即搅得越快，显得越稀。
其流变曲线为一凹向切力轴的曲线。
o
KD
n
0 n 1
kDn 表观粘度： a kD( n 1) D D
K 是粘稠度的量度，K 越大，液体越粘稠； n<1，是非牛顿性的量度，n 越小，非牛顿性越显著。
大部分高分子溶液和乳状液属此流型。
三、浓分散体系的流变性质
形成原因
这类体系倘若有结构也必然很弱，故τy 几乎为零，在流动中结构不 易恢复，故表观粘度η0 总是随切速增加而减少； 这类体系也可能无结构，ηa 的减小是不对称质点在速度梯度场中定 向的结果。
应用实例
油井压裂液：
地层中——高粘度——强携砂能力、大压裂应力
由于速度梯度的存在，流动较慢的液层阻滞较快液层的流动，因此，
液体产生运动阻力。
为使液层维持一定的速度梯度运动，必须对液层施加一个与阻力相 反的反向力。
在单位液层面积上施加的这种力，称为切应力 (shear force)，简称切
力。用τ表示，单位为N/m2 。 切变速度：即速度梯度，简称切速，用D表示，单位s-1。
用已知黏度的牛顿流体（通常用甘油）进行测量，以W 对 转速Ω（r/min）作图，便可从直线的斜率求出仪器常数K。对 同一台仪器测量不同转速下所需外加的重量，便可画出流变曲 线，并可据此确定体系的流型。
一、基本概念和术语
（3）落球黏度计
原理：Stokes公式
一、基本概念和术语
4. 层流与湍流
层流（ laminar flow）的特点：体系的流动处于稳恒 状态，体系中任何一点的流速（包括大小、方向）不随
时间而改变。
只有在层流条件下，牛顿公式才成立。 湍流（turbulent flow）：当流速超过某一限度时，有 不规则的或随时间而改变的旋涡生成，此时为湍流。 牛顿公式不适合湍流条件下的使用。
一、基本概念和术语
流型的判断依据： 雷诺系数（Reynolds number） 用来描述液体的流体状况。它是一个无因次数： 圆管中的流动：
胶体的流变性
胶体的流变性
目
录
1
2 3
基本概念和术语
稀胶体溶液的黏度
浓分散体系的流变性质
4
胶粒的平均大小与多分散度
一、基本概念和术语
1. 切变速度与切应力
v x
将流动着的液体看作许多相互平行移动的液层，各层速度
不同，形成速度梯度(dv/dx)，这是流动的基本特征。
一、基本概念和术语
一、基本概念和术语
从而导出
（ 0 1 2.5Φ）
η0为介质的黏度； Φ为分散相所占的体积分数。
式中， η为溶胶的黏度；
二、稀胶体溶液的黏度
实验证明，当浓度不大于3%（体积分数）的球形质 点， η r与Φ间确有线性关系，但是Einstein导出的式中常 数往往大于2.5 。这可能是由于质点溶剂化，从而使实际 的体积分数变大的缘故。 浓度较大时，质点间相互干扰，体系的黏度将急剧 增加， Einstein公式就不再适用。
当粒子带电时，粒子大小直接影响溶液的黏度。 当ζ电位为零时，则上式又转变为Einstein公式。 这也说明电粘滞效应与ζ电位共存。
目
录
1
2 3
基本概念和术语
稀胶体溶液的黏度
浓分散体系的流变性质
4
胶粒的平均大小与多分散度
三、浓分散体系的流变性质
以切变速度D对切应力
作图，可以得到流变曲线，它 表示了体系的流变特性。按流 变曲线的类型可将流体分为不 同的流型。
梯度越大，定向作用越强。定向的结果，往往 可使质点与流动方向趋于一致，这当然会减小
对液体流动的干扰，因此，表观黏度随速度梯
度增加而下降。
质点在流场中的定向
二、稀胶体溶液的黏度
4. 黏度与质点大小的关系 由Einstein公式可见，球形质点稀溶液的黏度仅与质点
的体积分数有关，与质点大小无关，因此不能由黏度的测
Re
vd
式中，v 为流速；d 为管直径；ρ为液体的密度。
Re超过1400～2000临界值时，层流变为湍流。
目
录
1
2 3
基本概念和术语
稀胶体溶液的黏度
浓分散体系的流变性质
4
胶粒的平均大小与多分散度
二、稀胶体溶液的黏度
液体流动时，为克服内摩擦需要消耗一定的能量。倘 若液体中有质点存在，则液体的流线在质点附近受到干 扰，这就要消耗额外的能量，因此，溶胶或者悬浮液的 黏度均高于纯溶剂的黏度。 定义相对黏度
