10_胶体分散系统.ppt
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1、物理化学核心教程电子教案 第十章 胶体分散系统 惯 捻 逢 厌 匣 爱 舰 顷 异 御 瀑 瘟 禁 标 酪 猴 绿 致 翘 被 览 羡 沙 糖 烘 突 鲸 凛 员 玫 韦 还 1 0 _ 胶 体 分 散 系 统 1 0 _ 胶 体 分 散 系 统 10.1 胶体分散系统概述 10.2 溶胶的动力和光学性质 10.3 溶胶的电学性质 10.4 溶胶的稳定性和聚沉作用 10.5 大分子概说 10.6 Donnan平衡 10.7 凝胶 第十章 胶体分散系统 钞 毒 鸥 热 何 低 缅 徐 泥 遮 哑 宜 敝 铣 周 烘 佑 噬 残 勾 驮 窑 漫 披 摩 釜 翌 瘁 汇 狐 氯 鳞 1 0 _ 胶
2、体 分 散 系 统 1 0 _ 胶 体 分 散 系 统 2020/6/15 10.1 胶体分散系统概述 1. 分散系统的分类 2. 憎液溶胶的制备 3. 胶团的结构 4. 溶胶的净化 蛊 蛆 材 汀 铃 咏 彭 抓 绊 琐 蜡 缨 傈 德 垢 涂 掣 效 蕾 原 酱 尸 枕 锻 痰 洲 陀 法 难 末 姑 纬 1 0 _ 胶 体 分 散 系 统 1 0 _ 胶 体 分 散 系 统 2020/6/15 例如:云,牛奶,珍珠 把一种或几种物 质分散在另一种物质 中就构成分散系统。 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
3、 medium)。 一、分散系统的分类 苔 蔓 喊 肢 劳 蓬 遍 评 紧 膳 是 欧 诬 敏 百 擦 续 撮 攘 贡 门 翔 栅 慌 掏 特 措 菇 诺 粉 失 踌 1 0 _ 胶 体 分 散 系 统 1 0 _ 胶 体 分 散 系 统 分类系统通常有三种分类方法: 分子分散系统 1. 按分散相粒子的大小分: 2. 按分散相和介质的聚集状态分: 液溶胶 3. 按胶体溶液的稳定性分: 憎液溶胶 胶体分散系统 粗分散系统 固溶胶 气溶胶 亲液溶胶 缔合溶胶 滓 富 镑 汕 哉 堑 描 第 朽 散 哗 钦 叉 契 稠 喳 撂 蹬 润 蚂 窃 桶 铸 晴 况 赫 丸 吁 洲 腹 惧 僵 1 0 _
4、胶 体 分 散 系 统 1 0 _ 胶 体 分 散 系 统 按分散相粒子的大小分类 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。 滞 宗 勒 摊 糠 席 刨 磋 滴 免 靳 逆 逼 晓 向 渴 郁 巳 郑 矫 同 愤 伍 缆 暂 抬 旬 蹋 址 娶 武 垦 1 0 _ 胶 体
5、 分 散 系 统 1 0 _ 胶 体 分 散 系 统 按分散相和介质聚集状态分类 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 售 希 涉 傍 革 羚 缴 千 鹅 陌 帕 灌 贫 历 蚀 榴 皋 牧 氛 摧 岳 紧 疆 埔 帛 粗 赴 凭 揩 虑 鸡 弧 1 0 _ 胶 体 分 散 系 统 1 0 _ 胶 体 分 散 系 统 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
6、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 啮 篓 痹 统 醉 灰 框 七 玖 俩 桓 老 脊 耍 籍 卒 垣 够 渤 充 丘 借 逐 厄 侦 贼 少 鸥 狞 详 忆 荫 1 0 _ 胶 体 分 散 系 统 1 0 _ 胶 体 分 散 系 统 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-液溶胶 如雾,云 矣 群 珊 缺 哄 纳 暂 潘 稠 逞 公 纯 泣 熄 两 荫 窒 由
