【正文】 ?上一內(nèi)容 ?下一內(nèi)容 ?回主目錄 ?返回 2022/1/4 物理化學(xué)電子教案 —第八章 ?上一內(nèi)容 ?下一內(nèi)容 ?回主目錄 ?返回 2022/1/4 ? 分散系統(tǒng)的分類 第 八 章 膠體分散體系和大分子溶液 ? 溶膠的制備與凈化 ? 溶膠的光學(xué)和動力性質(zhì) ? 溶膠的電學(xué)性質(zhì) ? 溶膠的聚沉和絮凝 ?上一內(nèi)容 ?下一內(nèi)容 ?回主目錄 ?返回 2022/1/4 膠體及其基本特性 膠粒的結(jié)構(gòu) 分散相與分散介質(zhì) 分散體系分類 （ 1） 按分散相粒子的大小分類 （ 2） 按分散相和介質(zhì)的聚集狀態(tài)分類 （ 3） 按膠體溶液的穩(wěn)定性分類 憎液溶膠的特性 膠粒的形狀 ?上一內(nèi)容 ?下一內(nèi)容 ?回主目錄 ?返回 2022/1/4 分散相與分散介質(zhì) 把 一種 或幾種物質(zhì)分散在另一種物質(zhì)中就構(gòu)成分散體系。其中， 被分散的物質(zhì)稱為分散相（ dispersed phase），另一種物質(zhì)稱為分散介質(zhì) （ dispersing medium)。 例如：云，牛奶，珍珠 ?上一內(nèi)容 ?下一內(nèi)容 ?回主目錄 ?返回 2022/1/4 分散體系分類 分類體系通常有三種分類方法： ?分子分散體系 ?膠體分散體系 ?粗分散體系 按分散相粒子的大小分類： 按分散相和介質(zhì)的聚集狀態(tài)分類： ?液溶膠 ?固溶膠 ?氣溶膠 ?上一內(nèi)容 ?下一內(nèi)容 ?回主目錄 ?返回 2022/1/4 （ 1） 按分散相粒子的大小分類 分散相與分散介質(zhì)以分子或離子形式彼此混溶，沒有界面，是均勻的單相，分子半徑大小在 109 m以下 。通常把這種體系稱為真溶液，如 CuSO4溶液。 分散相粒子的半徑在 1 nm~100 nm之間的體系。目測是均勻的，但實際是多相不均勻體系。也有的將 1 nm ~ 1000 nm之間的粒子歸入膠體范疇。 當分散相粒子大于 1000 nm,目測是混濁不均勻體系，放置后會沉淀或分層，如黃河水。 ?上一內(nèi)容 ?下一內(nèi)容 ?回主目錄 ?返回 2022/1/4 （ 2）按分散相和介質(zhì)聚集狀態(tài)分類 將液體作為分散介質(zhì)所形成的溶膠。當分散 相為不同狀態(tài)時，則形成不同的液溶膠 ： 固溶膠 如油漆， AgI溶膠 液溶膠 如牛奶，石油原油等乳狀液 氣溶膠 如泡沫 ?上一內(nèi)容 ?下一內(nèi)容 ?回主目錄 ?返回 2022/1/4 （ 2）按分散相和介質(zhì)聚集狀態(tài)分類 將固體作為分散介質(zhì)所形成的溶膠。當分散相為 不同狀態(tài)時，則形成不同的固溶膠： 固溶膠 如有色玻璃，不完全互溶的合金 液溶膠 如珍珠，某些寶石 氣溶膠 如泡沫塑料，沸石分子篩 ?上一內(nèi)容 ?下一內(nèi)容 ?回主目錄 ?返回 2022/1/4 （ 2）按分散相和介質(zhì)聚集狀態(tài)分類 將氣體作為分散介質(zhì)所形成的溶膠。當分散相為 固體或液體時，形成氣 固或氣 液溶膠， 但沒有 氣 氣溶膠 ，因為不同的氣體混合后是單相均一 體系，不屬于膠體范圍 . 固溶膠 如煙，含塵的空氣 液溶膠 如霧，云 ?上一內(nèi)容 ?下一內(nèi)容 ?回主目錄 ?返回 2022/1/4 溶膠的特性 （ 1）特有的分散程度 粒子的大小在 109~107 m之間，因而擴散較慢，不能透過半透膜，滲透壓低但有較強的動力穩(wěn)定性 和乳光現(xiàn)象。 （ 2） 多相不均勻性 具有納米級的粒子是由許多離子或分子聚結(jié)而成，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有的保持了該難溶鹽的原有晶體結(jié)構(gòu)，而且粒子大小不一，與介質(zhì)之間有明顯的相界面，比表面很大。 （ 3） 熱力學(xué)不穩(wěn)定性 因為粒子小，比表面大，表面自由能高，是熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，有自發(fā)降低表面自由能的趨勢，即小粒子會自動聚結(jié)成大粒子。 ?上一內(nèi)容 ?下一內(nèi)容 ?回主目錄 ?返回 2022/1/4 溶膠的光學(xué)和力學(xué)性質(zhì) ?Tyndall效應(yīng) ?Brown 運動 ? 膠粒的擴散 ? 沉降平衡 ?上一內(nèi)容 ?下一內(nèi)容 ?回主目錄 ?