第八章完整溶胶课件.ppt

《第八章完整溶胶课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第八章完整溶胶课件.ppt（67页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、分散系统的分类,分散系统：一些物质被分散到另一种物质中所形成的系统,分散相：非连续形式存在的被分散的物质分散介质：连续相形式存在的物质,分类：,胶体：分散度为1100 nm的分散系统,第一节 溶胶的分类和基本特征,一.溶胶分类,按分散相与分散介质聚集状态分类（列举）,分散相的粒径100 nm时，属粗分散系统 本章主要讨论的是液溶胶，特别是液液溶胶和固液溶胶,介质：,雾,烟,泡沫,牛奶,油漆,沸石,珍珠,有色玻璃,二.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,胶体,溶胶,这种特殊状态，有三个基本特征,1.特定分散度1100 nm,2.相不均匀性（多相性）,对介质不溶憎液胶体

2、高分子溶液亲液胶体,3.热力学不稳定性,高分散度，巨大表面积和比表面能，有自发聚集倾向，以降低表面能 高分子溶液：热力学稳定体系,第二节 溶胶的制备和净化,第二节 溶胶制备和净化,二种途径：,溶胶1100 nm,小分子真溶液 1 nm,粗分散系统 100 nm,一.分散法（物理的）,研磨法（胶体磨）超声粉碎气流粉碎胶溶法,二凝聚法,1.物理凝聚法,如钠的苯溶胶制备,钠,点击此处演示,二凝聚法,1.物理凝聚法,2.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,如水解反应制备Fe(OH)3溶胶 FeCl3+3H2O Fe(OH)3+3HCl,二凝聚法,1.物理凝聚法,2.化学凝聚法,

3、3.改变溶剂法,使溶解度骤变，如,松香在乙醇中：溶,点击此处演示,水中：不溶,溶胶,三.溶胶净化,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 过量电解质使溶胶不稳定,1 渗析法,普通渗析,电渗析,三.溶胶净化,2 超虑法：小分子电解质滤去，再用介质重新分散,减压过滤,加压过滤,四均匀分散胶体,均匀分散胶体是粒子大小基本一致的胶体，有广泛的应用,制备需满足的条件：(1)暴发性成核，使速率r晶核形成r晶体长大(2)同步长大,应用：(1)验证基本理论(2)理想的标准材料(3)新材料(4)催化剂性能的改进(5)制造特种陶瓷,五.纳米粒子和纳米技术,纳米粒子：尺度为1100

4、 nm之间的粒子,1.纳米粒子的结构和特性(1)小尺寸效应(2)表面效应(3)量子尺寸效应(4)宏观量子隧道效应2纳米粒子的制备方法基本方法与制备憎液溶胶雷同 纳米组装材料的制备技术 自组织技术 模板合成法3纳米技术在药学中的应用,第三节 溶胶的动力性质,第三节 溶胶的动力性质,热运动扩散，布朗运动,重力场重力降沉和平衡,离心力场离心降沉和平衡,电学性质,光学性质,一.Browm运动与Einstein方程,Browm运动：溶胶粒子在介质中无规则运动,一.Browm运动与Einstein方程,Browm运动：溶胶粒子在介质中无规则的运动,原因：粒子受各个方向介质分子的撞击撞击的动量不能完全抵消而

5、移动 分子热运动的宏观表现。,Einstein公式：Brown运动平均位移的计算,其关系：,若在时间 t 内观察布朗运动位移，,很容易在显微镜下观察，由此可求得溶胶粒子半径,二.扩散和渗透,扩散：溶质从高浓度（大）向低浓度（小）移动的现象。结果Gibbs能G，熵S，是自发进行的过程。,扩散速度与浓梯关系Fick第一定律,mols1,扩散系数,面积,浓度梯度,1扩散,扩散系数与Brown运动平均位移关系：,渗透压：半透膜两侧的压差=p2p1平衡时两侧化学势相等可导出稀溶液的=cRT(c:mol/m3),二.扩散和渗透,2渗透 渗透：溶剂通过半透膜（对溶质不通透）向溶质高浓度区移动的现象（对溶剂而

6、言，浓度从高低）,渗透压,渗透压=p2 p1,反渗透：施加外压，使溶剂分子从溶液一侧透过半透膜进入纯溶剂一侧,二.扩散和渗透,例 金溶胶浓度为2 gdm3,介质粘度为0.00l Pas。已知胶粒半径为1.3 nm，金的密度为19.3103 kgm3。计算金溶胶在25C时(1)扩散系数,(2)布朗运动移动0.5 mm的时间,(3)渗透压。,解(1)扩散系数,(2),二.扩散和渗透,例 金溶胶浓度为2 gdm3,介质粘度为0.00l Pas。已知胶粒半径为1.3 nm，金的密度为19.3103 kgm3。计算金溶胶在25C时(1)扩散系数,(2)布朗运动移动0.5 mm的时间,(3)渗透压。,解(

