物理化学第十二章胶体化学解析.ppt

胶体化学作为一门学科来说，它的历史比较一致的看法是从1861年开始的，创始人是英国科学家Thomas Graham，他系统研究过许多物质的扩散速度，并首先提出晶体和胶体（colloid）的概念，制定了许多名词用来形容他所发现的事实。 现今我们所用的一些名词，如溶胶（sol）、凝胶（gel）、胶溶（peptization）、渗析（dialysis）、离浆（syneresis）都是Graham提出的。 尽管在这一时期积累了大量的经验和知识，但胶体化学真正为人们所重视并获得较大的发展是从1903年开始的。 §12.4 胶体系统的电学性质 溶胶表面电荷的来源： （a）溶胶粒子可选择性地吸附某种离子而带电; （b）溶胶粒子表面上的某些分子、原子可发生 电离。 实验发现溶胶具有电动现象，说明溶胶表面带有电荷。 例： 1) AgI溶胶： 溶液中I－ 过量时，可吸附 I－ 而带负电， 溶液中Ag+ 过量时，可吸附 Ag+ 而带正电。 2)蛋白质中的氨基酸分子: 在 pH 低时氨基形成－ NH3+ 而带正电； 在 pH 高时羧基形成－ COO－ 而带负电。 1. 双电层理论 常用名词： 双电层： 质点表面电荷与周围介质中的反离子 构成的电层； 表面电势?0：带电质点表面与液体的电势差： ? 电势： 固、液两相发生相对运动的边界处与液 体内部的电势差。 缺点： 1)不能解释表面电势 ?o 与? 电势的区别； 2)不能解释电解质对? 电势的影响 1879年，亥姆霍兹首先提出在固液两相之间的界面上形成双电层的概念。 1) 亥姆霍兹平板电容器模型 0 x ?0 ? 1910年，古依和查普曼提出了扩散双电层理论 2)古依－查普曼扩散双电层模型 0 x 扩散层 ? ?0 静电力：使反离子趋向表面 热扩散：使反离子均匀分布 总结果 ： 反离子平衡分布 古依－查普曼模型正确反映了反离子在扩散层中分布的情况，及相应电势的变化，并区分了? 与 ?0 的不同。这些观点在今天看来仍是正确的。 缺点： 1) 没有给出 ? 电势的具体位置及意义; 2) 没有考虑胶粒表面上的固定吸附层。 1924年，斯特恩提出扩散双电层模型。他认为： 1)离子有一定的大小； 2)质点与表面除静电作用外， 还有范德华作用； 因此表面可形成一固定吸附层，此层称为Stern层。 ?? 称为斯特恩电势 ? 为滑动面与溶液本体之间的电势差 Stern 模型：固定层＋扩散层 固体表面 Stern层 滑动面 距离 3) 斯特恩(Stern)双电层模型 当溶液中电解质浓度增加时，介质中反离子的浓度加大，将压缩扩散层使其变薄，把更多的反离子挤进滑动面以内，使? 电势在数值上变小， ? 电势的大小，反映了胶粒带电的程度 ? 电势?，表明： 胶粒带电? ， 滑动面与溶液本体之间的电势差? ， 扩散层厚度?； ? = 0 时，为等电点，u = 0，溶胶极易聚沉 滑动面 斯特恩模型: 给出了? 电势明确的物理意义， 解释了溶胶的电动现象， 解释了电解质浓度对溶胶稳定性的影响， 使人们对双电层的结构有了更深入的认识。 （1）电泳 在外电场的作用下，胶体粒子在分散介质 中定向移动的现象，称为电泳。 界面法移动法电泳装置 实验测出在一定时间内界面移动的距离，可求得粒子的电泳速度，由电泳速度可求出胶体粒子的? 电势。 2. 溶胶的电动现象 NaC l溶液 Fe(OH)3溶胶 + - 对于球形质点： 当粒子半径 r 较大 双电层厚度? -1较小 即?r 1，质点表面可当作平面处理，有： 或 式中：v ? 电泳速度，单位为m · s-1； E ? 电场强度（或称电位梯度），单位为V·m-1； u ? 胶核的电迁移率，单位为m2 · V-1 · s-1，