【正文】 超顯微鏡 ，為研究布朗運(yùn)動(dòng)提供了物質(zhì)條件。 動(dòng)力性質(zhì) 1. Brown運(yùn)動(dòng) 通過大量觀察，得出結(jié)論： 粒子越小，布朗運(yùn)動(dòng)越激烈。 動(dòng)力性質(zhì) 1. Brown運(yùn)動(dòng) 1905年 Einstein（ 愛因斯坦 )等人才闡述了 Brown運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)。 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)類似，平均動(dòng)能為 。 是在觀察時(shí)間 t內(nèi)粒子沿 x軸方向的平均位移； x 動(dòng)力性質(zhì) 2. 擴(kuò)散與滲透壓 Einstein 對(duì)球形粒子導(dǎo)出了膠粒在時(shí)間 t內(nèi) ,平均位移與擴(kuò)散系數(shù) D之間的定量關(guān)系 12( 2 )x D t?123R T txLr?????????因?yàn)? 這就是 EinsteinBrown 位移方程。 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單位截面積的物質(zhì)的質(zhì)量。 溶膠的滲透壓可以借用稀溶液滲透壓公式計(jì)算： n R T c R TV ??Π式中 c為膠粒的濃度。 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? 這種平衡稱為 沉降平衡 。 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。 光學(xué)性質(zhì) 光散射現(xiàn)象 可見光的波長(zhǎng)為 400~760 nm。 （ 2）當(dāng)光束通過 憎液溶膠 時(shí)，由于膠粒直徑遠(yuǎn)小于可見光的波長(zhǎng)，主要發(fā)生 散射 ，可以看見乳白色的光柱。 光學(xué)性質(zhì) 光散射現(xiàn)象 （ 3）當(dāng)光束通過 分子溶液時(shí) ，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。 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 。 其他分散系統(tǒng)也會(huì)產(chǎn)生一點(diǎn)散射光，但遠(yuǎn)不如溶膠顯著。 光學(xué)性質(zhì) 1. Tyndall 效應(yīng) 4C uS O 溶液 3F e ( OH) 膠溶光源 光學(xué)性質(zhì) 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(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 。所以可見光中，藍(lán)、 紫色光散射作用強(qiáng)。 3. 散射光強(qiáng)度與單位體積中的粒子數(shù)成正比。 超顯微鏡 分辨率高，可以研究半徑為 5~150 nm 的粒子。 超顯微鏡是目前研究憎液溶膠非常有用的手段之一。如果溶液中沒有膠粒，視野將是一片黑暗。 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 。 從超顯微鏡可以獲得哪些有用信息？ （ 1） 可以測(cè)定球狀膠粒的平均半徑。例如，球狀 粒子不閃光，不對(duì)稱的粒子在向光面變化時(shí)有 閃光現(xiàn)象。粒子大小不同，散 射光的強(qiáng)度也不同。 光學(xué)性質(zhì) 溶膠的電學(xué)性質(zhì) 1. 電泳 2. 雙電層和動(dòng)電電勢(shì) 3. 電滲 4. 流動(dòng)電勢(shì) 5. 沉降電勢(shì) 溶膠的電學(xué)性質(zhì) 電動(dòng)現(xiàn)象分兩類 (1) 因電而動(dòng) 膠粒是帶電的，而溶膠是電中性的，所以 介質(zhì)所帶的電荷剛好與膠粒的電荷相反 。 在外電場(chǎng)作用下， 膠粒向帶相反電荷電極的定向移動(dòng)稱為電泳 ， 介質(zhì)向帶相反電荷電極的定向移動(dòng)稱為電滲 。 (2) 因動(dòng)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。 