二、稀胶体溶液的黏度
3. 质点形状的影响 刚性棒状质点在速度梯度的定向作用可以忽略的条件式
J r 1 (2.5 )Φ 16
式中，J 为分子的长短轴之比，与Einstein公式比较可以看出， 质点越不对称，溶液的黏度越高。见教材第112页图2-67。
2
对于其他形状的质点，溶胶黏度都随质点的轴比 (axial ratio)的增加而变大。
v 为在 t 时间内液体所流过的毛细管体积； p 为毛细管两端的压力差。
式中，r、l 分别为毛细管的半径和长度；
一、基本概念和术语
一般用已知黏度的液体测出粘度计的毛细管常数，再令 待测液体在相同的条件下流过同一只毛细管。因为同一毛细
管的r、l、v一定，故液体在毛细管中流动仅受压力差p的影响，
在此处压力差即为重力，即p=hρg，故可根据下式求出待测液 体的黏度：
只要测出已知黏度的标准液体和待测液体的流经时间， 根据上式就可以测出待测液体的黏度。
常作标准液体（20℃）
水：1.009×10-3Pa· s 苯：6.47×10-4Pa· s
一、基本概念和术语
（2）转筒式黏度计
适用于非牛顿流体的黏度测定，实际工作中用于测定流体流型。
工作机理
转筒式黏度计有两个同心筒组成，两筒 间保持一定的间隙（例如1～3mm左右），此 间隙为待测样品所充满。两筒中一筒转动， 另一筒固定，这样在样品液体内部存在速度 梯度，并产生流动阻力。作用在单位面积上 的阻力极为切应力的大小。如外筒不动，靠 加重量（砝码）使内筒转动，就可有由砝码 质量、力臂长度、筒侧面积求出切应力值。
2. 塑性体 （plastic fluid）
也叫Bingham体。其流变曲线也是直线， 但不经过原点，而是与切力轴交在τy 处，亦 即只有当τ>τy 时，体系才流动，τy 称为屈服值 （yield value）。
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胶体的流变性质
静止的时候形成三维空间结构，
施加额外的力方能破坏结构。
其它塑性体例子： 钻井泥浆、油墨
• 在爆炸条件下，要把通常的固体当作流体弹塑性体, • 兼有流体性质和弹塑性或粘弹塑性固体性质的连续介质 • 在高压、瞬时、大变形过程中, 介质的流动应力在某些部位远小于惯性力(和压力)， 因而其行为接近于流体。
挤牙膏时是什么状况？ 用力很轻时：则牙膏并不流出，只是膏面由平变凸，一松手又变平； 用力稍大时：牙膏从管中流出，再也不能缩回去；
像牙膏这类流体的特点是：
外加切力较小时，不会流动，只发生弹性变形； 一旦切力超过某一数值，体系的变形就是永久的； 具有可塑性----这样的流体称为塑性体
使塑性体开始流动所需要施加的临界切应力，称为屈服值
六、胶体的流变性质 rheologic
何谓“流变性质”？
流变性质： 是指物质在外力作用下的变形、和流动的性质
• 胶体的流变性质关联到许多重要的生产问题
• • • • • • 如油漆、 钻井液、√ 果酱、√ 血液粘度—血栓、 沥青、 陶土的成形
• 胶体流变性质常用来估计质点的大小、形状，及质点与介质间的相互作用
• 如果所调油漆太稠, • 会造成流平度不佳, 可能产生裂痕
油漆一次刷得太厚，即会造成流淌
刷的太薄—不均匀
刷得太厚—流淌
• 钻井液的流变性对钻井工作的影响
• 钻井液又称为钻井用泥浆， • 在钻井过程中用泵将钻井液送入孔中 • 可以保证高效、安全钻井，防止井漏、井喷
对其要求是： 高剪切速率下 要求钻头处 钻井液的粘度要低， 低有利于高压喷射钻井 低剪切速率下 要求（环空内）粘度增加 既有利于带沙、提屑， 利用较粘稠的泥浆 可起到好的粘结护壁作用
研究血液有形成分的流变学，如红细胞的变形、聚集、表面电荷等， 血细胞流变学 红细胞聚集性、红细胞变形性、血小板聚集性、血小板地带网粘附性等， 细胞流变学 从分子水平研究血液成分的流变特性， 分子血液流变学
施加额外的力方能破坏结构。
其它塑性体例子： 钻井泥浆、油墨
