【正文】 了大量的光散射現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)散射光的強(qiáng)度與多種因素有關(guān)，主要因素為： 1. 散射光強(qiáng)度與入射光波長(zhǎng)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(dāng)光束通過(guò) 憎液溶膠 時(shí)，由于膠粒直徑遠(yuǎn)小于可見(jiàn)光的波長(zhǎng)，主要發(fā)生 散射 ，可以看見(jiàn)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(dòng)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(yùn)動(dòng)促使?jié)舛融呌诰弧? 已知 r 和粒子密度 ，可以計(jì)算粒子的摩爾質(zhì)量 ?343M r L??? 擴(kuò)散系數(shù) D的物理意義是：在單位時(shí)間內(nèi)、單位濃度梯度下通過(guò)單位截面積的物質(zhì)的質(zhì)量。 動(dòng)力性質(zhì) Einstein認(rèn)為，溶膠粒子的 Brown運(yùn)動(dòng)與分子運(yùn)動(dòng)類(lèi)似，平均動(dòng)能為 。 動(dòng)力性質(zhì) 1. Brown運(yùn)動(dòng) 通過(guò)大量觀察，得出結(jié)論： 粒子越小，布朗運(yùn)動(dòng)越激烈。人們稱(chēng)微粒的這種運(yùn)動(dòng)為 Brown運(yùn)動(dòng) 。 溶膠的凈化 在生物化學(xué)中常用超過(guò)濾法 測(cè)定蛋白質(zhì)分子、酶分子、病毒和細(xì)菌分子的大小 。 將溶膠放在羊皮紙或動(dòng)物膀胱等半透膜制成的容器內(nèi)，膜外放純水。 由于正、負(fù)電荷相吸，在緊密層外形成反號(hào)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(tuán)的結(jié)構(gòu) 現(xiàn)以制備碘化銀溶膠為例 過(guò)量的 KI 作穩(wěn)定劑 膠團(tuán)的結(jié)構(gòu)表達(dá)式 ： 膠核 膠粒 (帶負(fù)電 ) 膠團(tuán) (電中性 ) [(AgI)m 膠核 膠粒 膠團(tuán) 膠團(tuán)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(tuán)的結(jié)構(gòu) [(AgI)m n Ag+ (nx)NO3–]x+ x NO3– 膠核 膠粒 膠團(tuán) 膠團(tuán)的圖示式： 膠核 膠粒 (帶正電 ) 膠團(tuán) (電中性 ) 膠團(tuán)的結(jié)構(gòu)表達(dá)式： 過(guò)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(guò)程中，常生成一些多余的電解質(zhì)，如制備 Fe(OH)3溶膠時(shí)生成的 HCl。 這時(shí)表面金屬蒸發(fā)，是 分散過(guò)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(dá) 1萬(wàn)轉(zhuǎn)以上。 對(duì)球形顆粒，是指直徑，俗稱(chēng)為納米粒子或超細(xì)微粒；對(duì)片狀物質(zhì)，是指厚度，俗稱(chēng)納米膜；對(duì)線(xiàn)狀物質(zhì)，指線(xiàn)徑或管徑，俗稱(chēng)納米線(xiàn)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(lèi) （ 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(lèi) （ 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(xué)上的不穩(wěn)定系統(tǒng)。 1. 按分散相粒子的大小分類(lèi) 2. 按分散介質(zhì)的物態(tài)分類(lèi) （ 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(xué)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(dòng)力和光學(xué)性質(zhì) 溶膠的電學(xué)性質(zhì) 溶膠的穩(wěn)定性和聚沉作用 大分子概說(shuō) Donnan平衡 凝膠 納米技術(shù)與應(yīng)用簡(jiǎn)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(lèi) 2. 憎液溶膠的制備 3. 膠團(tuán)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(cè)是均勻的，但實(shí)際是多相不均勻系統(tǒng)。當(dāng)分散相為不同狀態(tài)時(shí)，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(lèi) （ 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(wú)法再形成溶膠，是 一個(gè)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(dá)到膠粒范圍，它的擴(kuò)散速率小、不能透過(guò)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(dāng)?shù)姆€(wěn)定劑。兩個(gè)磨盤(pán)之間的距離極小，使從頂部加入的粗分散粒子在強(qiáng)大的應(yīng)切力下被粉碎。 憎液溶膠的制備 盤(pán)式膠體磨 憎液溶膠的制備 轉(zhuǎn)速約每分鐘 1萬(wàn) ～2萬(wàn)轉(zhuǎn)。 憎液溶膠的制備 （ 2） 噴射磨 在裝有兩個(gè)高壓噴嘴的粉碎室中，一個(gè)噴高壓空氣，一個(gè)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(gè)電極，浸在水中，盛水的盤(pán)子放在冰浴中。 