胶体表面化学作业

3.DLVO理论和空间稳定性理论的异同点(第三次作业)DLVO理论DLVO理论认为，溶胶在一定条件下是稳定存在还是聚沉，取决于粒子间的相互吸引力和静电斥力。若斥力大于吸引力则溶胶稳定，反之则不稳定。1粒子间的相互吸引胶粒间存在相互吸引的作用力，其本质为范德华力。由于胶粒是许多分子的聚集体，故胶粒间的吸引力是胶粒中所有分子引力的总和。胶粒间的吸引力与胶粒间的距离的3次方成反比，说明胶粒在比较远的距离时胶粒间仍有一定的吸引力，即有长程范德华力。2粒子间的相互排斥溶胶粒子具有双电层结构，粒子与其扩散层是电中性的，粒子所带电荷正好为扩散层的离子氛所中和，故后者如同一“屏蔽”层，将带电的粒子屏蔽起来，以致粒子间不发生静电排斥。可是，一旦粒子间的扩散层发生重叠时，情况便发生了变化。重叠不仅破坏了扩散层中的电荷分布，而且也影响到双电层的静电平衡和电势，从而使粒子的屏蔽遭到破坏，彼此间产生静电斥力。粒子间的静电斥力势能，除了与粒子和粒子间的几何因素有关外，还取决于表面电势ψ0和电解质的浓度及价型。空间稳定理论：质点表面上大分子吸附层阻止了质点的聚结，这一类作用称为空间稳定作用。空间稳定作用是高分子稳定水溶胶及非水溶胶的主要因素。两粒子的高分子吸附层靠近被压缩，压缩后高分子链可能采取的构象数减少，构象熵降低，熵的降低引起自由能增加，从而产生斥力势能。当两高分子吸附层重叠时可以相互渗透，重叠区高分子浓度增加，当溶剂为良溶剂时，因有渗透压而产生斥力势能。当溶剂为不良溶剂时，可产生引力势能。空间稳定理论的基本要点：1、带电聚合物被吸附以后，会影响胶粒间的静电斥力位能。这一点同吸附简单离子相同，同样可用DLVO理论处理。这是DLVO和空间稳定理论的相同点。2、高聚物的存在通常会减小胶粒间的Hamaker常数，因而也减小了范德华吸引能。3、由于聚合物的存在而产生一种新的斥力位能——空间斥力位能。电解质的聚沉作用溶胶由于失去聚结稳定性进而失去动力稳定性的整个过程叫聚沉。电解质可以使溶胶发生聚沉。因为电解质的浓度或价数增加时，会压缩扩散层，扩散层变薄，斥力势能降低。使溶胶的ξ电势下降，且电解质的浓度越高ξ电势下降幅度越大。当ξ电势下降至某一数值时，溶胶就会失去聚结稳定性，发生聚沉。不同电解质对溶胶有不同的聚沉能力，常用聚沉值来表示。聚沉值是指能使溶胶聚沉所需的电解质最低浓度。聚沉值越大，电解质对溶胶的聚沉能力越小。聚沉值的大小与电解质中与溶胶所带电荷符号相反的离子的价数有关。这种相反符号离子的价数越高，电解质的聚沉能力越大。其符合叔采-哈迪规则：M+:M2+:M3+=(25-150):(0.5-2):(0.01-0.1)而且电解质的反离子价数相同时，反离子的水合半径越小，聚沉能力越强。例如：对一价阳离子,按聚沉能力排列：H+Cs+Rb+NH4+K+Na+Li+对一价阴离子，按聚沉能力排列：F-Cl-Br-NO3-I-这种将同符号、同价的离子按聚沉能力排成的顺序，通常称为感胶离子序。利用电解质使胶体聚沉的实力很多，在豆浆中加入卤水做豆腐就是一例。P79高分子化合物使溶胶聚沉的原因在溶胶中加入少量高分子化合物可以使溶胶聚沉，称为絮凝作用。在溶胶中加入足够多的高分子化合物，则会阻止溶胶的聚沉，称为空间保护作用。当高分子的浓度很低时，高分子主要表现为对溶胶的絮凝作用。