膠核優(yōu)先吸附與膠核本身結(jié)構(gòu)或組成相似的離子，利用同離子效應(yīng)保護(hù)膠核不被溶解。 膠粒帶電的原因 當(dāng) Al3+被兩價(jià)離子同晶置換后，黏土和分子篩等微粒帶負(fù)電就更多。 例如： AgI固體分散在介質(zhì)中 ，由于 Ag+較小，擴(kuò)散速率快，比 I容易脫離晶格而進(jìn)入溶液，使AgI膠粒帶負(fù)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(zhì)分子的 凈電荷為零 ，這個(gè) pH稱為蛋白質(zhì)的 等電點(diǎn) 。 研究電泳的實(shí)驗(yàn)方法很多，根據(jù)溶膠的量和性質(zhì)的不同，可以采用不同的電泳儀。 根據(jù)通電時(shí)間和液面升高或下降的刻度，計(jì)算電泳的速度。 若是無色溶膠，必須用紫外吸收等光學(xué)方法讀出液面的變化。 常用的區(qū)帶電泳有：紙上電泳，圓盤電泳和板上電泳等。 電泳 區(qū)帶 電泳 —— 紙上電泳 用濾紙作為支持物的電泳稱為紙上電泳 先將一厚濾紙條在一定 pH的緩沖溶液中浸泡，取出后兩端夾上電極，在濾紙中央滴少量待測(cè)溶膠 電泳速度不同的各組分即以不同速度沿紙條運(yùn)動(dòng) 電泳 區(qū)帶 電泳 —— 紙上電泳 經(jīng)一段時(shí)間后，在紙條上形成距起點(diǎn)不同距離的區(qū)帶，區(qū)帶數(shù)等于樣品中的組分?jǐn)?shù)。 紙上電泳的分離能力不是很強(qiáng)， 只能將 人體血清或血漿分成 5個(gè)組分。 將凝膠裝在玻管中，滴入樣品 ,電泳后各組分在管中形成圓盤狀。例如，紙上電泳只能將血清分成五個(gè)組分，而用聚丙烯酰胺凝膠作的圓盤電泳可將血清分成 25個(gè)組分。 電泳 顯微 電泳儀 該方法簡(jiǎn)單、快速，膠體用量少，可以在膠粒所處的環(huán)境中直接觀察和測(cè)定電泳速度和電動(dòng)電勢(shì)。 用顯微鏡直接觀察膠粒，這個(gè)方法只能觀察 200 nm以上的膠粒。 雙電層和動(dòng)電電勢(shì) 擴(kuò)散雙電層模型 膠粒雖小到肉眼看不見，但從微觀角度看它仍是一個(gè)很大的固體，同樣可以用討論電極表面電荷分布的方法來討論膠粒表面的電荷結(jié)構(gòu)。 在膠粒與介質(zhì)的界面上也形成了雙電層的結(jié)構(gòu)。 在 AB線以左的部分稱為緊密層，以右至本體溶液部分稱為擴(kuò)散層。 電勢(shì)會(huì)隨著溶劑化層中離子濃度的改變而改變 ? 的數(shù)值主要取決于與固體成平衡的離子濃度 0?? 若有足夠多的電解質(zhì)加入，當(dāng)雙電層的厚度變薄到等于切動(dòng)面以左部分的厚度時(shí)，這時(shí) 電勢(shì)就等于零，甚至還會(huì)改變符號(hào)。對(duì)于半徑為 r 的球形膠粒，在 r 遠(yuǎn)小于雙電層的厚度時(shí)，可以用 H252。 在外加電場(chǎng)作用下，帶電的 介質(zhì) 通過多孔膜或半徑為 1~10 nm的毛細(xì)管作 定向移動(dòng) ，這種現(xiàn)象稱為 電滲 電滲 電滲管示意圖 3為多孔膜，可以用濾紙、玻璃或棉花等構(gòu)成 在 U型管 1， 2中盛電解質(zhì)溶液，作為介質(zhì) 也可以用氧化鋁、碳酸鋇、 AgI等物質(zhì)構(gòu)成 當(dāng)在電極 5， 6上施以直流電壓時(shí)，從刻度毛細(xì)管4中彎月面的移動(dòng)可以觀察到管中介質(zhì)的移動(dòng) 電滲 如果多孔膜吸附陰離子，則介質(zhì)帶正電，通電時(shí)介質(zhì)向陰極移動(dòng)； 反之，多孔膜吸附陽離子，帶負(fù)電的介質(zhì)向陽極移動(dòng)。 電滲方法有許多實(shí)際應(yīng)用，如溶膠凈化、海水淡化、泥炭和染料的干燥等。 在化工或石化工業(yè)中，若要 用泵輸送易燃的碳?xì)浠衔?，一定要防止這類液體在流動(dòng)過程中產(chǎn)生過高的流動(dòng)電勢(shì)。 流動(dòng)電勢(shì) 防止流動(dòng)電勢(shì)過高的方法是 將這類輸運(yùn)管道接地 或在運(yùn)送的有機(jī)液體中加入油溶性電解質(zhì)，增加介質(zhì)的電導(dǎo)，降低流動(dòng)電勢(shì)。 貯油罐中的油內(nèi)常會(huì)有水滴，水滴的沉降會(huì)形成很高的電勢(shì)差，有時(shí)會(huì)引發(fā)事故。 