7、刽 惯 峰 肾 唱 津 量 衰 陕 辱 阑 剔 糜 望 1 0 _ 胶 体 分 散 系 统 1 0 _ 胶 体 分 散 系 统 按胶体溶液的稳定性分类 1.憎液溶胶 半径在1 nm100 nm之间的难溶物固体粒子 分散在液体介质中,有很大的相界面,易聚沉,是 热力学上的不稳定系统 一旦将介质蒸发掉,再加入介质就无法再形成 溶胶,是 一个不可逆系统,如氢氧化铁溶胶、碘 化银溶胶等。 这是胶体分散系统中主要研究的内容。 乐 赔 辗 淤 蓑 捍 卓 饺 属 有 瞅 丧 床 蜘 炽 金 擦 苗 球 阮 貉 恿 粤 讥 韦 蜕 堕 砸 障 擎 浑 狞 1 0 _ 胶 体 分 散 系 统 1 0 _ 胶
8、体 分 散 系 统 形成憎液溶胶的必要条件是: (1)分散相的溶解度要小; (2)还必须有稳定剂存在,否则胶粒易 聚结而聚沉。 莱 矮 孰 听 侍 踊 砷 诲 姜 对 犹 埂 天 蛊 囤 娜 稽 芥 安 跳 五 哲 御 疏 蕴 恢 栽 怔 症 礼 凭 靴 1 0 _ 胶 体 分 散 系 统 1 0 _ 胶 体 分 散 系 统 (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
9、散 ,因而它是热力学中稳定、可逆的系统。 伊 很 蔗 蝎 氮 沾 宛 坠 灼 抄 稻 辱 掇 落 揽 扦 袜 猩 年 炼 掩 真 费 猾 豪 绷 筛 驹 拖 禄 供 祟 1 0 _ 胶 体 分 散 系 统 1 0 _ 胶 体 分 散 系 统 3. 缔合溶胶 由表面活性物质缔合形成胶束,分散在介质中 ,半径落在胶体粒子范围内; 或由缔合表面活性物质保护的一种微小液滴, 均匀地分散在另一种液体介质中,形成半径落在胶 体粒子范围内的微乳状液。 徘 掇 邑 徐 沪 怪 谆 惰 遇 渐 瞩 思 聋 蝎 或 盼 蚌 衔 愤 钒 根 但 爬 泡 斤 夷 绿 宗 婉 隔 武 娜 1 0 _ 胶 体 分 散 系
10、 统 1 0 _ 胶 体 分 散 系 统 二、憎液溶胶的制备 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 2. 凝聚法 用机械、化学等方法使固体的粒子变小。 使分子或离子聚结成胶粒 蔫 屁 眠 频 贪 绚 沃 为 辣 问 鞍 霸 辕 卫 辆 啃 冷 情 咸 掂 狠 始 甥 影 超 沦 吱 烂 廷 读 苑 纹 1 0 _ 胶 体 分 散 系 统 1 0 _ 胶 体 分 散 系 统 1. 分散法 用机械设备、电能、热能等将粗分散难溶物 粒子粉碎,将固体磨细。 这种方法适用于脆而易碎的物质,对于柔 韧性的物质必须先硬化后再
11、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) 胶体磨 慰 趣 座 贱 暴 访 娩 赠 贺 箍 央 评 级 辫 检 希 夜 慕 今 藩 涎 乞 鹰 尧 吹 尘 兹 讫 匣 惕 种 实 1 0 _ 胶 体 分 散 系 统 1 0 _ 胶 体 分 散 系 统 盘式胶体磨 集 枚 汾 瞧 喇 趴 贯 梁 劲 狮 吞 鄙 淘 纽 等 捣 伊 歧 戚 邢 揉 择 苑 惟 阉 历 灾 灭 揣 呸 秤 糊 1 0 _ 胶 体 分 散 系 统 1 0 _ 胶 体 分 散 系 统 转速约每分钟1万2万转。 A为空心转轴,与C盘相 连,向
12、一个方向旋转,B盘向 另一方向旋转。 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。 凹 麦 碘 啼 矾 楼 撇 奶 仙 羔 氨 技 毅 上 窗 括 厉 衍 象 织 歪 午 词 圾 僻 逸 钾 诸 直 比 驳 趣 1 0 _ 胶 体 分 散 系 统 1 0 _ 胶 体 分 散 系 统 (2) 喷射磨 在装有两个高压喷嘴的粉碎室中,一个喷 高压空气,一个喷物料,两束超音速物流以一 定角度相交,形成涡流,将粒子粉碎。 (3) 电弧法 电弧法主要用于制备金、银、铂等金属溶胶 。 制备过程包括先分散后凝聚两个过程
13、。 湍 奢 襟 索 忙 绽 乐 非 玲 榨 婚 晤 症 授 延 逞 冲 板 宪 轻 窥 陡 邵 琅 鬃 茁 徽 忘 阮 丝 甫 铲 1 0 _ 胶 体 分 散 系 统 1 0 _ 胶 体 分 散 系 统 (3)电弧法 灼 衡 剖 入 掣 柿 茄 独 群 确 配 挂 祝 袋 蘸 美 佣 欢 俱 言 壮 护 优 开 陕 跳 溜 抗 蜂 逃 睫 扬 1 0 _ 胶 体 分 散 系 统 1 0 _ 胶 体 分 散 系 统 将金属做成两个电极, 浸在水中,盛水的盘子放在 冰浴中。 制备时在两电极上施加 100V 左右的直流电,调节电 极之间的距离,使之发生电 火花. 在水中加入少量NaOH 作为稳定剂。
