胶体化学

这是一篇关于胶体化学【填空、选择】的思维导图，帮你理清思路的同时标注重考点，让你事半功倍，学习更高效

胶体化学 【填空、选择】

• 胶体分散系统及其基本性质
  • 胶体化学研究对象
    • 粒子直径至少在某个方向上在1-1000nm之间的分散系统
      • PS
        • 分散系统：一种或几种物质分散在另一种物质之中所构成的系统
          • 根据分散相的大小，可分为
            • 真溶液
            • 胶体分散系统
              • 溶胶（主要讨论）
                • 分散相不溶于分散介质，有很大的相界面，很高的界面能。因此是多相热力学不稳定系统
              • 高分子溶液
                • 以分子形式溶于介质，没有相界面，为均相热力学稳定系统
              • 缔合胶体
                • 分散相为表面活性剂缔合形成的胶束，分散相和分散介质间有很好亲和性，也是均相热力学稳定系统
            • 粗分散系统
          • 根据分散介质，分为
            • 液溶胶（根据分散相和分散介质的亲和力的不同）
              • 憎液溶胶
                • 分散相和分散介质之间有相界面，热力学不稳定系统
              • 亲液溶胶
                • 均相，无相界面。eg高分子溶液
        • 分散相：被分散的物质
        • 分散介质：另一种连续分布的物质
  • 胶体系统的光学性质
    • 1.Tyndall丁达尔效应
      • 本质：胶体粒子发生光散射 （粒子粒径d<波长λ时，才发生散射，反之发生反射）
        • 光散射：分子吸收一定波长的光，形成光偶极子，由其振荡向各个方向发射振动频率与入射光频率相同的光
          • 若系统完全均匀，则所有散射光相互抵消，看不到散射光
        • 胶体的丁达尔效应是其高度的分散性和多相不均匀性的反应
      • 作用：区分胶体和小分子真溶液
    • 2.Rayleigh公式----（单位体积）散射强度I的计算 【不考，理解物理意义】
      • 适用于非导电的、球行粒子的稀溶胶系统
      • 讨论
        • I正比于粒子体积平方
          • 应用：鉴别小分子真溶液与胶体溶液
        • I正比于1/λ^4
          • 波长越短，散射越强
            • 用白光照射溶胶，散射光呈蓝色，透射光呈橙红色
        • I正比于折射率之差
          • 应用：可区别胶体溶液和高分子溶液
            • 胶体溶液
              • 分散相和分散介质有相界面，Δn大
            • 高分子溶液
              • 均相溶液，Δn小
          • 分散相和分散介质之间的性质差异越大，折射率差别越大，光散射强度越大
        • I 正比于 胶体系统的数密度
          • 胶体粒子溶度越高，散射光强越大
          • 应用
            • 同一种溶胶，仅C 不同时，
    • 3.超显微镜与粒子大小的测定
      • 用光散射的方法观测单位体积胶体溶液中粒子的数目C
      • 由此可计算粒子的平均大小（假设粒子为球形）
        • 注意ρ（B）：单位体积中分散相的质量
  • 动力性质
    • 1.布朗运动：热运动
      • 凡线度<4um的粒子，在分散介质中均呈现不停息的无规则的运动
      • 爱因斯坦-布朗平均位移公式
        • 位移--->粒子半径
    • 2.扩散
      • 存在浓度梯度时，物质粒子因热运动而发生宏观上的定向迁移
      • Fick扩散第一定律 D：扩散系数 注意”-“ 【不考计算】
        • D
          • 单位浓梯下，单位时间通过单位面积的物质的量，单位：m^2/s
          • 衡量扩散速率
          • 粒子越小，（单位时间通过单位面积的粒子的数目更多），扩散系数越大，扩散能力越强
          • a.对于球形粒子，B由爱因斯坦-斯托克斯方程计算
          • b.对于分散相粒子大小一致的情况
