表面现象与分散系统.ppt
2020/10/27,物理化学电子教案第八章,2020/10/27,第八章表面现象与分散系统,表（界）面现象由于表（界）面分子与内部分子所处的环境不同而引起的表（界）面性质不同于内部性质的各种现象的总和。分散系统一种或几种物质分散在另一种物质中所构成的系统称为分散系统，其特征是具有巨大的相界面。,2020/10/27,8.1表面自由能与表面张力,1.表面自由能的产生机制由于表面分子与内部分子所处的环境不同，因此受力情况也不同而引起的系统吉布斯自由能的增加。,表面分子与内部分子的受力情况和能量不同,2020/10/27,8.1表面自由能与表面张力,内部分子（A）周围被性质相同、聚集状态相同的分子所包围，所受其他分子的合力为零，因此在内部移动分子时不需要外界做功。表面分子（B和C）靠表面一侧的相邻分子和其他相邻分子在性质上或聚集状态上不同，所受合力不为零，方向为垂直于表面、指向内部，即表面分子受到向内的拉力。,2020/10/27,8.1表面自由能与表面张力,两个结果1在没有其他作用力存在时，所有液体都有缩小其表面积的自发趋势；2在保持分子总数的情况下扩展表面积，也就是说要将一部分分子从内部移动到表面，则需要克服指向内部的拉力做功。表面功扩展表面时所需做的功。,2020/10/27,8.1表面自由能与表面张力,由于把分子从内部移动到表面时需要对分子做表面功，这种表面功将转化为表面分子的能量，因此表面分子就具有比内部分子更高的能量，这就是表面自由能的来源。,2020/10/27,8.1表面自由能与表面张力,2.表面自由能和表面张力的定义在一定温度T和压力p下，对一定液体来说，扩展表面所做的表面功dW与增加的表面积dA成正比，其比例系数就是比表面吉布斯自由能或表面张力，即,s比表面吉布斯自由能或表面张力；负号表示增大表面积时需要环境对系统做功。,2020/10/27,8.1表面自由能与表面张力,如果表面扩展过程可逆，根据热力学原理，有,因此有,或,2020/10/27,8.1表面自由能与表面张力,比表面吉布斯自由能（简称为比表面能）的物理意义a在定温定压条件下，增加单位表面积所引起的系统吉布斯自由能的增量；b单位表面积上表面分子与相同数量的内部分子相比，“超额”的吉布斯自由能；c单位Jm−2。,2020/10/27,8.1表面自由能与表面张力,表面张力的物理意义在相表面的切面上，垂直作用于表面上任意单位长度切线的表面紧缩力，单位为Nm−1。比表面能和表面张力的关系a数值和量纲相同；b物理意义不同，是从能量和受力两个不同角度描述表面分子与内部分子的差异。,2020/10/27,8.1表面自由能与表面张力,3.比表面能或表面张力的影响因素a因为比表面能和表面张力是强度性质（单位表面上的超额自由能和单位长度上受到的紧缩力），所以其数值与物质的数量无关。b比表面能或表面张力的数值与物质的种类、另一相的性质以及温度和压力等因素有关。,2020/10/27,8.1表面自由能与表面张力,1物质的种类不同物质的分子或原子间的作用力大小不同，因此不同物质的表面分子或原子所受到的指向内部的合力的大小也不相同，所以比表面能和表面张力也不相同。一般规律分子或原子间的作用力越大，则比表面能和表面张力越大。因为此时表面分子或原子受到的合力越大。,2020/10/27,8.1表面自由能与表面张力,思考题试比较液态金属、水和烷烃的表面张力的相对大小。,2020/10/27,8.1表面自由能与表面张力,答这三类物质中的作用力分别为a液态金属金属键（一种化学键）；b水分子间氢键；c烷烃由于极性很小，分子间的范德华力也很小。