14、 这时表面金属蒸发,是分散过程 接着金属蒸气立即被水冷却而凝聚为胶粒。 慰 旅 国 瞩 哩 估 敛 少 盛 钾 庞 婴 癣 陛 谆 咐 舅 褐 浴 意 款 妹 铅 选 超 咏 焦 欢 辽 诺 跃 辕 1 0 _ 胶 体 分 散 系 统 1 0 _ 胶 体 分 散 系 统 2. 凝聚法 通过各种化学反应,使生成物呈过饱和状态, (1) 化学凝聚法 通过各种化学反应或物理方法,使分子或离子 凝聚成一定粒度的胶粒。 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 姻 坐 驭 宿 帝 蜂 惨 麻 罚 企 丽 蔼 钉 滴 罗 熄 岳 尼 筹 长 炼 躲
15、仓 饿 族 磅 危 往 芋 洋 猿 废 1 0 _ 胶 体 分 散 系 统 1 0 _ 胶 体 分 散 系 统 例如,硫化砷溶胶的制备 又如,用水解反应制氢氧化铁溶胶 As2O3 + 3H2O = 2H3AsO3 2H3AsO3(稀)+ 3H2S = As2S3(溶胶)+6H2O 稳定剂是略过量的硫化氢反应物 FeCl3 (稀)+3H2O (热) = Fe(OH)3 (溶胶)+3HCl 稳定剂是反应过程中产生的FeO+ 离子 勋 袖 伴 肆 找 脸 谓 必 叶 你 婶 剪 侵 洗 暗 锤 边 饮 嗡 哟 赤 址 怯 焚 讯 搬 送 饮 削 词 姿 戒 1 0 _ 胶 体 分 散 系 统 1 0
16、 _ 胶 体 分 散 系 统 (2) 物理凝聚法 蒸汽凝聚法 例1. 将汞蒸汽通入冷水中,可获得汞的水溶胶, 少量汞的氧化物可作为稳定剂 例2. 碱金属苯溶胶的制备 在一个特殊设备中,将碱金属与苯同时蒸发,使蒸 汽混合凝聚,然后熔化,可获得碱金属的苯溶胶. 啦 旦 哩 亚 浇 甥 冤 沪 坎 娟 干 浦 婿 佛 剿 纲 椒 哑 开 惰 抠 脚 阴 扁 颧 搽 丛 狞 勺 阂 育 臭 1 0 _ 胶 体 分 散 系 统 1 0 _ 胶 体 分 散 系 统 蒸汽凝聚法 常 柔 呼 始 壁 口 潮 眺 椅 负 廊 藐 恬 雾 衍 仪 奶 碱 郝 伶 黎 涡 饿 铀 衣 嗜 雾 棉 棚 制 瘩 屡 1
17、 0 _ 胶 体 分 散 系 统 1 0 _ 胶 体 分 散 系 统 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,而且两种溶剂要能完全互溶。 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 。 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。 忘 驰 郁 裳 蔽 臆 数 软 挚 胀 兹 赦 宗 皇 浚 仍 寄 尾 泻 屈 汰 净 震 罢 府 岭 轧 兰 狡 啥 瘸 储 1 0 _ 胶 体 分 散 系 统 1 0 _ 胶 体 分 散 系 统 三、胶团的结构 胶团的结构比较复杂,先有一定量的难溶物分子 聚结形成胶粒的中心,
18、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; 胶粒与扩散层中的反号离子,形成一个电中性的 胶团。 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; 铱 胶 股 般 望 务 趁 铜 射 垢 阮 删 资 胰 闪 狙 傲 儡 腻 疥 靛 柄 乖 更 尚 囚 最 坤 刷 婚 谱 称 1 0 _ 胶 体 分 散 系 统 1 0 _ 胶 体 分 散 系 统 现以制备碘化银溶胶为例 AgNO3 + KI = KNO3 + AgI (溶胶) 过量的 KI 作稳定剂 胶团的结构表达式 : 胶核 胶粒(带负电) 胶团(电中性) (AgI)m胶核
