《高起本胶体》PPT课件.ppt

第八章 胶体化学 colloid chemistry,第八章 胶体化学,胶体：象牛奶，墨汁，油漆，胶水等这类物质,从分散系统的粒度大小理解胶体,典型的胶体溶胶 大分子粒径与溶胶相近 粗分数系表面积仍很大,小分子溶液,微多相（溶胶）,粗分散,大分子溶液,r 109 m,r 107 m,第一节 溶胶的分类和基本特征,一. 分类,按分散相与分散介质聚集状态分类,本章主要讨论的是液溶胶，特别是液液溶胶和固液溶胶,介质：,雾,烟,泡沫,牛奶,油漆,沸石,珍珠,有色玻璃,二. 基本特性,溶胶是一定条件下形成的特殊状态，并非物质的本性，如,胶体,溶胶,这种特殊状态，有三个基本特征,1. 特定分散度 107109 m,2. 相不均匀性（多相性）,对介质不溶憎液胶体 大分子溶液亲液胶体,3. 热力学不稳定性,高分散度，巨大表面积，表面能大，有自发聚集倾向，以降低表面能 大分子溶液：热力学稳定系统,三. 溶胶质点形状,椭球形,棒形,线形,球形,第二节 溶胶的制备和净化,第八节 溶胶制备和净化,二种途径：,胶体,分子,一. 分散法（物理的）,1. 研磨法（胶体磨）,2. 超声粉碎,3. 气流粉碎,4. 高压匀浆,二凝聚法,1. 物理凝聚法,(1) 冷冻干燥,溶液,冰,粉粒,胶体,(2) 改变溶剂法,使溶解度骤变，如,松香乙醇溶液（溶）,演示,水（不溶）,溶胶,二凝聚法,1. 物理凝聚法,(1) 冷冻干燥,(2) 改变溶剂法,(3) 蒸气凝聚法,(4) 电弧法 例Ag溶胶,(5) 包膜法 利用表面活性剂形成胶囊包容分散相,演示,演示,二凝聚法,1. 物理凝聚法,2. 化学凝聚法,凡能有沉淀析出的化学反应都可能用来制备相应溶胶,如水解反应制备Fe (OH)3溶胶 FeCl3 +3H2O Fe (OH)3 + 3HCl,反应类型：氧化，还原，复分解等,二凝聚法,3. 溶胶净化,化学法制备的溶胶，往往含有过多的电解质 一定量电解质是溶胶稳定的必要条件 过量电解质使溶胶不稳定,(1) 渗析法,普通渗析,电渗析,二凝聚法,4. 溶胶净化,(2) 超虑法：小分子电解质滤去，再用介质重新分散,减压过滤,加压过滤,第三节 溶胶的动力性质,第三节 溶胶的动力性质,热运动扩散，布朗运动,重力场重力降沉,离心力场离心降沉,电学性质,光学性质,动力性质,一. 扩散,物质高浓度（大）低浓度（小）为扩散，结果自由能G，熵 S,1扩散速度与浓梯关系Fick定律,mols1,扩散系数,面积,浓度梯度,演示,一. 扩散,2扩散系数与粒子大小关系,Einstein导出：,(球形粒子),扩散时平衡力：F阻= F扩,扩散力（由浓度梯度驱动）：,F阻=6rv,Stokes定律,粘度,位移速度（ms1）,阻力（由运动产生）：,由此可导出扩散系数公式,二. Browm运动与Einstein方程,Browm运动：溶胶质点在介质中无规则运动,Einstein公式：时间 t 内Brown运动 位移与扩散系数D关系,很容易在显微镜下观察，由此可求得溶胶粒子半径,演示,三. 重力沉降与沉降平衡,溶胶质点在外力场定向移动称沉降,沉降质点浓集 扩散质点分散,质点小，力场小扩散 质点大或力场大沉降 扩散沉降相当平衡,三. 重力沉降与沉降平衡,1. 重力沉降,重力场是不太强的力场，粗分散系（104m）可发生沉降,力平衡：,F沉 = F阻,F沉 = F重 F浮= Vg V0g,F阻= 6rv,沉降速度,沉降分析法，测v求粒径r (2) 落球式粘度计，测v求,三. 重力沉降与沉降平衡,2. 沉降平衡,如果粒径不太大时,力平衡：,F沉 = F扩,平衡浓度：,三. 