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1、第八章 胶体化学胶体化学colloid chemistry 药学院物理化学教研室药学院物理化学教研室第八章 胶体化学胶体：象牛奶，墨汁，油漆，胶水等这类物质胶体：象牛奶，墨汁，油漆，胶水等这类物质从分散系统的粒度大小理解胶体从分散系统的粒度大小理解胶体 典型的胶体典型的胶体溶胶溶胶 大分子粒径与溶胶相近大分子粒径与溶胶相近粗分数系表面积仍很大粗分数系表面积仍很大 小分子溶液小分子溶液 微多相（溶胶）微多相（溶胶）粗分散粗分散 大分子溶液大分子溶液r 107 m 分散系分散系 均相分散系均相分散系(单相单相)非均相分散系非均相分散系(多相多相)胶体化学胶体化学研究对象研究对象 r=107109
2、m第一节 溶胶的分类和基本特征药学院物理化学教研室药学院物理化学教研室一一.分类分类按分散相与分散介质聚集状态分类按分散相与分散介质聚集状态分类 本章主要讨论的是液溶胶，特别是液液溶胶和固液溶胶本章主要讨论的是液溶胶，特别是液液溶胶和固液溶胶 气气液液固固气溶胶气溶胶液溶胶液溶胶固溶胶固溶胶介质：介质：雾雾烟烟泡沫泡沫牛奶牛奶油漆油漆沸石沸石珍珠珍珠有色玻璃有色玻璃药学院物理化学教研室药学院物理化学教研室二二.基本特性基本特性溶胶是一定条件下形成的特殊状态，并非物质的本性，如溶胶是一定条件下形成的特殊状态，并非物质的本性，如 NaCl有机有机胶体胶体NaCl溶液溶液 水水硫磺硫磺水水溶胶溶胶真
3、溶液真溶液乙醇乙醇这种特殊状态，有三个基本特征这种特殊状态，有三个基本特征 1.特定分散度特定分散度107109 m 2.相不均匀性相不均匀性（多相性）（多相性）对介质不溶对介质不溶憎液胶体憎液胶体 大分子溶液大分子溶液亲液胶体亲液胶体 3.热力学不稳定性热力学不稳定性 高分散度，巨大表面积，表面能大，高分散度，巨大表面积，表面能大，有自发聚集倾向，以降低表面能有自发聚集倾向，以降低表面能 大分子溶液：热力学稳定系统大分子溶液：热力学稳定系统药学院物理化学教研室药学院物理化学教研室三三.溶胶质点形状溶胶质点形状椭球形椭球形棒形棒形线形线形球形球形第二节 溶胶的制备和净化溶胶的制备和净化药学院物
4、理化学教研室药学院物理化学教研室第八节第八节 溶胶制备和净化溶胶制备和净化二种途径：二种途径：胶体胶体 分子分子 大块大块 分散分散 凝聚凝聚 药学院物理化学教研室药学院物理化学教研室一一.分散法（物理的）分散法（物理的）1.研磨法（胶体磨）研磨法（胶体磨）2.超声粉碎超声粉碎 3.气流粉碎气流粉碎 4.高压匀浆高压匀浆 药学院物理化学教研室药学院物理化学教研室二凝聚法二凝聚法 1.物理凝聚法物理凝聚法(1)冷冻干燥冷冻干燥 溶液溶液 冰冰 粉粒粉粒 胶体胶体 冷冻冷冻真空升华真空升华不溶性介质不溶性介质(2)改变溶剂法改变溶剂法 使溶解度骤变，如使溶解度骤变，如 松香乙醇溶液（溶）松香乙醇溶
5、液（溶）演示水（不溶）水（不溶）溶胶溶胶 药学院物理化学教研室药学院物理化学教研室二凝聚法二凝聚法 1.物理凝聚法物理凝聚法(1)冷冻干燥冷冻干燥(2)改变溶剂法改变溶剂法 C6H6Na(3)蒸气凝聚法蒸气凝聚法 冷却剂冷却剂真空泵真空泵(4)电弧法电弧法 例例Ag溶胶溶胶(5)包膜法包膜法 利用表面活性剂形成胶囊包容分散相利用表面活性剂形成胶囊包容分散相 演示冰冰0.1N NaOHAg演示药学院物理化学教研室药学院物理化学教研室二凝聚法二凝聚法 1.物理凝聚法物理凝聚法 2.化学凝聚法化学凝聚法 凡能有沉淀析出的化学反应都可能用来制备相应溶胶凡能有沉淀析出的化学反应都可能用来制备相应溶胶 如
