物化—胶体化学课件：12-03胶体系统的动力性质.ppt

1、胶体系统的动力性质胶体系统的动力性质1. 布朗运动布朗运动布朗布朗(Brown)运动运动: 溶胶中的分散相粒子溶胶中的分散相粒子的不停息的和无规则的运动的不停息的和无规则的运动. 这种现象是这种现象是植物学家植物学家(Brown)于于1827年首先从水中悬年首先从水中悬浮花粉的运动中观察到的浮花粉的运动中观察到的. 用超显微镜可用超显微镜可以观察布朗运动以观察布朗运动. 布朗运动动画.布朗运动是分子热布朗运动是分子热运动的必然结果运动的必然结果, 是是胶体粒子的热运动胶体粒子的热运动.2022-1-244在分散系统中在分散系统中, 分散介质分子皆处于分散介质分子皆处于无规则的热运动状态无规则的

2、热运动状态, 它们从四面八方连它们从四面八方连续不断地撞击分散相粒子续不断地撞击分散相粒子.分散相粒子在分散相粒子在各个方向上所遭受的冲击力各个方向上所遭受的冲击力, 完全相互抵完全相互抵消的几率很小消的几率很小. 在某一瞬间粒子从某一方在某一瞬间粒子从某一方向得到冲量可以使其发生位移向得到冲量可以使其发生位移, 从而引起从而引起布朗运动布朗运动. 1905年年, 爱因斯坦爱因斯坦(Einstein)用几率的概念和分子运用几率的概念和分子运动论的观点动论的观点, 创立了布朗运动理论创立了布朗运动理论, 得出得出 爱因斯坦爱因斯坦-布布朗运动平均位移公式朗运动平均位移公式 在时间在时间 t 内粒

3、子沿内粒子沿 x 轴方向的平均位移轴方向的平均位移; r 粒子半径粒子半径; 介质粘度介质粘度; L 阿佛加德罗常数阿佛加德罗常数. x 在溶胶中，常用此式来求胶粒的半径。在在溶胶中，常用此式来求胶粒的半径。在一定温度下一定温度下r 越小，越小， 越大；说明胶粒越小，越大；说明胶粒越小，布朗运动越显著。布朗运动越显著。x2. 扩散扩散扩散扩散: 在有浓度梯度时在有浓度梯度时, 物质粒子因热运动而发生物质粒子因热运动而发生宏观上的定向迁移的现象宏观上的定向迁移的现象.扩散产生的原因是物质粒子的热运动扩散产生的原因是物质粒子的热运动(布朗运动布朗运动).因分散相粒子的质量比一般分子大千百倍因分散相

4、粒子的质量比一般分子大千百倍, 其扩散其扩散速率远小于一般分子的扩散速率速率远小于一般分子的扩散速率(一般以扩散系数一般以扩散系数D来衡量来衡量).对于球形粒子的稀溶液对于球形粒子的稀溶液, 且为且为单级分散单级分散(即粒子大即粒子大小一定小一定), 根据爱根据爱-布公式和扩散系数布公式和扩散系数D的定义式可的定义式可得到一个能用于得到一个能用于测定扩散系数测定扩散系数的公式的公式3. 沉降与沉降平衡沉降与沉降平衡沉降沉降: 多相分散系统中物质粒子因受重力作用而多相分散系统中物质粒子因受重力作用而下沉的过程下沉的过程.沉降平衡沉降平衡: 指分散相粒子的扩散速率与沉降速率指分散相粒子的扩散速率与

5、沉降速率相等的状态相等的状态. 沉降与扩散是两个相反的互为竞沉降与扩散是两个相反的互为竞争的过程争的过程,大质量的粒子易于沉降大质量的粒子易于沉降, 反之易于扩反之易于扩散散. 贝林贝林(Perrin)推导出在重力场中达到沉降平推导出在重力场中达到沉降平衡时衡时, 粒子浓度随高度而变化的分布定律粒子浓度随高度而变化的分布定律, 对于对于粒子大小相等的胶体系统粒子大小相等的胶体系统, 则为则为C1, C2分别为高度分别为高度h1, h2截面上粒子的浓度截面上粒子的浓度; , 0分别为粒子及介质的密度分别为粒子及介质的密度; M 粒子的摩尔质量粒子的摩尔质量; g 重力加速度重力加速度. 一般分散系统为一般分散系统为多级分散多级分散，可用上式分别计算出大，可用上式分别计算出大小不等的粒子的分布小不等的粒子的分布. 粒子愈大粒子愈大, 其平衡浓度梯度愈大其平衡浓度梯度愈大.式中式中M为空气的平均摩尔质量为空气的平均摩尔质量(29 103 kg mol1 ). 例1上式也可用于计算大气压的高度分布上式也可用于计算大气压的高度分布. 将大将大气视为理想气体且不考虑气温的高度变化气视为理想气体且不考虑气温的高度变化, 则不则不同高度处有同高度处有 c2 / c1 = p2 / p1. 另大气粒子无须考虑另大气粒子无须考虑浮力校正浮力校正, 即即 1( 0 / ) = 1, 所以有所以有