12-04溶胶系统的电学性质剖析.ppt

2019/10/14,1,胶体系统能在一定程度上稳定存在的主要原因包括: __________________________________________________________. 其中以_________________最为重要.,(1)溶胶的动力稳定性; (2)胶粒带电的稳定性; (3)溶剂化的稳定作用,胶粒带电的稳定性,2019/10/14,2,胶体系统的电学性质,1. 扩散双电层理论,在溶液中固液界面层上往往呈现带电现象, 其原因可能有: 固体表面从溶液中有选择地吸附某种离子而带电. 固体表面上的物质粒子, 在溶液中发生电离.,处在溶液中的带电固体表面, 主要由于静电吸引力的存在, 必然要吸引等电量的异电离子(或反离子)环绕在固体周围, 这样便在固液两相之间形成双电层.,2019/10/14,3,,,2019/10/14,4,斯特恩双电层模型(1924年Stern 提出): 该模型认为溶液一侧的带电层应分为紧密层和扩散层两部分.,紧密层: 当溶液中某些离子受到足够大的静电吸引力, 范德华力或特性吸附力, 就会使这些离子紧密吸附在固体表面上, 以至在外电场作用下, 吸附层也随固体粒子一齐运动. 斯特恩面: 离子不再视为点电荷而考虑其体积, 当它们被吸附时, 离子中心距固体表面的距离约为水化离子的半径, 这些水化离子的中心线所连成的假想面称为斯特恩面.,,斯特恩面,2019/10/14,5,扩散层: 斯特恩面与固体表面之间的空间为斯特恩层(即紧密层), 斯特恩面至溶液本体电势为零处之间的空间称为扩散层. 滑动面: 指固液两相发生相对移动的界面, 在斯特恩面之外, 与固体表面距离约为分子大小的数量级, 一旦固液两相发生相对移动时便显露出来. 滑动面是凹凸不平的曲面. 滑动面两侧离子达到吸附和解吸的动态平衡. 热力学电势—由固体表面至溶液本体间的电势差0 . 斯特恩电势—由紧密层与扩散层之间的界面至溶液本体间的电势差 .  电势(流动电势)—滑动面至溶液本体间的电势差.,,,,,r,,,,,,2019/10/14,6, 电势只有在固液两相发生相对移动时才能呈现出来. 由于滑动面内过剩的反离子所带的电荷部分抵消了固体表面上的电荷, 使电势在滑动面内急剧下降, 故出现  电势在数值上小于热力学电势的现象.,等电点: 当电解质浓度增大时, 介质中反离子的浓度加大而更多地进入滑动面内, 使扩散层变薄,  电势在数值上变小. 当电解质的浓度足够大时, 可使 电势为零. 此时的状态称为等电点. 处于等电点的粒子是不带电的, 电泳, 电渗的速度也必然为零, 溶胶非常易于聚沉.,2019/10/14,7,2. 电动现象,(1)电泳,电泳: 在外电场作用下, 胶体粒子在分散介质中定向移动的现象. 电泳现象表明胶体粒子是带电的.,图中Fe(OH)3 溶胶在电场作用下向阴极方向移动, 证明Fe(OH)3的胶体粒子是带正电荷的.,电动现象: 在外电场作用下, 溶胶中固液两相可发生相对运动; 或者在外力作用下迫使固液两相进行相对移动, 又可产生电势差. 这两种相反的现象均与电势差及两相运动有关.,电泳动画,2019/10/14,8,式中为v电泳速度, 及  分别为分散介质的介电常数及粘度; E为电场强度, u胶核的电迁移率.,对于球形质点,当粒子半径r较大,而 双电层厚度-1较小,即 r 1,质点表面可当作平面处理,此时,可用斯莫鲁科夫斯基(Smoluchowski)公式来描述电泳速度与 电势的关系.,对于球形质点,当粒子半径r较小,而 双电层厚度-1较大,即 r 1时,可用休克尔公式来描述电泳速度与 电势的关系.,休克尔公式一般用于非水溶液,水溶液体系通常使用斯莫鲁科夫斯基公式.,2019/10/14,9,由电泳实验测得Sb2S3溶胶(设为球形粒子), 在电压210V下(两极相距38.5cm), 通过电流的时间为36min12s, 引起溶液界面向正极移动3.20cm, 该溶胶分散介质的介电常数 r = 81.1, 粘度系数 = 1.03  10－3 Pas, 试求该溶胶的电势. 