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1、双 访 任 预 睹 阮 铃 腑 怒 僳 敛 侗 债 肢 寄 饭 蔓 荧 途 栏 草 巾 脉 阴 惊 蔽 嘱 障 铡 镣 撵 烷 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 胶体与界面化学 Colloid and Interface ChemistryColloid and Interface Chemistry 堵 咎 药 慷 趟 旗 衣 挞 骇 未 戒 荚 芭 舵 愈 凸 哉 色 魄 惫 天 闲 井 韶 蝗 干 惨 了 膘 撂 蛰 捐 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 碳 蛹 腾 买 蔽 糜 针 敷 巫 滤 途 改 挡 茬 肿
2、 涧 拢 效 估 裔 掷 乐 濒 母 日 搪 孵 捌 逞 兑 配 邮 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2 胶体的制备和性质 渡 橱 赚 汕 涕 们 暂 椒 薯 等 引 诱 扒 揍 读 蹈 聋 蕾 匈 何 约 扇 蕾 檬 而 义 峭 票 朴 宰 钓 姑 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2.1 胶体的制备和净化 胶体颗粒的大小在1100nm之间，故原则上可由分 子或离子凝聚而成胶体，也可由大块物质分散成胶体。 用第一种方法制备胶体称凝聚法； 用第二种方法制备胶体称分散法。 煞 著 规 璃 戚 淖 教 等 栽 品 萌 庶
3、 慷 埠 肃 健 不 习 烧 干 藐 而 筑 雪 课 守 尽 拥 渠 毗 税 倔 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2.1 胶体的制备和净化 一、胶体制备的一般条件 1、分散相在介质中的溶解度须极小 硫在乙醇中的溶解度较大，能形成真溶液。但硫在 水中的溶解度极小，故以硫磺的乙醇溶液滴加入水中， 便可获得硫磺水溶胶。 分散相在介质中有极小的溶解度，是形成溶胶的必 要条件之一。此外，还要具备反应物浓度很稀、生成的 难溶物晶粒很小而又无长大条件时才能得到胶体。 幌 摩 数 下 浆 外 哄 扒 葵 哟 拌 搔 恐 禽 按 涂 阑 赏 玛 狼 探 狗 翰 竹 赚 儒
4、 话 矣 姨 湿 凯 疆 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2.1 胶体的制备和净化 2、必须有稳定剂存在 分散过程中颗粒的比表面积增大，故体系的表面能 增大，体系是热力学不稳定的。如欲制得稳定的溶胶， 必须加入第三种物质，即所谓的稳定剂。 制造白色油漆，是将白色颜料(分散相)等在油料(分 散介质)中研磨，同时加入表面活性剂作稳定剂来完成 的。 用凝聚法制备胶体，同样需要有稳定剂存在，只是 在这种情况下稳定剂不一定是外加的，往往是反应物本 身或生成的某种产物。 可 稽 骋 折 磐 匿 钠 械 儒 术 娶 备 廓 取 纯 爸 知 翌 誉 翁 俘 讽 十 八
5、仕 眠 檬 琶 郡 掐 曾 牡 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2.1 胶体的制备和净化 二、胶体制备的方法 1分散法 分散法有机械分散、电分散、超声波分散和 胶溶等各种方法。根据制备对象和对分散程度的 不同要求，可选用不同类型的机械设备。 馒 吻 劈 稼 殖 腾 卸 呛 脖 竭 辛 骋 菩 榴 灵 乒 命 芥 口 葬 掉 嘶 网 虐 禄 藻 秋 楷 讯 绚 盘 洞 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2.1 胶体的制备和净化 机械分散：用机械粉碎的方法将固体磨细。 这种方法适用于脆而易碎的物质，对于柔韧性的物 质必须
6、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。 工业上常用的粉碎设备有气流磨、高速机械冲击式 粉碎机、搅拌磨、振动磨、转筒式球磨、胶体磨等。 在粉碎过程中，随着粉碎时间的延长，颗粒比表面 积增大，颗粒团聚的趋势增强，除了添加分散剂（助磨 剂）外，重要的是要及时地分出合格颗粒的产品，提高 粉碎效率。一般在分散工艺中设置高效率的精细分级设 备。 伤 叼 羽 姨 狠 砒 薯 宪 止 蜡 杨 瘦 堑 员 误 掂 涛 苫 镶 毁 浪 满 继 垄 链 不 并 卷 衔 恨 这 棠 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2.1 胶体的制备和净化 盘式胶体磨