絮凝作用是由于高分子对溶胶胶粒的“桥联”作用产生的。“桥联”理论认为：在高分子浓度很低时，高分子的链可以同时吸附在几个胶体粒子上，通过“架桥”的方式将几个胶粒连在一起，由于高分子链段的旋转和振动，将胶体粒子聚集在一起而产生沉降。高分子对胶粒的絮凝作用与电解质的聚沉作用完全不同：由电解质所引起的的聚沉过程比较缓慢，所得到的沉淀颗粒紧密、体积小，这是由于电解质压缩了溶胶粒子的扩散双电层所引起的；高分子的絮凝作用则是由于吸附了溶胶例子以后，高分子化合物本身的链段旋转和运动，将固体粒子聚集在一起而产生沉淀。絮凝作用具有迅速、彻底、沉淀疏松、过滤快、絮凝作用量少等优点，特别对于颗粒较大的悬浮体尤为有效。这对于污水处理、钻井泥浆、选择性选矿以及化工生产流程的沉淀、过滤、洗涤等操作都有极重要的作用。例如，对Sio2进行重量分析时，在SiO2的溶胶中加入少量明胶，使SiO2的脚力粘附在明胶上，便于聚沉后过滤，减少损失，使分析更准确。4、针对一个与润湿有关的实例，用所学知识对其进行说明解释。矿物的泡沫浮选：浮选的基本原理是利用矿物界面性质的差异来分离、富集、精制的一种分选工艺，矿物的表面特性很复杂，包括表面键的断裂、表面电性、表面离子状态、表面元素的电负性、表面极性、表面自由能、表面剩余能、表面不均匀性、表面积、表面溶解性以及表面结构和化学组成等。这些表面特性与矿物可浮性具有直接的关系，也为通过利用浮选药剂的作用来改变矿物表面的某些特性达到分离矿物及改善浮选效果提供了机会。铁矿石中的主要脉石矿物是石英。浮选是集细粒嵌布(149)矿石的常用方法。矿物颗粒自身表面具有疏水性或经浮选药剂作用产生或增强疏水性。疏水就是亲油和亲气体，可在液，气或水—油的界面发生聚集。经过一系列工艺处理后的金矿粒虽然密度大却能与气泡和浮选剂亲合而被浮于浮选机的矿液表面，将作为泡沫产品回收。当入选矿粒小于l0um时需要采用特殊的浮选法。常用的有用絮凝剂使细粒金或含金矿物絮凝成较大颗粒，脱出脉石细泥后再浮去粗粒脉石，这是絮凝—浮选。荷载体浮选是用粒度适于浮选的矿粒作荷载体，使微细粒金粘附于荷载体表面并随上浮而成金精矿。用油类使细矿粒团聚进行浮选的油团聚浮选和乳化浮选。5、固-气吸附或固体-溶液吸附在科学研究和生产实际中有广泛的应用，举出一个实例，说明吸附原理及作用。P206水处理中的吸附作用6、简述表面活性剂的重要性质和主要作用：举出一个应用实例说明其作用原理。表面活性剂有两个基本性质：1、表面吸附并定向；2、形成胶束并在胶束中定向。表面活性剂的主要作用：表面活性剂的基本结构决定了其分子具有双亲媒性（亲水、亲油）。从而使表面活性剂在其溶液中有两个基本性质，这两个基本兴中决定了表面活性剂有多功能作用：润湿、渗透、乳化、分散、增溶、洗涤。洗涤是表面活性剂最大的用途。家用品（纺织品、服装、厨房、卫生间、居室、其它），工业用品（食品、交通、印刷、机械、精密仪器、医疗设备、其它）；起泡、捕集（浮选：煤炭工业、采矿业）；抗静电（合成纤维、塑料、橡胶）；柔软（织物柔软整理）；防水、防雨具制造（雨伞、雨衣、防雨篷布）；絮凝（造纸业、废水治理）；杀菌（医疗行业、石油行业）；缓蚀（金属清洗、强化采油）。实例：洗涤作用P1357、假如你是“胶体与界面化学”课程的主讲教师，请写出你的教学计划和教学方法。