导图社区 物理化学-胶体化学
物理化学-胶体化学，内容有： 1、胶体的概念和性质 2、气溶胶（以粉尘为例） 3、液溶胶 4、高分子化合物溶液 ，参考自天大物化教材
含电阻率（四探针等）、扩展电阻、CV、霍尔效应、深能级、复合寿命测量的基本原理、技术与示例，适合半导体材料领域小白。
参考自南开大学《结构化学》视频课程，内容包括量子力学基础、原子结构、分子结构、共轭体系和休克尔分子轨道处理方法，适合材料人参考。
参考自刘恩科等编著的《半导体物理学》，在完整的半导体中，电子的能谱是一些密集的能级组成的带（能带），能带与能带之间被禁带隔开。在每个能带中，电子的能量E可表示成波矢的函数E(k)。在绝对零度时，完全被电子充满的最高能带，称为价带，能量最低的空带称为导带。
社区模板帮助中心，点此进入>>
英语词性
法理
刑法总则
【华政插班生】文学常识-先秦
【华政插班生】文学常识-秦汉
文学常识：魏晋南北朝
【华政插班生】文学常识-隋唐五代
【华政插班生】文学常识-两宋
民法分论
日语高考動詞の活用
胶体化学
1、胶体的概念和性质
1.分散系统
分散系统
一种或几种物质分散在另一种物质中构成的系统
分散相
被分散的物质
分散介质
起分散作用的物质
粗分散系统
半径大于1000nm，浑浊不均匀系统，静置后沉淀或分层
胶体分散系统 （半径1~1000nm）
溶胶(多相、高分散度、热力学不稳定性)
聚集状态
液溶胶（分散介质为液体）
固溶胶（分散介质为固体）
气溶胶（分散介质为气体）
分散相不能是气体，不符合多相
稳定性
憎液溶胶
亲液溶胶
高分子溶液（均相、热力学稳定性)
缔合胶体（均相、热力学稳定性)
真溶液
分子半径在1nm以下，以分子/离子形式混合，均匀单相
2.胶体的光学性质
（1）丁达尔效应（乳光效应）
在暗室里，将一束聚焦的光投射到胶体系统上， 在与入射光垂直的方向上，可观察到一个发亮的光锥。
散射光
分子吸收一定波长的光，形成电偶极子， 由其震荡向各个方向发射振动频率与入射光频率相同的光。
丁达尔效应可用来区分胶体溶液和小分子真溶液
系统完全均匀，所有散射光相互抵消，看不到散射光;
系统不均匀，散射光不会被相互抵消，可看到散射光。
产生明显散射的条件
粒子尺寸小于光波长
（2）瑞利公式
假设
粒子的尺寸远小于入射光的波长，可认为粒子是点光源;
粒子间的距离较远，各粒子散射光间无相互干涉;
粒子不导电。
结论
3. 胶体的动力学性质
（1）胶体中的Brown运动
布朗运动
悬浮在液体或气体中的微粒所做的永不停息的无规则运动。 其因由英国植物学家布朗观察水中花粉的运动所发现而得名
布朗运动是分子热运动的必然结果
原因
分散介质分子对胶粒的撞击
爱因斯坦-布朗平均位移公式 （几率+分子 运动论）
R为摩尔气体常数
实验证明
Svedberg用超显微镜对金溶胶做不同时间间隔t与平均位移<x>测定的实验， 验证了爱因斯坦-布朗平均位移公式。
（2）扩散作用
溶胶粒子的扩散
指溶胶粒子从高浓度区向低浓度区定向迁移现象，扩散的推动力是浓度梯度。 即胶粒从高浓度处向低浓度处扩散是自发的.
