胶体

null物理化学基础 教案 中职数学基础模块教案 下载北师大版¥1.2次方程的根与系数的关系的教案关于坚持的教案初中数学教案下载电子教案下载 —第一章物理化学基础教案—第一章胶体分散系统 胶体分散系统 胶体分散系统 例如：云，牛奶，珍珠 把一种或几种物质分散在另一种物质中就构成分散体系。 其中，被分散的物质称为分散相 (dispersed phase)， 另一种物质称为分散介质 (dispersing medium)。 分散相和分散介质 什么是胶体分散系统?按分散相粒子的大小分类，通常有三种分散系统1.分子分散系统 分散相与分散介质以分子或离子形式彼此混溶，没有界面，是均匀的单相，分子半径在1 nm 以下 。2.胶体分散系统 分散相粒子的半径在1 nm~100 nm之间，目测是均匀的，但实际是多相不均匀系统。也有的将 1 nm ~ 1000 nm之间的粒子归入胶体范畴。3.粗分散系统 当分散相粒子大于1000 nm，目测是混浊不均匀系统，放置后会沉淀或分层。 胶体和胶体的基本特性 胶体和胶体的基本特性 分散系统的分类根据胶体系统的性质至少可分为两大类：（1）憎液溶胶 系统具有很大的相界面，很高的表面Gibbs自由能，很不稳定，极易被破坏而聚沉； 简称溶胶，由难溶物分散在分散介质中所形成，粒子都是由很大数目的分子构成，大小不等； 聚沉之后往往不能恢复原态，因而是热力学中的不稳定和不可逆系统。胶体和胶体的基本特性胶体和胶体的基本特性 （2）亲液溶胶大（高）分子化合物的溶液通常属于亲液溶胶。 它是分子溶液，但其分子的大小已经到达胶体的范围，因此具有胶体的一些特性（例如：扩散慢，不透过半透膜，有Tyndall效应等等） 若设法去除大分子溶液的溶剂使它沉淀，重新再加入溶剂后大分子化合物又可以自动再分散，因而它是热力学中稳定、可逆的系统。 胶团的结构胶团的结构例1：AgNO3 + KI→KNO3 + AgI↓ [(AgI)m n I – (n-x)K+]x– xK+ 胶团的图示式：胶团的结构表达式 ： 过量的 KI 作稳定剂 胶团的结构胶团的结构 胶粒的结构比较复杂，先有一定量的难溶物分子聚结形成胶粒的中心，称为胶核； 然后胶核选择性的吸附稳定剂中的一种离子，形成紧密吸附层；由于正、负电荷相吸，在紧密层外形成反号离子的包围圈，从而形成了带与紧密层相同电荷的胶粒； 胶粒与扩散层中的反号离子，形成一个电中性的胶团。 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，因同离子效应使胶核不易溶解。胶团的结构胶团的结构例2：AgNO3 + KI → KNO3 + AgI↓ [(AgI)m n Ag+ (n-x)NO3–]x+ x NO3– 胶团的图示式：过量的 AgNO3 作稳定剂 胶团的结构表达式： 胶粒的形状胶粒的形状 作为憎液溶胶基本质点的胶粒并非都是球形，而胶粒的形状对胶体性质有重要影响。 质点为球形的，流动性较好；若为带状的，则流动性较差，易产生触变现象。 在溶胶中胶粒是独立运动单位，通常所说溶胶带电系指胶粒而言 胶团没有固定的直径和质量，同一种溶胶的值也不是一个固定的数值 溶胶的制备与净化溶胶的制备与净化 制备溶胶必须使分散相粒子的大小落在胶体分散系统的范围之内，并加入适当的稳定剂。制备方法大致可分为两类： （1）分散法 用机械、化学等方法使固体的粒子变小。 （2）凝聚法 使分子或离子聚结成胶粒。