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物理化学finished公开课一等奖优质课大赛微课获奖课件.pptx
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1、胶体分散体系胶体分散体系 andand 大分子溶液大分子溶液第1页第1页第十三章第十三章 胶体分散体系和大分子溶液胶体分散体系和大分子溶液l13.1 胶体分散系统及粗分散系统l13.2 溶胶制备及纯化l13.3 溶胶性质l13.4 溶胶稳定l13.5 溶胶聚l13.6 大分子溶液性质l13.7 粗分散系统l13.8 例题及其解析第2页第2页13.1 胶体分散系统及粗分散系统胶体分散系统及粗分散系统 1、胶体分散系统及粗分散系统研究内容、胶体分散系统及粗分散系统研究内容 分散系统定义 一个或几种物质分散在另一个物质中所构成系统叫分分散系统散系统。分散系统分类分散质分散质被分散物质;分散介质分散介
2、质起分散作用物质。分散系统均相分散系统电解质(包括胶体电解质)溶液。小分子及大分子溶液;非均相分散系统粗分散系统。溶胶;第3页第3页 胶体分散系统及粗分散系统分类 按分散质(分散相)及分散介质汇集态分类 按分散质质点大小分类胶体分散系统胶体分散系统 分散质质点大小为1-1000nm(10-910-6m)。粗分散系统粗分散系统 分散质质点大小超出1m(10-6m)。表表13-1分散系统分类(按分散相及分散介质汇集态分类)分散系统分类(按分散相及分散介质汇集态分类)第4页第4页 胶体分散系统及粗分散系统研究对象高度分散、多相、热力学不稳定系统;高度分散、均相、热力学稳定系统;高度分散、均相、热力学
3、稳定系统。溶胶(憎液胶体)溶胶(憎液胶体)缔合胶体(胶束)缔合胶体(胶束)大分子溶液(亲液胶体)大分子溶液(亲液胶体)胶体分散系统粗分散系统乳状液乳状液;泡沫泡沫;悬浮液悬浮液。第5页第5页 2、胶体分散系统及粗分散系统研究办法、胶体分散系统及粗分散系统研究办法热力学办法量子力学办法统计热力学办法试验办法与技术光散射技术能谱技术超显微技术高速离心技术电泳散射技术第6页第6页13.2 溶胶制备及纯化溶胶制备及纯化溶胶质点大小1nm 1000nm小分子溶液质点大小 1m更换溶剂法化学反应法物理凝聚法研磨法超声分散法电弧法更换溶剂法:松香乙醇溶液+水 松香水溶胶 例:化学反应法:FeCl3(稀水溶液
4、)+3H2O煮沸Fe(OH)2溶胶+3HCl1.溶胶制备溶胶制备第7页第7页2.溶胶纯化溶胶纯化惯用办法渗析渗析:利用溶胶质点不能通过半透膜,而离子或小分子能通过半透膜性质,将多出电解质或小分子化合物等杂质从溶胶中除去;超出滤法超出滤法:超出滤法是用孔径极小而孔数极多膜片作为滤膜,利用压差使溶胶流通过滤器,使杂质透过滤膜而除掉。第8页第8页13.3 溶胶性质溶胶性质 1、溶胶光学性质、溶胶光学性质 丁达尔现象实质是溶胶对光散射作用。由于溶胶光学不均匀性,当一束波长不小于溶胶分散相粒子尺寸入射光照射到溶胶系统,可发生散射现象散射现象丁达尔现象丁达尔现象(见图13-1)。第9页第9页 瑞利(L.W
5、.Rayleigh)公式(13-1)用丁达尔效应可判别小分子溶液、大分子溶液、和溶胶。溶胶丁达尔效应明显小分子溶液无丁达尔效应大分子溶液丁达尔效应微弱第10页第10页2、溶胶动力性质、溶胶动力性质 扩散与布朗运动 由于体积粒子数梯度存在引起粒子从高体积粒子数区向低体积粒子数区定向迁移现象叫扩散扩散。费克费克(第一第一)扩散定律扩散定律(13-2)单位时间内通过截面积A扩散粒子数;定温下,体积粒子数梯度;D扩散系数扩散系数。分散介质中分散相粒子扩散扩散遵守费克定律。第11页第11页 布郎运动布郎运动(溶胶运动性质运动性质之一)溶胶中分散相粒子由于受到来自四周八方做热运动分散介质撞击而引起无规则运
