物理化学课件：§12.3 溶胶的动力学性质.ppt

1、2022-1-24112.3 12.3 溶胶的动力学性质溶胶的动力学性质 1. Brown 运动运动 1827年，英国植物学家年，英国植物学家Brown在显微镜下观察到悬在显微镜下观察到悬浮于水中的花粉粒子处于不停息的、无规则的运动之浮于水中的花粉粒子处于不停息的、无规则的运动之中。中。 在溶胶分散系统中，随着超显微镜的出现，人们观在溶胶分散系统中，随着超显微镜的出现，人们观察到了分散介质中溶胶粒子也处于永不停息、无规则察到了分散介质中溶胶粒子也处于永不停息、无规则的运动之中，这种运动即为布朗运动。的运动之中，这种运动即为布朗运动。2022-1-242 2分散介质分子无规则的热运动，撞击溶胶粒

2、子，当瞬间合分散介质分子无规则的热运动，撞击溶胶粒子，当瞬间合力不为零时，表现为布朗运动力不为零时，表现为布朗运动布朗运动是分子热运动的必然结果布朗运动是分子热运动的必然结果2022-1-243 1905年年 Einstein 用统计和分子运动论的观用统计和分子运动论的观点，提出点，提出 Einstein-Brown 平均位移公式：平均位移公式：x : t 时间内粒子的平均位移；时间内粒子的平均位移； r : 粒子半径粒子半径L：阿伏加德罗常数；：阿伏加德罗常数； ：分散介质粘度：分散介质粘度2022-1-2442. 扩散扩散扩散：有浓度梯度存在时，物质粒子因热运动而发生宏扩散：有浓度梯度存在

3、时，物质粒子因热运动而发生宏观上的定向迁移观上的定向迁移溶胶系统中，溶胶粒子因布朗运动由高溶胶系统中，溶胶粒子因布朗运动由高“浓度浓度” 向低向低“浓度浓度”的定向迁移过程的定向迁移过程溶胶粒子的扩散溶胶粒子的扩散 也可用也可用Fick第一定律来描述此种扩散：第一定律来描述此种扩散： S Sd dd dd dd dn nc cD D A At tx x= = - -即单位时间通过某一截面的物质的量与该处的浓度即单位时间通过某一截面的物质的量与该处的浓度梯度及面积大小成正比，其比例系数梯度及面积大小成正比，其比例系数D称为扩散系数称为扩散系数 c大大c小小AS2022-1-245D 扩散系数扩散

4、系数 单位浓度梯度下，单位时间通过单位浓度梯度下，单位时间通过 单位面积的物质的量。单位面积的物质的量。 单位：单位：m2 s1D 可用可用来来衡量物质扩散能力的大小来来衡量物质扩散能力的大小S Sd dd dd dd dn nc cD D A At tx x= = - -2022-1-246粒子越小，扩散系数越大，扩散能力越强粒子越小，扩散系数越大，扩散能力越强球形粒子，球形粒子，D 可由爱因斯坦斯托克斯方程计算：可由爱因斯坦斯托克斯方程计算：18 oC时金溶胶的扩散系数时金溶胶的扩散系数粒子半径粒子半径 10.213100.02131000.00213n nm mr r( () )9219

5、2110 ms10 msD D-rLRTD62022-1-247如分散相粒子大小一致，结合平均位移公式得：如分散相粒子大小一致，结合平均位移公式得：又又 ，则，则2 22 2x xD Dt t= =（测（测 ，可求出，可求出 D） x x由由D、 、 可求出可求出单个单个球形胶体粒子的质量球形胶体粒子的质量进一步可计算稀溶胶球形粒子的摩尔质量进一步可计算稀溶胶球形粒子的摩尔质量:323)(16234DRTLLrMDttrLRTrLRTtx22632)6/(DLRTr2022-1-2483. 沉降与沉降平衡沉降与沉降平衡沉降与扩散为粒子受到的两个相反的作用沉降与扩散为粒子受到的两个相反的作用 沉

6、降沉降 扩散扩散 结果结果真溶液真溶液 均相均相粗分散系统粗分散系统 分散相沉于分散相沉于底部底部胶体系统胶体系统 平衡平衡 分散相形成浓分散相形成浓梯梯沉降：多相分散系统中的粒子，因受重力作用而下沉的过程沉降：多相分散系统中的粒子，因受重力作用而下沉的过程2022-1-249对微小粒子的沉降平衡，贝林对微小粒子的沉降平衡，贝林(Perrin)导出粒子浓度随导出粒子浓度随高度的分布定律：高度的分布定律：1) 该式只适用于粒子大小相等的体系，但形状不限；该式只适用于粒子大小相等的体系，但形状不限；2) 粒子越重（粒子越重（M 大），随大），随 h 增加，浓度降低越快。增加，浓度降低越快。C: 粒子数密度；粒子数密度； 0：介质密度：介质密度2022-1-241010上式可用于计算大气压力上式可用于计算大气压力 p 与高度与高度 h 的关系：的关系： 2212211 1()()l n l npM g hhpM g hhpR TpR T-= =不考虑温度影响时：不考虑温度影响时：大气中的分子不必做浮力校正，大气中的分子不必做浮力校正，2 21 12 21 1p pp pC CC C= =例例1Homework 81)/(10