          • c.由D,ρ，η可知一个球形胶体粒子的质量
            • • 其中，r如上式
          • d.1mol胶体粒子的摩尔质量
    • 3.沉降与沉降平衡
      • 沉降：重力作用
      • 沉降与扩散为粒子受到的2个相反的作用，形成沉降平衡
        • 形成沉降平衡时，粒子沿高度方向形成浓度梯度， 粒子在底部数密度较高，上部数密度较低【记/考】
        • 粒子浓度随高度的分布定律
          • 适用于微小粒子的沉降平衡 ρ0：介质密度
            • PS
              • 只适用于粒子大小相等的体系，但形状不限
              • 粒子越重（M大），随h增加，浓度降低得越快
            • 应用
              • 计算大气压力p与高度h的关系
              • 计算阿伏加德罗常数L
  • 电学性质
    • 电动现象 （说明溶胶表面带有电荷）
      • 溶胶表面为何带电？
        • 溶胶粒子可选择性地吸附某种粒子带电
          • 优先吸附胶核中的离子
        • 溶胶粒子表面上的某些分子、原子可发生电离
    • 1.扩散双电层理论
      • 名词
        • 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Ψ0
          • 带电质点表面与液体的电势差
            • Ψ=0，说明是溶液区
        • ζ电势
          • 固液两相发生相对运动的边界处与液体内部的电势差
      • a.亥姆霍兹平板电容器模型
        • 固液两相之间的界面上形成双电层
        • 缺点
          • 不能解释表面势能Ψ0与ζ电势的区别
          • 不能解释电解质对ζ电势的影响
      • b.古伊-查普曼扩散双电层模型
        • 反离子受到的力
          • 静电力：使反离子趋向表面
          • 热扩散：使反离子均匀分布
          • 总结果：反离子平衡分布
        • 计算x处的电势Ψ——玻尔兹曼定律
        • 描述 距表面一定距离x处的电势Ψ与表面电势Ψ0的关系
        • 优点
          • 正确反映了反离子在扩散层中分布的情况。及相应电势的变化，并区分了ζ与Ψ0的不同
        • 缺点
          • 没有给出ζ电势的具体位置以及意义
          • 没有考虑胶粒表面的固定吸附层
      • c.斯特恩Stren双电层模型
        • 内容
          • 离子有一定的大小
          • 质点与表面的作用力有静电作用与范德华作用
          • 表面存在一固定吸附层——Stern层
        • Stern模型——固定层+扩散层
        • Ψ（δ）——Stern电势【折点处】
          • 代表紧密层的反离子中心 与 溶液 的电势差
          • Ψ=0 对应的值代表扩散层厚度
        • ζ——滑动面与溶液本体之间的电势差
          • 其值的大小，反映胶粒带电的程度
            • ζ越大，表明胶粒带电越多，滑动层与溶液本体之间的电势差越大，扩散层厚度越大，Ψ=0时的X值越大
          • 电解质浓度对其影响
            • 电解质浓度越大，反离子数目越多，扩散层变薄，Ψ=0 时x的值越小，线的斜率越大，ζ越小
            • ζ=0时，等电点，电泳速率u=0，胶粒呈电中性，胶粒间的排斥力不存在，溶胶极易聚沉
        • 优点
          • 给出ζ电势明确意义
          • 解释溶胶的电动现象
          • 解释电解质浓度对溶胶稳定性的影响
          • 加深双电层结构认识
    • 2.电动现象
      • 电泳 （胶粒动）
        • 在外电场作用下，胶体离子在分散介质中定向移动
        • 界面移动法——由电泳速度u求ζ电势
          • 质点表面作平面处理后，
            • 适用：球型质点&粒子半径r较大&双电层厚度κ^-1较小
          • 子主题
