胶体介绍胶体介绍物质的三态：气、固、液物质的三态：气、固、液如果其中一相很细的分散在另一相中，我们称为如果其中一相很细的分散在另一相中，我们称为胶体体系胶体体系n胶体介绍物质的三态：气、固、液胶体体系举例胶体体系举例气溶胶（气溶胶（aerosolsaerosols）细小液滴或微小固体颗粒分细小液滴或微小固体颗粒分散在气体中散在气体中(雾、烟雾、烟)乳状液乳状液(emulsions)(emulsions)细小的油滴分散在水相中细小的油滴分散在水相中(牛牛奶奶)反相乳状液反相乳状液(inverse emulsions)(inverse emulsions)细小水滴分散细小水滴分散在非水相中在非水相中(原油原油)胶体悬浮液胶体悬浮液(sols or colloidal suspensions)(sols or colloidal suspensions)微小颗粒分散在液相中微小颗粒分散在液相中(漆漆,泥浆泥浆)n胶体体系举例气溶胶（aerosols）细小液滴或微小固胶体体系举例胶体体系举例凝胶凝胶(gels)(gels)聚分子分散在液相中聚分子分散在液相中聚合体胶体聚合体胶体(association colloids)(association colloids)表面活性表面活性剂分子在水中集合成微胞；某些集合体能形成有剂分子在水中集合成微胞；某些集合体能形成有序结构与液晶序结构与液晶 n胶体体系举例凝胶(gels)聚分子分散在液相中a)a)颗粒分散体颗粒分散体b)b)高分子溶液高分子溶液生物高分子，聚合物溶液生物高分子，聚合物溶液 固体悬浮液固体悬浮液(混染料颗粒的混染料颗粒的塑胶塑胶)固固液液胶体悬浮液胶体悬浮液(泥浆，漆，泥浆，漆，牙膏牙膏)气气固体气溶胶固体气溶胶(粉体，灰尘，粉体，灰尘，烟雾烟雾)固体乳液固体乳液(澳宝，珍珠澳宝，珍珠)乳状液乳状液(牛奶，蛋黄浆牛奶，蛋黄浆)液体气溶胶液体气溶胶(雾，喷雾雾，喷雾)固体泡沫固体泡沫(扩张的塑料扩张的塑料)泡沫泡沫(气泡，剃须膏气泡，剃须膏)固固液液气气分散相分散相(颗粒颗粒)连续相连续相 (介质介质)胶体体系胶体体系na)颗粒分散体b)高分子溶液生物高分子，聚合物溶液 固体悬浮胶体体系胶体体系在分散体中的颗粒可能生成聚合体而变成大颗粒在分散体中的颗粒可能生成聚合体而变成大颗粒沉淀沉淀新形成的集合体称为絮状物（新形成的集合体称为絮状物（FLOC），其过程称），其过程称为絮凝（为絮凝（FLOCCULATION）-其过程是可逆的其过程是可逆的(DEFLOCCULATION)如果集合体变成更紧密的聚合体，其过程称为凝如果集合体变成更紧密的聚合体，其过程称为凝结（结（COAGULATION）其过程是不可逆的其过程是不可逆的n胶体体系在分散体中的颗粒可能生成聚合体而变成大颗粒沉淀团聚团聚造成分散体系不稳定的机理造成分散体系不稳定的机理絮凝絮凝沉降沉降沉降沉降团聚团聚稳定体系稳定体系絮凝絮凝n团聚造成分散体系不稳定的机理絮凝沉降沉降团聚稳定体系絮凝胶体稳定性胶体稳定性:D DL LVOVO理论理论在在19401940年代年代Derjaguin,Landau,VerwayDerjaguin,Landau,Verway与与Overbeek Overbeek 提出了描述胶体稳定的理论提出了描述胶体稳定的理论认为胶体体系的稳定性是当颗粒相互接近时它们认为胶体体系的稳定性是当颗粒相互接近时它们之间的双电层互斥力与范德瓦尔互吸力的净结果之间的双电层互斥力与范德瓦尔互吸力的净结果n胶体稳定性:DLVO理论在1940年代Derjaguin,此理论提出当颗粒接近时颗粒之间的能量障碍来此理论提出当颗粒接近时颗粒之间的能量障碍来自于互斥力自于互斥力当颗粒有足够的能量克服此障碍时，互吸力将使当颗粒有足够的能量克服此障碍时，互吸力将使颗粒进一步接近并不可逆的粘在一起颗粒进一步接近并不可逆的粘在一起胶体稳定性胶体稳定性:DLVO:DLVO理论理论n此理论提出当颗粒接近时颗粒之间的能量障碍来自于互斥力胶体稳定胶体稳定性胶体稳定性:DLVO:DLVO理论理论在某些情况下，如高盐浓度，有可能有一个在某些情况下，如高盐浓度，有可能有一个“二二级能量最低点级能量最低点”，形成颗粒间很弱的并且可逆的，形成颗粒间很弱的并且可逆的粘合粘合 