溶胶的制备溶胶的净化溶胶的净化 在制备溶胶的过程中，常生成一些多余的电解质，如制备 Fe(OH)3溶胶时生成的HCl。 少量电解质可以作为溶胶的稳定剂，但是过多的电解质存在会使溶胶不稳定，容易聚沉，所以必须除去。 净化的方法主要有渗析法和超过滤法。 溶胶的净化溶胶的净化 （1）渗析法 简单渗析 利用浓差因素，多余的电解质离子不断向膜外渗透，经常更换溶剂，就可以净化半透膜容器内的溶胶 如将装有溶胶的半透膜容器不断旋转，可以加快渗析速度。 将需要净化的溶胶放在羊皮纸或动物膀胱等半透膜制成的容器内，膜外放纯溶剂。溶胶的净化溶胶的净化 （1）渗析法 电渗析 为了加快渗析速度，在装有溶胶的半透膜两侧外加一个电场，使多余的电解质离子向相应的电极作定向移动。 溶剂不断自动更换，可以提高净化速度溶胶的净化溶胶的净化 用半透膜作过滤膜，利用吸滤或加压的方法使胶粒与含有杂质的介质在压差作用下迅速分离。（2）超过滤法 将半透膜上的胶粒迅速用含有稳定剂的介质再次分散。溶胶的动力性质溶胶的动力性质 1. Brown 运动 2. 扩散和渗透压 3. 沉降和沉降平衡 Brown运动(Brownian motion)Brown运动(Brownian motion) 1827 年植物学家 Brown 用显微镜观察到悬浮在液面上的花粉粉末不断地作不规则的运动。 后来又发现许多其它物质如煤、 化石、金属等的粉末也都有类似的现象。人们称微粒的这种运动为Brown运动。 但在很长的一段时间里，这种现象的本质没有得到阐明。 null 1903年发明了超显微镜，为研究Brown运动提供了物质条件。 用超显微镜可以观察到溶胶粒子不断地作不规则“之”字形的运动，从而能够测出在一定时间内粒子的平均位移。 通过大量观察，得出结论：粒子越小，Brown运动越激烈。其运动激烈的程度不随时间而改变，但随温度的升高而增加。null 1905年和1906年Einstein和Smoluchowski分别阐述了Brown运动的本质。 认为Brown运动是分散介质分子以不同大小和方向的力对胶体粒子不断撞击而产生的。当半径大于5 m，Brown运动消失。 由于受到的力不平衡，所以连续以不同方向、不同速度作不规则运动。随着粒子增大，撞击的次数增多，而作用力抵消的可能性亦大。Brown运动的本质Brown运动的本质r为胶粒的半径；L为Avogadro常数。 这个公式把粒子的位移与粒子的大小、介质黏度、温度以及观察时间等联系起来。扩散和渗透压扩散和渗透压 胶粒也有热运动，因此也具有扩散和渗透压。只是溶胶的浓度较稀，这种现象很不显著。 如图所示，在CDFE的桶内盛溶胶，在某一截面AB的两侧溶胶的浓度不同，c1>c2 由于分子的热运动和胶粒的Brown运动，可以观察到胶粒从c1区向c2区迁移的现象，这就是胶粒的扩散作用。null从上式可求粒子半径 r。由Einstein-Brown位移方程：结合扩散定律，可得到扩散系数：溶胶的渗透压溶胶的渗透压 由于胶粒不能透过半透膜，而介质分子或外加的电解质离子可以透过半透膜，所以有从化学势高的一方向化学势低的一方自发渗透的趋势。 溶胶的渗透压可以借用稀溶液渗透压公式计算： 由于憎液溶胶不稳定，浓度不能太大，所以测出的渗透压及其它依数性质都很小。 但是亲液溶胶或胶体的电解质溶液，可以配制高浓度溶液，用渗透压法可以求它们的摩尔质量。沉降和沉降平衡沉降和沉降平衡 溶胶是高度分散系统，胶粒一方面受到重力吸引而下降，另一方面由于Brown运动促使浓度趋于均一。 当这两种效应相反的力相等时，粒子的分布达到平衡，粒子的浓度随高度不同有一定的梯度，如图所示。 