• 在爆炸条件下，要把通常的固体当作流体弹塑性体, • 兼有流体性质和弹塑性或粘弹塑性固体性质的连续介质 • 在高压、瞬时、大变形过程中, 介质的流动应力在某些部位远小于惯性力(和压力)， 因而其行为接近于流体。
挤牙膏时是什么状况？ 用力很轻时：则牙膏并不流出，只是膏面由平变凸，一松手又变平； 用力稍大时：牙膏从管中流出，再也不能缩回去；
像牙膏这类流体的特点是：
外加切力较小时，不会流动，只发生弹性变形； 一旦切力超过某一数值，体系的变形就是永久的； 具有可塑性----这样的流体称为塑性体
使塑性体开始流动所需要施加的临界切应力，称为屈服值
六、胶体的流变性质 rheologic
何谓“流变性质”？
流变性质： 是指物质在外力作用下的变形、和流动的性质
• 胶体的流变性质关联到许多重要的生产问题
• • • • • • 如油漆、 钻井液、√ 果酱、√ 血液粘度—血栓、 沥青、 陶土的成形
• 胶体流变性质常用来估计质点的大小、形状，及质点与介质间的相互作用
• 如果所调油漆太稠, • 会造成流平度不佳, 可能产生裂痕
油漆一次刷得太厚，即会造成流淌
刷的太薄—不均匀
刷得太厚—流淌
• 钻井液的流变性对钻井工作的影响
• 钻井液又称为钻井用泥浆， • 在钻井过程中用泵将钻井液送入孔中 • 可以保证高效、安全钻井，防止井漏、井喷
对其要求是： 高剪切速率下 要求钻头处 钻井液的粘度要低， 低有利于高压喷射钻井 低剪切速率下 要求（环空内）粘度增加 既有利于带沙、提屑， 利用较粘稠的泥浆 可起到好的粘结护壁作用
研究血液有形成分的流变学，如红细胞的变形、聚集、表面电荷等， 血细胞流变学 红细胞聚集性、红细胞变形性、血小板聚集性、血小板地带网粘附性等， 细胞流变学 从分子水平研究血液成分的流变特性， 分子血液流变学
第二章胶体的性质
NaCl 外 NaCl 内
1
zc1 c2
(c内 c外 )RT
（1）由于存在不透过半透膜的大离子，平衡时膜 的内外NaCl浓度不等，产生一附加渗透压，此即 为Donnan效应。z越大， Donnan效应越显著；
（2）c1>>c2时， NaCl几乎都在膜外边； （3） c1<<c2 时， NaCl膜两边的分布是均匀的。
渗a透内Na平Cl 衡时aN外aCl
内
外
a a Na
Cl
外
内
a a Na
Cl
Pz- (c1) Cl- (c2) Na+ (zc1) Na+ (c2)
Pz- (c1) Na+ (zc1+x) Cl- (x)
Cl- (c2-x) Na+ (c2-x)
x c22 zc1 2c2
内 （膜） 外
时是变化发生涨落。 这种由于胶体体系中粒子动态性质引起的
光散射变化称为动态光散射。
布朗运动强度的平动扩散系数D
D /K2
动态光散射----DLS技术
散射光强随时间涨落的变化可用时间相关函数
表征，散射光强时间相关函数定义为RI（t）
对于球形粒子 Rh kT /(6hD)
5.静态散射光应用
(Einstein-Brown 位移方程)
NA 3hr
已知的NA 、η、r、T 和 t 等已知量求 x外，还
提供了一种测定阿佛加德罗常数 NA 的方法
3.Einstein布朗运动公式的应用
（1）Perrin Avogadro常数的验证
J. Perrin (1962年诺贝尔奖金获得者)
x 2Dt
2021物理化学第九章胶体PPT优秀资料
按胶体溶液的稳定性分类
3）按胶体溶液的稳定性分类
憎液溶胶 半径在1 nm~100 nm之间的难溶物固体粒子 分散在液体介质中，有很大的相界面，易聚沉，是 热力学上的不稳定体系。 一旦将介质蒸发掉，再加入介质就无法再形 成溶胶，是 一个不可逆体系，如氢氧化铁溶胶、 碘化银溶胶等。 这是胶体分散体系中主要研究的内容。
胶粒的结构
胶核吸附离子是有选择性的，首先吸附与胶核中 相同的某种离子，用同离子效应使胶核不易溶解。
若无相同离子，则首先吸附水化能力较弱的负 离子，所以自然界中的胶粒大多带负电，如泥浆水、 豆浆等都是负溶胶。
胶粒的结构
例1：AgNO3 + KI→KNO3 + AgI↓ 胶团的图示式：
过量的 KI 作稳定剂胶团的结构表
当半径大于5 m，Brown运动消失。
Brown运动