憎液溶膠的制備 2. 凝聚 法 通過(guò)各種化學(xué)反應(yīng)，使生成物 呈過(guò)飽和狀態(tài) ， （ 1） 化學(xué)凝聚法 通過(guò)各種化學(xué)反應(yīng)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(guò)濾法 。 經(jīng)常更換溶劑，就可以?xún)艋胪改と萜鲀?nèi)的溶膠。 電超過(guò)濾： 有時(shí)為了加快過(guò)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(guò)濾合并使用，這樣可以降低超過(guò)濾壓力。 但在很長(zhǎng)的一段時(shí)間里，這種現(xiàn)象的本質(zhì)沒(méi)有得到闡明。 其運(yùn)動(dòng)激烈的程度不隨時(shí)間而改變，但 隨溫度的升高而增加。 32kT并假設(shè)粒子是球形的 運(yùn)用分子運(yùn)動(dòng)論的一些基本概念和公式，得到 Brown運(yùn)動(dòng)的公式為 123R T txLr ????? ???? 動(dòng)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(gè)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(shí)間等聯(lián)系起來(lái)。 動(dòng)力性質(zhì) 2. 擴(kuò)散與滲透壓 由于膠粒不能透過(guò)半透膜，而介質(zhì)分子或外加的電解質(zhì)離子可以透過(guò)半透膜，所以有從化學(xué)勢(shì)高的一方向化學(xué)勢(shì)低的一方自發(fā)滲透的趨勢(shì)。 當(dāng)這兩種效應(yīng)相反的力相等時(shí)，粒子的分布達(dá)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(dāng)光束通過(guò)分散系統(tǒng)時(shí)，一部分自由地通過(guò)，一部分被吸收、反射或散射。 光學(xué)性質(zhì) 1. Tyndall 效應(yīng) 1869年， Tyndall發(fā)現(xiàn)，若令一束會(huì)聚光通過(guò)溶膠 從側(cè)面（與光束垂直的方向）可以看到一個(gè)發(fā)光的圓錐體，這就是 Tyndall效應(yīng) 。入 射光波長(zhǎng)越短，散射越顯著。 光學(xué)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(dǎo)出了散射光強(qiáng)度的計(jì)算公式，稱(chēng)為 Rayleigh公式 ,其簡(jiǎn)化公式為 24nVIK??式中： I散射光強(qiáng)度 入射光波長(zhǎng) ?體積粒子數(shù) n每個(gè)粒子的體積 VK與折射率等有關(guān)的常數(shù) 光學(xué)性質(zhì) 2. Rayleigh 散射定律 24nVIK??從 Rayleigh 散射定律可以解釋?zhuān)? 為何當(dāng)用白光照射溶膠時(shí)，正面和側(cè)面看到的光的顏色不一樣 危險(xiǎn)訊號(hào)為何要用紅色 晴天的天空為何呈藍(lán)色 早霞和晚霞為何特別絢麗等 光學(xué)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(xué)性質(zhì) 這種超顯微鏡有一個(gè) 心形腔 ，上部視野涂黑，強(qiáng)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(huì)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(chǎng)的作用下發(fā)生沉降而產(chǎn)生 沉降電勢(shì) ；帶電的介質(zhì)定向流動(dòng)而產(chǎn)生 流動(dòng)電勢(shì)。 例如： 在 AgI溶膠的制備過(guò)程中，如果 AgNO3過(guò)量 ，則膠核優(yōu)先吸附 Ag+，使膠粒 帶正電 ； 如果 KI過(guò)量 ，則優(yōu)先吸附 I ，膠粒 帶負(fù)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(shí)，由于正、負(fù)離子的溶解量不同，擴(kuò)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(chǎng)的作用下，向帶相反電荷的電極作 定向移動(dòng) 的現(xiàn)象稱(chēng)為 電泳 。 選擇合適的介質(zhì)，使電泳過(guò)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(fù)電極，在其上面進(jìn)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(chēng)為凝膠電泳。 電泳 板上電泳 如果將凝膠鋪在玻板上進(jìn)行的電泳稱(chēng)為平板電泳。 電泳 影響電泳的因素有： 電泳的應(yīng)用 : 濃縮天然橡膠的乳液，將橡膠鍍?cè)诮饘?、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(lèi)、離子強(qiáng)度和溶液的 pH (3) 電泳的溫度和外加電場(chǎng)強(qiáng)度等 外加電解質(zhì)會(huì)顯著影響電泳速率，使速率降低直至變?yōu)榱?，甚至還會(huì)改變膠粒電泳的方向。 設(shè)膠粒帶正電荷，相同數(shù)量的負(fù)電荷以擴(kuò)散雙電層的形式分布在膠粒周?chē)? 雙電層和動(dòng)電電勢(shì) 影響電泳速率的因素太多，所以很難用統(tǒng)一的公式來(lái)計(jì)算。 外加電解質(zhì)對(duì)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?xí)淖冸姖B的方向。 當(dāng)介質(zhì)的流速很快時(shí)，有時(shí)會(huì)產(chǎn)生電火花。 沉降電勢(shì) 通常在油中 加入有機(jī)電解