因此这三类物质中，作用力的大小顺序为液态金属水烷烃所以表面张力的大小顺序为液态金属水烷烃,2020/10/27,8.1表面自由能与表面张力,表8.120C时一些液体的表面张力s,2020/10/27,8.1表面自由能与表面张力,2共存相（第二相）表面或界面上的分子除了受到同一相中相邻分子的作用力，还会受到第二相中相邻分子的作用力，因此第二相的性质也会影响表面或界面张力。一般规律第二相和第一相的性质越相似，第二相的分子与第一相的分子的相互作用力和第一相分子间的作用力的大小越接近，那么表面或界面上的分子所受到的合力就越小，因此表面或界面张力就越小。,2020/10/27,8.1表面自由能与表面张力,表8.220C时汞或水与一些物相接触的界面张力s,2020/10/27,8.1表面自由能与表面张力,表面张力当共存相是标准压力时的空气或该物质的饱和蒸气时，就称为表面张力；界面张力当共存相是除了空气或该物质的饱和蒸气之外的其它相时，则称为界面张力。,2020/10/27,8.1表面自由能与表面张力,3温度由于升高温度时分子或原子间的相互作用力减弱，所以表面原子或分子所受到的合力减小，表面分子或原子的超额吉布斯自由能也相应地减少。因此，表面张力总是随温度升高而降低。,2020/10/27,8.1表面自由能与表面张力,4.固体的比表面能或表面张力和液体一样，固体也有比表面能和表面张力。但需要注意以下几个问题。a一般情况下，固体中分子或原子间的作用力要远大于液体中分子或原子间的作用力，因此固体的比表面能或表面张力要远大于液体的；b同一种固体的不同晶面上的原子排列情况不同，因此表面原子的受力情况也不同，所以同一种固体的不同晶面的比表面能或表面张力也不相同；,2020/10/27,8.1表面自由能与表面张力,4.固体的比表面能或表面张力和液体一样，固体也有比表面能和表面张力。但需要注意以下几个问题。c液体的比表面能或表面张力可以用多种实验方法测定，而目前还没有可以准确测定固体比表面能或表面张力的实验方法。,2020/10/27,8.1表面自由能与表面张力,5.表面自由能对系统总自由能的贡献a非分散系统表面原子数只占原子总数的很少一部分，因此表面自由能的贡献很小，通常可以忽略不计；b分散系统或尺度很小的系统（如纳米颗粒）这些系统的比表面较大，表面原子数在原子总数中占有相当大的比例，此时表面自由能对系统总的自由能的影响很大，必须给予考虑。,2020/10/27,8.1表面自由能与表面张力,比表面单位质量或体积的物质所具有的表面积，一般用S表示。体积比表面,对于球形颗粒，有,因此粒径r越小，比表面S越大，表面自由能的贡献也越大。,2020/10/27,8.1表面自由能与表面张力,粉尘爆炸悬浮于空气中的处于高度分散状态的粉尘，具有很高的表面自由能，因此极易发生剧烈的氧化燃烧，同时产生大量的热和高压现象。粉尘爆炸的高危行业煤矿、食品（如面粉厂）、纺织（细小的纤维）和木材加工等行业。1987年3月15日，黑龙江省哈尔滨市的一个纺织厂的亚麻车间就发生了一次粉尘爆炸，造成了厂房设备和职工生命的重大损失。,2020/10/27,8.2纯液体的表面现象,1.附加压力1附加压力的产生由于液面有尽量紧缩以减小表面积从而减小自由能的趋势，使得弯曲液面下的压力与平坦液面下的压力不相等，这种压力差称为附加压力。,2020/10/27,8.2纯液体的表面现象,附加压力的Laplace公式,如图，当小液滴和大量液体处于平衡状态时，小液滴的内外压差Dp为Dpp−p当活塞向下移动一个无限小的距离，使大量液体的体积减少dV，相应地小液滴的体积增加了dV。