10.2 溶胶的电学性质

1/17四、溶胶的电学性质1、带电界面的双电层结构大多数固体物质与极性介质接触后，固体表面会带电，由于静电引力作用，必然吸引异性电荷环绕其周围，从而在固、液两相界面间形成双电层，使得溶胶表现出各种电学性质（电泳，电渗，流动电势，沉降电势）。电荷可能来源于离子吸附固体物质的电离离子溶解——如蛋白质中的氨基酸分子；——固体从溶液中选择性吸附某种离子；2/17（1）1879年，亥姆霍茨平板电容器模型+++++++++------固体表面--e图10-4(a)平板电容器模型◆双电层结构的发展史：3/17（2）1910年，古埃-查普曼扩散双电层模型原因：静电引力和热运动。缺陷：把离子视为点电荷，未考虑反离子的吸附及离子的溶剂化。+++++++++e(b)古埃-查普曼模型（3）1924年，斯特恩修正离子有一定大小；静电引力，范德华引力。4/17（3）斯特恩模型+++++++++-------++++++++------+---斯特恩层(紧密层)扩散层e(c)斯特恩模型--固体表面斯特恩面滑动面e（热力学电势）—由固体表面至溶液本体间的电势差；（斯特恩电势）—由斯特恩面至溶液本体间的电势差；电势(动电电势)—由滑动面至溶液本体间的电势差；可见，电势与相差甚小，但含义不同。只有固、液两相发生相对移动时，才呈现电势。δ5/17电势的大小，反映了胶粒的带电程度电势越高，胶粒带电越多，扩散层越厚。若电解质浓度增加，反离子数目↑，扩散层↓，电势数值↓；当电解质浓度足够大，电势甚至可为零(等电点/态)。此时胶体质点不带电，不会发生电动现象，非常容易聚沉。电势(动电电势)—由滑动面至溶液本体间的电势差；6/17IHP(内亥姆霍茨层)—由特性吸附离子和水分子构成的内紧密层；OHP(外亥姆霍茨层)—由水化反离子构成的外紧密层。（4）博克里斯模型（1963年）–++++–IHPOHP固体表面水化阳离子特性吸附阴离子第一层水分子第二层水分子(d)博克里斯模型–滑动面紧密层7/172、溶胶的胶团结构将少量KI溶液滴加至AgNO3溶液中形成AgI正溶胶：+++++++++-------++++++++------+---斯特恩层(紧密层)扩散层--固相[（AgI）mnAg+胶核紧密层（n-x）NO3-]x+扩散层xNO3-溶液本体胶粒胶团滑动面注意电量平衡重点掌握8/17NO3-NO3-NO3-NO3-（AgI）mAg+Ag+Ag+Ag+碘化银胶团剖面图（AgNO3为稳定剂）+++++++++-------++++++++------+---斯特恩层(紧密层)扩散层--固体表面斯特恩面滑动面9/17★胶粒带电规律：•举例：向稀的KI溶液中滴加少量AgNO3溶液，制备AgI溶胶，胶粒带负电。[(AgI)mnI-•（n-x）K+]x-•xK+胶团结构（1）优先吸附与溶胶粒子中某一组成相同的离子；（2）否则，一般先吸附水化能力较弱的阴离子，故带负电荷的胶粒居多。10/173、电动现象由于胶粒是带电的，在外加电场或压力作用下，会产生电动现象。包括电泳电渗流动电势沉降电势——导致胶粒和扩散层相对分离。重点掌握11/17说明：（1）电泳证明胶粒是带电的，可判断胶粒带正电/负电；（2）电解质对电泳影响显著：增加电解质，电泳速度降低以至变成零，甚至改变胶粒带电符号。◆电泳—在外加电场作用下，带电的分散相粒子在分散介质中定向移动的现象。+++++++++++++++++–图10-7电泳12/17★溶胶电泳现象的应用：分离操作、分析鉴定(如纸上电泳、凝胶电泳、高效毛细管电泳)通过胶粒电泳速度的测定可求算溶胶的ζ电势设胶粒半径为r，双电层厚度为κ-1，当r/κ-11时，球形胶粒的电泳速度υ与电场强度E，介质粘度η，介质介电常数ε与胶粒的ζ电势的关系为：当r/κ-1＞100时，对棒形胶粒，有：6E4E13/17胶体的制备及胶体电泳速度的测定实验方法：界面移动法实验仪器：拉比诺维奇-付其曼U型电泳仪实验内容：1.凝聚法制备Fe(OH)3溶胶2.制备半透膜并进行溶胶的纯化3.测定电泳速度物理化学实验14/17◇电渗－在外加电场作用下，分散介质通过多孔膜或极细的毛细管移动的现象（此时带电的固相不动）。•电解质对电渗影响显著：增加电解质，电渗速度降低以至变成零，甚至改变液体流动方向。15/17◇流动电势—在外加压力下，迫使液体流经相对静止的固体表面（如毛细管）而产生的电势。说明：（1）流动电势是电渗的逆现象；（2）流动电势的大小与介质的电导率成反比。◎泵送汽油时规定必须接地；且常加入油溶性电解质，增加介质的电导，降低或消除流动电势。图10-9流动电势16/17◆沉降电势—由于分散相粒子（固体粒子或液滴）在分散介质中沉降使流体的表面层与底层之间产生的电势差。图10-10沉降电势++++++++++++++++V沉降电势是电泳的逆现象。●贮油罐为何加入有机电解质？——油中常含有水滴，而油的电导率很小，水滴沉降会形成很高的沉降电势，危险。17/17总之，溶胶的电学性质都与固相和液相间的相对移动有关。★四种电动现象的相互联系：电泳电渗电→动流动电势动→电沉降电势粒子介质动静静动