6、水解反应制备如水解反应制备Fe(OH)3溶胶溶胶 FeCl3+3H2O Fe(OH)3 +3HCl反应类型：氧化，还原，复分解等反应类型：氧化，还原，复分解等 药学院物理化学教研室药学院物理化学教研室二凝聚法二凝聚法 溶溶胶胶溶胶溶胶3.溶胶净化溶胶净化 化学法制备的溶胶，往往含有过多的电解质化学法制备的溶胶，往往含有过多的电解质 一定量电解质是溶胶稳定的必要条件一定量电解质是溶胶稳定的必要条件 过量电解质使溶胶不稳定过量电解质使溶胶不稳定(1)渗析法渗析法 普通渗析普通渗析 半透膜半透膜电渗析电渗析 水水+半透膜半透膜水水水水药学院物理化学教研室药学院物理化学教研室二凝聚法二凝聚法 4.溶胶
7、净化溶胶净化(2)超虑法：超虑法：小分子电解质滤去，再用介质重新分散小分子电解质滤去，再用介质重新分散 减压过滤减压过滤 加压过滤加压过滤 真空泵真空泵压缩空气压缩空气半透膜半透膜半透膜半透膜第三节 溶胶的动力性质溶胶的动力性质药学院物理化学教研室药学院物理化学教研室第三节第三节 溶胶的动力性质溶胶的动力性质热运动热运动扩散，布朗运动扩散，布朗运动 重力场重力场重力降沉重力降沉 离心力场离心力场离心降沉离心降沉 电学性质电学性质 光学性质光学性质 动力性质动力性质溶胶性质溶胶性质 药学院物理化学教研室药学院物理化学教研室一一.扩散扩散物质高浓度（物质高浓度（大）大）低浓度（低浓度（小）为扩散，
8、结果自由小）为扩散，结果自由能能G，熵，熵 S 1扩散速度与浓梯关系扩散速度与浓梯关系Fick定律定律 xcADtndd dd mol s1 扩散系数扩散系数 面积面积 浓度梯度浓度梯度 演示演示药学院物理化学教研室药学院物理化学教研室一一.扩散扩散2扩散系数与粒子大小关系扩散系数与粒子大小关系 Einstein导出：导出：LrRTD 6(球形粒子球形粒子)扩散时平衡力：扩散时平衡力：F阻阻=F扩扩F扩扩F阻阻扩散力（由浓度梯度驱动）：扩散力（由浓度梯度驱动）：xccLRTFdd 扩扩F阻阻=6 r v Stokes定律定律 粘度粘度位移速度（位移速度（m s1）阻力（由运动产生）：阻力（由运
9、动产生）：由此可导出扩散系数公式由此可导出扩散系数公式 药学院物理化学教研室药学院物理化学教研室二二.Browm运动与运动与Einstein方程方程xBrowm运动：运动：溶胶质点在介质中无规则运动溶胶质点在介质中无规则运动 Einstein公式：公式：时间时间 t 内内Brown运动运动 位移与扩散系数位移与扩散系数D关系关系 很容易在显微镜下观察，由此可求得溶胶粒子半径很容易在显微镜下观察，由此可求得溶胶粒子半径 xLrRTtDtx 622 演示演示xx药学院物理化学教研室药学院物理化学教研室三三.重力沉降与沉降平衡重力沉降与沉降平衡溶胶质点在外力场定向移动称沉降溶胶质点在外力场定向移动称
10、沉降 沉降沉降质点浓集质点浓集 扩散扩散质点分散质点分散 质点小，力场小质点小，力场小扩散扩散 质点大或力场大质点大或力场大沉降沉降 扩散沉降相当扩散沉降相当平衡平衡 沉降与扩散是两个相对抗的运动沉降与扩散是两个相对抗的运动 两者对抗取有三种形态两者对抗取有三种形态 药学院物理化学教研室药学院物理化学教研室三三.重力沉降与沉降平衡重力沉降与沉降平衡1.重力沉降重力沉降 重力场是不太强的力场，粗分散系（重力场是不太强的力场，粗分散系（104m）可发生沉降）可发生沉降 力平衡：力平衡：F沉沉=F阻阻 F沉沉=F重重 F浮浮=V g V 0g F沉沉 F阻阻 gr0334 F阻阻=6 r v 沉降速
11、度沉降速度(1)沉降分析法，测沉降分析法，测v求粒径求粒径r(2)落球式粘度计，测落球式粘度计，测v求求 应用应用 grv0292 药学院物理化学教研室药学院物理化学教研室三三.重力沉降与沉降平衡重力沉降与沉降平衡2.沉降平衡沉降平衡 如果粒径不太大时如果粒径不太大时 力平衡：力平衡：F沉沉=F扩扩 gr0334 hccLRTdd 2121d34d03hhcchRTLgrcc 平衡浓度：平衡浓度：F沉沉 F扩扩 12031234lnhhRTLgrcc 药学院物理化学教研室药学院物理化学教研室三三.重力沉降与沉降平衡重力沉降与沉降平衡2.沉降平衡沉降平衡 平衡浓度：平衡浓度：12031234ln