7、1),(2),(3)将浓度2 gdm3转换为体积摩尔浓度，,molm-3,=cRT=0.018708.314298.16=46.34 Pa,三.重力沉降与沉降平衡,溶胶粒子在外力场定向移动称沉降,沉降粒子浓集 扩散粒子分散,粒子小，力场小扩散 粒子大或力场大沉降 扩散沉降相当平衡,三.重力沉降与沉降平衡,1.重力沉降,重力场：不强的力场，粗分散系（104m）可有明显沉降,平衡力：,F沉=F阻,F沉=F重 F浮=Vg V0g,F阻=6rv,6rv,沉降速度,沉降分析法，测v求粒径r(2)落球式粘度计，测v求,三.重力沉降与沉降平衡,2.沉降平衡,如果粒径不太大时,平衡力：,F沉=F扩,平衡浓度：

8、,三.重力沉降与沉降平衡,2.沉降平衡,平衡浓度：,此式表明,相同粒度r，h，c 相同高度h，r，c2/c1,第四节 溶胶的光学性质,一溶胶的光散射现象,光通过分散系统时基本现象,真溶液,粗分散,溶胶,透明,有色(补色),混浊,乳光,透射,吸收,反射,散射,吸收：取决于化学组成 反射：粒径 波长散射：粒径 波长小分子粒径太小，散射光不明显,一溶胶的光散射现象,Tyndall效应,现象：暗室中光线通过溶胶时形成的“光柱”,成因：,二次光源,散射是溶胶特有的现象,电磁场作用,二光散射定律Reyleigh公式,I 散射光强度I0 入射光强度 波长,粒子浓度(粒子数/体积)V 单个粒子体积n1，n2

9、粒子，介质折光率,二光散射定律Reyleigh公式,可见光 400 700 nm（兰 红）,从侧面看溶胶，呈兰色（散射）,(2)I，粒子浓度越大，散射光越强 浊度法测定溶胶的浓度,(3)I V，粒子体积越大，散射光越强 从乳光强度分布确定粒度分布尘粒测定仪,(4)I 与折光率差 n 有关，n 越大，散射光越强 因此散射光是由于光学不均匀性引起的大分子溶液单相，n小，I 就小,波长越短，散射光越强,(1)，,三.溶胶的颜色,吸收，与观察方向无关 散射，与观察方向有关,若吸收很弱，主要表现为散射，如AgCl，BaSO4溶胶：乳光 若吸收较强，主要表现为其补色，如Au 溶胶（红），As2S3 溶胶（

10、黄）粒子大小可改变吸收 散射相对比 如Au溶胶高度分散时，吸收为主：红放置后粒子增大，散射为主：兰,四.光学方法测定粒子大小,1.超显微镜法,普通显微镜：明视野，分辩率107m，无法计数,超显微镜：,四.光学方法测定粒子大小,1.超显微镜法,普通显微镜：明视野，分辩率107m，无法计数,超显微镜：,四.光学方法测定粒子大小,1.超显微镜法,普通显微镜：明视野，分辩率107m，无法计数,方法：,计数：每mL中粒子数n,称重：每mL中粒子重量m,计算：m=nV,由此式计算r,2.激光散射法3.电镜,暗视野，观察散射光，一个粒子一个光点，可计数（用血球计数器）,超显微镜：,第五节 溶胶的电学性质,一

11、电动现象,1.电泳：胶粒在电场中运动,胶粒带负电,介质带正电,2.电渗：介质在电场中运动,一电动现象,1.电泳：胶粒在电场中运动,2.电渗：介质在电场中运动,3.流动电势：使介质移动，产生电场,4.沉降电势：使胶粒移动，产生电场,电动现象说明：溶胶质点与介质分别带电，在电场中发生移动，或移动时产生电场,二.带电原因,2.电离带电,如硅酸溶胶H2SiO3（不同pH时）,3.同晶置换,如晶格中高价离子被低价离子置换而带负电,1.吸附带电,非选择性吸附：,选择性优先吸附Fajans法金斯规则：,难溶盐晶体的溶胶，优先吸附与其成分相同的离子,吸附介质中H+，OH 或其它一般阳离子水化能力强，不易吸附悬