溶胶粒子的扩散规律 （菲克第一定律）
爱因斯坦-斯托克斯方程
对于球形粒子
符号意义参见爱因斯坦-布朗平均位移公式
与爱因斯坦-布朗平均位移公式结合可得 扩散系数得到方法
（3）沉降与沉降平衡
沉降
多相分散系统中的粒子，因受重力作用而下沉的过程
（沉降与布朗运动所产生的扩散为一对矛盾的两个方面）
达到沉降平衡时，粒子浓度随高度的分布 （贝林公式）
注意
（1）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(M大)，随h增加，浓度降低越快。
（3）实际上达到沉降平衡需要很长时间，温度波动引起对流会影响沉降平衡的建立。
4. 胶体的电学性质
电动现象
溶胶的与电势差有关的相对运动
胶粒带电，这也是其能长期存在的原因
带电原因
（a）胶体粒子可从溶液中选择性的吸附某种离子而带电。
规则
离子晶体表面从溶液中优先吸附能与它晶格上离子 生成难溶或难电离的化合物的离子。
（b）胶体表面上的某些分子、原子可发生电离。
（1）带电界面的双电层结构
溶液中带电胶体粒子表面，必然要吸引相反电荷离子，使它们围绕在胶体粒子周围，这样就在固、液两相间形成了双电层。
双电层理论的发展
(a)亥姆霍兹平板电容器模型
①正负电荷如平板电容器那样分布
②两层距离与离子半径相当
③在外加电场下，带电质点与溶液中反电离子分别向相反方向移动
缺点
(b)扩散双电层理论
①反电荷的离子不是整齐的排列在一个平面上，而是扩散分布在溶液中的。
②离固体表面越远，反离子浓度越小，形成反离子的扩散层。
(c)斯特恩双电层理论
①离子有一定的大小;
②质点与表面除静电作用外还有范德华作用，因而表面可以形成一固定吸附层， 称为Stern层(包括一些溶剂分子)，其余反离子扩散分布在溶液中，构成扩散部分。
概念
热力学电势
固定吸附层/斯特恩层
在靠近固体表面1~2个分子厚的区域内，反离子由于受到强烈的吸引（静电+范德华）而结合在表面上，形成了一个紧密的吸附层，称为固定吸附层或斯特恩层 即斯特恩面与固体表面所夹的区域
斯特恩面
被紧密吸附的反粒子的电性中心所形成的假想面， 是紧密层和扩散层的分界面
斯特恩电势
斯特恩面的电势
z电势
滑动面与溶液本体之间的电势差
只有在固、液两相之间发生相对移动时，才能呈现出z电势
zeta电势的大小，反映了胶粒的带电程度。
电势越高，表明:胶粒带电越多，滑动面与溶液本体之间的电势差越大，扩散层厚度越厚。
优点
给出了zeta电势明确的物理意义
可以解释胶体的电动现象
定性的解释了电解质浓度对胶体稳定性的影响，使人们对双电层的结构有了更深入的认识
（2）胶团结沟
过量的物质作为稳定剂（上图就是硝酸银作为稳定剂）
（3）胶体的电动现象
①电泳
定义
在外电场的作用下，溶胶粒子在分散介质中定向移动的现象
电势梯度越大，粒子带电愈多，粒子的体积越小，则电泳速度越大； 介质的粘度越大，电泳速度则越小。
胶体中加入电解质，会对电泳有显著影响
外加电解质可以改变电泳速度，甚至胶粒的带电情况从而改变胶粒的电泳方向。
②电渗
在多孔膜（或毛细管）两端施加一定的电压，液体通过多孔膜而定向流动的现象
流动的方向和速度大小与多孔塞材料及流体性质有关。
③流动电势
在外力作用下，迫使液体通过多孔隔膜（或毛细管）定向流动，多孔隔膜两端所产生的电势差
④沉降电势
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
四种电动现象的相互关系
2、气溶胶（以粉尘为例）
粉尘的分类（按在静止的空气中的沉降性质）
尘埃
粒子直径在10~100μm，颗粒较大，在静止的空气中加速沉降的尘粒
尘雾
粒子直径在0.25~10μm，在静止的空气中可呈现出等速沉降的尘粒
尘云
粒子直径在0.1μm以下，颗粒甚小，在静止的空气中不能自动地下沉
粉尘的性质
（1）润湿性
一般来说粉尘的颗粒越小，吸附能力越强，所形成的气膜越牢固， 水对其润湿性越弱
提高水滴的分布密度，增加粉尘与水滴相对运动的速度皆有利于水对粉尘的润湿
（2）粉尘沉降的速度