12、hhRTLgrcc h1h2此式表明此式表明(1)相同粒度相同粒度r，h，c (2)相同高度相同高度h，r，c2/c1 小粒小粒h1h2大粒大粒药学院物理化学教研室药学院物理化学教研室四四.离心沉降和沉降平衡离心沉降和沉降平衡离心机：离心机：可用于溶胶、大分子的沉降分析可用于溶胶、大分子的沉降分析 转速可达转速可达105 rpm，离心力，离心力104g以上以上离心力场：离心力场：104g沉降沉降扩散平衡，从平衡分布求质点分子量扩散平衡，从平衡分布求质点分子量104g 扩散可不考虑，从沉降速度求质点扩散可不考虑，从沉降速度求质点r和和M xx=0光学检测系统光学检测系统扇形离心池，质点沿扇形离心
13、池，质点沿径向沉降，避免对流径向沉降，避免对流 演示演示重力沉降只适应于粗分散系，对溶胶，大分子不适用，因为重力沉降只适应于粗分散系，对溶胶，大分子不适用，因为扩散与对流足以抗衡扩散与对流足以抗衡 药学院物理化学教研室药学院物理化学教研室四四.离心沉降和沉降平衡离心沉降和沉降平衡1.离心沉降速度离心沉降速度 离心力场中，沉降速度离心力场中，沉降速度 v 与所加的离心力场大小有关与所加的离心力场大小有关(1)离心沉降系数离心沉降系数S 离心加速度离心加速度=2x ：角速度，弧度：角速度，弧度 s1 x：离转轴距离：离转轴距离 定义定义S为单位力场中沉降速度为单位力场中沉降速度 xvS2 txxd
14、d2 2121dd2xxttxxtS 观察时间观察时间t1 t2时，时，移动移动x1 x2，计算，计算S t1t2x1x2 12212)ln(ttx/xS 药学院物理化学教研室药学院物理化学教研室四四.离心沉降和沉降平衡离心沉降和沉降平衡(2)由由S计算颗粒大小计算颗粒大小 r 和摩尔质量和摩尔质量M 力平衡：力平衡：F阻阻=F沉沉 F沉沉F阻阻F沉沉=F离离 F浮浮 xr20334 6 r v xr20334 沉降速度沉降速度 xrv20292 0292 rS或或 用于计算用于计算r：用于计算用于计算M：029 SrLrM 334 1 有时用比容代替密度有时用比容代替密度药学院物理化学教研室
15、药学院物理化学教研室四四.离心沉降和沉降平衡离心沉降和沉降平衡(2)由由S计算颗粒大小计算颗粒大小 r 和摩尔质量和摩尔质量M 沉降速度沉降速度 xrv20292 0292 rS或或 用于计算用于计算r：用于计算用于计算M：029 SrLrM 334 1 有时用比容代替密度有时用比容代替密度若与扩散系数联系：若与扩散系数联系：LrRTD 6 RTLrDS 03134)1(0 DSRTM 药学院物理化学教研室药学院物理化学教研室四四.离心沉降和沉降平衡离心沉降和沉降平衡2.离心沉降平衡离心沉降平衡 力平衡：力平衡：F扩扩=F沉沉 F沉沉F扩扩xccLRTdd xr20334 2121d34d20
16、3xxccxxrLccRT 321222012)()(ln23xxLc/cRTr 2)()1(ln21222012/xxc/cRTM 求求r：求求M：2122203122134lnxxrLccRT M药学院物理化学教研室药学院物理化学教研室四四.离心沉降和沉降平衡离心沉降和沉降平衡例例 25 C，r=107m溶胶，溶胶，=1.15 103 kg m3，介质，介质 =103 Pa s，求下列情况下粒子移动，求下列情况下粒子移动2 104m时所需用的时间时所需用的时间(1)只考虑扩散只考虑扩散(2)只考虑重力沉降只考虑重力沉降(3)在在104 rpm转速的离心机中沉降（从转速的离心机中沉降（从x=0.05 m处开始）处开始）解解(1)扩散扩散 LrRTtDtx 622 =2 104t=9265 s(2)重力沉降重力沉降 grv0292 t4102 t=6.1 104 s 药学院物理化学教研室药学院物理化学教研室四四.离心沉降和沉降平衡离心沉降和沉降平衡例例 25 C，r=107m溶胶，溶胶，=1.15 103 kg m3，介质，介质 =103 Pa s，求下列情况下粒子移动，求下列情况下粒
