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课件17张PPT。 溶胶系统的电学性质 主讲：熊鑫
班级：理研1203
专业：应用化学武汉理工大学理学院2013届研究生讲课比赛物理化学第十二章：胶体化学胶体粒子表面带点的原因 溶胶的电动现象4.扩散双电层理论 绪言1.目录1 、绪言 当光束通过分散体系时，一部分自由地通过，一部分被吸收、反射或散射。
r=λ,吸收 r＞λ,反射 r＜λ,散射
可见光的波长约在400~700 nm之间。晶体(蔗糖、无机盐等)在水中扩散快；能透过羊皮纸(一种好的半透膜)；当溶剂蒸发后成晶体析出。
胶体(蛋白质、明胶等)在水中扩散慢，不能透过半透膜，当溶剂蒸发后成粘稠的胶状物质。
胶体是物质以一定分散程度存在的一种状态，是一种高度分散的多相分散系统。 1861年，英国科学家格雷厄姆Thomas Graham系统地研究过许多物质的扩散速度，首先提出了胶体和晶体的概念。胶体粒子直径：1 ~ 100 nm 散射粗分散相粒子直径：>100 nm 反射混浊光柱2、溶胶的电动现象外电场电泳（固动液不动）电渗（液动固不动）固液两相发生相对运动固液两相发生相对运动电势差沉降电势（固动液不动）流动电势（液动固不动）2、溶胶的电动现象?电泳和电渗 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（ electrophoresis ）。 在外加电场作用下，带电介质通过多孔膜或半径为1~10 nm的毛细管做定向移动，这种现象称为电渗（electro-osmosis ）。血清蛋白质电泳图谱2、溶胶的电动现象?电泳和电渗电泳和电渗现象说明胶体粒子是带电的 胶体粒子的电泳速率与胶体粒子电荷及外电场的电势差成正比，与介质黏度及粒子的大小成反比 电泳速率与加入的电解质有关：随着加入电解质的增多，电泳速率变慢。?2、溶胶的电动现象?流动电势和沉降电势 在外力作用下，迫使液体通过多孔隔膜（或毛细管）定向流动，在多孔隔膜两端所产生的电势差，称为流动电势。（可视为电渗的逆过程） 分散相粒子在重力场或离心力场的作用下迅速移动时，在移动方向的两端所产生的电势差，称为沉降电势。（可视为电泳的逆过程）流动电势
streaming potential 沉降电势
sedimentation potential 2、溶胶的电动现象?四种电现象的相互关系
电泳 电渗流动电势沉降电势（液体静止，固体粒子运动）（固相不动，液体移动）外加电场引起相对运动相对运动产生电位差电动现象说明胶体粒子是带电的3、胶体粒子表面带电的原因
溶液中Cl－过量时，可吸附Cl－而带负电，
溶液中Ag+过量时，可吸附Ag+而带负电。AgNO3（稀）+ KCl（稀） → AgCl (溶胶） +KNO3 胶体粒子容易吸附什么离子取决于被吸附离子的本性和粒子表面结构。法扬斯－帕尼思规则：若胶粒为晶体结构，则与胶体粒子有相同化学元素的离子优先被吸附。（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。 SiO2 溶胶表面水解 SiO2 ＋ H2O → H2SiO3
若溶液显酸性: H2SiO3 → HSiO2+ + OH-
OH－进入溶液，而使胶粒带正电
若溶液显碱性: H2SiO3 → HSiO3+ + H＋
H＋进入溶液，而使胶粒带负电3、胶体粒子表面带电的原因
将AgI制备溶胶时，由于Ag+较小，活动能力强，比I-容易脱离晶格而进入溶液，使胶粒带负电。（c）离子型固体电解质形成溶胶时，由于正、负离子溶解量不同，使胶粒带电。（d）晶格取代。硅氧四面体铝氧八面体晶体取代是粘土质点带电的主要原因 高价的Si、Al被低价的Ca、Mg取代，为维持电中性，在表面吸附了一些可交换的正离子，这些正离子在水中会水化而离开晶体表面，粘土质点带负电荷。3、胶体粒子表面带电的原因
（e）摩擦生电玻璃小球（ε=5-6）：
在水（ ε=81 ）及丙酮（ ε=21 ）中带负电；
在苯（ ε=2 ）中带正电。 在非水介质中，胶粒的电荷来源主要是粒子与介质间的摩擦。由于两相对电子亲和力不同，则两相在摩擦过程中，电子从一相流入另一相，使胶粒带电。一般情况下，两个非导体组成的分散系统中，介电常数大的带正电，介电常数小的带负电。4、扩散双电层理论?亥姆霍兹平板电容器模型双电层：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φ0：带电质点表面与液体的电位差：
?电势：固、液两相发生相对运动的边界处与液体内部的电位差缺点：
1)不能解释表面电势 φ 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?古依－查普曼扩散双电层模型
4、扩散双电层理论 1910年，古依和查普曼提出了扩散双电层理论。φ = φoe-?x? 的倒数 ?-1 具有双电层厚度的意义 假设：
1) 质点表面看作无限大的平面
2) 表面电荷分布均匀
3) 溶剂的介电常数到处相同缺点：
1) 未给出?电位具体位置及意义
2) 未考虑胶粒表面上固定吸附层 1924年，斯特恩提出扩散双电层模型:胶体质点表面带电荷，静电吸引, 在固/液面周围溶液中存在与固体表面电性相反、电荷相等的离子（形成双电层）。溶液中反离子热运动，它们不能整齐排列在固体质点附近，而是扩散地分布在质点周围。固定吸附层（Stern层）：静电作用，反离子牢固结合于固体表面，形成紧密吸附层，厚度约1-2个分子厚。此固定层与胶体质点一起运动，层中有一显著电位降。
扩散层：固定层外，其余反离子呈Bolt- zmann分布，分散在溶液中，形成扩散层。
扩散双电层= 固定层+ 扩散层
其范围= 从固体质点表面至反离子过剩为零?斯特恩(Stern)双电层模型
4、扩散双电层理论固体表面：表面电势φ0（热力学电势）
斯特恩面：斯特恩电势φ?
滑动面：? 电势（电动电势：滑动面与溶液本体之间电位差）
?＝0时，为等电点，u＝0，溶胶极易聚沉4、扩散双电层理论?斯特恩(Stern)双电层模型
? 溶液中电解质浓度增加，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。
表面吸附多价、或具有表面活性的异号离子会使ζ显著下降，甚至引起ζ反号。4、扩散双电层理论?斯特恩(Stern)双电层模型
? 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??电势与表面电势φ 0的区别：
1） ?? ? < ? φ 0 ?
2） φ 0 只取决于溶液中与固体成平衡的离子浓度；
? 则与吸附层中离子的多少有关，即与固体表面的吸附层厚度有关。谢谢!

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