只有分散程度较高，在静止的空气中表现为等速沉降的尘粒， 才可以用斯托克斯方程计算其沉降速度
（3）粉尘的荷电性
在粉尘产生的过程中，由于物料之间激烈地摩擦、碰撞、放射性射线的照射及高压电场的影响，可使粉尘带电荷
（4）粉尘的爆炸性
粉尘是高度分散的多相系统，可燃性粉尘于空气中，在适当条件下就会发生爆炸
粉尘的爆炸实质上是激烈的化学反应
发生爆炸时粉尘的最高浓度称为粉尘的爆炸上限， 最低浓度则称为粉尘的爆炸下限
（5）气溶胶的光学性质
气溶胶的丁达尔效应也基本服从瑞利公式
光化学烟雾
是由汽车、工厂的烟囱中排放出的氮的氧化物及碳氢化合物等物质，经 太阳光紫外线照射，生成一种淡蓝色的毒性很大的气体
（6）粉尘的凝聚性
经相互碰撞，可使微小的粉尘凝聚成较大的粒子，当其质量足够大时，即使有空气流动，也能自动地沉降
应用
气体除尘
是除去悬浮在气体中的粉尘的过程，即气溶胶的破坏
3、液溶胶
1~1000nm固体颗粒
液体
制备方法
分散法
(1)机械研磨法
(4)电弧法
(2)超声波分散法
(3)胶溶法
凝聚法
物理凝聚法
蒸汽凝聚法
过饱和凝聚法
化学凝聚法
利用生成不溶性物质的化学反应，控制析晶过程， 使其停留在胶核尺度的阶段，从而得到胶体。
控制析晶过程，指利用有利于大量形成晶核，减缓晶体生长的条件。 比如采用较大的过饱和浓度，较低的操作温度。
影响因素
①胶粒带电—增加胶粒间的排斥作用;
②溶剂化作用一形成弹性水化外壳，增加溶胶聚合的阻力;
③Brown运动一使胶粒虽受重力的影响而不下沉。
所以，要使胶体聚沉要从中和粒子电荷、降低溶 剂化作用等入手。
憎液溶胶的聚沉
聚沉
胶体中的分散相微粒相互聚合合并，颗粒变大，进而产生沉淀的的现象
聚沉值
使一定量的溶胶在一定时间内完全聚沉所需电解质的最小浓度
某电解质的聚沉值愈小，表明其聚沉能力愈强
聚沉能力
聚沉值的倒数
聚沉规则
异号
异价（舒尔策-哈迪价数规则）
起聚沉作用的主要是反离子，且聚沉能力随离子价的增加而显著增加,
同价
正离子水化能力很强，离子半径越小水化能力越强，水化层越厚，被吸附能力越小，进入斯特恩层的数量减少，聚沉能力降低
负离子水化能力很弱，半径越小吸附能力越强，聚沉能力越强
感胶离子序（聚沉能力大小排序）
同号
与溶胶电性同号的离子也有一定的作用， 大的或高价的负（或正）离子对负（或正）电性胶体有一定的稳定作用。
DLVO理论
（1）胶团之间既存在着斥力势能，也存在着引力势能
（2）溶胶的相对稳定性或聚沉取决于斥力势能及引力势能的相对大小
（3）斥力势能、引力势能及总势能都随着粒子间距离的变化而变化，但必然存在引力占优区和斥力占优区
（4）理论推导表明，加入电解质时，对引力势能影响不大，但对斥力势能的影响却十分明显
憎液溶胶的净化
少量电解质的存在能起到稳定剂的作用，但是过多的电解质反而会引起胶粒聚沉而破坏胶体的稳定性，因此必须将胶体净化，除去过量的电解质。
常用方法
渗析法
超过滤法
乳状液
由两种或两种以上不互溶(或部分互溶)的液体所 形成的分散系统称为乳状液
分类
O/W
W/O
制备
(1)机械搅拌法
(2)机械研磨法
(3)加压乳化法
(4）超声乳化法
转型与破乳
转型
破乳
把乳状液破坏，使其内、外相分离(分层)
方法
①物理法：搅拌，加压或减压，加热或冷却，离心分离，高压静电
②化学法：用化学方法除去乳化剂。
4、高分子化合物溶液
高分子化合物
相对分子质量大于1000的大分子化合物以及合成高分子化合物
有与胶体相似的性质，但不是胶体
高分子溶液与胶体性质的比较
渗透压
唐南平衡
因大分子离子的存在而导致小分子离子在半透膜两边分布不均匀的现象。
高分子的聚沉
高分子化合物既可使溶胶稳定,也可使溶胶聚沉。 好的聚沉剂应是相对分子量很大的线型聚合物
搭桥效应
脱水效应
电中和效应
盐析作用
在高分子溶液中加入大量电解质发生聚沉的现象。
盐析作用的效果与离子的种类有关与离子的价数没有多大关联
胶凝作用
高分子溶液在一定的外界条件下，黏度逐渐变大，以致失去流动性而使整个系统变成半固体状态的弹性凝胶的过程