Brown运动
Einstein认为，溶胶粒子的Brown运动与分子运动类
似，平均动能为3/2 kT 。并假设粒子是球形的，运用分
子运动论的一些基本概念和公式，得到Brown运动的公式
为：
1
xRLT3tr 2
物理化学第九章胶 体
第九章 胶体化学
9.1分散体系 9.2 溶胶的制备与净化 9.3 溶胶的光学性质 9.4 溶胶的动力学性质 9.5 溶胶的电学性质 9.6 溶胶的流变性质
9.7溶胶稳定性与聚沉
乳状液 大分子概说 大分子的相对摩尔质量 Donnan平衡
一、胶体及其根本特性
1.分散相与分散介质 分散体系分类
（1）当光束通过粗分散体系，由于粒子大于入射 光的波长，主要发生反射，使体系呈现混浊。
（2）当光束通过胶体溶液，由于胶粒直径小于可 见光波长，主要发生散射，可以看见乳白色的光柱。
胶体与界面化学课件第9章 流变学基础
大多数高分子溶液和乳状液，低切速下的血液
t
胀流体
流变曲线通过原点，无屈服值 τy 表观粘度随切力增加而上升
tKDn (n1)
K、n为与液体性质有关 的经验常数
胀流体通常需要满足两个条 件： 1、分散相浓度需相当大， 且应在一窄小的范围内 2、颗粒必须分散而不聚集
面团
涨流体 D 静止
搅动
第9章 流变学基础
层流
流动状况可用 雷诺数Re表示。
Re vd
过渡流 v：流速
(b)
d：管直径
ρ：流体密度
η：流体粘度 湍流 Re＜2000 层流
(c)
Re＞4000 湍流
两种稳定的流动状态：层流、湍流
Re无量纲
只有在层流条件下，牛顿公式才成立
第9章 流变学基础
4 稀分散体系的粘度
分散体系的结构和流变性质主要由质点间的作用能和体 系中质点的浓度决定。在稀分散体系（如胶体和悬浮液） 中质点间彼此独立，互不影响，这种分散体系没有固定 的结构。其浓度服从Einstein粘度公式
第9章 流变学基础
5 浓分散体系的流型
浓分散体系的应用十分广泛。其流变性质非 常复杂。这是因为在这种体系中分散相粒子浓度 大，粒子间、粒子与介质间的相互作用强烈，而 且多样化。
以切变速度D与切应力f作图得到的曲线称为 流变曲线。流变曲线的不同形式称为流型。
浓分散体系的流变性质
牛顿体 塑性体 假塑体 涨流体
η=η0(1+Kφ)
式中， η为悬浮液的粘度； η0为分散介质的粘度；K 为形状系数； φ为分散相在分散体系中的体积分数。
第9章 流变学基础
形状系数：球形：K=2.5 椭球形（长短轴比=4）： K=4.8 层片状(宽厚比=12.5): K=53
胶体化学教案中的胶体的流变性与粘度特性
胶体化学教案中的胶体的流变性与粘度特性胶体化学是一门研究胶体体系的科学，它涉及到物理、化学、材料科学等多个学科领域。
在胶体化学的教学过程中，理解胶体的流变性和粘度特性是非常重要的。
本文将针对胶体在流变学和粘度方面的特性进行分析和讨论。
一、胶体的流变学特性流变学是研究物质变形和流动的科学，而胶体作为一种介于溶液和悬浮液之间的体系，具有其特殊的流变学特性。
1. 过渡频率与弹性模量胶体的过渡频率是指胶体转变为固体的频率范围。
在低频情况下，胶体表现出液体的流体特性，而在高频情况下则表现为固体的弹性特性。
弹性模量是衡量胶体固态特性的重要参数，它反映了胶体在受力下的变形程度。
过渡频率与弹性模量的测试可以通过动态力学分析仪进行。
2. 剪切应力与剪切应变剪切应力是指胶体在受到外力作用下产生的剪切变形所需的力。
而剪切应变则是胶体单位长度内的剪切变形。
胶体的剪切应力与剪切应变之间的关系可以用流变学模型来描述，常见的流变学模型包括牛顿流体模型、受限变形模型等。
3. 流动类型胶体的流动类型可以分为牛顿流体和非牛顿流体两种。
牛顿流体是指胶体的流动速率与施加的剪切应力成正比，流动规律符合牛顿定律。
而非牛顿流体则包括剪切稀化流体和剪切增稠流体。
剪切稀化流体在剪切条件下表现出阻力减小的特性，而剪切增稠流体则表现为阻力增加的特性。
二、胶体的粘度特性胶体的粘度是指胶体在受力作用下阻碍流动的程度。
胶体的粘度直接影响到其在实际应用中的流动性能。
