【正文】 。 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 。 3. 散射光強度與單位體積中的粒子數(shù)成正比。 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 。 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。 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) 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。 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 。 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。 可制備粒徑小于 1000 nm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。 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。 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 。 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。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(yīng)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)。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。 （ 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 。 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。 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 將金屬做成兩個電極，浸在水中，盛水的盤子放在冰浴中。 凈化的方法主要有 滲析法 和 超過濾法 。 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。 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(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。 上層粒子小而稀疏，下層粒子大而密集。 光學性質(zhì) 1. Tyndall 效應(yīng) 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(yīng) 。 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(dǎo)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(guān)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。 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。 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。 (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。 選擇合適的介質(zhì)，使電泳過程中保持液面清晰。 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 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。 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。 當介質(zhì)的流速很快時，有時會產(chǎn)生電火花。但合格的溶膠在相當長的時間內(nèi)可以保持不聚沉，這主要有兩個因素： 溶膠的穩(wěn)定性 膠粒都是帶電的，同一種膠粒都帶相同的電荷。 例如，對膠粒帶負電的溶膠，一價陽離子硝酸鹽的聚沉能力次序為 對帶正電的膠粒，一價陰離子的鉀鹽的聚沉能力次序為 這種次序稱為 感膠離子序（ lyotropic series)。 金值越小的高分子物質(zhì)，說明它對溶膠的保護能力越強。常用的有四種平均方法： 1. 數(shù)均摩爾質(zhì)量 Mn 11 2 21 2 iniin M n M nn n nM M? ? ??? ????BBBBBnMn???數(shù)均摩爾質(zhì)量可以用 端基分析法和滲透壓法 測定。 以 對 c 作圖，得一條直線，以 對 c作圖得另一條直線。 Donnan平衡 由于大分子物質(zhì)的濃度不能配得很高，否則易發(fā)生凝聚，如等電點時的蛋白質(zhì)，所以產(chǎn)生的滲透壓很小，用這種方法測定大分子的摩爾質(zhì)量誤差太大。其簡化公式為 2nRT R TA cM??Πc 改寫成線性方程為 用 做圖，從截距計算數(shù)均摩爾質(zhì)量 ?Π cc 凝膠 1. 凝膠的分類 2. 凝膠的制備 3. 凝膠的性質(zhì) 凝膠的分類 凝膠是膠體分散系統(tǒng)的一種特殊存在形式。 如：硅膠， V2O5干凝膠等。 凝膠的制備 1. 從溶膠制備凝膠 (1) 提高溶膠的濃度 ，或加入不良溶劑，突然降低其溶解度，使溶膠粒子交聯(lián)而形成凝膠。如果反應(yīng)中有沉淀生成，則沉淀物基本上是存在于原位而難以移動，形成 Liesegang環(huán) 。 在熔點、磁性、熱阻、電學、光學、化學、催化等性質(zhì)等方面都會發(fā)生奇特的變化。 例如，金屬鉑被稱為白金，而納米級的金屬鉑是黑色的，俗稱鉑黑，這種現(xiàn)象就是量子尺寸效應(yīng) 納米材料的應(yīng)用 1. 納米催化劑與環(huán)境保護 納米二氧化鈦 (TiO2 )是一種半導(dǎo)體光催化材料，在陽光照射下，會產(chǎn)生氧化能力很強的“空穴”，可以將吸附在上面的有機物、灰塵和細菌等氧化分解成二氧化碳和水。 納米材料的應(yīng)用 2. 納米材料與健康 陽光中波長為 300~400 nm波段的紫外線對人體健康十分有害，而氧化鈦、氧化硅、氧化鎂和氧化鋅等納米粒子對這種紫外線有強烈的吸收作用，用這類微粒作為添加劑可以制成防曬霜、防紫外線的傘、防曬漆、防曬塑料等。 香港科技大學用納米材料制成的薄膜對電磁輻射有很高的吸收率，可防止手機輻射對人的傷害。如果將這種納米二氧化鈦放在墻磚、玻璃等建筑材料中，制造“自潔型”的環(huán)保產(chǎn)品。 納米材料的特性 （ 2） 表界面效應(yīng) 這種高比表面的納米粒子，具有很高的表面能，是熱力學上的不穩(wěn)定狀態(tài)。 納米技術(shù)正向各個學科領(lǐng)域全面滲透，速度之快、影響之廣，出乎人們意料。 (3) 加入適量電解質(zhì) ，使膠粒的水化層變薄，使動電電位下降而交聯(lián)成凝膠 。 干膠 含水量較少的凝膠 如硅膠，市售明膠（含水量約 15%）等 溶膠 凍膠 干膠 凝膠或溶膠 ???? 膠凝 凝膠的分類 ????? 外力停止3. 觸變性凝膠 由線狀粒子組成的凝膠，粒子間以 van der Waals力聯(lián)結(jié)，作用力較弱 凝膠 溶膠 凝膠 例如：沼澤地里的泥炭，可塑性黏土和混凝土漿料等。 根據(jù)含水量的多少、分散相質(zhì)點的剛?cè)嵝曰蛩男再|(zhì)有多種分類方法。 1c 由于大分子 P不能透過半透膜，而 H2O分子可以，所以在膜兩邊會產(chǎn)生滲透壓。 sp / c? rln / c?0?c[]? 從如下經(jīng)驗式求黏均摩爾質(zhì)量