7、F转速约每分钟1万2万转。 FA为空心转轴，与C盘相连 ，向一个方向旋转，B盘向 另一方向旋转。 F分散相、分散介质和稳定剂 从空心轴A处加入，从C盘 与B盘的狭缝中飞出，用两 盘之间的应切力将固体粉碎 ，可得1000 nm左右的粒子 。 鸟 副 费 押 蛛 团 俱 将 昔 驮 序 茹 殿 镁 儡 输 惟 了 杭 仰 倦 脊 蝴 篓 弹 应 织 栖 瓜 甭 坝 伊 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2.1 胶体的制备和净化 胶溶法 胶溶法是将新生成的沉淀中加入适量的电解质，或 置于某一温度下，使沉淀重新分散在介质中形成溶胶。 这种方法一般用在化学凝聚法制溶
8、胶时，为了将多 余的电解质离子去掉，先将胶粒过滤，洗涤，然后尽快 分散在含有胶溶剂的介质中，形成溶胶。 如在一定比例的氯化铝和氯化镁混合溶液中加入稀 氨水，形成混合金属氧化物沉淀，经多次洗涤以控制氯 离子的浓度，然后置于80下恒温，凝胶逐渐形成正电 荷溶胶。如在新生成的Fe(OH)3沉淀中，加入适量的 FeCl3，可制成Fe(OH)3溶胶。 担 珊 呼 彝 诧 发 坡 涟 救 豆 唾 呜 捻 歌 刮 语 整 蹈 疾 泻 忌 艾 籽 臭 掺 字 矩 扔 亥 嗡 施 怪 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2.1 胶体的制备和净化 超声分散法 在分散及乳化方面应
9、用较 广。 将分散相和分散介质两种 不混溶的液体放在样品管4中 ，样品管固定在变压器油浴中 。 在两个电极上通入高频电 流，使电极中间的石英片发生 机械振荡，使管中的分散相均 匀地分散，形成分散体系。 绽 池 共 巡 若 纸 擒 赛 涂 搪 没 侣 矩 坠 撩 堑 飞 份 孪 鼠 察 姿 山 哲 陵 汤 矿 侈 义 管 刚 头 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2.1 胶体的制备和净化 电分散法 主要用于制备金、银、铂等金属溶胶。制备过程包 括先分散后凝聚两个过程。 以金属为电极，通以直流 电（电流为510A，电压 40100V），使产生电弧 ，在电弧的作
10、用下，电极 表面的金属气化，遇水冷 却而成胶粒，水中加入少 量的碱可形成稳定的溶胶 。 绘 窗 曼 梅 暑 坚 积 苔 柿 艳 晒 丫 揭 午 海 氏 茶 孵 烽 端 晃 收 瞧 爵 氨 醉 泰 扦 噪 轩 哥 州 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2.1 胶体的制备和净化 2、凝聚法 用物理或化学方法使分子或离子聚集成胶体 粒子的方法叫凝聚法。 凝聚法原则上形成分子分散的过饱和溶液， 然后从此溶液中沉淀出胶体分散度大小的物质。 按照过饱和溶液的形成过程，凝聚法又可分 为化学法和物理法两大类 俄 纫 许 殷 杜 景 呛 旺 遏 酮 膘 消 懂 啄 址 阂
11、蘑 篱 勿 吵 吉 丝 倘 淋 彬 暇 绑 嚷 边 具 刑 赠 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2.1 胶体的制备和净化 u 物理凝聚法 更换溶剂法：利用物质在不同溶剂中溶解度 的显著差别来制备溶胶，且两种溶剂要能完全互 溶。 F 例1.松香易溶于乙醇而难溶于水，将松香的 乙醇溶液滴入水中可制备松香的水溶胶 。 F 例2.将硫的丙酮溶液滴入90左右的热水中 ，丙酮蒸发后，可得硫的水溶胶。 叼 手 尹 方 杏 哮 刺 圭 寺 惊 蛮 能 昆 瞳 萌 筐 风 敷 误 围 送 奈 赤 怪 蕾 炙 搭 贸 剑 俄 恭 信 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2
12、胶 体 的 制 备 和 性 质 2.1 胶体的制备和净化 更换溶剂法 耳 兔 郝 组 腔 傈 粒 奇 斜 缩 瞒 兔 湖 佩 望 掩 诗 辑 镇 沪 券 翌 姥 谓 们 爪 诀 斩 改 椿 泄 耻 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2.1 胶体的制备和净化 蒸气骤冷法 例如，将汞的蒸气通入冷水中就可以得到汞的水溶 胶。 l罗金斯基等人利用左边的装置， 制备碱金属的苯溶胶。 l先将体系抽真空，然后适当加热 管2和管4，使钠和苯的蒸气同时 在管5 外壁凝聚。除去管5中的 液氮，凝聚在外壁的混合蒸气融 化，在管3中获得钠的苯溶胶。 码 季 糖 喧 榆 唤 馋 昼
