物理化学期末复*第十章

发布于:2021-06-11 06:37:48

第十章 溶胶

11.1 分散体系 11.2 溶胶的制备与净化

11.3 溶胶的光学性质 11.4 溶胶的动力学性质 11.5 溶胶的电学性质
11.6 溶胶的流变性质 11.7 溶胶的稳定性与聚沉

§11.1 分散体系
分散体系:一种或几种物质分散在另一种物质之 中所构成的系统; 分散相: 形成粒子的,被分散的物质;

分散介质:另一种连续分布的物质,即分散相所 处的介质

根据分散相颗粒直径的大小来分类分散体系 真溶液

分散体系

胶体分散体系 粗分散体系

类 型 分子分散体系 (真溶液) 胶体分散体系 (溶胶、高分子溶 液、缔合胶体) 粗分散体系 (悬浮液、乳浊液)

颗粒大小 <1nm

特 性 能通过滤纸,扩散很快,能通过半 透膜,普通显微镜和超显微镜下都 看不见 能通过滤纸,扩散极慢,不能通过 半透膜,普通显微镜下看不见,在 超显微镜下可以看见 不能通过滤纸,不扩散,不渗析, 在普通显微镜下可以看见

1nm~100 nm

>100 nm

多相分散体系也可按分散相和分散介质的 聚集状态的不同来分类(没有明晰统一的规定)

胶体(分散相颗粒d=1~100nm)
具有许多特殊物理和化学性质的分散体系 依照分散相颗粒的种类不同可将胶体分 散体系分为三类:

溶胶
胶体分散体系 高分子溶液 缔合胶体

溶胶:指在适当条件下,不溶于分散介 质的物质以分子聚集体形式(103~109个) 分散在分散介质中所形成的外观均匀、 高度分散的多相分散体系 特点:具有很大的相界面和很高的界面 吉布斯自由能,属于热力学不稳定体系

高分子溶液:高分子以分子形式溶于介 质中,其分散相直径也在1-100nm之间, 是真溶液,是均相体系

特点:分散相和分散介质之间没有界面, 热力学稳定体系

胶束:也称缔合胶体。指由表面活性剂 分子缔合形成的胶束溶液。 特点:分散相和分散 介质之间有很好的亲 和性,是无界面能的 均相体系,是热力学 稳定体系。

§ 11.3 溶胶的光学性质
11.3.1 丁达尔(Tyndall)效应
丁达尔效应:在暗室里将一束强光射过胶体溶液, 在光的垂直方向上观察,可以看到明显的光柱。

丁达尔效应是由于胶体粒子发生光散射而引起的

光照射分散体系发生三种情况
1)入射光波长小于微粒尺寸时,发生光的反射 2)入射光波长与微粒尺寸相*时,发生光的衍射 3)入射光波长大于微粒尺寸时,发生光的散射 思考:可见光照射真溶液是否会发生光的散射? 系统完全均匀:所有散射光相互抵消,看不 到散射光 系统不均匀:散射光不会被相互抵消,可看 到散射光

丁达尔效应用来区分真溶液和溶胶体系

日出或日落的时候,阳光斜射地面,阳光经过 比直射更后的大气层,蓝光及绿光散射作用很强, 在到达地面以前被散射没了,剩下的是波长较长 的红光和橙光。

白天太阳照射地球表面,太阳光穿过大气层时,各种波长的光 都要发生散射,其中波长较长的光散射较小,大部分传播到地面上, 这些光综合起来呈现出黄色。而波长较短的蓝、绿光散射作用较强, 天空的蓝色正是这些散射光的颜色

11.3.2 超显微镜的原理和应用

结构特点:
使用中央遮光板或暗视野聚光器阻 挡光源的中央光束。光线通过聚光器时 不能由下而上地通过标本进入物镜,而 是倾斜地照射在观察的标本上,标本遇 光发生反射或散射,散射光线投入物镜 内成像。照明光线没有进入物镜,所以 视野中其他部分是黑暗的。

11.3.2 超显微镜的原理和应用
一般暗视野显微镜虽看不清物体的细微结构, 但却可分辨0.004um以上的微粒的存在和运动,这 是普通显微镜(最大的分辨力为0.2um)所不具有的 特性,可用以观察活细胞的结构和细胞内微粒的 运动等。

超显微镜:
(1)只能证实溶胶中粒子的存在并观察其布朗 运动,看到的是粒子对光线散射后形成的发光点, 而不是粒子本身。 (2)确定胶粒的数目,观察胶粒的运动,估计 溶胶的分散度等。

第十一章 溶胶

§ 11.5 溶胶的电学性质

11.5.1 电动现象 一、电泳
在外电场作用下,胶体粒子在分散介质中的 定向移动称为电泳。 胶体的电泳证明胶 粒是带电的 。

应用:生物医学分离蛋 白质分子、 核酸分子、 各种氨基酸等;环保电 泳除尘;陶瓷工业分离 粘土和杂质

第十一章 溶胶

二、电渗
分散相固定不 动时,分散介质受 外加电场的作用而 作定向流动,这种 现象称为电渗。

应用:电渗可用于纸浆脱水和陶坯脱水
电渗现象表明分散介质也是带电的

第十一章 溶胶

三、流动电位
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, 称流动电位。此过程 可视为电渗过程的逆 过程