这种平衡称为沉降平衡。丁泽尔（Tyndall）效应丁泽尔（Tyndall）效应 Tyndall效应已成为判别溶胶与分子溶液的最简便的方法。 1869年Tyndall发现，若令一束会聚光通过溶胶，从侧面可以看到一个发光的圆锥体，这就是Tyndall效应。 其他分散体系也会产生一点散射光，但远不如溶胶显著。 Tyndall效应的另一特点是，不同方向观察到的光柱有不同的颜色。nullTyndall效应Fe(OH)3溶胶光散射现象光散射现象 当光束通过分散系统时，一部分自由地通过，一部分被吸收、反射或散射。可见光的波长约在400~700 nm之间。 （1）当光束通过粗分散系统，由于粒子大于入射光的波长，主要发生反射，使系统呈现混浊。 （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。 （3）当光束通过分子溶液，由于溶液十分均匀，散射光因相互干涉而完全抵消，看不见散射光。光散射的本质光散射的本质 光是一种电磁波，照射溶胶时，分子中的电子分布发生位移而产生偶极子，这种偶极子向各个方向发射与入射光频率相同的光，这就是散射光。 分子溶液十分均匀，这种散射光因相互干涉而完全抵消，看不到散射光。 溶胶是多相不均匀系统，在胶粒和介质分子上产生的散射光不能完全抵消，因而能观察到散射现象。 如果溶胶对可见光中某一波长的光有较强的选择性吸收，则透过光中该波长段将变弱，这时透射光将呈该波长光的补色光。 超显微镜的基本原理超显微镜的基本原理 普通显微镜分辨率不高，只能分辨出半径在200 nm以上的粒子，所以看不到胶体粒子。 超显微镜分辨率高，可以研究半径为5~150 nm 的粒子。 超显微镜观察的不是胶粒本身，而是观察胶粒发出的散射光。是用普通显微镜来观察Tyndall效应。 超显微镜是目前研究憎液溶胶非常有用的手段之一。溶胶的电学性质溶胶的电学性质 胶体带电原因电渗沉降电势 电泳电动现象 电动现象 （1）吸附 胶粒在形成过程中，胶核优先吸附某种离子，使胶粒带电。 例如：在AgI溶胶的制备过程中，如果AgNO3过量，则胶核优先吸附Ag+离子，使胶粒带正电；如果KI过量，则优先吸附I -离子，胶粒带负电。固体表面上带电的原因如下： （2）电离 对于可能发生电离的大分子的溶胶而言，则胶粒带电主要是其本身发生电离引起的。 例如蛋白质分子，当它的羧基或胺基在水中解离时，整个大分子就带负电或正电荷。当介质的pH较低时，蛋白质分子带正电，pH较高时，则带负电荷。电动现象 电动现象 （3）同晶置换 黏土矿物中如高岭土，主要由铝氧四面体和硅氧四面体组成，而Al3+与周围4个氧的电荷不平衡，要由H+或Na+等正离子来平衡电荷。 这些正离子在介质中会电离并扩散，所以使黏土微粒带负电。如果Al3+被Mg2+或Ca2+同晶置换，则黏土微粒带的负电更多。 （4）溶解量的不均衡 离子型固体物质如AgI，在水中会有微量的溶解，所以水中会有少量的银离子和碘离子。 例如：将AgI制备溶胶时，由于Ag+较小，活动能力强，扩散快，比I-容易脱离晶格而进入溶液，使AgI胶粒带负电。电泳（electrophoresis）电泳（electrophoresis） 影响电泳的因素有：带电粒子的大小、形状；粒子表面电荷的数目；介质中电解质的种类、离子强度，pH值和黏度；电泳的温度和外加电压等。 带电胶粒或大分子在外加电场的作用下向带相反电荷的电极作定向移动的现象称为电泳。 