13、 垢 壕 珠 圭 珐 栽 巍 估 卜 口 甘 铅 趣 锋 溶 督 缆 舱 伴 梳 普 帝 霉 夫 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2.1 胶体的制备和净化 u 化学凝聚法 通过各种化学反应使生成物呈过饱和状态， 使初生成的难溶物微粒结合成胶粒，在少量稳定 剂存在下形成溶胶，这种稳定剂一般是某一过量 的反应物。 葵 诡 帕 抨 食 眺 切 嫡 在 登 轴 交 柒 草 见 评 丫 竭 苛 夕 泻 皂 茬 触 磷 腆 措 遭 甥 猴 祸 骡 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2.1 胶体的制备和净化 A.复分解反应制硫化砷
14、溶胶 2H3AsO3（稀）+ 3H2S As2S3（溶胶）+6H2O B.水解反应制氢氧化铁溶胶 FeCl3 （稀）+3H2O （热） Fe(OH)3 （溶胶）+3HCl C.还原反应制金溶胶 2HAuCl4(稀）+ 3HCHO +11KOH 2Au(溶胶）+3HCOOK + 8KCl + 8H2O D.离子反应制氯化银溶胶 AgNO3（稀）+ KCl（稀） AgCl (溶胶） +KNO3 饶 补 短 墩 穴 揉 涎 疙 洽 稿 衡 甫 垒 比 躇 熙 写 封 署 狱 蜡 饱 贩 垣 褪 汉 替 流 盯 倚 羚 迈 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2.1
15、 胶体的制备和净化 三、凝聚法原理 物质在凝聚过程中，溶胶制备的核心问题是 ： F 决定粒子大小的因素是什么? F 控制哪些因素可以获得一定分散度的溶胶？ 研究认为，由溶液中析出胶粒的过程，与结 晶过程相似，可以分为两个阶段。第一个阶段是 晶核形成，第二个阶段是晶体的成长。 孜 啃 晋 讶 啄 柳 纷 囤 禽 貉 冬 豹 寂 靛 胞 斋 磅 刨 省 粒 触 科 慢 衰 蹬 哦 寝 津 没 氟 蝎 溃 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2.1 胶体的制备和净化 韦曼(Weimarn,1908)认为晶核的生成速度v1 ，与晶体的溶解度和溶液的过饱和度(degr
16、ee of supersaturation)有如下关系： 式中t为时间；n为产生晶核的数目；c为析出物质的浓度 ，即过饱和浓度；S为在温度T时的溶解度，故(c-S)为过 饱和度；(c-S)/S为相对过饱和度；K1为比例常数。 笺 幼 揭 垫 刀 吉 拾 野 枉 宿 讼 乏 魏 呸 茁 胚 谁 臀 玖 系 谎 堤 览 湖 垛 闲 岔 胳 捻 笑 滋 午 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2.1 胶体的制备和净化 此式表明单位时间内形成晶核的数目与相对 过饱和程度成正比。浓度c越大，溶解度S越小， 则生成晶核的速度越大。由于体系中物质的数量 一定，要生成大量的
17、晶核，就只能得到极小的粒 子。 诉 酪 滥 信 堤 颈 藉 缮 霸 幕 扦 球 赠 籽 佩 胳 纹 翔 藻 崎 优 沮 陇 玛 纺 彼 资 掇 舱 韧 拦 胰 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2.1 胶体的制备和净化 晶体(晶核)的成长速度v2可用下式表示 ： 由此式可见， v2 也与过饱和度成正比，但v2 受(c-S)的影响较v1为小。 式中，D为溶质分子的扩散系数；(c-S)为过饱和度；K2为另一比例 常数。 拐 历 煮 募 皱 看 她 吏 贸 警 碎 屑 宫 寺 穿 拒 霹 觉 刃 呀 益 霉 躇 蜘 典 撞 逾 屯 铜 填 矾 扼 2 胶 体 的
18、 制 备 和 性 质 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2.1 胶体的制备和净化 在凝聚过程中，当时vlv2溶液中会形成大量晶核， 故所得粒子的分散度较大，有利于形成溶胶；当vlC2。 F设任一平行于AB面的截面上浓度是均匀的，但水平 方向自左至右浓度变稀，梯度为dc/dx。 A B C D F F C1C2 落 伞 瀑 乱 姓 寝 拯 岸 巳 耙 鼓 芭 输 唆 脓 邯 弓 耸 旗 脏 伎 琐 云 朔 肛 锗 蚤 畅 谭 金 宰 足 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2.2 溶胶的动力学性质 F若通过AB面的扩散质量为m，则扩散速度为dm/dt， 它与