第十一章 溶胶

四、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。可视为电泳的逆过程。

第十一章 溶胶

11.5.2 溶胶粒子表面电荷的来源
(一)吸附:固体表面对电解质正负离子不等量 吸附而获得电荷 例: 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 (二)电离:分散相固体与液体介质接触时,固 体表面的基团发生电离,使一种离 子进入液相,残留基团留在固相从 而使固体带电

例: 蛋白质中的氨基酸分子 在pH低时氨基形成—NH3+而带正电 在pH高时氨基形成—COO-而带负电 (三) 晶格取代: 粘土由铝氧八面体和硅氧四面体晶格组成。 天然粘土中Al3+(或Si4+)的晶格点常被Mg2+和 Ca2+取代,使粘土晶格带负电。

第十一章 溶胶

11.5.3 扩散双电层理论

基本概念
双电层:在液固界面处,固体表面上与其附*的 液体内通常会分别带有电性相反、电量相同的两 层离子,形成双电层。 电位离子:在固体表面上的带电离子称为决定电 位离子。 反离子:在固体表面附*液体中的与电位离子电 性相反的离子

第十一章 溶胶

1)亥姆霍兹*行电容器模型
亥姆霍兹最先提出*行板电 容器模型,认为在固体和液体界 面上形成双电层,这两个电层相 互*行且整齐排列,好像一个* 行板的电容器。 缺点:未考虑介质中反离子要 受热运动的影响

第十一章 溶胶

2)古依—查普曼扩散双电层模型
古依和查普曼分别于 1905年和1913年提出扩散 双电层模型 要点: (1)介质中的反离子受 到固体表面电荷的静电吸 引,使反离子趋向于表面 (2)反离子本身因热运 动而扩散开去,使反离子 趋于均匀分布

第十一章 溶胶 缺点: (1)假设反离子是点电荷,未考虑反离子是有 一定体积的,而且离子在溶液中是水合的; (2)固体表面与反离子之间除静电作用外还有 其它相互作用,没有考虑胶粒表面上固定吸附层。

第十一章 溶胶

3)斯特恩修正双电层模型
要点: (1)带电的固体表面对溶 液中的反离子存在着静电吸 引力、范德华力或其它形式 的吸引力 ,产生特殊的吸引 作用,形成的吸附层也随同 固体粒子一起运动; (2)反离子不是点电荷, 应当考虑离子水化后总体积 的大小。 http://graduate.neau.edu.cn/whkj/index.html

第十一章 溶胶

3)斯特恩修正双电层模型
斯特恩面:固体粒子表面水化 离子中心连线所形成的假想面 紧密层(或斯特恩层):斯特 恩面与固体表面之间的空间。 扩散层:斯特恩面以外到溶液 本体的空间。 相对滑动面:固体和液体在电 场中发生错动的位置。 固定层:滑动面与固体表面之 间的空间 可动层:滑动面以外到溶液本 体的空间。

第十一章 溶胶

热力学电势:固体表面上的电势ψ0是双电层的总电势 斯特恩电势:紧密层与扩散层分界处的电势ψs 电动电势:电场中相对滑动面上的电势ζ

第十一章 溶胶

胶团结构示意图

胶团剖面图

第十一章 溶胶 电解质对电动电势ζ的影响 随着外加电解质浓度的增加,将使更多的反离子进入 固定层中,使可动层的厚度变薄。当可动层被压缩到与 固定层相重叠时,ζ电*滴悖馐苯毫2淮绾伞

第十一章 溶胶

§ 11.7 溶胶的稳定性与聚沉
11.7.1 溶胶的稳定性
使溶胶能相对稳定存在的原因 (1)胶粒的布朗运动使溶胶不致因重力而沉降, 即动力学稳定性。 (2)由于胶团双电层结构的存在,胶粒都带相 同的电荷,相互排斥,故不易聚沉。这是使溶 胶稳定存在的最重要的原因。 (3)在胶团的双电层中反离子都是水化的,因 此在胶粒的外面有一层水化膜,它阻止了胶粒 的互相碰撞而导致胶粒结合变大。

第十一章 溶胶

11.7.2 影响溶胶聚沉的因素
(一)电解质的聚沉作用 聚沉值是使一定量的溶胶在一定时间内完全聚 沉所需电解质的最小浓度。聚沉值愈小表明电解 质聚沉能力愈强。 电解质的聚沉作用的规律: 1.不同价离子的影响 (1)电解质对溶胶的聚沉作用主要决定于与 溶胶带相反电荷的离子的价数。价数越高,聚沉 能力越大; (2)与溶胶具有相同电荷的离子,价数越高 电解质聚沉能力越弱。

第十一章 溶胶

2.同价离子的影响 若用碱金属离子聚沉负溶胶时,聚沉能力的差 别可用感胶离子序来表示: H+ > Cs+ >Rb+ >NH4+ >K+ >Na+ >Li+ 用不同1价负离子聚沉正溶胶时,其感胶离子 序: F- >IO-3 >H2PO3- >BrO3- >Cl->ClO3- >Br- >I- >SCN-


相关推荐

最新更新

猜你喜欢