从电泳现象可以获得胶粒或大分子的结构、大小和形状等有关信息。 测定电泳的仪器和方法很多，主要有三类，即显微电泳、界面移动电泳和区域电泳。 电泳实验1电泳实验1 凝胶电泳 用淀粉凝胶、琼胶或聚丙烯酰胺等凝胶作为载体，则称为凝胶电泳。 将凝胶装在玻管中，电泳后各组分在管中形成圆盘状，称为圆盘电泳 凝胶电泳的分辨率极高。例如，纸上电泳只能将血清分成五个组分，而用聚丙烯酰胺凝胶作的圆盘电泳可将血清分成25个组分。电泳实验电泳实验如果将凝胶铺在玻板上进行的电泳称为平板电泳 板上电泳 自20世纪80年代以来发展起来的毛细管电泳则是最快的 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 化学研究领域之一。 沉降电势和流动电势沉降电势和流动电势 在重力场的作用下，带电的分散相粒子，在分散介质中迅速沉降时，使底层与表面层的粒子浓度悬殊，从而产生电势差，这就是沉降电势。 贮油罐中的油内常会有水滴，水滴的沉降会形成很高的电势差，有时会引发事故。通常在油中加入有机电解质，增加介质电导，降低沉降电势。 沉降电势和流动电势沉降电势和流动电势 含有离子的液体在加压或重力等外力的作用下，流经多孔膜或毛细管时会产生电势差。 这种因液体流动而产生的电势称为流动电势。双电层理论和动电电势双电层理论和动电电势 当固体与液体接触时，可以是固体从溶液中选择性吸附某种离子，也可以是固体分子本身发生电离作用而使离子进入溶液，以致使固液两相分别带有不同符号的电荷，在界面上形成了双电层的结构。 早在1879年，Helmholz提出了平板型模型； 1910年Gouy和1913年Chapman修正了平板型模型，提出了扩散双电层模型；后来Stern又提出了Stern模型。扩散双电层模型扩散双电层模型 Gouy和Chapman认为，由于正、负离子静电吸引 和热运动两种效应的结果，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 度称为紧密层； 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Boltzmann公式表示，称为扩散层。双电层由紧密层和扩散层构成。移动的切动面为AB面扩散双电层模型扩散双电层模型+ + + + + + + + + + + + 扩散层紧密层Stern模型Stern模型 Stern对扩散双电层模型作进一步修正。 他认为吸附在固体表面的紧密层约有一、二个分子层的厚度，后被称为Stern层； 由反号离子电性中心 构成的平面称为Stern平面。Stern模型Stern模型 由于离子的溶剂化作用，胶粒在移动时，紧密层会结合一定数量的溶剂分子一起移动，所以滑移的切动面由比Stern层略右的曲线表示。 从固体表面到Stern平面，电位从0直线下降为 。 电势 电势溶胶的稳定性和聚沉作用溶胶的稳定性和聚沉作用 溶胶的稳定性 电解质对溶胶稳定性的影响 胶体稳定性的DLVO理论大意 高分子化合物对溶胶的絮凝和稳定作用 *DLVO理论的一种简化表示式null 胶体的比表面很高，粒子间有互相聚结以降低表面能的自发倾向，是热力学不稳定系统。但是胶体可以保持长时间不聚沉，主要由于两个方面原因：（1）Brown运动；（2）表面电势：带同种电荷而互相排斥。 溶胶的稳定性溶胶的稳定性溶胶的稳定性 胶粒之间有相互吸引的能量Va和相互排斥的能量Vr，总作用能 为Va+Vr。