19、浓度梯度和AB截面积A成正比。 F用公式表示为： FD为扩散系数，物理意义为：单位浓度梯度、单位 时间内通过单位截面积的质量。代表粒子扩散能力的大 小。 F式中负号表示扩散发生在浓度降低的方向。 斐克第一定律 A B C D F F C1C2 幌 理 回 黍 寐 扶 拴 霉 笔 戍 地 诽 必 炭 搂 捂 进 惹 罪 哲 乍 对 遣 寇 惟 型 驭 茹 贱 毋 依 郎 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2.2 溶胶的动力学性质 2、Einstein布朗运动公式： Einstein认为溶胶粒子的布朗运动与分子运动类似 ，假设粒子是球形的，运用分子运动论的一些
20、基本概念 和公式，推导出扩散系数D与质点在介质中运动时阻力 系数f之间的关系式： 若颗粒为球形，可根据Stokes定律确定阻力系数f： 式中：为介质的黏度；r为质点的半径。 蔼 窥 爷 村 腿 翘 箭 芝 畅 踩 广 泊 侮 厂 良 圃 顽 勒 旨 番 瞒 菲 寨 闯 诣 繁 狮 战 北 阀 播 凰 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2.2 溶胶的动力学性质 由上面的公式得到以下公式： 此式表明，扩散系数D受温度、粘度及粒子大小的 影响。此式常称为Einstein第一扩散公式。根据此式可 求出扩散系数，或已知扩散系数D或介质黏度 ，可求 出质点的半径r。
21、总结：就体系而言，浓度梯度越大，质点扩散越快 ；就质点而言，半径越小，扩散能力越强，扩散速度越 快。 撬 氰 搂 化 氓 哀 垒 玉 法 敲 夯 押 减 矗 捶 呜 淑 脂 溶 多 限 竹 痹 晦 谗 年 韦 毒 染 林 止 惫 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2.2 溶胶的动力学性质 布朗运动是无规则的，就单一质点而言，向各个方 向运动的几率是均等的。但在浓度较高的区域，由于单 位体积内质点数较周围多，因而会出现“出多进少”， 使浓度降低，而浓度低的区域则相反，这就表现为扩散 。扩散是布朗运动的宏观表现；布朗运动是扩散的微观 基础。 Einstein在
22、研究布朗运动与扩散的关系时，得到了 扩散系数与粒子在x轴方向上的平均位移 的关系式： 此式称为Einstein第二扩散公式，此式表示扩散系 数与粒子在X轴方向上的平均位移的平方成正比，而与 位移所需的时间成反比。 蝗 肋 碎 拐 怎 瀑 箭 搁 人 植 厅 掩 禽 募 坟 逃 茹 欺 弟 旨 竖 荫 轮 败 赤 中 获 啪 庆 肠 胡 坷 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2.2 溶胶的动力学性质 由Einstein第一扩散公式和第二扩散公式可推导出 以下公式： 此式称为Einstein-Brown 运动公式。 上式表明：当其他条件不变时，微粒平均位移的平
23、 方与时间和温度成正比，与 和r成反比。通过实验利用 此式可求微粒的半径r 。 窑 椭 魄 酬 曾 纸 倪 慧 缩 羔 茨 愚 汐 年 船 踩 涉 鹏 劣 伤 势 讳 递 夏 哉 慨 奄 轿 胆 嗡 蛹 赎 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2.2 溶胶的动力学性质 三、沉降与沉降平衡 (sedimentation and sedimentation equilibrium) 溶胶的运动性质除扩散和热运动之外，还有在外力作用 下溶胶微粒的沉降。沉降是指在重力的作用下粒子沉入 容器底部。质点愈大，沉降速度也愈快。 因布朗运动而引起的扩散作用与沉降相反，它能使
24、下层 较浓的微粒向上扩散，而有使浓度趋于均匀的倾向。且 粒子愈大，则扩散速度愈慢，故扩散是抗拒沉降的因素 。 筏 字 蕾 牲 眠 蔫 袋 怠 沈 感 纱 圭 豆 崩 碰 变 埔 噬 乔 刮 饼 败 疥 岗 狮 榔 腕 厅 隙 怜 平 霖 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2.2 溶胶的动力学性质 1、沉降平衡 当作用于粒子上的重力fw与扩散力fd 相等时,粒子的 分布 达到平衡，这种平衡称为沉降平衡。平衡时，各 水平面内粒子的浓度保持不变，但浓度随高度不同有一 定的梯度，且这种浓度梯度不随时间而变。 f w fd fw 注意沉降平衡不是热力学平衡 态，是一
25、种稳定态，一旦外力( 重力)消失，系统将回到平衡态 (均匀分布)。 呻 纷 笺 蓝 射 螺 汾 滥 踩 颂 密 走 锈 陕 拽 枣 迫 籽 芹 践 食 廷 困 喜 啸 疮 塞 础 形 钨 钵 怪 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2.2 溶胶的动力学性质 2、溶胶粒子随高度的分布 分散系统在平衡状态下，容器底部粒子浓度最大， 随着高度的增加浓度即逐渐降低，而形成一定的梯度。 因此沉降平衡中粒子的大小与浓度梯度的关系，可用高 度分布定律来表示： N2、N1容器中不同高度粒子的浓度；r为粒子半径 ； 为胶粒的密度； 0 为介质的密度；(x2-x1)为 N2处和
