胶体的电学性质.ppt

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1、§1.3胶体的电学性质一、电动现象1803年，俄国科学家PeИcc发现：带负电的粒土颗粒在水中在外加电场的作用下向正极移动；1961年，Quincke发现：在一定压力下将液体挤过毛细管时，则在毛细管两端产生电势差电动现象：在外电场作用下使分散相-分散介质固液两相发生相对运动或在外力作用下使固-液两相发生相对运动而产生电场的现象。1电泳在外加电场作用下，分散相胶粒相对于静止介质作定向移动的电动现象。在电子显微镜下，恰像小蝌蚪在水中游动的景象。2电渗在外加电场作用下，分散介质相对于静止的带电固体表面做定向移动的现象。固体可以是毛细管或多孔性滤板。3流动电势在外力作用下，流体流过

2、毛细管或多孔塞时，两端产生的电势差。4沉降电势在外力作用下，带电胶粒作相对于相对于液相的运动时，两端产生电势差。二、胶体表面电荷的来源电动现象表明胶粒在液体中是带电的。电荷来源大致有：1、电离作用有些胶粒带有可电离的基团，则在分散介质中电离而带电。如丙烯酸酯乳液粒子带负电：阴离子水分散聚丙烯酰胺胶粒带负电：阳离子淀粉胶粒带正电：2、离子吸附作用胶粒可通过对介质中阴、阳离子的不等量吸附而带电。如：金属氢氧化物通过吸附H+或OH-而带正电荷或负电荷。判断优先吸附离子的规律有两个：（a）水化能力弱的离子易被优先吸附。水化能力强的留在溶液中，通常阳离子的水化能力比阴离子强，所以胶粒

3、带负电的可能性比较大。（b）Fajans规则：即能与胶粒组成离子形成不溶物的离子将优先被吸附。如AgNO3与KI溶液反应制备AgI胶体。当AgNO3过量,胶粒将优先吸附Ag+带正电；当KI过量，则优先吸附I-而带负电。“电势决定离子”：被吸附离子是胶粒表面电荷的来源，其溶液中的浓度直接影响胶粒的表面电势。零电荷点（PZC）：当胶粒表面净电荷为零时，电势决定离子的浓度。3、离子的溶解作用离子型胶粒含有两种电荷相反的离子，如果这两种离子的溶解是不等量的，则胶粒表面上也可以带上电荷。例：若直接将AgI分散于蒸馏水中时，胶粒表面将带负电，水化能力较大的Ag+易溶解，而I-易滞留于胶

4、粒表面。4、晶格取代例：（1）粘土由铝氧八面体和硅氧四面体的晶格组成。晶格中的Al3+、Si4+往往有一部分被低价的Mg2+或Ca2+取代（同晶置换），使粘土晶格带负电。为保持体系的稳定（电中性），粘土胶粒表面吸附一些正离子。例：（2）分子筛骨架的基本结构是硅氧四面体和铝氧四面体，相当于Al3+取代了—Si—中的Si4+，所以分子筛在水性体系中也带负电。5、摩擦带电在非水介质中（或非极性介质），胶粒的电荷来源于分散相（胶粒）与分散介质的运动摩擦。三、双电层理论反离子概念：胶粒表面带电时，由于整个分散体系是电中性的，为了维持体系的电中性，在分散介质中必然存在与胶粒表面电荷数量

5、相等而符号相反的离子。同离子概念：与固体表面带电符号相同的离子。反离子两种运动趋势：(1)静电吸附作用，向胶粒表面靠近；(2)热扩散作用，使反离子向液相本体扩散均匀分布。两种趋势的作用结果：达成平衡分布。越靠近胶粒表面的反离子浓度高，越远离界面的浓度低，直到某一距离处反离子与胶粒的同号离子浓度相等。双电层的Stern模型双电层：胶粒表面的电荷与周围介质中的反离子电荷就构成双电层。表面电势：带电粒子表面与液体内部的电势差称为粒子的表面电势φ0关于双电层的内部结构，即电荷与电势的分布有多种模型如：1879年，Helmholtz模型;1910~1913年，Gouy-Chapman

6、模型;1924年，Stern模型。Stern层：在胶体表面因静电引力和vanderWaals引力而吸附的一层反离子，紧贴在胶体表面形成一个紧密固定的吸附层。Stern层的厚度有反离子的大小而定。Stern面：吸附反离子的中心构成的面。Stern电势：Stern平面与液体内部的电势差为Stern电势ѱδ。在Stern层内，电势由胶体表面电势ѱ0直线下降到ѱδ。扩散层:Stern层以外,反离子成扩散态分布，扩散层中的电势呈曲线下降。扩散层中的电荷与电势分布采用Gouy-Chapman的处理方法。假设不存在Stern层，扩散层从固体表面开始。滑动面：在胶粒的固体表面中有一定数量的

7、溶剂分子与它紧密结合；在电动现象中，这些溶剂分子及其内部的反离子与粒子将作为一个紧密的整体运动，由此固-液两相产生相对运动时存在一个界面，称为“滑动面”。滑动面确切位置不详，但一般认为它在Stern层之外，并深入到扩散层中。电动电势ζ：滑动面上的电势称为电动电势ζ或Zeta电势Gouy-Chapman模型假设:(1)胶粒平面是无限大平面，表面电荷分布均匀;(2)扩散层中的反离子为点电荷，服从Boltzmann分布;(3)溶剂的介电常数到处相同。为了方便，假设溶液中只有一种对称型电解质，正、负离子价数相同Z.（1）电