12、浮粒子往往吸附阴离子而带负电,4.摩擦带电,非水介质中无电离，质点与介质摩擦带电,三.溶胶表面双电层理论,1.平板双电层（Helmholtz模型）,模型过于简单不能区别表面电势与电动电势,三.溶胶表面双电层理论,反离子排布,形成内多外少的扩散状分布(符合Boltzman分布),0,滑动面,2.扩散双电层（Gowy-Chanman模型）,三.溶胶表面双电层理论,反离子排布,形成内多外少的扩散状分布(符合Boltzman分布),两者分界面称滑动面,电动电势 滑动面处电势,0,滑动面,2.扩散双电层（Gowy-Chanman模型）,三.溶胶表面双电层理论,3.吸附扩散双电层（Stern模型）,是前二

13、种模型的结合,定位离子0,0,滑动面内离子 滑动面外离子 0,电解质对双电层影响,三.溶胶表面双电层理论,电解质对双电层影响,(1)外加电解质，反离子进入stern层和扩散层 结果：d，双电层厚度,(2)过量反离子可使 d电势反转,(3)同号大离子（如表面活性剂）吸附，可使 d,Stern模型在数学定量处理上还有困难，一般仍用扩散双电层模型处理，只是用d代替0,胶团结构式：(胶核)m n定位离子（nx）内反离子 x外反离子,四.胶团结构,定位离子按Fajans规则确定,四.胶团结构,例1 Fe(OH)3溶胶,结构式：,例2 AgI 溶胶,制备1：AgNO3+KI(过量)AgI+KNO3,结构式

14、：(AgI)m,制备2：AgNO3(过量)+KI AgI+KNO3,结构式：(AgI)m,制备：FeCl3+H2O Fe(OH)3+H+Cl,Fe(OH)3(部分)+H+FeO+H2O,(Fe(OH)3)m,n FeO+,(n-x)Cl,xCl,n I,(n-x)K+,x K+,（负溶胶）,n Ag+,(n-x)NO3,x NO3,（正溶胶),五.电泳的测定,溶胶电动电势的大小决定其在电场中运动速度，因而可通过测定电泳速度求得,平衡力：,F阻=F电 F电=qE（电量电场强度）F阻=6rv qE=6rv,球形带电体表面电势 与电量 q 关系：,0真空介电常数=8.821012 C2m2N1,r相

15、对介电常数（无单位），水r=81,1.电泳速度求算电动电势,五.电泳的测定,球形带电体表面电势 与电量 q 关系：,动电位计算式：,受粒子大小和形状的影响,球形较大，或平板形，或棒形作校正,v：电泳速度（m/s）E：电场强度（V/m）,五.电泳的测定,2.电泳实验方法,界面移动电泳：观测溶胶界面在电场中的移动,显微电泳：显微镜下直接对粒子的运动进行测定,+,第六节 溶胶的稳定性和聚沉作用,一、胶体稳定性,稳定溶胶的因素：,动力稳定性（扩散力）：扩散，Brown运动，有利稳定粒径越小、介质粘度越大，越使溶胶稳定2.表面带电（静电斥力）：带电后的电性斥力，是溶胶稳定的主要原因3.溶剂化（水化膜斥力

16、）：降低表面能，有利稳定4.添加高分子保护,热力学因素：高分散度，比表面能大，有自发聚集倾向,二、溶胶的聚沉,电解质影响溶胶电性，溶胶对其十分敏感,适量电解质是溶胶稳定必要条件,适量定位离子使溶胶荷电而稳定（制备时不可净化过度）,过多电解质使溶胶发生聚沉,聚沉原因：反离子压缩双电层，使 d，=0时最不稳定,聚沉值：使溶胶聚沉所加的电解质的最低浓度,不同电解质聚沉能力(聚沉值)不同，其规律,聚沉：溶胶聚结沉降现象,1电解质对溶胶稳定性的影响,二、溶胶的聚沉,聚沉值：使溶胶聚沉所加的电解质的最低浓度,不同电解质聚沉能力不同，可用聚沉值来衡量，其规律有,(1)反离子：,价数：,1价:2价:3价=,同