1. 粘度的测定方法常见的胶体粘度测定方法包括旋转粘度计法、滴定法和流淌法等。
旋转粘度计法是通过测量胶体在旋转器转动下的扭矩和转速来计算粘度值，滴定法是通过滴定器滴入胶体溶液的滴数和时间来计算粘度值，流淌法是通过测量胶体溶液从容器中流出所需的时间来计算粘度值。
2. 粘度与浓度的关系胶体的浓度对其粘度有重要影响。
在胶体浓度低时，胶体颗粒之间的相互作用力较小，流动性较好，粘度较低；而在浓度较高时，胶体颗粒之间的相互作用力增大，流动性变差，粘度增加。
胶体化学第8章 流变学
在上述体系中，处于稳定状态的流动称为层流，在同一层上各点的 流速相同，不随时间而变。当流速超过某一限度时，层流就变为湍流， 这时的流体流动就不再符合式(6-1)。因为湍流产生后就有不规则的或随 时间而变化的漩涡产生，需要消耗更多的能量。因此式(8-1)只有在层流 状态下切速率才有意义。
Reynold曾提出一个无因次数来描述液体的流动状态，称为雷诺数。 他认为无论什么液体，只要雷诺数相同，那么流体的流动状态就相似。 雷诺数的定义为 式中，R为管子半径，ρ为液体的密度，υ为液体流速，Re数值超过某一 数值时，层流就成为湍流。在比较细的管中，Re的临界值约为1400～ 2000之间。雷诺数可以用实验方法求得，例如水(η=1 mPa.s)在R= 0.01 cm的管子中流动，当υ超过700 cm·-1以上时，就出现湍流现象。这个数 s 值远较一般液体流动速率大。 以上讨论的是纯液体粘度，对有两相存在的溶胶或悬浮体，它们的τ 与D的关系就比较复杂。因为粘度是液体流动时所消耗动量的一种量度 ，如果介质中有分散粒子，液体的流动推动粒子时要受到阻力，要消耗 额外能量，因此粘度就增加了。若粒子间有相互作用，或粒子的不对称 性结构等，都会产生干扰，此时粘度更大。现令η为分散体系(或溶液)的 粘度，η0为分散介质(或纯溶剂)的粘度。在层流状态下，Einstein根据流 体力学推导得 (8-2) 对于球形粒子，k=2.5，则 式中，φ是分散相在全部分散体系中所占有的散粒子是球形的，它远大于介质的分子，但远小于容器；介质 是连续的。 (2)粒子是刚性的，完全为溶剂所润湿，而液体是不可压缩的。 (3)分散相的含量很少，粒子间无相互作用。 (4)溶液处于层流状态，没有湍流现象。 式(8-2)的结论是粘度只由分散相粒子占的体积分数所决定，与粒子 大小、性质无关。说明粘度的增加只是因为溶剂受到干扰之故。
Reynold曾提出一个无因次数来描述液体的流动状态，称为雷诺数。 他认为无论什么液体，只要雷诺数相同，那么流体的流动状态就相似。 雷诺数的定义为 式中，R为管子半径，ρ为液体的密度，υ为液体流速，Re数值超过某一 数值时，层流就成为湍流。在比较细的管中，Re的临界值约为1400～ 2000之间。雷诺数可以用实验方法求得，例如水(η=1 mPa.s)在R= 0.01 cm的管子中流动，当υ超过700 cm·-1以上时，就出现湍流现象。这个数 s 值远较一般液体流动速率大。 以上讨论的是纯液体粘度，对有两相存在的溶胶或悬浮体，它们的τ 与D的关系就比较复杂。因为粘度是液体流动时所消耗动量的一种量度 ，如果介质中有分散粒子，液体的流动推动粒子时要受到阻力，要消耗 额外能量，因此粘度就增加了。若粒子间有相互作用，或粒子的不对称 性结构等，都会产生干扰，此时粘度更大。现令η为分散体系(或溶液)的 粘度，η0为分散介质(或纯溶剂)的粘度。在层流状态下，Einstein根据流 体力学推导得 (8-2) 对于球形粒子，k=2.5，则 式中，φ是分散相在全部分散体系中所占有的散粒子是球形的，它远大于介质的分子，但远小于容器；介质 是连续的。 (2)粒子是刚性的，完全为溶剂所润湿，而液体是不可压缩的。 (3)分散相的含量很少，粒子间无相互作用。 (4)溶液处于层流状态，没有湍流现象。 式(8-2)的结论是粘度只由分散相粒子占的体积分数所决定，与粒子 大小、性质无关。说明粘度的增加只是因为溶剂受到干扰之故。
6-2胶体的流变性质 16页PPT文档
胶体的流变性质
❖ 胶体的流变性质是指在外力作用下该物质的 变形和流动的性质。