这些弱絮凝这些弱絮凝（软团聚）（软团聚）不会由于布朗运动而解散，不会由于布朗运动而解散，但可在搅拌等外力作用下而解散但可在搅拌等外力作用下而解散n胶体稳定性:DLVO理论在某些情况下，如高盐浓度，有可能有胶体稳定性胶体稳定性:DLVO理论理论n胶体稳定性:DLVO理论如果颗粒有足够高的互斥力，它们之间不会生成如果颗粒有足够高的互斥力，它们之间不会生成絮凝絮凝(胶体稳定胶体稳定)如果没有互斥机理，絮凝与如果没有互斥机理，絮凝与团聚团聚终究会发生终究会发生(胶体胶体不稳定不稳定)胶体稳定性胶体稳定性:DLVO理论理论n如果颗粒有足够高的互斥力，它们之间不会生成絮凝(胶体稳定)维持胶体稳定性维持胶体稳定性如欲维持胶体稳定，互斥力必须占主导如欲维持胶体稳定，互斥力必须占主导有两种影响胶体稳定的基本机理有两种影响胶体稳定的基本机理:位阻排斥位阻排斥静电排斥静电排斥n维持胶体稳定性如欲维持胶体稳定，互斥力必须占主导影响胶体稳定的机理影响胶体稳定的机理位阻稳定位阻稳定 加入到体系中的聚分子在颗粒表面的加入到体系中的聚分子在颗粒表面的吸附造成互斥吸附造成互斥n影响胶体稳定的机理位阻稳定 加入到体系中的聚分子在颗粒表位阻稳定位阻稳定仅需要加入合适的聚分子仅需要加入合适的聚分子但以后如需要产生絮凝则很困难但以后如需要产生絮凝则很困难聚分子成本高并可能产生副作用聚分子成本高并可能产生副作用(如当瓷器的胚子如当瓷器的胚子中有很多高分子，在培烧时会收缩而生成缺陷中有很多高分子，在培烧时会收缩而生成缺陷)n位阻稳定仅需要加入合适的聚分子静电或电荷稳定静电或电荷稳定 源自于带电颗粒的相互作用源自于带电颗粒的相互作用影响胶体稳定的机理影响胶体稳定的机理n静电或电荷稳定 源自于带电颗粒的相互作用影响胶体稳定的机静电或电荷稳定静电或电荷稳定改变系统中的离子浓度可影响体系的稳定或改变系统中的离子浓度可影响体系的稳定或团聚团聚是可逆过程是可逆过程成本很低成本很低Z Zetaeta电位电位可很好的指示颗粒间作用强度从而它的可很好的指示颗粒间作用强度从而它的测量可用来预测胶体系统的稳定性测量可用来预测胶体系统的稳定性n静电或电荷稳定改变系统中的离子浓度可影响体系的稳定或团聚是可表面电荷的来源表面电荷的来源大部分水相中的胶体体系带一定的电荷大部分水相中的胶体体系带一定的电荷基于颗粒的本性与周围介质，表面电荷可起源于基于颗粒的本性与周围介质，表面电荷可起源于不同的原因不同的原因让我们看一下最重要的机理让我们看一下最重要的机理n表面电荷的来源大部分水相中的胶体体系带一定的电荷表面电荷来源：表面基团的离解表面电荷来源：表面基团的离解颗粒表面任何酸性集团的离解会使表面带上负电颗粒表面任何酸性集团的离解会使表面带上负电颗粒表面任何碱性集团的离解会使表面带上正电颗粒表面任何碱性集团的离解会使表面带上正电电荷的多少取决于表面酸碱的强度与溶液的电荷的多少取决于表面酸碱的强度与溶液的pHpHn表面电荷来源：表面基团的离解颗粒表面任何酸性集团的离解会使表表面电荷来源：表面基团的离解表面电荷来源：表面基团的离解COOHCOOHCOOHCOOHCOOHCOOHCOO-COO-COO-COO-COO-COO-H+H+H+H+H+H+酸基团的离解酸基团的离解n表面电荷来源：表面基团的离解COOHCOOHCOOHCOOH表面电荷来源：表面基团的离解表面电荷来源：表面基团的离解碱基团的离解碱基团的离解OHOHOHOHOHOHOH-OH-OH-OH-OH-OH-+n表面电荷来源：表面基团的离解碱基团的离解OHOHOHOHOH当当AgI的晶体分散在水中时，如果等同量的的晶体分散在水中时，如果等同量的Ag+离离子与子与I-离子溶解，表面