            • 适用：球型粒子半径r较小&双电层厚度κ^-1较大
        • 应用
      • 电渗 （分散介质动）
        • 在外电场作用下，分散介质通过多孔固体膜而定向移动的现象
        • 产生原因
          • 当固体与液体接触时，由于两相对电子的亲和力不同，固体表面带电，形成双电层，而毛细孔则被双电层所充满，带相反电荷。因此通电时液体一般会向某一级运动。
        • 应用
          • 纸浆脱水，陶坯脱水
      • 动电现象
        • 流动电势 【视为电渗的逆过程】
          • 在外力/重力作用下，迫使液体通过多空隔膜（或毛细管）定向流动，在多孔隔膜两端所产生的电势差
        • 沉降电势 【视为电泳的逆过程】
          • 分散相粒子在重力场或离心力场的作用下迅速动时，在移动方向的两端所产生的电势差
      • 四者相互关系
    • 3.溶胶的胶团结构 （看笔记） 【考】
      • 原则：胶核优先吸附过量成核离子；胶团整体呈现电中性
        • 反离子：过量物质的
      • 胶核
        • 沉淀物质+n*相似离子
        • 带电
      • 胶粒
        • 【（沉淀物质）m+n*相似离子+（n-x）反离子】^(x+/-)
        • 带电
      • 胶团
        • 如下
        • 不带电
        • eg结构如下
      • 特点
        • 子主题
  • 憎液溶胶的稳定与聚沉
    • 憎液溶胶的稳定理论-DLVO理论
      • 内容
        • 溶胶粒子间的作用力——范德华吸引力（引力势能）E(A)+渗透性斥力+静电斥力（斥力势能）E(R),则总作用势能E=EA+ER，得势能E-距离x图
      • 总势能曲线图
        • 分析
          • 溶胶系统的稳定性——Emax&平动势能比较 Emax-->ER--->电解质浓度
            • 当粒子的平动能（3/2*RT）<E(max)时，（Emax能峰越高），溶胶稳定，反之不稳定
              • Emax的高低取决于EA,ER
                • EA曲线的形状由粒子本性决定，不受电解质影响
                  • 其对Emax的影响基本忽略
                • ER曲线的形状、位置强烈地受电解质浓度的影响
                  • 浓度越高，ER斜率越大，Emax越小，稳定性越小
    • 憎液溶胶的聚沉（发生沉淀）
      • ps
        • 溶胶从本质上说是不稳定的，许多因素可导致溶胶聚沉，eg加热、辐射、加入电解质等。
      • 1）电解质的聚沉作用
        • 少量电解质可对溶胶起稳定作用，但电解质加入过多（含高价反离子电解质的加入）时，会使溶胶聚沉
        • 聚沉值：使溶胶发生明显的聚沉所需电解质的最小浓度
          • 正比于1/Z(反离子价数l六次)^6
        • 聚沉能力：聚沉值的倒数
          • 正比于Z^6
        • 聚沉规律
          • a.反离子价数影响很大
            • 反离子价数增加，聚沉值减小，聚沉能力增大
          • b.同价离子，聚沉能力由有感胶离子序决定【考】
            • H+最大，OH-最小
              • 正离子半径越小，（水化能力越强，水化层厚，进入紧密层少）聚沉能力越小
              • 负离子半径越小，聚沉能力越大
      • 2）高分子化合物的聚沉作用
        • a.搭桥效应
          • 一个高分子化合物由很长的链，链上有停靠集团，那么一个大分子通过吸附，可将许多胶粒连接起来变成较大的聚集体
        • b.脱水效应
          • 高分子对水的亲和力强，它的存在使得胶粒脱水而聚沉
        • c.电中和效应
          • 离子型的高分子，吸附后，中和带电胶粒的粒子表面电荷，使得粒子之间斥力降低，进而聚沉，
• 主题
• 溶胶稳定的原因
  • 胶粒带电
    • 增加胶粒间的排斥作用
  • 溶剂化作用
    • 形成弹性水化外壳，增加溶胶聚合的阻力
  • 布朗运动
    • 使胶粒克服受重力影响而不下沉