17、价：水化半径越小，越易靠近质点，聚沉能力越强,(2)同号离子：对溶胶有稳定作用，价数越高作用越强,(3)有机化合物的离子：通常有强吸附能力，有很强的聚沉能力,(4)不规则聚沉：溶胶对高价反离子强烈吸附的结果,2溶胶的相互聚沉作用,1电解质对溶胶稳定性的影响,带相反电荷的溶胶互相混合发生聚沉,二、溶胶的聚沉,(1)保护作用：有足量的大分子化合物,原因：高分子覆盖溶胶表面可起保护作用,应用：如墨汁，油漆，照相乳剂,(2)絮凝作用：少量大分子化合物,原因：大分子的搭桥效应、脱水效应、电中和效应,应用：如污水处理，选矿，土壤改造，造纸,优点：效率高，絮块大，沉降快，具选择性,3大分子化合物的作用,絮凝

18、：疏松的棉絮状沉淀,三.溶胶稳定的DLVD理论,(1)Van der Walls 引力（远程力）,(2)静电斥力（近程力）,两者总结果，形成能垒，是溶胶的稳定点,1.胶粒之间的作用力和势能曲线,三.溶胶稳定的DLVD理论,(1)溶胶稳定性原因：需克服势垒,(2)表面电势对稳定性影响,H,势能V,2DLVO理论对溶胶稳定性的解释,势垒Vb：1520 kJmol1,增加表面电势，斥力势能，势垒高度，有利于稳定,(3)电解质对稳定性影响,过量电解质压缩双电层，值，斥力势能，不利于稳定,(4)反离子价数对稳定性影响,总势能V=0时电解质的浓度c与其价数z的关系：,第七节 乳状液、泡沫和气溶胶,一、乳状

19、液,鉴别类型方法:,稀释法：能被水相稀释，为O/W型；能被油相稀释，为W/O型 染色法：外相被油性染料染色，为W/O型；外相被水性染料染色，为O/W型；电导法：电导大，为O/W型；电导小，为W/O型,类型：水包油（O/W）、油包水（W/O）,1乳状液的类型,乳状液：不相溶的液体相互分散形成的系统 内相：被分散相外相：分散介质,一、乳状液,稳定乳剂(1)降低界面张力：处于较低能量状态(2)形成界面膜：形成一定机械强度(3)形成双电层：电性斥力(4)固体粉末的稳定作用：形成良好界面膜,2乳化剂的作用,一、乳状液,(1)乳化剂的界面张力：膜水 大，膜向水相弯曲，易形成W/O型膜油 大，膜向油相弯曲，

20、易形成O/W型(2)乳化剂的溶解度油水分配系数大，易形成O/W型油水分配系数小，易形成W/O型(3)乳化剂的分子构型如非极性的双碳氢链，空间障碍大，易形成W/O型(4)油水的相体积比：体积分数大的液体倾向于作外相,3决定乳状液类型的因素,一、乳状液,微乳与普通乳状液有二个显著不同：(1)微乳是热力学稳定系统(2)微乳外观均匀透明,4微乳状液,微乳：粒径880 nm，制备时乳化剂用量占2030，并需加入了一些极性有机物作辅助剂,普通乳状液：粒径0.110 m，制备时乳化剂用量占110,一、乳状液,方法：(1)电解质：破坏双电层起(2)改变乳化剂的类型：类型转变过程中的不稳定性使之破坏(3)破坏保

21、护膜：用机械强度弱的表面活性剂取代之(4)破坏乳化剂：加入反应的试剂，使乳化剂破坏或沉淀(5)其他：加热，高压电，离心，过滤等,5乳状液的破坏,破乳：乳状液的破坏过程：分层、转相、破乳等不同阶段原理：破坏乳化剂的保护作用，使油、水分离,二、泡沫,粒径：较大类型:相当于O/W稳定结构：三泡结构,1.泡沫的形成,发泡剂：表面活性剂，如肥皂,泡沫：气体为分散相的分散系统，属粗分散系统,2泡沫的稳定性(1)增加液膜的粘度(2)增加液膜的电荷(3)增加液膜的“弹性”,二、泡沫,物理消泡法：升温或降温，照射，机械法（气流、超声波、过滤）化学消泡法：消泡剂改变pH、盐析、与发泡剂反应作用机制有：(1)起泡剂脱附(2)降低液膜粘度(3)抑止泡沫形成,2.消泡,三、气溶胶,按分散相分：固体气溶胶液体气溶胶按形成方法分：分散气溶胶如固体粉碎（粉尘）、液体雾化凝聚气溶胶如烟、雾粒径：10-710-4 m气溶胶带电性质：捕获大气中带电粒子而荷电，雷电与此有关。,1.分类和粒径,2.医药中应用,气雾剂：药物+抛射剂+附加剂粉雾剂：药物微粒,3.大气污染,单击网页左上角“后退”退出本节,