,2020/10/27,8.2纯液体的表面现象,活塞对大量液体所做的功为−pdV；小液滴对环境所做的功为pdV所以环境对整个液体所做的功dW为dW−pdVpdV−DpdV此功只用于使小液滴的表面积增大了dA，因此有dW−sdA所以DpdVsdA,2020/10/27,8.2纯液体的表面现象,因为小液滴的体积V和表面积A分别为,所以,因此,即,2020/10/27,8.2纯液体的表面现象,对Laplace公式Dp2s/r的讨论a附加压力Dp与液体的表面张力s成正比，与弯曲液面的曲率半径r成反比；b平坦液面的曲率半径r，所以Dp0；c凸液面的曲率半径r0，所以Dp0，即凸液面靠液体一侧的压力大于液面另一侧的压力；d凹液面的曲率半径r0，表示正吸附；G0时，即增加溶质使表面张力升高时，G0，即溶质在表面层发生负吸附。这与前面定性讨论的结果是一致的。,2020/10/27,8.4溶液的表面吸附,溶液表面张力随浓度变化率ds/dc的求法。a作图法在不同浓度c时测定溶液的表面张力s，并以svs.c作图。然后在所需浓度处作该曲线的切线，此切线的斜率即为该浓度处溶液表面张力的变化率ds/dc；b解析法通过大量实验归纳某类溶质的溶液的表面张力s与浓度c的解析关系式，然后将解析式求微商得到ds/dc。,2020/10/27,8.4溶液的表面吸附,希施柯夫斯基根据大量实验数据归纳出有机酸同系物溶液的表面张力s与浓度c的经验关系式,s*纯溶剂的表面张力；s浓度为c的溶液的表面张力；a特性经验常数。同系物中不同化合物的a值不同；b共有经验常数。同系物中不同化合物的b值相同。,2020/10/27,8.4溶液的表面吸附,根据希施柯夫斯基经验关系式,可以得到,代入到Gibbs吸附公式中，得到,2020/10/27,8.4溶液的表面吸附,比较,和Langmuir吸附等温式,两者在形式上完全相同，这是因为此时溶质在表面层中也是单层吸附的。,2020/10/27,8.4溶液的表面吸附,例题421.5C时，测得b-苯丙基酸水溶液的表面张力s和浓度c的数据如下,试求当浓度为1.5g/kgH2O时，溶质的表面吸附量。,2020/10/27,8.4溶液的表面吸附,解题目给出了不同浓度时溶液表面张力的数据，因此可以用作图法来求出ds/dc，然后根据Gibbs表面吸附公式计算表面吸附量。作图法的步骤a将溶液的表面张力s对浓度c作图，得到s-c关系曲线；b在c1.5g/kgH2O处，作s-c关系曲线的切线，该切线的斜率就是c1.5g/kgH2O时的ds/dc。,2020/10/27,8.4溶液的表面吸附,b-苯丙基酸水溶液的表面张力s随浓度c的变化曲线,2020/10/27,8.4溶液的表面吸附,在c1.5g/kgH2O处，该s-c关系曲线的切线的斜率，也就是c1.5g/kgH2O时的ds/dc为,所以该浓度下溶质的表面吸附量为,2020/10/27,8.4溶液的表面吸附,3.表面活性剂的吸附层结构对于表面活性剂，根据公式,可以得到表面活性剂的表面吸附量G随浓度c的变化曲线。,2020/10/27,8.4溶液的表面吸附,表面活性剂的表面吸附量G随浓度c的变化曲线,2020/10/27,8.4溶液的表面吸附,表面活性剂的表面吸附量G随浓度c的变化规律。a当浓度很低时，有ca，acc，因此,即此时表面吸附量为一恒定值，不再随浓度而变化。这说明吸附已经达到饱和状态，此时的吸附量称为饱和吸附量，用G表示。这些规律和Langmuir吸附等温式的规律是相似的，因为这两个公式描述的都是单层吸附，只不过是分别应用于固体表面和溶液表面。,2020/10/27,8.4溶液的表面吸附,对饱和吸附量G的讨论。因为,这说明饱和吸附量G只和同系物共有常数b有关，而和同系物中不同化合物的特性常数a无关。结论同系物中不同化合物的饱和吸附量相同。