已知相对介电常数 r, 介电常数 及真空介电常数 0间有如下关系:  r =  /  0,  0 =8.854  10－12 Fm－1, 1F = 1CV－1,故  = {1.47  10－5  1.03  10－3 / (81.1  8.854  10－12  545.5 V) = 38.7mV,9, =  r   0,2019/10/14,10,电势梯度增大, 粒子带电增多, 粒子体积减小, 介质粘度减小, 都会使电泳速度增大. 实验测出在一定时间间隔内界面移动的距离, 可求得粒子的电泳速度. 结果表明, 在相同电势梯度(如100Vm－1)下, 胶体粒子与一般离子定向移动的速度几乎具有相等的数量级(10－6ms－1). 而胶体粒子的质量约为一般离子的1000倍, 可见胶体粒子所带电荷数也应是一般离子所带电荷数的1000 倍. 若在溶胶中逐渐加入电解质, 电泳速度将随之降低, 以至于降为零. 外加电解质, 不仅可以改变胶体粒子带电的多少, 而且还可以改变胶体粒子的带电符号.,2019/10/14,11,(2)电渗,电渗: 在多孔膜(或毛细管)的两端施加一定电压, 液体(分散介质)将通过多孔膜而定向移动的现象(带电的固相不动).,如图所示, 通电后液体通过多孔塞而定向流动, 可从水平毛细管中小气泡的移动来观察循环流动的方向.若多孔塞阻力远大于毛细管阻力, 可通过小气泡在一定时间内移动的距离来计算电渗流的流速. 流动方向和流速大小与多孔塞材料(带电的固相), 流体性质以及外加电解质有关.,电渗动画,2019/10/14,12,(3)流动电势,流动电势: 在外力作用下, 迫使液体通过多孔隔膜(或毛细管)定向流动, 多孔隔膜两端所产生的电势差.它是电渗的逆现象.,(4)沉降电势,沉降电势: 分散相粒子在重力场或离心力场的作用下迅速移动时, 在移动方向的两端所产生的电势差. 它是电泳的逆现象.,流动电势,沉降电势,2019/10/14,13,,,,法扬斯-帕尼思规则：与胶体粒子有相同化学元素的离子能优先被吸附。

3.溶胶的胶团结构,如在稀AgNO3溶液中缓慢入 少量KI稀溶液, 得到AgI溶胶(正溶胶),过剩的AgNO3则起稳定剂的作用. 胶团结构式为:,AgNO3+ KI=AgI+KNO3,NO3－,NO3－,NO3－,NO3－,AgI 胶团示意图,胶核,胶粒,滑动面,胶团,,,,,(AgI)m,nAg+,NO3－,[,],x+,(n－x),NO3－,x,2019/10/14,14,胶核: 由分子, 原子或离子形成的固态微粒及其吸附的离子所组成的部分. 胶核因含有吸附离子而带电. 一般说来, 固态微粒更易于吸附那些构成该固态微粒的元素的离子, 这样有利于胶核的进一步长大. 胶体粒子: 滑动面所包围的带电体, 包括胶核及一部分被吸附的反离子. 胶团: 整个扩散层及其所包围的电中性体, 包括胶体粒子和扩散层中的那部分过剩反离子.,如在稀AgNO3溶液中缓慢加入少量KI稀溶液, 得到AgI溶胶(正溶胶), 过剩的AgNO3则起稳定剂的作用. 胶团结构式为:,3.溶胶的胶团结构,2019/10/14,15,如在稀KI溶液中缓慢加入少量AgNO3稀溶液, 得到AgI溶胶(负溶胶), 过剩的KI则起稳定剂的作用. 胶团结构式为:,,,,(AgI)m,I－,n,K+,[,],x－,(n－x),xK+,在同一个溶胶中, 每个固体微粒所含分子个数 m及其所吸附的离子个数 n 都不一定是相等的. 但整个胶团是电中性的, 总电荷数应为零, 书写胶团结构时要注意这一点.,2019/10/14,16,再如SiO2溶胶, SiO2微粒与水生成弱酸H2SiO3, 电离出的 SiO32－有一部分吸附在SiO2微粒表面上, 形成带负电的胶核, H+为反离子. 反应过程可表示为,胶团结构可表示为,(SiO2)m,nSiO32－,H +,[,],2x－,2(n－x),2xH+,2019/10/14,17,,亚铁氰化铜溶胶的稳定剂是亚铁氰化钾, 该胶团的结构式是什么?胶粒所带电荷的符号如何?,例2,2019/10/14,18,写出由FeCl3水解制得Fe(OH)3溶胶的胶团结构. 已知稳定剂为FeCl3.,水解反应: FeCl3 + 3H2O  Fe(OH)3 + 3HCl,FeCl3为稳定剂时, 固体表面吸附的是Fe3+, Cl－为反离子, 胶团结构为:,,。