【正文】 動力性質 1. Brown運動 1827 年植物學家 布朗（ Brown)用顯微鏡觀察到懸浮在液面上的花粉粉末不斷地作不規(guī)則的運動。 后來又發(fā)現(xiàn)許多其它物質如煤、 化石、金屬等的粉末也都有類似的現(xiàn)象。人們稱微粒的這種運動為 Brown運動 。 但在很長的一段時間里，這種現(xiàn)象的本質沒有得到闡明。 動力性質 1. Brown運動 1903年發(fā)明了 超顯微鏡 ，為研究布朗運動提供了物質條件。 用超顯微鏡可以觀察到溶膠粒子不斷地作不規(guī)則 “之” 字形的運動 從而能夠測出在一定時間內粒子的平均位移。 動力性質 1. Brown運動 通過大量觀察，得出結論： 粒子越小，布朗運動越激烈。 其運動激烈的程度不隨時間而改變，但 隨溫度的升高而增加。 動力性質 1. Brown運動 1905年 Einstein（ 愛因斯坦 )等人才闡述了 Brown運動的本質。 認為 Brown運動是分散介質分子以不同大小和不同方向的力對膠體粒子不斷撞擊而產(chǎn)生的 . 由于受到的力不平衡 ，所以連續(xù)以不同方向、不同速度作不規(guī)則運動。 動力性質 Einstein認為，溶膠粒子的 Brown運動與分子運動類似，平均動能為 。 32kT并假設粒子是球形的 運用分子運動論的一些基本概念和公式，得到 Brown運動的公式為 123R T txLr ????? ???? 動力性質 123R T txLr????? ????r 為膠粒的半徑； ? 為介質的黏度； L 為 Avogadro 常量 這個公式把粒子的位移與粒子的大小、介質黏度、溫度以及觀察時間等聯(lián)系起來。 是在觀察時間 t內粒子沿 x軸方向的平均位移； x 動力性質 2. 擴散與滲透壓 Einstein 對球形粒子導出了膠粒在時間 t內 ,平均位移與擴散系數(shù) D之間的定量關系 12( 2 )x D t?123R T txLr?????????因為 這就是 EinsteinBrown 位移方程。 代入得 16RTDLr??? 動力性質 2. 擴散與滲透壓 16RTDLr??? 從 Brown 運動實驗，測出平均位移，就可求出擴散系數(shù) D 有了擴散系數(shù)，就可以從上式求粒子半徑 r。 已知 r 和粒子密度 ，可以計算粒子的摩爾質量 ?343M r L??? 擴散系數(shù) D的物理意義是：在單位時間內、單位濃度梯度下通過單位截面積的物質的質量。 動力性質 2. 擴散與滲透壓 由于膠粒不能透過半透膜，而介質分子或外加的電解質離子可以透過半透膜，所以有從化學勢高的一方向化學勢低的一方自發(fā)滲透的趨勢。 溶膠的滲透壓可以借用稀溶液滲透壓公式計算： n R T c R TV ??Π式中 c為膠粒的濃度。由于憎液溶膠不穩(wěn)定，濃度不能太大，所以測出的滲透壓及其他依數(shù)性質都很小。 動力性質 3. 沉降與沉降平衡 溶膠的膠粒一方面受到重力吸引而下降，另一方面由于Brown運動促使?jié)舛融呌诰弧? 當這兩種效應相反的力相等時，粒子的分布達到平衡，粒子的濃度隨高度不同有一定的梯度，如圖所示。 這種平衡稱為 沉降平衡 。 動力性質 3. 沉降與沉降平衡 達到沉降平衡時 ， 粒子隨高度分布的情況與大氣在地球表面分布類似，可以用高度分布定律。 根據(jù)高度分布定律可知 粒子質量越大，其平衡濃度隨高度的降低也越大。 上層粒子小而稀疏，下層粒子大而密集。 