,2020/10/27,8.4溶液的表面吸附,解释a表面活性剂吸附层的结构形成吸附层时，表面活性剂的分子定向而整齐地排列在溶液的表面上，其中极性端基伸入水中，非极性端基暴露在空气中（为什么），如图所示；b饱和吸附时溶液表面几乎完全被表面活性剂分子所占据，并且由于同系物中不同化合物的差别只是碳链长短不同，而极性端基和分子截面积是相同的，所以它们的饱和吸附量相同。,2020/10/27,8.4溶液的表面吸附,表面活性剂吸附层结构示意图,非极性端基,极性端基,,2020/10/27,8.4溶液的表面吸附,由饱和吸附量G计算分子的截面积Aa根据定义，表面吸附量G是溶液表面的溶质浓度相对于本体浓度的超出量。b在饱和吸附时，由于表面浓度远远大于本体浓度，所以可以忽略本体浓度，而直接将饱和吸附量G作为单位表面上溶质的物质的量。所以,2020/10/27,8.4溶液的表面吸附,由饱和吸附量G计算分子的截面积A缺点计算结果一般比其他方法得到的值要大，这是因为表面层中不可能完全被溶质分子所占据，而是或多或少地总存在一些溶剂分子。,2020/10/27,8.4溶液的表面吸附,4.表面膜表面膜某些难溶物质铺展在液体表面上所形成的膜。表面膜的结构难溶物质的分子整齐地定向排列在界面上，其中亲水的极性端基指向极性较大的一相，憎水的非极性端基指向极性较小的一相。例如磷脂酸类化合物就可以在水面上形成单分子层或双分子层结构的表面膜，其中的双分子层结构表面膜类似于细胞膜。,2020/10/27,8.5表面活性剂及其作用,1.表面活性剂的分类表面活性剂少量地添加到溶液中就能使溶液的表面张力显著降低的物质。结构特点不对称，都是由亲水的极性基团和憎水的非极性基团两部分组成。分类通常根据表面活性剂的分子结构，将其分为离子型和非离子型表面活性剂，其中离子型表面活性剂又包括阳（正）离子型、阴（负）离子型和两性表面活性剂。,2020/10/27,8.5表面活性剂及其作用,1离子型表面活性剂当表面活性剂溶于水时，凡是能电离生成离子的，称为离子型表面活性剂。a电离生成的活性基团是阳离子的，称为阳离子表面活性剂；b电离生成的活性基团是阴离子的，称为阴离子表面活性剂；c电离生成的活性基团中既包含阳离子，也包含阴离子的，称为两性表面活性剂。2非离子型表面活性剂在水中不电离。,2020/10/27,8.5表面活性剂及其作用,表面活性剂的分类,2020/10/27,8.5表面活性剂及其作用,注意阳离子型和阴离子型表面活性剂一般不能混合使用，因为这样会发生沉淀而失去表面活性作用。,2020/10/27,8.5表面活性剂及其作用,2.胶束和临界胶束浓度1表面活性剂在溶液中的状态溶液表面由于具有双亲（亲水和亲油）结构，表面活性剂分子将在溶液表面富集，减少溶液和另一相（如空气）的接触面积，从而显著降低界面张力。当浓度增大到一定程度时，将形成饱和吸附，此时表面活性剂整齐地定向排列，在溶液表面形成紧密的单分子层，将溶液和另一相几乎完全隔离。,2020/10/27,8.5表面活性剂及其作用,溶液内部浓度很小时，表面活性剂分子会三三两两地将憎水基靠拢在一起，形成简单的胶束；浓度增大到一定程度时，众多的表面活性剂分子将结合成很大的基团，形成球状、棒状或层状的胶束，如图所示。在胶束中，表面活性剂分子亲水的极性端基朝外，与水分子接触；憎水的非极性端基朝内，被包藏在胶束内部，几乎和水分子脱离了接触。因此这种结构的胶束能够比较稳定地存在于水中。,2020/10/27,8.5表面活性剂及其作用,各种形状的胶束示意图,2020/10/27,8.5表面活性剂及其作用,2临界胶束浓度（CriticalMicelleConcentration,CMC）临界胶束浓度表面活性剂在溶液中形成胶束所需要的最低浓度，其数值一般在0.0010.002moldm−3。临界胶束浓度与在溶液表面形成饱和吸附所对应的浓度基本上一致。