是中性的离子溶解，表面是中性的但实际上，有更多的但实际上，有更多的Ag+离子溶解，造成带负电的离子溶解，造成带负电的表面表面表面电荷的来源：晶格中不同离子的离解度表面电荷的来源：晶格中不同离子的离解度n当AgI的晶体分散在水中时，如果等同量的Ag+离子与I-离子AgIAgIAgIAgIAgIAgIAgIAgII-I-I-I-Ag+Ag+Ag+Ag+I-I-表面电荷的来源表面电荷的来源:晶格中不同离子的离解度晶格中不同离子的离解度nAgIAgIAgIAgIAgIAgIAgIAgII-I-I-表面电荷的来源表面电荷的来源:带电离子与离子表面活性剂的吸带电离子与离子表面活性剂的吸附附表面活性剂离子可被吸附在颗粒表面表面活性剂离子可被吸附在颗粒表面阳离子表面活性剂会造成带正电的表面阳离子表面活性剂会造成带正电的表面阴离子表面活性剂会造成带负电的表面阴离子表面活性剂会造成带负电的表面n表面电荷的来源:带电离子与离子表面活性剂的吸附表面活性剂离子RNH3+RNH3+RNH3+RNH3+RNH3+RNH3+RNH3+RNH3+RNH3+RNH3+RNH3+Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-阳离子表面活性剂阳离子表面活性剂表面电荷的来源表面电荷的来源:带电离子与离子表面活性剂的吸带电离子与离子表面活性剂的吸附附nRNH3+RNH3+RNH3+RNH3+RNH3+RNH3+RSO3-RSO3-RSO3-RSO3-RSO3-RSO3-RSO3-RSO3-RSO3-RSO3-RSO3-RSO3-H+H+H+H+H+H+H+表面电荷的来源表面电荷的来源:带电离子与离子表面活性剂的吸带电离子与离子表面活性剂的吸附附阴离子表面活性剂阴离子表面活性剂nRSO3-RSO3-RSO3-RSO3-RSO3-RSO3-双电层双电层在颗粒表面的电荷变化会影响离子在界面的分布，在颗粒表面的电荷变化会影响离子在界面的分布，造成表面周围平衡离子的浓度增加造成表面周围平衡离子的浓度增加这样，在每一颗粒周围生成一个双电层这样，在每一颗粒周围生成一个双电层n双电层在颗粒表面的电荷变化会影响离子在界面的分布，造成表面周+-+固体固体SternStern层层GouyGouy层或扩散层层或扩散层溶液溶液剪切面剪切面GouyGouy面面内内 Helmholtz Helmholtz 面面外外 Helmholtz Helmholtz 面面双电层结构双电层结构:Gouy-Chapman-Stern-Gouy-Chapman-Stern-GrahameGrahame模型模型Otto Stern(1888-Otto Stern(1888-1969)1969)，德裔美国物，德裔美国物理学家，由于分子束理学家，由于分子束的研究获的研究获19431943年诺贝年诺贝尔物理奖。但最著名尔物理奖。但最著名的是双电层的研究的是双电层的研究.n+-+固体Stern层Gouy层什么是什么是ZetaZeta电位电位?ZetaZeta电位是与一个颗粒在某电位是与一个颗粒在某一特定介质中所带的总电荷一特定介质中所带的总电荷有关有关确切地来说确切地来说,是颗粒在剪切是颗粒在剪切面处的电位面处的电位与颗粒表面与分散介质有关与颗粒表面与分散介质有关也可能与表面电位无关也可能与表面电位无关微小的微小的pHpH或离子浓度变化可或离子浓度变化可能会产生很大的能会产生很大的zetazeta电位变电位变化化剪切面的位置变化也会影响剪切面的位置变化也会影响ZetaZeta电位电位 Stern layerStern layer剪切面剪切面扩散层扩散层-100-1000 0mVmV到颗粒表面的距离到颗粒表面的距离表面电位表面电位SternStern电位电位ZetaZeta电位电位n什么是Zeta电位?Zeta电位是与一个颗粒在某一特定介质中ZetaZeta电位与分散液的稳定性电位与分散液的稳定性ZetaZeta电位可用来作为胶体体系稳