物理化学南京大学傅献彩第五版14章胶体与大分子溶液

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1、物理化学物理化学(B)II2022-6-11第十四章第十四章胶体分散系胶体分散系统统和大分子溶液和大分子溶液物理化学物理化学(B)II2022-6-1214.1 胶体和胶体的基本特性第十四章 胶体分散系统和大分子溶液 14.2 溶胶的制备和净化14.3 溶胶的动力性质14.4 溶胶的光学性质14.5 溶胶的电学性质 14.7 溶胶的稳定性和聚沉作用14.8 乳胶液14.9 凝胶14.10 大分子溶液14.6 双电层理论和 电势物理化学物理化学(B)II2022-6-1314.11 Donnan平衡和聚电解质溶液的渗透压 * 14.12 流变学简介 * 14.13 纳米粒子物理化学物理化学(B)

2、II2022-6-14第十四章 胶体分散系统和大分子溶液 例如：云，牛奶，珍珠 把一种或几种物质分散在另一种物质中就构成分散体系。 其中，被分散的物质称为分散相 (dispersed phase)， 另一种物质称为分散介质 (dispersing medium)。 分散相和分散介质物理化学物理化学(B)II2022-6-15 什么是胶体分散系统?按分散相粒子的大小，通常有三种分散系统1.分子分散系统 分散相与分散介质以分子或离子形式彼此混溶，没有界面，是均匀的单相，分子半径在1 nm 以下 。2.胶体分散系统 分散相粒子的半径在1 nm100 nm之间，目测是均匀的，但实际是多相不均匀系统。也

3、有的将 1nm 1000 nm之间的粒子归入胶体范畴。3.粗分散系统 当分散相粒子大于1000 nm，目测是混浊不均匀系统，放置后会沉淀或分层。物理化学物理化学(B)II2022-6-16 胶体分散系统在生物界和非生物界都普遍存在，在实际生活和生产中也占有重要的地位。 所谓宏观是指研究对象的尺寸很大，其下限是人的肉眼可以观察到的最小物体（半径大于1微米），而上限则是无限的。 所谓微观是指上限为原子、分子，而下限则是一个无下限的时空。 在宏观世界与微观世界之间，有一个介观世界，在胶体和表面化学中所涉及的超细微粒，其大小、尺寸在1nm-100nm之间，基本上归属于介观领域。物理化学物理化学(B)I

4、I2022-6-1714.1 胶体和胶体的基本特性 分散系统的分类根据胶体系统的性质至少可分为两大类：（1）憎液溶胶 系统具有很大的相界面，很高的表面Gibbs自由能，很不稳定，极易被破坏而聚沉 简称溶胶，由难溶物分散在分散介质中所形成，粒子都是由很大数目的分子构成，大小不等 聚沉之后往往不能恢复原态，因而是热力学中的不稳定和不可逆系统。 本章主要讨论憎液溶胶物理化学物理化学(B)II2022-6-1814.1 胶体和胶体的基本特性 分散系统的分类根据胶体系统的性质至少可分为两大类：（2）亲液溶胶大（高）分子化合物的溶液通常属于亲液溶胶 它是分子溶液，但其分子的大小已经到达胶体的范围，因此具有

5、胶体的一些特性（例如：扩散慢，不透过半透膜，有Tyndall效应等等） 若设法去除大分子溶液的溶剂使它沉淀，重新再加入溶剂后大分子化合物又可以自动再分散，因而它是热力学中稳定、可逆的系统。 物理化学物理化学(B)II2022-6-1914.1 胶体和胶体的基本特性 分散系统的分类若根据分散相和分散介质的聚集状态进行分类 1. 液溶胶 将液体作为分散介质所形成的溶胶。当分散相为不同状态时，则形成不同的液溶胶：A. 液-固溶胶 如油漆，AgI溶胶B. 液-液溶胶 如牛奶，石油原油等乳状液C. 液-气溶胶 如泡沫物理化学物理化学(B)II2022-6-11014.1 胶体和胶体的基本特性 分散系统的

6、分类若根据分散相和分散介质的聚集状态进行分类 2. 固溶胶 将固体作为分散介质所形成的溶胶。当分散相为不同状态时，则形成不同的固溶胶：A. 固-固溶胶 如有色玻璃，不完全互溶的合金B. 固-液溶胶 如珍珠，某些宝石C. 固-气溶胶 如泡沫塑料，沸石分子筛物理化学物理化学(B)II2022-6-11114.1 胶体和胶体的基本特性 分散系统的分类若根据分散相和分散介质的聚集状态进行分类 3. 气溶胶 将气体作为分散介质所形成的溶胶。当分散相为固体或液体时，形成气-固或气-液溶胶，但没有气-气溶胶，因为不同的气体混合后是单相均一系统，不属于胶体范围。A. 气-固溶胶 如烟，含尘的空气B. 气-液溶

