第八章完整溶胶课件.ppt
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- 第八 完整 溶胶 课件
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1、分散系统的分类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:分散相:非连续形式存在的被分散的物质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散介质:连续相形式存在的物质分类:分类:分散系统分散系统分散相半径分散相半径/n/nm均相系统均相系统(真溶液)(真溶液)小分子溶液小分子溶液 100胶体:分散度为胶体:分散度为1100 nm的分散系统的分散系统第一节第一节 溶胶的分类和基本特征溶胶的分类和基本特征一一.溶胶分类溶胶分类按分散相与分散介质聚集状态分类(列举)按分散相与分散介质聚集状态分类(列举)分
2、散相的分散相的粒径粒径100 nm时时,属粗分散系统,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本章主要讨论的是液溶胶,特别是液液溶胶和固液溶胶 气气液液固固气溶胶气溶胶液溶胶液溶胶固溶胶固溶胶介质:介质:雾雾烟烟泡沫泡沫牛奶牛奶油漆油漆沸石沸石珍珠珍珠有色玻璃有色玻璃二二.基本特性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,如溶胶是一定条件下形成的特殊状态,并非物质的本性,如 NaCl有机有机胶体胶体NaCl溶液溶液 水水硫磺硫磺水水溶胶溶胶真溶液真溶液乙醇乙醇这种特殊状态,有三个基本特征这种特殊状态,有三个基本特征 1.特定分散度特定分散度1100 nm 2
3、.相不均匀性相不均匀性(多相性)(多相性)对介质不溶对介质不溶憎液胶体憎液胶体 高分子溶液高分子溶液亲液胶体亲液胶体 3.热力学不稳定性热力学不稳定性 高分散度,巨大表面积和比表面能,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:热力学稳定体系高分子溶液:热力学稳定体系第二节第二节 溶胶的制备和净化溶胶的制备和净化第二节第二节 溶胶制备和净化溶胶制备和净化二种途径:二种途径:溶胶溶胶1100 nm 小分子真溶液小分子真溶液 100 nm 分散分散 凝聚凝聚 一一.分散法(物理的)分散法(物理的)研磨法(胶体磨)研磨法(胶体磨)超声粉碎超声
4、粉碎气流粉碎气流粉碎胶溶法胶溶法 二凝聚法二凝聚法 1.物理凝聚法物理凝聚法 如钠的苯溶胶制备如钠的苯溶胶制备 接真空泵接真空泵液态空气液态空气钠钠苯苯苯苯接受管接受管点击此处演示二凝聚法二凝聚法 1.物理凝聚法物理凝聚法 2.化学凝聚法化学凝聚法 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 如水解反应制备如水解反应制备Fe(OH)3溶胶溶胶 FeCl3+3H2O Fe(OH)3 +3HCl二凝聚法二凝聚法 1.物理凝聚法物理凝聚法 2.化学凝聚法化学凝聚法 3.改变溶剂法改变溶剂法 使溶解度骤变,如使溶解度骤变,如 松香在乙醇中:溶松香在乙醇
5、中:溶 水水点击此处演示水中:不溶水中:不溶 溶胶溶胶 三三.溶胶净化溶胶净化 溶溶胶胶溶胶溶胶化学法制备的溶胶,往往含有过多的电解质化学法制备的溶胶,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过量电解质使溶胶不稳定1 渗析法渗析法 普通渗析普通渗析 半透膜半透膜电渗析电渗析 水水+半透膜半透膜水水水水三三.溶胶净化溶胶净化 2 超虑法:超虑法:小分子电解质滤去,再用介质重新分散小分子电解质滤去,再用介质重新分散 减压过滤减压过滤 加压过滤加压过滤 真空泵真空泵压缩空气压缩空气半透膜半透膜半透膜半透膜四均匀分散胶体四均匀分散胶
6、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:制备需满足的条件:(1)暴发性成核,使速率暴发性成核,使速率r晶核形成晶核形成r晶体长大晶体长大(2)同步长大同步长大 应用:应用:(1)验证基本理论验证基本理论(2)理想的标准材料理想的标准材料(3)新材料新材料(4)催化剂性能的改进催化剂性能的改进(5)制造特种陶瓷制造特种陶瓷 五五.纳米粒子和纳米技术纳米粒子和纳米技术 纳米粒子:尺度为纳米粒子:尺度为1100 nm之间的粒子之间的粒子 1.纳米粒子的结构和特性纳米粒子的结构和特性(1)小尺寸效应小尺寸效应(2)表面
7、效应表面效应(3)量子尺寸效应量子尺寸效应(4)宏观量子隧道效应宏观量子隧道效应2纳米粒子的制备方法纳米粒子的制备方法基本方法与制备憎液溶胶雷同基本方法与制备憎液溶胶雷同 纳米组装材料的制备技术纳米组装材料的制备技术(1)自组织技术自组织技术(2)模板合成法模板合成法3纳米技术在药学中的应用纳米技术在药学中的应用 第三节 溶胶的动力性质溶胶的动力性质第三节第三节 溶胶的动力性质溶胶的动力性质热运动热运动扩散,布朗运动扩散,布朗运动 重力场重力场重力降沉和平衡重力降沉和平衡 离心力场离心力场离心降沉和平衡离心降沉和平衡 电学性质电学性质 光学性质光学性质 动力性质动力性质溶胶性质溶胶性质 一一.
