《工科化学》课件工科化学12章9-10.ppt
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1、2023-10-211第八节胶体系统的稳定与聚沉第八节胶体系统的稳定与聚沉一、胶体系统的稳定一、胶体系统的稳定DLVO理论理论(一一)理论要点理论要点(1)胶团间既存在斥力势能,也存在引力势能引力范德华力:分子或原子间与距离6次方反比,属近程力。分散相微粒间引力,仍有范德华引力性质,但因每个核粒皆由多个分子或原子组成,这种范德华引力是多个分子或原子作用的结果,作用范围,比分子的大千百倍,为远程范德华力斥力两胶团相隔较远时,不产生斥力,扩散层重叠,重叠区内反离子浓度增加,扩散层对称性破坏,也破坏双电层静电平衡,导致两胶团间产生静电斥力,重叠区加大,斥力势能增加2023-10-212(2)胶体稳定
2、或聚沉取决于斥力势能或吸力势能相对大小。斥力势能大于吸力势能,足以阻止由于布朗运动使粒子碰撞而粘结时,胶体相对稳定;反之,粒子互相靠拢而聚沉(3)斥力势能、吸力势能以及总势能都随着粒子间距离而变,但斥力势能及吸力势能与距离关系不同,必会出现在某一距离范围吸力势能占优;在另一范围内斥力势能占势的现象(4)加入电解质,对吸力势能影响不大,对斥力势能影响明显,会导致系统总势能发生变化 EP=ER+EA ER Emax b a EA2023-10-213(二)溶胶相对稳定的原因(二)溶胶相对稳定的原因 (1)胶粒带电的稳定作用一对分散相微粒相互作用总势能Ep,可用斥力势能(repellent ener
3、gy)ER及吸力势能(attractive energy)EA表示,即Ep=ER+EA以ER、EA及Ep对粒子间距离x作图,得势能曲线。EA和ER为吸力势能和斥力势能曲线,距离较远,EA 和ER皆趋于零;较短距离时,EA比ER陡;距离x趋于零时,ER和EA趋于正、负无穷大;两粒子从远处接近,先起作用的是EA,a点以前EA主导;a与b之间ER主导,使总势能曲线(实线)出现极大值Emax。此后,EA迅速增加,形成最小值。两粒子再靠近,两带电胶核产生强大静电斥力使Ep急剧加大Emax代表溶胶发生聚沉时必须克服的“势垒”,迎面相碰的一对胶体粒子所具有的平动能足以克服这一势垒,才能进一步靠拢聚沉。若Em
4、ax足够高,胶粒热运动无法克服,溶胶相对稳定;若Emax很小或者不存在,溶胶易聚沉2023-10-214(2)溶剂化的稳定作用溶剂化也是溶胶稳定的重要原因:水为分散介质,胶团双电层结构离子都是水化的,在粒子周围形成弹性水化外壳。布朗运动使胶团靠近时,水化外壳受挤压而变形,但每个胶团都力图恢复其原来的形状而又被弹开,可见,水化外壳的存在增加了溶胶聚合的机械阻力,利于溶胶的稳定性(3)动力稳定作用粒子的布朗运动足够强时,能够扩散达到沉降平衡,克服重力场影响而不下沉,这种性质称动力稳定性。分散相与分散介质密度差愈小,介质粘度愈大,分散相的颗粒愈小,布朗运动愈强烈,溶胶的动力稳定就愈强分散相粒子带电、
5、溶剂化作用及动力稳定是胶体系统三个重要的稳定原因。中和粒子所带电荷,不但降低Emax,而且降低溶剂化作用,布朗运动引起的胶粒间碰撞只可能加速粒子间相互聚结。因此,使胶体系统得以相对稳定的三个因素中,胶粒带电是决定性的2023-10-215二、胶体系统的聚沉二、胶体系统的聚沉胶体系统中的分散相微粒互相聚结,颗粒变大,进而发生沉降的现象,称为聚沉(coagulation)(一)电解质的聚沉作用(一)电解质的聚沉作用适量电解质稳定胶体;量过多,尤其高价反离子易使溶胶聚沉。原因:电解质浓度或价数增加,将更多反离子挤入紧密层,使电势降低,扩散层变薄,ER降低,Emax变小,当电解质浓度足够大时,会使溶胶
6、聚沉EP c1 c2 c3使溶胶发生明显聚沉所需电解质的最小浓度,称该电解质的聚沉值。聚沉值愈小,聚沉能力愈大,聚沉值的倒数定义为聚沉能力2023-10-216(1)舒尔采哈迪(Schulze-Hardy)价数规则电解质中能使溶胶聚沉的离子,是与胶体粒子带电符号相反的离子,即反离子。反离子的价数愈高,聚沉能力愈大。例,As2S3粒子带负电,起聚沉作用的是阳离子。KCl、MgCl2、A1C13的聚沉值分别为49.5、0.7、0.093mo1m-3,若以K+为比较标准,其聚沉能力有如下关系:Me+Me2+Me3+=1 70.7 532也有反常现象:H+一价,有很强的聚沉能力,可能与质子很强的穿透能
7、力有关(2)感胶离子序同价反离子聚沉能力大小次序为感胶离子序(lyotropic series)。一价正、负离子对带相反电荷胶体粒子的聚沉能力大小的顺序H+Cs+Rb+NH4+K+Na+Li+F-C1-Br-NO3-I-SCN-0H-2023-10-217(二)高分子化合物的聚沉作用和保护作用(二)高分子化合物的聚沉作用和保护作用1.聚沉作用聚沉作用(1)搭桥效应长链高分子,可同时吸附在多个微粒上。起搭桥作用,把多个胶粒联结起来,变成较大的聚集体而聚沉(2)脱水效应高分子对水有更强的亲合力,由于它的溶解与水化作用,使胶粒脱水,失去水化外壳而聚沉(3)电中和效应离子型高分子吸附在带电胶粒上,可中
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- 工科化学 工科 化学 课件 12 10
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