返回 2022/1/4 光散射現(xiàn)象 當光束通過分散體系時，一部分自由地通過，一部分被吸收、反射或散射?？梢姽獾牟ㄩL約在400~700 nm之間。 （ 1）當光束通過 粗分散體系 ，由于粒子大于入射光的波長，主要發(fā)生 反射 ，使體系呈現(xiàn)混濁。 （ 2）當光束通過 膠體溶液 ，由于膠粒直徑小于可見光波長，主要發(fā)生 散射 ，可以看見乳白色的光柱。 （ 3）當光束通過 分子溶液 ，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 。 ?上一內(nèi)容 ?下一內(nèi)容 ?回主目錄 ?返回 2022/1/4 光散射的本質(zhì) 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。 分子溶液 十分均勻，這種散射光因相互干涉而完全抵消， 看不到散射光 。 溶膠 是多相不均勻體系，在膠粒和介質(zhì)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 。 ?上一內(nèi)容 ?下一內(nèi)容 ?回主目錄 ?返回 2022/1/4 Tyndall效應(yīng) Tyndall效應(yīng)實際上已成為判別溶膠與分子溶液的最簡便的方法。 1869年 Tyndall發(fā)現(xiàn)，若令一束會聚光通過溶膠，從側(cè)面（即與光束垂直的方向）可以看到一個發(fā)光的圓錐體，這就是 Tyndall效應(yīng) 。其他分散體系也會產(chǎn)生一點散射光，但遠不如溶膠顯著。 ?上一內(nèi)容 ?下一內(nèi)容 ?回主目錄 ?返回 2022/1/4 Tyndall效應(yīng) ?上一內(nèi)容 ?下一內(nèi)容 ?回主目錄 ?返回 2022/1/4 Brown運動 (Brownian motion) 1827 年植物學(xué)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(zhì)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 布朗運動 。 但在很長的一段時間里，這種現(xiàn)象的本質(zhì)沒有得到闡明。 ?上一內(nèi)容 ?下一內(nèi)容 ?回主目錄 ?返回 2022/1/4 Brown運動 (Brownian motion) 1903年發(fā)明了 超顯微鏡 ，為研究布朗運動提供了物質(zhì)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(nèi)粒子的平均位移。 通過大量觀察，得出結(jié)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。 ?上一內(nèi)容 ?下一內(nèi)容 ?回主目錄 ?返回 2022/1/4 Brown運動的本質(zhì) 1905年和 1906年 愛因斯坦（ Einstein)和斯莫魯霍夫斯基（ Smoluchowski)分別闡述了 Brown運動的本質(zhì)。 認為 Brown運動是分散介質(zhì)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。隨著粒子增大，撞擊的次數(shù)增多，而作用力抵消的可能性亦大。 當半徑大于 5 ?m， Brown運動消失 。 ?上一內(nèi)容 ?下一內(nèi)容 ?回主目錄 ?返回 2022/1/4 斐克第一定律（ Fick’s first law） 這就是 斐克第一定律 。 式中 D為擴散系數(shù)，其物理意義為：單位濃度梯度、單位時間內(nèi)通過單位截面積的質(zhì)量。 dd= ddmcDAtx 擴散作用用公式表示為： 膠粒也有熱運動，因此也具有擴散和滲透壓。只是溶膠的濃度較稀，分子比普通溶液大的多，這種現(xiàn)象很不顯著。 ?上一內(nèi)容 ?下一內(nèi)容 ?回主目錄 ?返回 2022/1/4 Einstein曾推導(dǎo)出如下關(guān)系式： 16RTDLr???如上式 D可以測得，則可以求粒子半徑 r。 已知 r 和粒子密度 ，可以計算粒子的摩爾質(zhì)量。 ?343M r L???EinsteinBrown位移方程 ?上一內(nèi)容 ?下一內(nèi)容 ?回主目錄 ?返回 2022/1/4 沉降平衡（ sedimentation equilibrium） 溶膠是高度分散體系，膠粒一方面受到重力吸引而下降，另一方面由于布朗運動促使?jié)舛融呌诰弧? 當這兩種效應(yīng)相反的力相等時，粒子的分布達到平衡，粒子的濃度隨高