【正文】 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 。 溶膠 是多相不均勻系統(tǒng)，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 。 （ 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。 根據(jù)高度分布定律可知 粒子質(zhì)量越大，其平衡濃度隨高度的降低也越大。 動力性質(zhì) 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? 已知 r 和粒子密度 ，可以計算粒子的摩爾質(zhì)量 ?343M r L??? 擴散系數(shù) D的物理意義是：在單位時間內(nèi)、單位濃度梯度下通過單位截面積的物質(zhì)的質(zhì)量。 動力性質(zhì) Einstein認為，溶膠粒子的 Brown運動與分子運動類似，平均動能為 。 動力性質(zhì) 1. Brown運動 通過大量觀察，得出結(jié)論： 粒子越小，布朗運動越激烈。人們稱微粒的這種運動為 Brown運動 。 溶膠的凈化 在生物化學中常用超過濾法 測定蛋白質(zhì)分子、酶分子、病毒和細菌分子的大小 。 將溶膠放在羊皮紙或動物膀胱等半透膜制成的容器內(nèi)，膜外放純水。 由于正、負電荷相吸，在緊密層外形成反號離子的包圍圈，從而形成了帶與緊密層相同電荷的 膠粒 ； 膠團的結(jié)構(gòu) 現(xiàn)以制備碘化銀溶膠為例 過量的 KI 作穩(wěn)定劑 膠團的結(jié)構(gòu)表達式 ： 膠核 膠粒 (帶負電 ) 膠團 (電中性 ) [(AgI)m 膠核 膠粒 膠團 膠團的圖示式： n I – (nx)K+]x– xK+ 33A g N O ( a q ) K I ( a q ) K N O ( a q ) A g I ( )? ??? ? 溶膠 膠團的結(jié)構(gòu) [(AgI)m n Ag+ (nx)NO3–]x+ x NO3– 膠核 膠粒 膠團 膠團的圖示式： 膠核 膠粒 (帶正電 ) 膠團 (電中性 ) 膠團的結(jié)構(gòu)表達式： 過量的 AgNO3 作穩(wěn)定劑 33A g N O ( a q ) K I ( a q ) K N O ( a q ) A g I ( )? ??? ? 溶膠 溶膠的凈化 在制備溶膠的過程中，常生成一些多余的電解質(zhì)，如制備 Fe(OH)3溶膠時生成的 HCl。 這時表面金屬蒸發(fā)，是 分散過程 接著金屬蒸氣立即被水冷卻而 凝聚為膠粒 。 可制備粒徑小于 1000 nm的粒子。 這種方法可制備 1000 nm左右的粒子。 干法只加入粗分散的粒子，而濕法是將粗分散粒子、穩(wěn)定劑和介質(zhì)一起加入，這樣得到的膠體系統(tǒng)比較穩(wěn)定。 憎液溶膠的制備 1. 分散法 這種磨的轉(zhuǎn)速極快，每分鐘高達 1萬轉(zhuǎn)以上。 對球形顆粒，是指直徑，俗稱為納米粒子或超細微粒；對片狀物質(zhì)，是指厚度，俗稱納米膜；對線狀物質(zhì)，指線徑或管徑，俗稱納米線或納米管。 一旦將溶劑蒸發(fā)，大分子化合物凝聚，再加入溶劑，又可形成溶膠。 AgI(s) Au(s) 3F e ( OH ) ( s)3. 按膠體分散系統(tǒng)的性質(zhì)分類 （ 1）憎液溶膠 形成憎液溶膠的 必要條件 是： （ A）分散相的溶解度要小 。 3. 按膠體分散系統(tǒng)的性質(zhì)分類 （ 1）憎液溶膠 半徑為 1 ~100 nm的難溶物固體粒子保持了原有的性質(zhì)，分散在液體介質(zhì)中，有很大的相界面，易聚沉， 是熱力學上的不穩(wěn)定系統(tǒng)。 1. 按分散相粒子的大小分類 2. 按分散介質(zhì)的物態(tài)分類 （ 1）液溶膠 將 液體作為分散介質(zhì) 所形成的溶膠。 （ 2）膠體分散系統(tǒng) 分散相粒子的半徑在 1~100 nm的系統(tǒng)。2022/6/1 物理化學核心教程電子教案 第 10章 膠體分散系統(tǒng) 配有心形聚光器的顯微鏡 顯微鏡物鏡 膠體 2022/6/1 膠體分散系統(tǒng)概述 溶膠的動力和光學性質(zhì) 溶膠的電學性質(zhì) 溶膠的穩(wěn)定性和聚沉作用 大分子概說 Donnan平衡 凝膠 納米技術(shù)與應用簡介 第 10章 膠體分散系統(tǒng) 2022/6/1 膠體分散系統(tǒng)概述 1. 分散系統(tǒng)的分類 2. 憎液溶膠的制備 3. 膠團的結(jié)構(gòu) 4. 溶膠的凈化 把一種或幾種物質(zhì)分散在另一種物質(zhì)中就構(gòu)成散系統(tǒng)。目測是均勻的，但實際是多相不均勻系統(tǒng)。當分散相為不同狀態(tài)時，則形成不同的液溶膠 C. 液 固溶膠 如油漆， AgI溶膠等 B. 液 液溶膠 如牛奶，石油原油等 A. 液 氣溶膠 如泡沫 2. 按分散介質(zhì)的物態(tài)分類 （ 2） 固溶膠 將 固體作為分散介質(zhì) 所形成的溶膠。 一旦將介質(zhì)蒸發(fā)，再加入介質(zhì)就無法再形成溶膠，是 一個不可逆系統(tǒng)，如氫氧化鐵溶膠、碘化銀溶膠等。 （ B）還必須有穩(wěn)定劑存在，否則膠粒 容 易聚結(jié) ， 而 發(fā)生 聚沉 現(xiàn)象 。 分散相分子本身的大小已達到膠粒范圍，它的擴散速率小、不能透過半透膜等性質(zhì)與膠體系統(tǒng)相似。 