7、胶 如雾，云物理化学物理化学(B)II2022-6-112憎液溶胶的特性（1）特有的分散程度 粒子的大小在1100 nm之间，因而扩散较慢，不能透过半透膜，渗透压低但有较强的动力稳定性 和乳光现象。（2）多相不均匀性 具有纳米级的粒子是由许多离子或分子聚结而成，结构复杂，有的保持了该难溶盐的原有晶体结构，而且粒子大小不一，与介质之间有明显的相界面，比表面很大。（3）易聚结不稳定性 因为粒子小，比表面大，表面自由能高，是热力学不稳定系统，有自发降低表面自由能的趋势，即小粒子会自动聚结成大粒子。物理化学物理化学(B)II2022-6-113胶团的结构 形成憎液溶胶的必要条件是： （1）分散相的溶解

8、度要小； （2）还必须有稳定剂存在，否则胶粒易聚结而 聚沉。 物理化学物理化学(B)II2022-6-114胶团的结构 胶粒的结构比较复杂，先有一定量的难溶物分子聚结形成胶粒的中心，称为胶核； 然后胶核选择性的吸附稳定剂中的一种离子，形成紧密吸附层；由于正、负电荷相吸，在紧密层外形成反号离子的包围圈，从而形成了带与紧密层相同电荷的胶粒； 胶粒与扩散层中的反号离子，形成一个电中性的胶团。 胶核吸附离子是有选择性的，首先吸附与胶核中相同的某种离子，用同离子效应使胶核不易溶解物理化学物理化学(B)II2022-6-115胶团的结构例1：AgNO3 + KIKNO3 + AgI (AgI)m n I

9、(n-x)K+x xK+ 胶核胶粒胶团胶团的图示式： 胶核 胶粒(带负电) 胶团(电中性)胶团的结构表达式 ： 过量的 KI 作稳定剂 物理化学物理化学(B)II2022-6-116胶团的结构例2：AgNO3 + KI KNO3 + AgI (AgI)m n Ag+ (n-x)NO3x+ x NO3 胶核胶粒胶团 胶团的图示式：过量的 AgNO3 作稳定剂 胶团的结构表达式： 胶核 胶粒(带正电) 胶团(电中性)物理化学物理化学(B)II2022-6-117胶粒的形状 作为憎液溶胶基本质点的胶粒并非都是球形，而胶粒的形状对胶体性质有重要影响。 质点为球形的，流动性较好；若为带状的，则流动性较差

10、，易产生触变现象。 在溶胶中胶粒是独立运动单位，通常所说溶胶带电系指胶粒而言 胶团没有固定的直径和质量，同一种溶胶的值也不是一个固定的数值 物理化学物理化学(B)II2022-6-118胶团的形状例如：（1）聚苯乙烯胶乳是球形质点（2） V2O5 溶胶是带状的质点（3） Fe(OH)3 溶胶是丝状的质点物理化学物理化学(B)II2022-6-11914.2 溶胶的制备与净化 制备溶胶必须使分散相粒子的大小落在胶体分散系统的范围之内，并加入适当的稳定剂。制备方法大致可分为两类： （1）分散法 用机械、化学等方法使固体的粒子变小 （2）凝聚法 使分子或离子聚结成胶粒溶胶的制备物理化学物理化学(B)

11、II2022-6-120用这两种方法直接制出的粒子称为原级粒子。 溶胶的制备 视具体制备条件不同，这些粒子又可以聚集成较大的次级粒子。 通常所制备的溶胶中粒子的大小不是均一的，是一个多级分散系统。物理化学物理化学(B)II2022-6-121(1) 研磨法 这种方法适用于脆而易碎的物质，对于柔韧性的物质必须先硬化后再粉碎。例如，将废轮胎粉碎，先用液氮处理，硬化后再研磨。 胶体磨的形式很多，其分散能力因构造和转速的不同而不同。1. 分散法物理化学物理化学(B)II2022-6-122盘式胶体磨示意图物理化学物理化学(B)II2022-6-123转速约10 00020 000 rmin A为空心转