重力沉降与沉降平衡,2. 沉降平衡,平衡浓度：,此式表明,相同粒度r，h，c 相同高度h，r，c2/c1,四. 离心沉降和沉降平衡,离心机：,可用于溶胶、大分子的沉降分析 转速可达105 rpm，离心力104g以上,离心力场：,104g 沉降扩散平衡，从平衡分布求质点分子量 104g 扩散可不考虑，从沉降速度求质点r和M,x=0,扇形离心池，质点沿径向沉降，避免对流,演示,重力沉降只适应于粗分散系，对溶胶，大分子不适用，因为扩散与对流足以抗衡,四. 离心沉降和沉降平衡,1. 离心沉降速度,离心力场中，沉降速度 v 与所加的离心力场大小有关,(1) 离心沉降系数S,离心加速度= 2x,：角速度，弧度s1 x：离转轴距离,定义S为单位力场中沉降速度,观察时间t1 t2时， 移动x1 x2，计算S,四. 离心沉降和沉降平衡,(2) 由S计算颗粒大小 r 和摩尔质量M,力平衡：,F阻 = F沉,F沉 = F离 F浮,6rv,沉降速度,或,用于计算r：,用于计算M：,有时用比容代替密度,四. 离心沉降和沉降平衡,若与扩散系数联系：,四. 离心沉降和沉降平衡,2. 离心沉降平衡,力平衡：,F扩 = F沉,求r：,求M：,四. 离心沉降和沉降平衡,例 25C，r = 107m溶胶，=1.15103 kgm3，介质 = 103 Pas，求下列情况下粒子移动2104m时所需用的时间 (1)只考虑扩散 (2)只考虑重力沉降 (3)在104 rpm转速的离心机中沉降（从x = 0.05 m处开始）,解,(1) 扩散,= 2104,t = 9265 s,(2) 重力沉降,t = 6.1104 s,四. 离心沉降和沉降平衡,例 25C，r = 107m溶胶，=1.15103 kgm3，介质 = 103 Pas，求下列情况下粒子移动2104m时所需用的时间 (3) 在104 rpm转速的离心机中沉降（从x = 0.05 m处开始）,解,(1) 扩散,t = 9265 s,(2) 重力沉降,t = 6.1104 s,(3) 离心沉降,t1 = 0，x1 = 0.05 m，x2 = 0.05 + 2104 m,（弧度/秒）,t = 11 s,第四节 溶胶的光学性质,一溶胶的光散射现象,光通过溶液时基本现象,粒径 波长,粒径 波长,粒径 波长,真溶液,粗分散,溶胶,透明,有色（补色）,浑浊,乳光,透射,吸收,反射,散射,Tyndall效应,一溶胶的光散射现象,Tyndall效应,现象：暗室中光线通过溶胶时形成的“光柱”,成因：,二次光源,散射是溶胶特有的现象,电磁场 作用,二光散射定律Reyleigh公式,I 散射光强度 I0 入射光强度 波长,粒子浓度(粒子数/体积) V 单个粒子体积 n1，n2 粒子，介质折光率,二光散射定律Reyleigh公式,可见光 400 700 nm （兰 红）,从侧面看溶胶，呈兰色（散射）,(2) I ，粒子浓度越大，散射光越强 浊度法测定溶胶的浓度,(3) I V，粒子体积越大，散射光越强 从乳光强度分布确定粒度分布尘粒测定仪,(4) I 与折光率差 n 有关，n 越大，散射光越强 因此散射光是由于光学不均匀性引起的 大分子溶液单相，n小，I 就小,波长越短，散射光越强,(1) ，,三. 溶胶的颜色,吸收，与观察方向无关 散射，与观察方向有关,若吸收很弱，主要表现为散射，如AgCl，BaSO4溶胶：乳光 若吸收较强，主要表现为其补色， 如Au 溶胶（红），As2S3 溶胶（黄） 粒子大小可改变吸收 散射相对比 如Au溶胶 高度分散时，吸收为主：红 放置后粒子增大，散射为主