光學性質 光散射現(xiàn)象 可見光的波長為 400~760 nm。 （ 1）當光束通過 粗分散系統(tǒng) ，由于粒子大于入射光的波長，主要發(fā)生 反射 ，系統(tǒng)呈現(xiàn)混濁。 （ 2）當光束通過 憎液溶膠 時，由于膠粒直徑遠小于可見光的波長，主要發(fā)生 散射 ，可以看見乳白色的光柱。 當光束通過分散系統(tǒng)時，一部分自由地通過，一部分被吸收、反射或散射。 光學性質 光散射現(xiàn)象 （ 3）當光束通過 分子溶液時 ，由于溶液十分均勻，散射光因相互干涉而完全抵消， 看不見散射光。 光散射現(xiàn)象的本質 光是一種電磁波，照射溶膠時，分子中的電子分布發(fā)生位移而產(chǎn)生偶極子，這種偶極子像小天線一樣向各個方向發(fā)射與入射光頻率相同的光，這就是散射光。 溶膠 是多相不均勻系統(tǒng)，在膠粒和介質分子上產(chǎn)生的散射光不能完全抵消，因而 能觀察到散射現(xiàn)象 。 光學性質 1. Tyndall 效應 1869年， Tyndall發(fā)現(xiàn)，若令一束會聚光通過溶膠 從側面（與光束垂直的方向）可以看到一個發(fā)光的圓錐體，這就是 Tyndall效應 。 其他分散系統(tǒng)也會產(chǎn)生一點散射光，但遠不如溶膠顯著。 Tyndall效應實際上已成為 判別溶膠與分子溶液的最簡便的方法 。 光學性質 1. Tyndall 效應 4C uS O 溶液 3F e ( OH) 膠溶光源 光學性質 2. Rayleigh 散射定律 Rayleigh研究了大量的光散射現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)散射光的強度與多種因素有關，主要因素為： 1. 散射光強度與入射光波長的四次方成反比 。入 射光波長越短，散射越顯著。所以可見光中，藍、 紫色光散射作用強。 2. 分散相與分散介質的折射率相差越顯著，則散射作用也越顯著。 3. 散射光強度與單位體積中的粒子數(shù)成正比。 光學性質 2. Rayleigh 散射定律 在分散相與分散介質都相同的情況下， Rayleigh導出了散射光強度的計算公式，稱為 Rayleigh公式 ,其簡化公式為 24nVIK??式中： I散射光強度 入射光波長 ?體積粒子數(shù) n每個粒子的體積 VK與折射率等有關的常數(shù) 光學性質 2. Rayleigh 散射定律 24nVIK??從 Rayleigh 散射定律可以解釋： 為何當用白光照射溶膠時，正面和側面看到的光的顏色不一樣 危險訊號為何要用紅色 晴天的天空為何呈藍色 早霞和晚霞為何特別絢麗等 光學性質 3. 超顯微鏡的原理 普通顯微鏡 分辨率不高，只能分辨出半徑在 200 nm以上 的粒子，所以看不到膠體粒子。 超顯微鏡 分辨率高，可以研究半徑為 5~150 nm 的粒子。 超顯微鏡觀察的不是膠粒本身，而是觀察膠粒發(fā)出的散射光。 超顯微鏡是目前研究憎液溶膠非常有用的手段之一。 (1) 狹縫式超顯微鏡 超顯微鏡的目鏡看到的是膠粒的 散射光 。如果溶液中沒有膠粒，視野將是一片黑暗。 顯微鏡 可調狹縫 碳弧電源 膠體 光學性質 照射光從碳弧光源射出，經(jīng)可調狹縫后，由透鏡會聚，從側面射到盛膠體的樣品池中。 配有心形聚光器的顯微鏡 (2) 有心形聚光器 的超顯微鏡 目鏡在黑暗的背景上看到的是 膠粒發(fā)出的散射光 。 