6、动。用超显微镜超显微镜能够观测布朗布朗(Brown)运动运动。(见图13-2)。溶胶中分散相粒子扩散作用是由布朗布朗(Brown)运动运动引起。图13-2 布朗运动(a)第12页第12页图13-2布朗运动(b)爱因斯坦提出相关布朗运动理论。对球形粒子得到布朗运动公式:(13-3)在观测时间t内粒子沿x轴方向平均位移;r粒子半径;介质粘度;L阿佛加德罗常量。第13页第13页 沉降与沉降平衡沉降沉降溶胶中分散相由于受本身重力作用而下沉过程。(13-4)分散相在介质中沉降速度:沉降速度;r分散相粒子半径;B,0分别为分散相及分散介质密度;g自由落体加速度;分散介质粘度。第14页第14页 沉降平衡沉降
7、平衡 分散相粒子本身重力使粒子沉降;而介质粘度及布朗运动引起扩散作用制止粒子下沉;两种作用相称初达到平衡。可应用沉降平衡原理,计算系统中粒子体积粒子数高度分布:(13-5)n1,n2分别为高度h1,h2处体积粒子数;B,0分别为分散相(粒子)及分散介质体积质量;M B粒子摩尔质量;g自由落体加速度。第15页第15页3、溶胶电学性质、溶胶电学性质 带电介面双电层结构 大多数固体物质与极性介质接触后,在界面上会带电,从而形成双电层。电荷也许起源于离子吸附;固体物质电离;离子溶解。第16页第16页斯特恩电势斯特恩电势由紧密层与扩散 层之间分界处 至溶液本体间 电势差;电势电势(动电电势动电电势)由滑
8、动面 至溶液本体 间电势差。热力学电势热力学电势由固体表面至溶 液体间电差 双电层结构斯特恩模型斯特恩模型 如图13-3图13-3 双电层模型+-+-+-斯特恩层(紧密层)扩散层e(a)斯特恩模型斯特恩模型-固体表面斯特恩面滑动面e;第17页第17页 溶胶胶团结构 以KI溶液滴加至AgNO3溶液中形成AgI溶胶(正溶胶)为例:胶团结构式见图13-4固相紧密层扩散层(AgI)mnAg+(n-x)NO3x+xNO3-溶液本体胶核胶粒滑动面胶团图 10-4胶团结构第18页第18页胶团示意图见图13-5图13-5 碘化银胶团结构及示意图(AgNO3为稳定剂)NO3-NO3-NO3-NO3-NO3-NO
9、3-NO3-NO3-NO3-NO3-NO3-NO3-(AgI)mAg+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+第19页第19页 电动现象由于胶粒是带电,会产生电动现象电动现象:包括电泳电泳;电渗电渗;流动电势流动电势;沉降电势沉降电势。电泳电泳在外加电场作用下,带电分散相粒子在分散介质中向相反符号电极移动现象。+图13-6 电泳第20页第20页 电渗电渗在外加电场作用下,分散介质(由过剩反离子所携带)通过多孔膜或极细毛细管移动现象(此时带电固相不动)+图13-7 电渗气体V压力毛细管图13-8 流动电势 流动电势流动电势 在外加压力下,迫使液体流经相对静止固体表面(如
10、毛细管)而产生电势叫流动电势流动电势(它是电渗逆现象)。第21页第21页 沉沉降降电电势势 由于固体粒子或液滴在分散介质中沉降使流体表面层与底层之间产生电势差叫沉沉降降电电势势(它是电泳逆现象)。图13-9 沉降电势+V第22页第22页13.4 溶胶稳定溶胶稳定 1、溶胶动力稳定性、溶胶动力稳定性 2、溶胶稳定理论、溶胶稳定理论 DLVO理论溶胶动力稳定性动力稳定性溶胶中分散相粒子布朗运动能在一段时间内保持溶胶稳定存在。溶胶聚结不稳定性聚结不稳定性溶胶是热力学不稳定系统,胶粒迟早要发生聚沉聚沉。由德德查查金金(Darjaguin)、朗朗道道(Landau)和和维维韦韦(Verwey)、奥奥弗比
11、可弗比可(Overbeek)提出理论,要点下列:在胶粒之间,存在着两种相反作用力所产生势能。斥力势能斥力势能UR 由扩散双电层互相重叠时而产生。吸力势能吸力势能UA 另一是由分子存在远程vdW力而产生。第23页第23页 当x缩小,先出现一极小值F,则发生粒子汇集称为絮凝絮凝(可逆)。U=UR+UA即系统总势能,U改变决定着系统稳定性。UR,UA及U均是胶粒之间距离x函数,如图13-10所表示。当x再缩小,则出现极大值Umax。只有两胶粒通过热运动积聚动能超出15kT时才有也许超出此能量值,进而出现极小值C,在此处发生粒子间聚沉聚沉(不可逆)。图 13-10胶粒间斥力势能、吸力 势能及总势能曲线
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