胶体的流变行为具有重要的实用价值。 例如，泥浆、油漆、橡胶、塑料、纺织、食 品等工业产品的质量或工艺流程的设施，往 往取决于它的流变性质。
这种流动性质对日常生活有重 要意义。例如，用油漆刷饰物体要 求油漆的流动性适当，即既不保留 刷痕又能保持涂层一定厚度不流淌。 用黏土制陶器即要求湿土有一定流 动性便于保持其可塑性又不能流动 性太大，使陶胚形状不能维持。人 体血液维持一定的黏度才能既保证 正常血液循环又不致形成血栓……
一、黏度的定义
切应力、切应变与切边速度
单位面积上的力称为切应力，用τ表示,即t = F
速度梯度亦称为切速度，并用符号D表示，则上 A
式可写为τ=ηD 此式称为牛顿黏度公式。
对于纯液体和小分子化合物的
溶液，由外力F所形成的应切力τ完 全用于克服液体的内摩擦，则应切 力τ与切变速率D成正比： τ=ηD此 式称为牛顿定律。
牛顿流体的流型为牛 顿型，非牛顿流体包 括塑流型、假流型、 胀流型和触变性。这 些流型的流变曲线见 图。
1、牛顿体
t 塑性体
牛顿体
D－τ关系为直线，且 过原点，即在任意小 的外力作用下液体就 能流动。
胀流体 假塑体 D
t
2、塑性流体
流变曲线也是直线，但不
τy
过原点，而是与切力轴交
于τy处。 τy称为屈服值。
t ty =塑D
塑性体 D
η塑称为塑性黏度，与屈服值是塑性体两个重要的流变
参数。
通俗的说，塑型体是“越搅越稀”，即用外力搅动时，力 太小搅不动，力大到一定程度突然可以搅动，并随用力增 大，体系黏度急剧减小。油漆、泥浆等均为溯流体。
❖ 胶体的流变性质是指在外力作用下该物质的 变形和流动的性质。
胶体的流变行为具有重要的实用价值。 例如，泥浆、油漆、橡胶、塑料、纺织、食 品等工业产品的质量或工艺流程的设施，往 往取决于它的流变性质。
这种流动性质对日常生活有重 要意义。例如，用油漆刷饰物体要 求油漆的流动性适当，即既不保留 刷痕又能保持涂层一定厚度不流淌。 用黏土制陶器即要求湿土有一定流 动性便于保持其可塑性又不能流动 性太大，使陶胚形状不能维持。人 体血液维持一定的黏度才能既保证 正常血液循环又不致形成血栓……
一、黏度的定义
切应力、切应变与切边速度
单位面积上的力称为切应力，用τ表示,即t = F
速度梯度亦称为切速度，并用符号D表示，则上 A
式可写为τ=ηD 此式称为牛顿黏度公式。
对于纯液体和小分子化合物的
溶液，由外力F所形成的应切力τ完 全用于克服液体的内摩擦，则应切 力τ与切变速率D成正比： τ=ηD此 式称为牛顿定律。
牛顿流体的流型为牛 顿型，非牛顿流体包 括塑流型、假流型、 胀流型和触变性。这 些流型的流变曲线见 图。
1、牛顿体
t 塑性体
牛顿体
D－τ关系为直线，且 过原点，即在任意小 的外力作用下液体就 能流动。
胀流体 假塑体 D
t
2、塑性流体
流变曲线也是直线，但不
τy
过原点，而是与切力轴交
于τy处。 τy称为屈服值。
t ty =塑D
塑性体 D
η塑称为塑性黏度，与屈服值是塑性体两个重要的流变
参数。
通俗的说，塑型体是“越搅越稀”，即用外力搅动时，力 太小搅不动，力大到一定程度突然可以搅动，并随用力增 大，体系黏度急剧减小。油漆、泥浆等均为溯流体。
第五章胶体的性质.ppt
0 1
2.51
1
k0 R2
( 2
)2
• （5） 温度：
5.5.3 浓分散体系的流变性
流变学中吧切变速率D与切应力 的关
系图称为流变曲线，根据其特性可将其分为4种 流型：牛顿型、塑流型、假塑型、胀流型。
5.5.3.1 塑型流体
流变方程： y p D( y )
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
（3） 粒子的溶剂化：
对球形粒子，假设溶剂化只发生在粒子表面，
则：
湿
（1
3R r
)干
r为胶体粒子的半径，R为溶剂化层的厚度 ，
考虑溶剂化：
0
1
2.（5 1
3R r
)干
（4） 电黏效应
胶体粒子带电时，粒子与分散 介质之间的相对运动将产生电势差需 要外力来克服粒子的电荷与双电子层 离子之间的相互作用，使分散体系的 黏度增高：