溶液很多性质的变化规律都会在CMC处发生明显改变，如图所示，据此可以测量CMC。,2020/10/27,8.5表面活性剂及其作用,十二烷基硫酸钠溶液的性质与浓度的关系,2020/10/27,8.5表面活性剂及其作用,3表面活性剂的作用1润湿作用利用表面活性剂改变某种液体对某种固体的润湿程度，可以是提高润湿程度，也可以是降低润湿程度。,2020/10/27,8.5表面活性剂及其作用,以改变水对固体表面的润湿程度为例讨论。a要提高润湿程度时可在水中加入表面活性剂，此时表面活性剂分子亲水的极性端基朝向水相，憎水的非极性端基朝向固相或空气，显著降低固液界面的界面张力ss-l和水的表面张力sl-g，从而提高润湿程度。（为什么）解释根据Young公式,2020/10/27,8.5表面活性剂及其作用,以改变水对固体表面的润湿程度为例讨论。b要降低润湿程度时可设法使固体表面与表面活性剂中亲水的极性端基相结合，而将表面活性剂憎水的非极性端基朝向水相，此时将显著增大固液界面的界面张力ss-l，使接触角增大，从而降低润湿程度。根据Young公式,2020/10/27,8.5表面活性剂及其作用,应用实例a提高润湿程度喷洒农药；b降低润湿程度伞的防水、浮选法富集矿石。,2020/10/27,8.5表面活性剂及其作用,2增溶作用在水中溶解度非常小的非极性碳氢化合物，可以“溶解”在含有浓度达到或超过CMC的表面活性剂的水溶液中。原理增溶作用不同于真正的溶解，增溶作用实际上是碳氢化合物被包围在表面活性剂形成的胶束中，使憎水的碳氢化合物与水几乎完全隔离开。由于胶束内部也是憎水的非极性基团，根据相似相溶原理，憎水的非极性碳氢化合物在其中能够很好地溶解。,2020/10/27,8.5表面活性剂及其作用,3乳化作用乳状液一种液体以细小液珠的形式分散在另一种与它不相溶的液体中所形成的分散系统称为乳状液。,2020/10/27,8.5表面活性剂及其作用,两种乳状液在乳状液中，通常其中一种液体是水或水溶液，另一种液体是与水不相溶的有机液体，统称为“油”。i水包油型乳状液油以小液珠的形式分散在水中，记为“O/W”，例如牛奶；ii油包水型乳状液水以小液珠的形式分散在油中，记为“W/O”，例如原油。,2020/10/27,8.5表面活性剂及其作用,a水包油型乳状液b油包水型乳状液两种类型的乳状液,2020/10/27,8.5表面活性剂及其作用,乳化作用加入合适的表面活性剂后能使乳状液稳定存在。原理表面活性剂分子吸附在油/水界面上，使界面张力减小，也就是使系统的界面能降低，所以系统能较稳定地存在。去乳化（破乳）在用离子型表面活性剂乳化的乳状液中加入类型相反的表面活性剂，使两种带相反电荷的活性基团相互结合，此时伸向水中的就是非极性基团，这样原来较稳定的系统就变得不稳定了。,2020/10/27,8.5表面活性剂及其作用,4其他作用如起泡作用和洗涤作用等。,2020/10/27,8.6分散系统的分类,1.定义分散系统一种或几种物质分散在另一种物质中所构成的系统称为分散系统。分散相分散系统中被分散的物质称为分散相。分散介质分散系统中的连续相物质称为分散介质。,2020/10/27,8.6分散系统的分类,2.分散系统的分类1按分散相的被分散程度，即分散粒子的大小分类a分子分散系统分散粒子的半径小于10−9m，相当于分子或离子的大小。此时，分散相与分散介质形成均匀的一相，属于单相系统。举例NaCl水溶液、乙醇的水溶液等真溶液；混合气体。,2020/10/27,8.6分散系统的分类,b胶体分散系统分散粒子的半径在10−910−7m范围内，比普通的单个分子大得多，是众多分子或离子的集合体。此时，虽然分散系统用肉眼或普通显微镜观察是透明的，但它不是真溶液，分散相与分散介质已经不是一相，两者之间存在相界面，属于多相系统。