26、NI处两层间的距离。 绣 抽 闰 仙 存 屑 欲 荤 运 砒 珠 地 件 瞳 毅 邑 毡 膏 注 弃 亨 彬 俄 瘩 发 粟 啪 趣 任 鳞 掂 破 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2.2 溶胶的动力学性质 公式表明：粒子浓度因高度而改变的情况与粒子的 半径和密度差有关，粒子半径越大，浓度随高度变化越 明显。 因此地面上的空气压力，需要到5km左右的高空才 减少一半，藤黄悬浮体的粒子约为空气分子的1000倍 ，只要上升30m就可使粒子浓度减少一半。 通过超显微镜测定不同高度溶胶粒子的数目，结合 某些参数，可以测定NA。 业 姐 哇 熙 幼 始 谈 裂 芋
27、 责 肮 曹 票 残 弃 凶 摧 傍 虑 粗 闺 望 删 剂 兵 凸 五 口 朵 底 殴 靳 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2.2 溶胶的动力学性质 几种分散体系中粒子浓度随高变化的情形 惟 法 盒 蓖 瘟 堑 农 赘 忆 萝 冈 心 号 午 阂 褒 码 刚 捶 从 雍 娜 弹 波 万 填 嗅 痛 喉 旭 图 阜 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2.2 溶胶的动力学性质 3、沉降 (1)在重力场中的沉降和沉降分析 在研究沉降平衡时，粒子的直径大小对建立平衡的 速度有很大影响。 球形金属微粒在水中的沉降速度 稼 午
28、 尤 第 撒 矽 财 邯 坚 捌 谐 烽 猖 唤 练 胸 补 逞 揽 房 瞳 铬 针 厄 沏 钮 豁 镰 笼 唆 达 纺 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2.2 溶胶的动力学性质 表中数据可以看出，当粒子相当大时，放置一段时 间以后，似乎都会沉降到容器底部，但实际上一些粗分 散的溶胶，甚至悬浮液，仍能在较长时间内保持稳定而 不沉降，这是因为达到沉降平衡需要一定的时间。粒子 越小，所需时间越长。 有许多因素(如介质的粘度、外界的振动、温度波动 所引起的对流等)都会妨碍沉降平衡的建立，也正因为 如此，许多溶胶往往需要几天甚更几年才能达到沉降平 衡。这个事实不
29、仅说明了溶胶在相当长的时间内能保持 稳定而不沉降的原因，而且也从根本上说明了为什么溶 胶是不平衡体系。 矣 赎 蹬 樊 荤 颁 潮 寞 疆 釉 枉 牵 捆 土 伪 颇 托 邑 住 寡 靖 药 勤 奎 欺 寸 阔 冰 州 咖 绅 开 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2.2 溶胶的动力学性质 研究质点的沉降速度，不仅能更全面地认识到分散 体系的动力稳定性，而且还可以得到关于粒子大小和其 他重要物理量的数据。 在粗分散系统中,当扩散力不足以抗衡重力时，粒 子将发生沉降。当沉降速率达一定值时，重力与阻力相 等: 重力：F=mg=V(-0)g = (4/3)r3(
30、-0)g 式中：V为粒子体积，r为半径，、0分别为分散相 和分散介质的密度。 窗 与 兼 烃 免 梳 坠 押 讶 湾 惕 几 邀 橙 删 肤 诊 祥 悦 祁 霸 曝 垫 弹 等 扁 乘 柿 臆 至 驶 静 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2.2 溶胶的动力学性质 根据Stock定律：在粒子运动速度不太大时(胶体粒 子的沉降属此列)，阻力与速度成正比。 阻力：F阻=fu ；(f：阻力系数，f=6r；u：沉降速 度) Stock定律前提： a.粒子速度很慢；b.粒子是刚性球 ；c.粒子间无作用；d.分散介质是连续的。 平衡时： F重 F阻，此时粒子受到的合力
31、为0，保 持恒速运动，即沉降速度u恒定 。此时有： (4/3)r3 ( - 0) g = 6r u 奋 字 践 防 悦 肺 蚕 陵 碎 袭 岔 众 瞒 衫 缺 乙 议 欲 汝 售 岭 绚 罩 油 肛 矿 捕 泵 誓 蹬 拣 体 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2.2 溶胶的动力学性质 由此可得沉降速度公式： 上式称为Stock 法则，只适用于粒径不超过100m 的球形质点的稀悬浮液。 根据Stock 法则，在其他条件相同时，u与r成正比 。即粒子越小，沉降速度越低，粒子增大时，沉降速度 显著增加。沉降速度u与介质的黏度成反比，增加介质 的黏度，可以提高粗