8lv
此法适用于测定黏度为104 ~ 105
Pa. s的牛顿流体，使用范围较广，操 作简便、结果准确、但应严格控制温 度，选择合适的黏度计使流体的流出 时间在100~120s以上为宜，否则，误 差较大。
（2）同轴转筒型黏度计法 在两桶间装入待测流
体，当转筒转动时，由于 流体具有黏度，固定筒也 向相同方向转动，但扭力 丝将其扭会，当旋转与扭 回两力矩相等是，固定筒 不再转动而达平衡，此时：
5.5.3.5 假塑型流体
其特点：体系没有屈服值，流变曲线从
原点开始;表观粘a 度 随切边速率D的增大而减
小；其流变方程：
k Dn (0 n 1)
流变学基础精讲PPT学习教案
第18页/共68页
曲线上升时被破坏的结构并不因为应力的减 少而立即恢复原状，而是存在一种时间差。
第19页/共68页
可器用加将 以弹组三性合、模的型各粘的种弹模弹簧型和表性粘示性。模型的缓冲
粘弹性(viscoelasticity)：高分子物质或分 散体系，具有粘性和弹性的双重特性。
应力缓和(stress relaxation)：物质被施加 一定的压力而变形，并使其保持一定应力 时，应力随时间而减少的现象。
第33页/共68页
三、流变学在药剂学中的应用
混悬剂 乳剂 胶体溶液 软膏剂 栓剂
处方设计 处方组成 质量评价 制备工艺
第34页/共68页
(一）流变学在混悬剂中的应用
在混悬液中，流变学原理可用于讨论： ➢ 粘性对粒子沉降的影响； ➢ 混悬液经振荡从容器中倒出时的流动性 的变化； ➢ 混悬液应用于投药部位时的伸展性。
胀性流动：曲线经 过原点，随着剪切 应力的增大其粘性 也随之增大
如：滑石粉或淀粉
切稠！越切越粘 ！
第17页/共68页
三、触变流动
触变性(thixlotropy)：
随着剪切应力增大，粘度下降，剪切应 力消除后粘度在等温条件下缓慢地恢复 到原来状态的现象。
触变性是施加应力使流体产生流动时，流体 的粘性下降，流动性增加；停止流动时，其 状态恢复到原来性质的现象。
主药硫糖铝可使铝可使311黄黄原胶水溶液粘度原胶水溶液粘度增加触变性更增加触变性更为明显为明显第59页共68页讨讨黄原胶具有触变性黄原胶具有触变性静臵时能形成一种支架静臵时能形成一种支架结构支撑起微粒结构支撑起微粒而使用时振摇又变成流体而使用时振摇又变成流体有利于混悬剂的稳定有利于混悬剂的稳定故黄原胶可作为硫故黄原胶可作为硫加入硫糖铝后加入硫糖铝后粘度增加粘度增加触变性更加明显触变性更加明显可能是硫糖铝微粒分散与黄原胶的支架结可能是硫糖铝微粒分散与黄原胶的支架结构中使粘度增加使粘度增加静止状态的流动性减少静止状态的流动性减少触变性明显触变性明显
曲线上升时被破坏的结构并不因为应力的减 少而立即恢复原状，而是存在一种时间差。
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可器用加将 以弹组三性合、模的型各粘的种弹模弹簧型和表性粘示性。模型的缓冲
粘弹性(viscoelasticity)：高分子物质或分 散体系，具有粘性和弹性的双重特性。
应力缓和(stress relaxation)：物质被施加 一定的压力而变形，并使其保持一定应力 时，应力随时间而减少的现象。
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三、流变学在药剂学中的应用
混悬剂 乳剂 胶体溶液 软膏剂 栓剂
处方设计 处方组成 质量评价 制备工艺
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(一）流变学在混悬剂中的应用
在混悬液中，流变学原理可用于讨论： ➢ 粘性对粒子沉降的影响； ➢ 混悬液经振荡从容器中倒出时的流动性 的变化； ➢ 混悬液应用于投药部位时的伸展性。
胀性流动：曲线经 过原点，随着剪切 应力的增大其粘性 也随之增大
如：滑石粉或淀粉
切稠！越切越粘 ！
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三、触变流动