8、Browm运动与运动与Einstein方程方程Browm运动:运动:溶胶粒子在介质中无规则运动溶胶粒子在介质中无规则运动 一一.Browm运动与运动与Einstein方程方程Browm运动:运动:溶胶粒子在介质中无规则的运动溶胶粒子在介质中无规则的运动 原因:原因:粒子受各个方向介质分子的撞击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移动撞击的动量不能完全抵消而移动 分子热运动的宏观表现。分子热运动的宏观表现。Einstein公式:公式:Brown运动平均位移运动平均位移的计算的计算 x rtLRTx3 其关系:其关系:若在时间若在时间 t 内观察布朗运动位移内观察布朗运动位移 ,x
9、x很容易在显微镜下观察,由此可求得溶胶粒子半径很容易在显微镜下观察,由此可求得溶胶粒子半径 x二二.扩散和渗透扩散和渗透 扩散:扩散:溶质从高浓度(溶质从高浓度(大)向低浓度(大)向低浓度(小)移动的现象。小)移动的现象。结果结果Gibbs能能G,熵,熵S,是自发进行的过程,是自发进行的过程。扩散速度与浓梯关系扩散速度与浓梯关系Fick第一定律第一定律 dxdcADdtdn mol s1 扩散系数扩散系数 面积面积 浓度梯度浓度梯度 1扩散扩散 扩散系数与扩散系数与Brown运动平均位移关系:运动平均位移关系:Dtx22 渗透压:渗透压:半透膜两侧的压差半透膜两侧的压差 =p2p1平衡时两侧化
10、学势相等平衡时两侧化学势相等可导出稀溶液的可导出稀溶液的 =cRT(c:mol/m3)二二.扩散和渗透扩散和渗透2渗透渗透 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动的现象(对溶剂而言,浓度从高(对溶剂而言,浓度从高低)低)溶剂溶剂溶液溶液半透膜半透膜(只容许溶剂通过)(只容许溶剂通过)渗透压渗透压p1p2渗透压渗透压 =p2 p1反渗透:反渗透:施加外压,使溶剂分施加外压,使溶剂分子从溶液一侧透过半透子从溶液一侧透过半透膜进入纯溶剂一侧膜进入纯溶剂一侧 二二.扩散和渗透扩散和渗透例例 金溶胶浓度为金溶胶浓度为2 g dm
11、 3,介质粘度为介质粘度为0.00l Pa s。已知胶粒半径。已知胶粒半径为为1.3 nm,金的密度为,金的密度为19.3 103 kg m 3。计算金溶胶在。计算金溶胶在25 C时时(1)扩散系数扩散系数,(2)布朗运动移动布朗运动移动0.5 mm的时间的时间,(3)渗透压。渗透压。解解 (1)(1)扩散系数扩散系数1210923sm 106791 103100106100236298314861 .rLRTD(2)s 7441067912)1050(210232 .Dxt二二.扩散和渗透扩散和渗透例例 金溶胶浓度为金溶胶浓度为2 g dm 3,介质粘度为介质粘度为0.00l Pa s。已知
12、胶粒半径。已知胶粒半径为为1.3 nm,金的密度为,金的密度为19.3 103 kg m 3。计算金溶胶在。计算金溶胶在25 C时时(1)扩散系数扩散系数,(2)布朗运动移动布朗运动移动0.5 mm的时间的时间,(3)渗透压。渗透压。解解 (1)(1)1210sm 106791 .D(2)s 744 t(3)将浓度将浓度2 g dm 3转换为转换为体积摩尔浓度,体积摩尔浓度,LrVWVMWVnc 334 01870010023610319)1031(341223339.mol m-3=cRT=0.01870 8.314 298.16=46.34 Pa三三.重力沉降与沉降平衡重力沉降与沉降平衡溶
13、胶粒子在外力场定向移动称沉降溶胶粒子在外力场定向移动称沉降 沉降沉降粒子浓集粒子浓集 扩散扩散粒子分散粒子分散 粒子小,力场小粒子小,力场小扩散扩散 粒子大或力场大粒子大或力场大沉降沉降 扩散沉降相当扩散沉降相当平衡平衡 沉降与扩散是两个相对抗的运动沉降与扩散是两个相对抗的运动 两者对抗有三种形态两者对抗有三种形态 三三.重力沉降与沉降平衡重力沉降与沉降平衡1.重力沉降重力沉降 重力场:不强的力场,粗分散系(重力场:不强的力场,粗分散系(104m)可有明显沉降)可有明显沉降 平衡平衡力力:F沉沉=F阻阻 F沉沉=F重重 F浮浮=V g V 0g F沉沉 F阻阻 gr0334 F阻阻=6 r v
14、 6 r v gr0334 沉降速度沉降速度(1)沉降分析法,测沉降分析法,测v求粒径求粒径r(2)落球式粘度计,测落球式粘度计,测v求求 应用应用 grv0292 三三.重力沉降与沉降平衡重力沉降与沉降平衡2.沉降平衡沉降平衡 如果粒径不太大时如果粒径不太大时 平衡平衡力力:F沉沉=F扩扩 gr0334 dhdccLRT 21210334hhccdhRTLgrcdc 平衡浓度:平衡浓度:F沉沉 F扩扩 12031234hhRTLgrccln 三三.重力沉降与沉降平衡重力沉降与沉降平衡2.沉降平衡沉降平衡 平衡浓度:平衡浓度:12031234hhRTLgrccln 此式表明此式表明(1)相同粒
15、度相同粒度r,h,c (2)相同高度相同高度h,r,c2/c1 小粒小粒h1h2大粒大粒h1c1h2c2第四节 溶胶的光学性质溶胶的光学性质一溶胶的光散射现象一溶胶的光散射现象光通过分散系统时基本现象光通过分散系统时基本现象 真溶液真溶液粗分散粗分散溶胶溶胶透明透明有色有色(补色补色)混浊混浊乳光乳光透射透射吸收吸收反射反射散射散射吸收:取决于化学组成吸收:取决于化学组成 反射:粒径反射:粒径 波长波长散射:粒径散射:粒径 x过量反离子过量反离子x吸附同号吸附同号大离子大离子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
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