如图所示： 当粒子相距较大时，主要为吸力，总势能为负值；当靠近到一定距离，双电层重叠，排斥力起主要作用， 势能升高。要使粒子聚结必须克服这个势垒。胶体稳定性的DLVO理论大意胶体稳定性的DLVO理论大意 在20世纪四十年代，前苏联学者Deijaguin和Landau与荷兰学者Verwey和Overbeek分别提出了关于各种形状粒子之间在不同的情况下相互吸引能与双电层排斥能的计算方法。他们处理问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 的方法与结论有大致共同之处，因此以他们的姓名第一个字母简称为DLVO理论。 DLVO理论给出了计算胶体质点间排斥能及吸引能的方法，并据此对憎液胶体的稳定性进行了定量处理，得出了聚沉值与反号离子电价之间的关系式。影响聚沉作用的一些因素影响聚沉作用的一些因素1. 电解质对于溶胶聚沉作用的影响 聚沉值 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。从已知的表值 可见，对同一溶胶，外加电解质的反号 离子的价数越低，其聚沉值越大。聚沉能力 是聚沉值的倒数。聚沉值越大的电解质 其聚沉能力越小；反之，聚沉值越小的 电解质，其聚沉能力越强。影响聚沉作用的一些因素影响聚沉作用的一些因素电解质的影响有如下一些规律：（1）聚沉能力主要决定于与胶粒带相反电荷的离子的价数 异电性离子为一、二、三价的电解质，其聚沉值的比例约为：相当于这表示聚沉值与异电性离子价数的六次方成反比 这一结论称为Schulze-Hardy规则 影响聚沉作用的一些因素影响聚沉作用的一些因素（2）价数相同的离子聚沉能力也有所不同。例如不同的碱金属的一价阳离子所生成的硝酸盐对负电性胶粒的聚沉能力可以排成如下次序： 不同的一价阴离子所形成的钾盐，对带正电的溶胶的聚沉能力则有如下次序： 同价离子聚沉能力的这一次序称为感胶离子序。它与水合离子半径从小到大的次序大致相同。 凝胶凝胶凝胶的分类 凝胶的形成 凝胶的性质 凝胶凝胶 凝胶是固-液或固-气所形成的一种分散系统，其中分散相粒子相互连接成网状结构，分散介质填充于其间。 如果凝胶溶液的浓度足够大，在久置过程中就会失去流动性而成为半固体状态的“胶冻”。 由凝胶自动形成胶冻的过程称为胶凝。 新制成的凝胶都含有大量的液体(液体含量在95%以上)。若液体是水，则该凝胶称为水凝胶。水凝胶经过干燥脱水后即成为干凝胶。凝胶的分类凝胶的分类（1）弹性凝胶： 凝胶具有弹性，分散介质（即溶剂）的脱除和吸收具有可逆性，故又称为可逆凝胶。 （2）刚性凝胶： 在吸收或脱除溶剂后刚性凝胶的骨架基本不变，所以体积也无明显变化 刚性凝胶脱除溶剂成为干凝胶后，一般不能再吸收溶剂重新变为凝胶，这是不可逆的，故又称为不可逆凝胶。 凝胶的形成凝胶的形成形成凝胶主要有两种途径：即分散法和凝聚法 分散法较容易，如某些固态聚合物吸收适宜的溶剂后，体积膨胀，粒子分散而形成凝胶 凝聚法是使溶液或溶胶在适当条件下，使分散颗粒相联而形成凝胶，这一过程称为胶凝 可以采取如下几种方法使胶凝过程得以发生：null（1）改变温度：利用升降温度使系统形成凝胶 （2）转换溶剂：用分散相溶解度较小的溶剂替换溶胶中原有的溶剂，可以使系统发生胶凝 （3）加入电解质：加入大量电解质（盐类），则可以引起胶凝，这与盐析效应有关 引起胶凝的主要是负离子，其影响大小依次为：（4）化学反应：利用化学反应生成不溶物时，若控制反应条件，则可以形成凝胶 交联反应是使高分子溶液或溶胶产生胶凝的主要手段。