触变性(thixlotropy)：
随着剪切应力增大，粘度下降，剪切应 力消除后粘度在等温条件下缓慢地恢复 到原来状态的现象。
触变性是施加应力使流体产生流动时，流体 的粘性下降，流动性增加；停止流动时，其 状态恢复到原来性质的现象。
主药硫糖铝可使铝可使311黄黄原胶水溶液粘度原胶水溶液粘度增加触变性更增加触变性更为明显为明显第59页共68页讨讨黄原胶具有触变性黄原胶具有触变性静臵时能形成一种支架静臵时能形成一种支架结构支撑起微粒结构支撑起微粒而使用时振摇又变成流体而使用时振摇又变成流体有利于混悬剂的稳定有利于混悬剂的稳定故黄原胶可作为硫故黄原胶可作为硫加入硫糖铝后加入硫糖铝后粘度增加粘度增加触变性更加明显触变性更加明显可能是硫糖铝微粒分散与黄原胶的支架结可能是硫糖铝微粒分散与黄原胶的支架结构中使粘度增加使粘度增加静止状态的流动性减少静止状态的流动性减少触变性明显触变性明显
聚合物的流变性.ppt
η>ηa>η∞
聚合物流动曲线的解释
缠结理论解释：缠结破坏与形成的动态过程。
ⅰ第一牛顿区： 切变速率足够小，高分子处于高度 缠结的拟网结构，流动阻力大；缠结结构的破坏 速度等于形成的速度，粘度保持不变，且最高。
ⅱ假塑性区：切变速率增大，缠结结构被破坏，破 坏速度大于形成速度，粘度减小，表现出假塑性 流体行为。
9.2.2影响聚合物熔体粘度的因素
A、粘度的分子量依赖性
（1）分子结构
临界分子量发生缠结的最小分子量
When M<Mc
0
KM
1~1.6 w
When M>Mc
0
KM
3~ w
3.4
△成型加工考虑，流动性好（充模好，表面光洁）。 降低分子量，增加流动性，但影响机械强度。在加 工时适当调节分子量大小，满足加工要求尽可能提 高分子量。
定义：挤出机挤出的高聚物熔体其直径比挤出 模孔的直径大的现象。
如何减小挤出涨大？
——引起聚合物弹性形变储能剧烈变化区域 为：模孔入口处，毛细管壁和模孔出口处。
——模口设计成流线型，提高加工温度等。 胀大比B随切变速率提高而增大，B随L／D↑而 减小。
9.4.4 不稳定流动 •波浪形 •鲨鱼皮形 •竹节形 •螺旋形 •不规则破裂
9.1牛顿流体和非牛顿流体
1、牛顿流体：
剪切形变
dx dy
，
剪切应力
F
A
切变速( dx)
d
(dx) dv
dt dt dy dy dt dy
(s-1 )
牛顿流动定律：
：单位Pa·s
凡流动行为符合牛顿流动定律的流体， 称为牛顿流体。牛顿流体的粘度仅与流 体分子的结构和温度有关，与切应力和 切变速率无关。
聚合物流动曲线的解释
缠结理论解释：缠结破坏与形成的动态过程。
ⅰ第一牛顿区： 切变速率足够小，高分子处于高度 缠结的拟网结构，流动阻力大；缠结结构的破坏 速度等于形成的速度，粘度保持不变，且最高。
ⅱ假塑性区：切变速率增大，缠结结构被破坏，破 坏速度大于形成速度，粘度减小，表现出假塑性 流体行为。
9.2.2影响聚合物熔体粘度的因素
A、粘度的分子量依赖性
（1）分子结构
临界分子量发生缠结的最小分子量
When M<Mc
0
KM
1~1.6 w
When M>Mc
0
KM
3~ w
3.4
△成型加工考虑，流动性好（充模好，表面光洁）。 降低分子量，增加流动性，但影响机械强度。在加 工时适当调节分子量大小，满足加工要求尽可能提 高分子量。
定义：挤出机挤出的高聚物熔体其直径比挤出 模孔的直径大的现象。
如何减小挤出涨大？
——引起聚合物弹性形变储能剧烈变化区域 为：模孔入口处，毛细管壁和模孔出口处。
——模口设计成流线型，提高加工温度等。 胀大比B随切变速率提高而增大，B随L／D↑而 减小。
9.4.4 不稳定流动 •波浪形 •鲨鱼皮形 •竹节形 •螺旋形 •不规则破裂
9.1牛顿流体和非牛顿流体
1、牛顿流体：
剪切形变
dx dy
，
剪切应力
F
A
切变速( dx)
d
(dx) dv
dt dt dy dy dt dy
(s-1 )
牛顿流动定律：
：单位Pa·s
凡流动行为符合牛顿流动定律的流体， 称为牛顿流体。牛顿流体的粘度仅与流 体分子的结构和温度有关，与切应力和 切变速率无关。