19、胶粒 胶团 胶团的图示式: n I (n-x)K+x xK+ 欠 彦 宅 洒 渴 大 厢 成 刽 维 瓮 女 漳 招 琳 刚 赊 峻 涛 耙 余 糜 斡 骸 镇 泥 宣 森 题 现 帆 蔑 1 0 _ 胶 体 分 散 系 统 1 0 _ 胶 体 分 散 系 统 (AgI)m n Ag+ (n-x)NO3x+ x NO3 胶核 胶粒 胶团 胶团的图示式: 胶核 胶粒(带正电) 胶团(电中性) 胶团的结构表达式: 过量的 AgNO3 作稳定剂 AgNO3 + KI = KNO3 + AgI (溶胶) 乖 弓 僵 惕 曳 供 帧 颗 殆 浦 庇 歪 暗 弧 怂 娟 愤 即 辑 署 惰 兄 驮 垛 记
20、 路 坯 镶 嫌 传 秀 橙 1 0 _ 胶 体 分 散 系 统 1 0 _ 胶 体 分 散 系 统 四、溶胶的净化 在制备溶胶的过程中,常生成一些多余的电解 质,如制备 Fe(OH)3溶胶时生成的HCl。 少量电解质可以作为溶胶的稳定剂,但是过多 的电解质存在会使溶胶不稳定,容易聚沉,所以必 须除去。 净化的方法主要有渗析法和超过滤法。 邮 越 瘫 颤 轰 阑 瘫 痔 藏 撕 撰 购 屹 狸 罢 笔 伺 思 神 篆 轿 诸 难 舟 寝 钡 办 灵 杠 联 渭 帚 1 0 _ 胶 体 分 散 系 统 1 0 _ 胶 体 分 散 系 统 1. 渗析法 简单渗析 利用浓差因素,多余的电 解质离子不
21、断向膜外渗透。 如将装有溶胶的半透膜容器不断旋转,可以加 快渗析速度。 将需要净化的溶胶放在羊 皮纸或动物膀胱等半透膜制成 的容器内,膜外放纯溶剂。 经常更换溶剂,就可以净化半透膜容器内的溶胶。 它 抢 眠 写 窃 障 肚 温 呻 该 念 馏 嘱 尝 栗 骏 鸥 涤 暂 傣 扬 商 淫 褥 舀 蔓 池 葛 配 控 庆 厢 1 0 _ 胶 体 分 散 系 统 1 0 _ 胶 体 分 散 系 统 简单渗析 遏 瞩 悍 笼 始 培 符 阿 换 读 寥 柱 步 壮 阂 迹 冰 键 皱 袍 赏 混 惨 首 堂 季 适 规 眨 邀 狗 彤 1 0 _ 胶 体 分 散 系 统 1 0 _ 胶 体 分 散 系
22、 统 电渗析 为了加快渗析速度,在 装有溶胶的半透膜两侧外加 一个电场 使多余的电解质离子向 相应的电极作定向移动。 溶剂水不断自动更换, 这样可以提高净化速度。 中 雀 胜 敝 鸵 帖 疮 右 汕 孽 埂 抠 苏 柄 幼 科 童 言 郧 者 兼 片 图 汝 悼 硷 惋 喳 耽 譬 砖 税 1 0 _ 胶 体 分 散 系 统 1 0 _ 胶 体 分 散 系 统 电渗析 到 更 嚼 确 蔑 窍 粮 仪 展 姓 涸 树 跪 吏 绎 实 睬 浊 齿 蚂 台 锦 荷 捏 诞 舵 滑 载 杉 退 藻 哭 1 0 _ 胶 体 分 散 系 统 1 0 _ 胶 体 分 散 系 统 用半透膜作过滤膜, 利用吸滤
23、或加压的方法使 胶粒与含有杂质的介质在 压差作用下迅速分离。 2. 超过滤法 将半透膜上的胶粒 迅速用含有稳定剂的介 质再次分散。 睹 粒 菏 郊 孝 冶 搁 薯 驹 弯 锁 狰 呐 想 轧 育 题 汪 滋 倾 序 蘸 哄 框 萨 绰 总 锥 裂 鹏 视 快 1 0 _ 胶 体 分 散 系 统 1 0 _ 胶 体 分 散 系 统 超过滤装置 刁 卵 标 旭 证 禹 斑 书 昨 洱 右 挨 涛 峦 帚 被 矛 灯 后 叙 捶 砾 伟 归 诣 渔 酒 再 尤 险 剂 臃 1 0 _ 胶 体 分 散 系 统 1 0 _ 胶 体 分 散 系 统 电超过滤: 有时为了加快 过滤速度,在半透 膜两边安放电
24、极, 施以一定电压 使电渗析和超 过滤合并使用,这 样可以降低超过滤 压力。 棕 襟 墓 默 晨 肄 处 赫 衡 却 芯 渊 赣 酿 澈 蔫 桨 债 崖 关 洪 搔 殴 庙 捣 架 题 泪 谈 庶 娃 鳖 1 0 _ 胶 体 分 散 系 统 1 0 _ 胶 体 分 散 系 统 10.2 溶胶的动力和光学性质 1. 动力性质 2. 光学性质 汐 贱 船 王 粒 榨 署 迄 层 损 拄 鞭 凸 林 撕 奄 晚 喝 钟 耍 那 封 湍 膀 啼 预 植 姻 厕 佛 睡 副 1 0 _ 胶 体 分 散 系 统 1 0 _ 胶 体 分 散 系 统 一、动力性质 1. Brown运动 1827 年植物学家布
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