举例难溶于水的固体物质高度分散在水中所形成的溶胶，如AgI溶胶、SiO2溶液，Au溶胶，S溶胶等。,2020/10/27,8.6分散系统的分类,特点i多相；ii高度分散，具有很大的比表面和很高的表（界）面能；iii胶体粒子有自动聚结以降低表（界）面能的趋势，热力学不稳定系统。,2020/10/27,8.6分散系统的分类,c粗分散系统分散粒子的半径在10−710−5m范围内。此时，用肉眼或普通显微镜就能直接分辨出系统是多相系统。举例乳状液（牛奶）、悬浮液（泥浆）等。,2020/10/27,8.6分散系统的分类,2按分散相和分散介质的聚集状态分类,2020/10/27,8.7溶胶的光学及力学性质,1.丁达尔效应丁达尔（Tyndall）效应在暗室中，当一束可见光通过溶胶时，从垂直于光束的方向可以观察到溶胶中显示出一条浑浊发亮的光柱，仔细观察可以看到里面有微粒闪烁。,2020/10/27,8.7溶胶的光学及力学性质,原理当光线照射到分散系统时，可能发生两种情况。a如果分散相粒子大于入射光的波长，则主要发生光的反射和折射，粗分散系统属于这种情况；b如果分散相粒子小于入射光的波长，则主要发生光的散射，也就是说光将偏离原来的传播方向而投射到其它方向上。分散相粒子越大，散射光越强，分散相与分散介质的折射率差别越大，散射光越强。,2020/10/27,8.7溶胶的光学及力学性质,溶胶和真溶液对可见光的散射作用的比较a两者分散相的粒子都小于可见光的波长，因此都可以对可见光产生散射作用；b两者对可见光散射作用的强度不同。溶胶分散相和分散介质的折射率有较大差别，而且分散相粒子的大小合适，因此散射作用较强；真溶液i由于溶质有较厚的溶剂化层，使得分散相和分散介质的折射率差别不大；ii溶质粒子的体积太小，所以散射作用很弱，难以观察到。,2020/10/27,8.7溶胶的光学及力学性质,丁达尔效应的应用a利用有无丁达尔效应来区分溶胶和真溶液或纯液体；b利用丁达尔效应制成超显微镜来观察溶胶粒子的数目和运动情况。,2020/10/27,8.7溶胶的光学及力学性质,超显微镜示意图,2020/10/27,8.7溶胶的光学及力学性质,2.布朗运动布朗运动溶胶粒子在分散介质中不停地无规则运动。,布朗运动示意图,2020/10/27,8.7溶胶的光学及力学性质,原理分散相粒子在不停地受到分散介质分子的撞击。a粗分散系统i由于分散相粒子体积较大，所以每个粒子在每一时刻受到的撞击力基本上可以抵消；ii由于分散相粒子的质量较大，所以粒子的运动极不明显或根本不运动。b溶胶分散系统由于溶胶中分散相粒子的体积和质量合适，所以受到的撞击力不能相互抵消，而且其合力足以推动溶胶粒子进行无规则运动。,2020/10/27,8.7溶胶的光学及力学性质,3.扩散当溶胶中存在浓度梯度时，溶胶粒子将从高浓度区域向低浓度区域扩散，扩散速率服从Fick定律,dm/dt单位时间内通过某截面的扩散量；dc/dx该截面处的浓度梯度；A该截面的面积；D扩散系数。,2020/10/27,8.7溶胶的光学及力学性质,扩散系数D与粒子的半径r、介质的粘度h以及温度T之间服从Einstein关系式,因为溶胶粒子的半径比真溶液中溶质的半径要大得多，所以其扩散系数以及扩散速率要小得多。溶胶粒子的D10−11m2s−1；真溶液溶质的D10−9m2s−1。,2020/10/27,8.7溶胶的光学及力学性质,根据Einstein关系式，可以通过测量扩散系数D求算溶胶粒子的“平均摩尔质量”M,2020/10/27,8.7溶胶的光学及力学性质,4.沉降与沉降平衡1沉降平衡当溶胶粒子的密度比分散介质的密度大时，溶胶粒子会受到两种相反的作用。