顯微鏡物鏡 膠體 心形聚光器 光學性質 這種超顯微鏡有一個 心形腔 ，上部視野涂黑，強烈的照射光通入心形腔后不能直接射入目鏡，而是在腔壁上幾經(jīng)反射，改變方向，最后從側面會聚在試樣上。 從超顯微鏡可以獲得哪些有用信息？ （ 1） 可以測定球狀膠粒的平均半徑。 （ 2） 間接推測膠粒的形狀和不對稱性。例如，球狀 粒子不閃光，不對稱的粒子在向光面變化時有 閃光現(xiàn)象。 （ 3） 判斷粒子分散均勻的程度。粒子大小不同，散 射光的強度也不同。 （ 4） 觀察膠粒的布朗運動 、電泳、沉降和凝聚等 現(xiàn)象。 光學性質 溶膠的電學性質 1. 電泳 2. 雙電層和動電電勢 3. 電滲 4. 流動電勢 5. 沉降電勢 溶膠的電學性質 電動現(xiàn)象分兩類 (1) 因電而動 膠粒是帶電的，而溶膠是電中性的，所以 介質所帶的電荷剛好與膠粒的電荷相反 。 帶電膠粒在重力場的作用下發(fā)生沉降而產(chǎn)生 沉降電勢 ；帶電的介質定向流動而產(chǎn)生 流動電勢。 在外電場作用下， 膠粒向帶相反電荷電極的定向移動稱為電泳 ， 介質向帶相反電荷電極的定向移動稱為電滲 。電泳和電滲是因電而動。 (2) 因動而產(chǎn)生電 電泳 （ 1）吸附 膠粒帶電的原因 膠粒在形成過程中， 膠核優(yōu)先吸附某種離子，使膠粒帶電。 例如： 在 AgI溶膠的制備過程中，如果 AgNO3過量 ，則膠核優(yōu)先吸附 Ag+，使膠粒 帶正電 ； 如果 KI過量 ，則優(yōu)先吸附 I ，膠粒 帶負電 。 膠核優(yōu)先吸附與膠核本身結構或組成相似的離子，利用同離子效應保護膠核不被溶解。 電泳 如黏土和分子篩等由硅氧四面體和鋁氧四面體組成，由 H+ ， Na+等離子來平衡電荷，當離子擴散到介質中時，黏土和分子篩等微粒就帶負電。 膠粒帶電的原因 當 Al3+被兩價離子同晶置換后，黏土和分子篩等微粒帶負電就更多。 (2) 同晶置換 電泳 膠粒帶電的原因 (3) 電離 離子型固體電解質形成溶膠時，由于正、負離子的溶解量不同，擴散速率不同 ,使膠粒帶電。 例如： AgI固體分散在介質中 ，由于 Ag+較小，擴散速率快，比 I容易脫離晶格而進入溶液，使AgI膠粒帶負電。 電泳 膠粒帶電的原因 (3) 電離 又如， 蛋白質分子 有許多羧基和胺基，在 pH較高 的溶液中，離解生成 P–COO 而 負帶電 ；在 pH較低的溶液中，生成 PNH3+而 帶正電 。 在某一特定的 pH條件下，生成的 COO和 NH3+數(shù)量相等，蛋白質分子的 凈電荷為零 ，這個 pH稱為蛋白質的 等電點 。 電泳 帶電 膠粒 或大分子在外加電場的作用下，向帶相反電荷的電極作 定向移動 的現(xiàn)象稱為 電泳 。 研究電泳的實驗方法很多，根據(jù)溶膠的量和性質的不同，可以采用不同的電泳儀。 如 界面電泳儀 ，適用于溶膠量較大的系統(tǒng) 區(qū)帶電泳、凝膠電泳等適用于生物膠體 顯微電泳儀適用于樣品極少或個別膠粒的觀察 電泳 界面移動電泳儀 先在漏斗中裝入待測溶膠 打開活塞，使溶膠進入 U型管 溶膠在左、右兩臂的液面與活塞等高時，關閉活塞 在活塞上部的管中加入超濾液或等滲溶液 電泳 小心打開活塞 ，接通電源，觀察液面的變化。 根據(jù)通電時間和液面升高或下降的刻度，計算電泳的速度。 選擇合適的介質，使電泳過程中保持液面清晰。 若是無色溶膠，必須用紫外吸收等光學方法讀出液面的變化。 電泳