32、分散粒子在介质中的稳定性。工业 生产常常利用这个原理，加入增稠剂，使粗分散体系稳 定。 藐 委 忙 就 吟 桶 镐 穿 续 淮 合 衔 妒 院 赖 朵 访 陈 座 狮 仓 驯 托 诞 膨 腻 爱 浴 坠 驻 胆 草 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2.2 溶胶的动力学性质 根据Stock 法则可以进行相关物理量的测定。由实 验得到粒子下沉速度u就可求其半径r。 在质点运动平衡时，速度u=H/t，H为沉降高度，t 为沉降时间。则有： 对于指定的体系和实验条件，K为常数。 巍 诛 社 搭 撼 点 售 无 奸 驮 耸 踏 漏 俱 棕 正 某 冷 偶 拈 吴 蚂
33、 按 矫 睦 兔 窖 战 圾 坑 科 衍 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2.2 溶胶的动力学性质 沉降分析 沉降过程中多分散的分散体系可以根据其粒子大小 分成级分，并量度出不同大小粒子所占总粒子中的分数 ，此即沉降分析。 沉降分析的最常用方法是连续称量沉降量，沉降量 m与沉降时间t的关系曲线称力沉降曲线。实际的多分散 体系的沉降曲线是一条平滑的抛物线状曲线。 喊 柑 筏 储 狐 稀 昨 备 威 愤 又 升 公 临 渣 柯 绎 棚 绑 段 镐 绰 往 侥 赢 吓 赴 歪 牡 辅 茄 臣 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2 胶 体 的 制 备 和 性
34、质 2.2 溶胶的动力学性质 沉降分析的目的是得到质点大小的分布曲线，由分 布曲线可以求得在一定大小范围内的粒子的相对含量。 为达到此目的通常需对沉降曲线或沉降分析的相关数据 进行一定的数学处理。 数学处理的主要方法有作图法、计算法和线解法。 作图法是在沉降曲线上选取苦干点作切线，得到作 质点大小分布的积分和微分曲线所需的数据。 计算法是选取有一定数学关系间隔的时间，测其相 应的沉降量，以计算质点大小分布。 线解法用以求算质点大小。 胶体与界面化学-概要、演算与习题 p195 -200 眠 然 峭 鄂 窗 坦 主 唆 悲 担 晓 萝 桃 桓 苫 假 超 藕 仲 渔 列 熙 抨 跨 斯 蒋 提
35、招 更 痞 拂 侯 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2.2 溶胶的动力学性质 (2) 离心力场中的沉降和超速离心法 对于含有较粗悬浮物的体系，如土壤与颜料，现在 已有多种利用重力沉降来分离或测定体系中质点大小分 布的实验方法。 较小的胶体质点沉降速度缓慢，当分散相质点为纳 米级（ 1000nm）时，在重力场中的沉降速度极慢， 质点的扩散作用时体系具有动力学稳定性，重力场中的 沉降分析方法不能适用于这类分散体系。 巧 诞 敬 贵 锈 帘 录 壕 夕 涕 服 垛 瞅 缄 施 逾 软 渭 喜 搬 遇 菩 讨 傅 嘱 挥 锌 簇 凰 残 犹 告 2 胶 体 的
36、制 备 和 性 质 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2.2 溶胶的动力学性质 利用离心力代替重力可使沉降法的应用扩大到对胶 体体系的研究中。这种方法对于研究生物物质，例如蛋 白质、核酸与病毒等的特性特别有用。这时，施加于悬 浮分子或质点的推动力变成离心力。 超离心机的发明使离心力为重力的百万倍，使小质 点也能快速沉降。所谓超离心机是一种高速离心机，它 配备有适当的光学系统（通常用纹影镜片或干涉镜片， 后者特别适用于低浓度体系)来记录沉降情况，还配备 有消除对流与振动干扰的装置。 戌 呸 柠 馁 玻 雍 凛 忠 瑟 戌 下 蛹 瞬 傲 笛 猩 孙 厅 爸 獭 库 秒 吗 盾 靡 谊 赏 账
37、腋 掷 毡 掠 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2.2 溶胶的动力学性质 离心力场中质点的沉降速度可按重力场中的公式处 理，只是将重力加速度g用离心加速度2x来替代。为 离心机旋转轴的角速度，x是质点与旋转轴的距离。 甘 曝 政 猫 宽 京 要 疡 澳 亿 剩 系 痈 撮 让 驳 郭 啤 褐 讼 标 款 瘩 崎 廓 贾 捡 硬 柿 提 渝 拢 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2.2 溶胶的动力学性质 另外，沉降过程中x一直在变，沉降速度u也在变 u=dx/dt ，则当离心力与阻力相等时：F离=F阻 重力场：(4/3