憎液溶膠的制備 制備溶膠必須使分散相粒子的大小落在膠體分散系 統(tǒng) 的范圍之內(nèi)，并加入適當?shù)姆€(wěn)定劑。兩個磨盤之間的距離極小，使從頂部加入的粗分散粒子在強大的應切力下被粉碎。 憎液溶膠的制備 盤式膠體磨 憎液溶膠的制備 轉(zhuǎn)速約每分鐘 1萬 ～2萬轉(zhuǎn)。 憎液溶膠的制備 （ 2） 噴射磨 在裝有兩個高壓噴嘴的粉碎室中，一個噴高壓空氣，一個噴物料，兩束超音速物流以一定角度相交，形成渦流，將粒子粉碎。 憎液溶膠的制備 將金屬做成兩個電極，浸在水中，盛水的盤子放在冰浴中。 憎液溶膠的制備 2. 凝聚 法 通過各種化學反應，使生成物 呈過飽和狀態(tài) ， （ 1） 化學凝聚法 通過各種化學反應或物理方法，使分子或離子凝聚成一定粒度的膠粒 使初生成的難溶物微粒結(jié)合成膠粒，在少量穩(wěn)定劑存在下形成溶膠。 凈化的方法主要有 滲析法 和 超過濾法 。 經(jīng)常更換溶劑，就可以凈化半透膜容器內(nèi)的溶膠。 電超過濾： 有時為了加快過濾速度，在半透膜兩邊安放電極，施以一定電壓， 將電滲析和超過濾合并使用，這樣可以降低超過濾壓力。 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。 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。 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(zhì) 123R T txLr????? ????r 為膠粒的半徑； ? 為介質(zhì)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(zhì)黏度、溫度以及觀察時間等聯(lián)系起來。 動力性質(zhì) 2. 擴散與滲透壓 由于膠粒不能透過半透膜，而介質(zhì)分子或外加的電解質(zhì)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。 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。 上層粒子小而稀疏，下層粒子大而密集。 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(zhì) 1. Tyndall 效應 1869年， Tyndall發(fā)現(xiàn)，若令一束會聚光通過溶膠 從側(cè)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 。入 射光波長越短，散射越顯著。 光學性質(zhì) 2. Rayleigh 散射定律 在分散相與分散介質(zhì)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(zhì) 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(cè)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(zhì) 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。 (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 。 顯微鏡物鏡 膠體 心形聚光器 光學性質(zhì) 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(cè)面會聚在試樣上。 （ 3） 判斷粒子分散均勻的程度。 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(zhì)定向流動而產(chǎn)生 流動電勢。 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 。 (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(zhì)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。 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 。 選擇合適的介質(zhì)，使電泳過程中保持液面清晰。 將惰性的固體或凝膠作為支持物，兩端接正、負電極，在其上面進行電泳，從而將電泳速度不同的各組成分離。 電泳 凝膠電泳 用淀粉凝膠、瓊膠或聚丙烯酰胺等凝膠作為載體，則稱為凝膠電泳。 電泳 板上電泳 如果將凝膠鋪在玻板上進行的電泳稱為平板電泳。 電泳 影響電泳的因素有： 電泳的應用 : 濃縮天然橡膠的乳液，將橡膠鍍在金屬、布匹或木材上，電泳涂漆、精煉陶土、石油原油的破乳及不同蛋白質(zhì)的分離等 (1) 膠粒的大小、形狀和所帶表面電荷的數(shù)目 (2) 介質(zhì)中電解質(zhì)的種類、離子強度和溶液的 pH (3) 電泳的溫度和外加電場強度等 外加電解質(zhì)會顯著影響電泳速率，使速率降低直至變?yōu)榱?，甚至還會改變膠粒電泳的方向。 設膠粒帶正電荷，相同數(shù)量的負電荷以擴散雙電層的形式分布在膠粒周圍。 雙電層和動電電勢 影響電泳速率的因素太多，所以很難用統(tǒng)一的公式來計算。 外加電解質(zhì)對電滲速度影響顯著，隨著電解質(zhì)濃度的增加，電滲速度降低，甚至會改變電滲的方向。 當介質(zhì)的流速很快時，有時會產(chǎn)生電火花。 沉降電勢 通常在油中 加入有機電解