溶膠的穩(wěn)定性和聚沉作用 1. 溶膠的穩(wěn)定性 3. 影響溶膠穩(wěn)定性的其他因素 2. 電解質(zhì)對(duì)溶膠穩(wěn)定性的影響 溶膠的穩(wěn)定性 (1) Brown 運(yùn)動(dòng) 由于溶膠粒子小， Brown運(yùn)動(dòng)激烈，在重力場(chǎng)中不易沉降，使溶膠具有 動(dòng)力穩(wěn)定性 。 Brown運(yùn)動(dòng)不足以維持憎液溶膠的穩(wěn)定性 憎液溶膠的表面能很高，是熱力學(xué)上的不穩(wěn)定系統(tǒng)。 (2) 電勢(shì) ? 膠粒移動(dòng)時(shí)，從滑移界面到本體溶液的電勢(shì)差稱為動(dòng)電電勢(shì)，或 電勢(shì)。 電解質(zhì)對(duì)溶膠穩(wěn)定性的影響 2. 聚沉值與聚沉能力 聚沉值 使一定量的溶膠在一定時(shí)間內(nèi)完全聚沉 所需外加電解質(zhì)的最小濃度。 聚沉能力 定性地判斷電解質(zhì)對(duì)溶膠穩(wěn)定性的影響 與 聚沉值的次序剛好相反， 聚沉值越大的電解質(zhì)，聚沉能力越弱；反之，聚沉值越小的電解質(zhì)，其聚沉能力越強(qiáng)。 SchulzeHardy 規(guī)則 聚沉值與異電性離子價(jià)數(shù)的六次方成反比 例如，對(duì)于給定的溶膠，異電性離子分別為 3 價(jià)，則聚沉值的比例為 100 ? ? 即 6 6 61 1 1 1 2 3? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?:: 電解質(zhì)對(duì)溶膠穩(wěn)定性的影響 ++ 4H C s R b N H K N a L i? ? ? ? ? 4. 感膠離子序 與膠粒帶相反電荷的離子就是價(jià)數(shù)相同，其 聚沉能力也有差異。 3F C l B r N O I? ? ? ? ? 離子水化半徑越小，聚沉能力越強(qiáng) 影響溶膠穩(wěn)定性的其他因素 1. 物理因素 濃度的影響 溫度的影響 外加作用力影響 濃度增加，粒子碰撞機(jī)會(huì)增多，使膠粒易于凝聚 溫度升高，粒子碰撞機(jī)會(huì)增多，碰撞強(qiáng)度增加 將溶膠放入高速離心機(jī)，由于膠粒與介質(zhì)的密度不同，離心力不同而分離。 憎液溶膠的膠粒黏附在大分子上，大分子起一個(gè)橋梁作用，把膠粒聯(lián)系在一起，使之更容易聚沉。 影響溶膠穩(wěn)定性的其他因素 2. 高分子化合物的影響 （ 2） 保護(hù)作用 將較多量的大分子溶液加入憎液溶膠，可以保護(hù)溶膠不被聚沉，這種現(xiàn)象稱為大分子溶液對(duì)溶膠的 保護(hù)作用 ； 大分子吸附在憎液溶膠膠粒的周圍，使膠粒不能直接接觸，可以保護(hù)溶膠不被聚沉。 為了保護(hù) 10 cm3 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 ，在加入 1 cm3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 NaCl后，在 18 h內(nèi)不聚沉，所需高分子的最少質(zhì)量稱為 金值 ，一般用 mg表示。 影響溶膠穩(wěn)定性的其他因素 3. 有機(jī)化合物離子的影響 用葡萄糖酸內(nèi)脂可以使天然豆?jié){凝聚，制成內(nèi)脂豆腐。 影響溶膠穩(wěn)定性的其他因素 4. 帶不同電荷膠粒的相互影響 將膠粒帶相反電荷的溶膠互相混合，也會(huì)發(fā)生聚沉 與加入電解質(zhì)情況不同的是，當(dāng)兩種溶膠的用量恰能使其所帶相反電荷的量相等時(shí)，才會(huì)完全聚沉 否則會(huì)不完全聚沉，甚至不聚沉 在污水處理或自來水廠使水凈化時(shí)，常要加凈化劑 ，水解形成的 溶膠帶正電，而天然的泥砂粒子帶負(fù)電，由于正、負(fù)溶膠相互作用，發(fā)生混凝，水很快澄清。 合成的功能高分子材料： 如光敏高分子、導(dǎo)電性高 分子、醫(yī)用高分子和高分子膜等 天然大分子： 如淀粉、蛋白質(zhì) 、纖維素、核酸 和各種生物大分子等。 *4. Z均摩爾質(zhì)量 隨著測(cè)定和平均的方法不同，得到的平均摩爾質(zhì)量也不同。 設(shè)有一高分子溶液，各組分的物質(zhì)的量分別為 n1，n2， …, ni , 其對(duì)應(yīng)的摩