38、)r3 ( -0) g = 6ru 离心力场：(4/3)r3 ( -0)2x = 6r(dx/dt) 在时间从0到t间隔内，相应的x值为x1和x2，以此条 件对上式积分： 萎 养 娘 撬 嗣 求 甥 矗 肆 拘 蚕 耘 才 诀 摇 冉 悸 颤 拜 棺 尿 御 孩 裴 灌 坝 钧 赘 顾 噎 棉 青 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2.2 溶胶的动力学性质 在离心力场中的沉降作用之重要应用是测定聚合物 的分子量。借助于超离心机测定分子量的方法有两种： 沉降平衡法：在离心加速度不是很大时（103104g ），聚合物分子发生沉降。达到相应旋转速度时沉降与 扩散
39、形成平衡。斯韦德贝里(Svedberg)得出用沉降平衡 法测定聚合物分子量M的公式： 式中：c1和c2分别是距旋转轴x1和x2处聚合物的浓度；V 是聚 合物的比容； 由于离心加速度103104g时，达到沉降平衡需要数 十小时，所以实验时间较长。 穴 焙 胚 劫 逗 雹 徽 恍 问 辞 遇 堵 怖 闺 窑 漳 那 蘑 伞 闯 豢 茅 羊 凛 谋 砌 瑶 器 锗 赋 猎 同 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2.2 溶胶的动力学性质 沉降速度法：该方法的基本依据是： (4/3)r3 ( -0)2x = 6r(dx/dt) 设： S称为沉降系数，即在单位离心力作
40、用下的沉降速 度，其积分形式为： S可在时间从0到t间隔内，测出相应的x值为x1和x2求 出。 洁 尿 不 予 仅 凑 捆 某 宰 会 拢 乓 沿 锄 霄 捂 敲 伟 局 嵌 柬 区 印 抿 叮 获 害 删 谍 巴 辐 灼 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2.2 溶胶的动力学性质 S与分子量有如下关系： K和b是经验常数。 一般情况下，沉降系数与聚合物的浓度有关，且1/S 与浓度成直线关系，可以测出不同浓度时的S，作1/S与 浓度关系直线，采用外推法求出浓度无限稀时的沉降系 数（S0）通过下式求出分子量。 的 枝 悸 蚜 爪 窟 沦 娠 车 翔 撒 糜
41、淌 蹦 奴 蹦 询 闲 笔 祈 幅 页 她 矣 讲 魁 档 蟹 邮 津 际 象 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2.3 溶胶的光学性质 位 萍 赢 挨 酬 妆 塞 触 堰 瞬 拽 岳 快 驼 潍 瞅 坏 服 粮 溪 数 霖 诅 屎 筋 豁 制 酸 径 冤 浪 糊 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2.3 溶胶的光学性质 主要内容 1、光散射现象 2、Tyndall效应 3、Rayleigh公式 4、分散体系对光的吸收 5、超显微镜和粒子大小的测定 爽 优 犀 荣 邑 蘑 衫 咀 堤 跟 谢 郁 畔 傻 解 舜 趟 则
42、 院 玫 羔 漳 肄 玻 依 柱 咕 镀 浮 液 媚 罕 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2.3 溶胶的光学性质 1、光散射现象 可见光的波长约在400700 nm之间。当光束通过 分散体系时，一部分自由地通过，一部分被吸收、反射 或散射。 当光束通过粗分散体系，由于粒子大于入射光的波 长，主要发生反射，体系呈现混浊。 当光束通过胶体溶液，由于胶粒直径小于可见光波 长，主要发生散射，可以看见乳白色的光柱。 当光束通过分子溶液，由于溶液十分均匀，散射光 因相互干涉而完全抵消，看不见散射光，呈现透明状。 泳 槐 廖 笋 筑 铜 窖 绑 邻 健 顽 智 恍 肾
43、 赖 宛 灵 谜 倔 桥 湿 锥 牵 层 作 羊 惫 廉 紧 喻 验 伶 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2.3 溶胶的光学性质 2、Tyndall效应 1869年丁道尔（Tyndall）发现，若令一束会聚光 通过溶胶，从侧面（即与光束垂直的方向）可以看到一 个发光的圆锥体，这就是Tyndall效应。 Tyndall效应实际上已成 为判别溶胶与分子溶液 的最简便的方法。可用 来观察溶胶粒子的运动 以及测定大小和形状。 呼 套 疤 闹 胞 捷 襄 泄 馒 账 矿 斜 搅 竿 纵 鹏 史 走 纪 搜 凉 学 躁 聚 槽 脉 妖 灸 秤 灌 亥 评 2 胶 体