a沉降作用溶胶粒子在重力场作用下向下沉降，使粒子在分散系统底部的浓度大于上部的浓度；b扩散作用浓度梯度的存在将使胶体粒子从高浓度的底部区域向低浓度的上部区域扩散，使胶体粒子的浓度趋于均匀。,2020/10/27,8.7溶胶的光学及力学性质,沉降平衡当沉降作用和扩散作用相等时，胶体粒子随高度的分布形成稳定的浓度梯度，达到平衡状态，这种状态称为沉降平衡。,2020/10/27,8.7溶胶的光学及力学性质,达到沉降平衡时，体积大小均一的胶体粒子的浓度随高度的分布规律为,n1，n2高度为h1和h2处粒子的浓度（数量密度）；r，r0分散相和分散介质的密度；V单个胶体粒子的体积；LAvogadro常数；g重力加速度。,2020/10/27,8.7溶胶的光学及力学性质,根据公式,结论胶体粒子的体积V（半径r）越大，分散相与分散介质的密度差r−r0越大，达到沉降平衡时胶体粒子的浓度梯度就越大。,2020/10/27,8.7溶胶的光学及力学性质,2沉降速度当胶体粒子的体积V比较大，胶体粒子和分散介质的密度差r−r0比较大时，布朗运动不足以克服沉降作用，胶体粒子就会以一定速度沉降到容器的底部。,2020/10/27,8.7溶胶的光学及力学性质,半径为r的球形胶体粒子的沉降速度ua胶体粒子受到的重力与浮力的差为,b根据流体力学中的Stokes公式，胶体粒子在沉降过程中受到的阻力为,c当f1f2相等时，胶体粒子将以恒定速度u沉降。,2020/10/27,8.7溶胶的光学及力学性质,所以，胶体粒子的沉降速度u为,结论沉降速度u与胶体粒子半径的平方r2成正比，与胶体粒子和分散介质的密度差r−r0成正比，与重力加速度g成正比。,2020/10/27,8.7溶胶的光学及力学性质,利用沉降测量胶体粒子的大小,a重力沉降只能测量粒径较大的颗粒（重力加速度g较小，小颗粒的沉降速度较慢）；b离心沉降可以测量粒径较小的颗粒（在很大的离心力作用下提高颗粒的沉降速度）。,2020/10/27,8.8溶胶的电性质,溶胶的稳定性分析a理论上溶胶是高度分散系统，具有很大的相界面和很高的界面能，因此溶胶是热力学不稳定系统，溶胶粒子有自动聚结变大以减小界面能的趋势；b实际上很多溶胶可以长时间稳定存在而不会聚结。原因溶胶粒子表面带电，由于静电斥力使得溶胶粒子不会聚结。,2020/10/27,8.8溶胶的电性质,1.电动现象由于溶胶粒子带电，会产生电动现象。电动现象是溶胶粒子带电的最好证明。电动现象在外电场作用下，分散相与分散介质发生相对移动的现象。电动现象分为电泳和电渗两种。,2020/10/27,8.8溶胶的电性质,1电泳电泳在电场作用下，固体的分散相粒子在液体介质中作定向移动的现象称为电泳。实验证据在外电场作用下，溶胶/电解质溶液界面会发生移动。,2020/10/27,8.8溶胶的电性质,a溶胶粒子带负电溶胶液面在负极一侧下降，在正极一侧上升；实例S溶胶、金属硫化物溶胶、贵金属溶胶。b溶胶粒子带正电溶胶液面在正极一侧下降，在负极一侧上升。实例金属氧化物溶胶。,2020/10/27,8.8溶胶的电性质,电泳速度a与胶体粒子所带电量和外加电场（电势梯度）成正比；b与介质粘度和粒子大小（质量）成反比。实验表明溶胶的电泳速率与离子的电迁移速率的数量级相当，而溶胶粒子的体积远远大于离子的体积。结论溶胶粒子所带电量相当大。,2020/10/27,8.8溶胶的电性质,电泳的应用a电泳分离毛细管电泳；例如中草药中的有效成份、蛋白质分子、核酸分子的电泳分离。b电泳沉积。,2020/10/27,8.8溶胶的电性质,2.电渗现象电渗固体溶胶粒子不动，液体介质在电场中发生定向移动的
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