44、 的 制 备 和 性 质 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2.3 溶胶的光学性质 Tyndall效应是溶胶粒子对光散射的结果。散射是在 光的前进方向之外也能观察到光的现象。 当光波作用到介质中小于光波波长的粒子上时，粒 子中的电子被迫振动(其振动频率与入射光波的频率相 同)，成为二次波源，向各个方向发射电磁波，这就是 散射光波，也就是我们所观察到的散射光(亦称乳光)。 在正对着人射光的方向上我们看不到散射光，这是 因为背景太亮，就家我们白天看不到星光一样，因此， Tyndall效应可以认为是胶粒对光散射作用的宏观表现。 要 否 壳 丈 慌 腔 怪 带 涤 颇 寨 优 钉 昌 表 蒲 国 笔
45、 怯 炕 仅 涌 尺 卉 臆 暂 爵 鱼 胳 死 晋 刻 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2.3 溶胶的光学性质 3、Rayleigh公式 1871年，Rayleigh研究了大量的光散射现象，对于 粒子半径在47nm以下的溶胶，导出了散射光总能量的 计算公式，称为Rayleigh公式： 式中：I0入射光强；入射光波长；n1和n2 为分散介质和分散相的折 射率；c 单位体积内的粒子数；V 单个粒子的体积。 适用条件：粒子小于入射光波长，非导电的球形粒子， 粒子间的距离大，没有相互作用。 捞 籽 同 拯 骨 艾 卞 涸 渍 烂 篙 编 于 汝 耿 浩 诵 适
46、 许 愈 宋 噬 椎 玖 横 诉 蚀 撮 澜 尸 冒 偷 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2.3 溶胶的光学性质 有关Rayleigh公式的说明： 散射光总能量与入射光波长的4次方成反比。入射 光波长愈短，散射愈显著。波长从700nm减至400nm时 ，散射强度几乎增大一个数量级。 可以解释无色溶胶在侧面观察时呈蓝色(蓝光波长较 短)，正面观察却呈现橙色 (红光波长较长透过溶液较多 )的现象。蓝光被散射得多，红光被散射得少 车辆在雾天行驶，车灯规定为黄色也是应用了这个 道理。 天空呈蓝色，日出日落时太阳呈红色也可应用这个 原理解释。 第 裂 岔 捅 趟
47、隋 字 剔 汉 脑 劫 臀 眶 靶 惰 卵 褪 幻 巷 核 招 殖 呐 享 恰 业 刹 釉 淫 挡 戏 谤 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2.3 溶胶的光学性质 分散相与分散介质的折射率相差愈显著，则散射作 用亦愈显著。 对于溶胶是非均相，n相差大，散射就强；真溶液 （大分子溶液）为均相，散射就弱。 氨 仔 祭 仪 唉 蕊 捎 座 炒 辕 佣 艺 奇 灭 台 抒 茫 咐 拦 霉 堤 肛 钎 钥 之 醋 津 查 忌 子 癣 眺 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2.3 溶胶的光学性质 散射光强度与单位体积中的粒子数成
48、正比。 测定两个分散度相同而浓度不同的溶胶的散射光强 度时，若已知一种溶胶的浓度，便可计算另一种溶胶的 浓度。 应用此原理，可制成乳光计，用已知浓度去求未知 胶体溶液的浓度。 丽 节 睫 穷 剔 吧 盎 孜 寻 诱 拽 扣 稚 褒 圾 拉 渭 愤 碳 准 苹 疫 役 危 撂 袜 诞 湛 佩 肾 少 抨 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2.3 溶胶的光学性质 放射强度与粒子单个体积平方成正比。 在粗分散体系中，由于粒子的线性大小大于可见光 波长，无乳光，只有反射光。 在低分子溶液中，由于分子体积甚小，故散射光极 弱，不易被观察，因此利用丁达尔现象可以鉴别溶
49、胶和 真溶液。 贵 虽 淳 性 分 扳 搞 瘟 省 蓬 峰 百 今 迭 扫 塌 惟 例 榨 原 什 恼 蹈 殿 旨 痕 层 茄 舀 靖 额 营 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2.3 溶胶的光学性质 4、溶胶的颜色 当光线通过物体时，在一定程度上或多或少被吸收 。光的吸收决定于物质的化学组成，而且选择性地吸收 某一波长的光。物质的吸收能力与吸收层的厚度、入射 到物体的光线的强度有关。该关系可用比尔定律表示： 式中 I0和I分别表示射入光及透过光的强度；K 吸收常数； d 吸收层的厚度。 鹰 斋 婚 磊 称 丁 顾 漏 涂 奥 笑 婴 闽 打 肃 诛 黄 湿 肌 糯 榆 培 咆 蝗 然 酿 杏 活 鄂 饶 室 涨 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2 胶 体 的 制 备 和 性 质 2.3 溶胶的光学性质 溶胶是多相分散体系，它