胶体的稳定性和聚沉作用

118.4胶体的稳定性和聚沉作用8.4.1溶胶的稳定根据胶体的各种性质。溶胶稳定的原因可归纳为:(1)溶胶的动力稳定性胶粒因颗粒很小，布朗运动较强，能克服重力影响不下沉而保持均匀分散。这种性质称为溶胶的动力稳定性。影响溶胶动力稳定性的主要因素是分散度。分散度越大，颗粒越小，布朗运动越剧烈，扩散能力越强，动力稳定性就越大，胶粒越不溶易下沉。此外分散介质的粘度越大，胶粒与分散介质的密度差越小，溶胶的动力稳定性也越大，胶粒也越不溶易下沉。(2)胶粒带电的稳定作用下图表示的是一个个胶团。蓝色虚线圆是扩散层的边界，虚线圆以外没有净电荷，呈电中性。因此，当两个胶团不重迭时，如左图，它们之间没有静电作用力，只有胶粒间的引力，这种引力与它们之间距离的三次方成反比，这和分子之间的作用力（分子之间的作用力与分子之间距离的六次方成反比）相比，是一种远程力，这种远程力驱使胶团互相靠近。当两个胶团重迭时，如右图，它们之间就产生静电排斥力。重叠越多，静电排斥力越大。如果静电排斥力大于胶粒之间的吸引力，两胶粒相撞后又分开，保持了溶胶的稳定。胶粒必须带有一定的电荷才具有足够的静电排斥力，而胶粒的带电量与电势的绝对值成正比。因此，胶粒具有一定的电势是胶粒稳定的主要原因。(3)溶剂化的稳定作用物质和溶剂之间所起的化合作用称为溶剂化，溶剂若为水，则称水化。憎液溶胶的胶核是憎水的，但它吸附的离子都是水化的，因此增加了胶粒的稳定性。由于紧密层和分散层中的离子都是水化的，这样在胶粒周围形成了水化层。实验证明，水化层具有定向排列＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－胶核＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－胶核＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－胶核＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－胶核22结构，当胶粒接近时，水化层被挤压变形，它有力图恢复定向排列结构的能力，使水化层具有弹性，这成了胶粒接近时的机械阻力，防止了溶胶的聚沉。以上影响溶胶稳定的三种因素中，尤以带电因素最重要。8.4.2溶胶的聚沉溶胶中的分散相颗粒相互聚结而变大，以至最后发生沉降的现象称为聚沉。一般电势的绝对值大于0.03伏时，溶胶是稳定的。造成溶胶聚沉的因素很多，如浓度、温度、光的作用、搅拌、外加电解质、胶体相互作用和高分子化合物的作用等，其中尤以外加电解质和胶体相互作用最为重要。(1)电解质的作用由实验得知，不断向胶体溶液中加入电解质，胶粒的电势的绝对值不断下降；当电势的绝对值小至某一数值时，溶胶开始聚沉。电势的绝对值越小，聚沉速度越快；电势的绝对值等于0，即等电态时，聚沉速度达到最大。在电解质的作用下，溶胶开始聚沉的电动电势称临界电势。多数溶胶的临界电势在±（25～30）mV之间。所有电解质达到某一浓度时，都能使溶胶聚沉。引起溶胶明显聚沉所需电解质的最小浓度，称为该电解质的聚沉值。而聚沉值的倒数定义为聚沉能力。电解质的聚沉能力一般有如下规律：（1）电解质中能使溶胶聚沉的离子是与胶粒电荷相反的异电离子，随着异电离子价数的增高，聚沉能力迅速增加。这就是舒尔采－哈迪（Schulze-Hardy）价数规则。例如，对带负电的As2S3胶粒起聚沉作用的是阳离子，含不同价数阳离子的盐KCl、MgCl2和AlCl3对As2S3溶胶的聚沉值分别为KCl：49.5，MgCl2：0.7，AlCl3：0.093mol/m3若以一价阳离子为标准，其聚沉能力有如下关系：Me+︰Me2+︰Me3+=1︰71︰532一般可认为Me+︰Me2+︰Me3+=16︰26︰36=1︰64︰729几种物质的聚沉值见表4。应该指出，舒尔采－哈迪价数规则是很粗略的，不同的作者得出的数据有较大的差33别，但价数不同的离子的聚沉能力的显著差别仍然存在，并且保持着上述顺序。另外价数规则不适用的例子也很多，如H+虽为一价，却有很高的聚沉能力；又如有机化合物离子不论价数如何，其聚沉能力都很强，如上表。（２）相同价数离子的聚沉能力不同如同一种阴离子NO3－的各种一价盐，其阳离子对负溶胶的聚沉能力顺序为Cs+＞Rb+＞K+＞Na+＞Li+这个顺序与它们的水化作用相反。同一种阳离子的各种一价盐，其阴离子对正溶胶的聚沉能力顺序为Cl－＞Br－＞NO3－＞I－这种将价数相同的阳离子或阴离子按聚沉能力排成的顺序称为感胶离子序。(2)胶体的相互作用将带相反电荷的溶胶互相混合，也会发生聚沉。明矾[KAl(SO4)312H2O]在水中形成Al(OH)3正溶胶与水中微粒一起沉淀就是一例。然而与电解质的聚沉作用不同之处在于两种溶胶用量应恰能使其所带的总电量相同时，才会完全聚沉，否则可能不完全聚沉，甚至不聚沉。表4用不同数量(mg)的氢氧化铁正溶胶和定量的硫化锑负溶胶（含0.56mgSb2S3）作用时观察到的情况。(3)高分子化合物对溶胶的作用在溶胶中加入少量的高分子化合物，有时会降低溶胶的稳定性，甚至发生聚沉，这种现象称为敏化作用。产生这种现象的原因可能是由于高分子化合物数量少，无法将胶体颗粒完全覆盖，胶粒附着表格4溶胶的相互聚沉作用Fe(OH)3结果混合后电荷0.83.24.86.18.012.820.8不聚沉微呈浑浊高度浑浊完全聚沉局部聚沉微呈浑浊不聚沉－－－0＋＋＋敏化作用44在高分子化合物上，附着多了，质量变大而引起聚沉，如图。但加入较多的高分子化合物后，高分子化合物被吸附在胶粒的表面，包围着胶粒，使胶粒对分散介质的亲和力增加，从而增加了溶胶的稳定性。这种现象称为高分子化合物对溶胶的保护作用，如图。高分子化合物的这种保护作用应用很广，例如血液中所含的难溶盐类，象碳酸钙和磷酸钙等，就是靠血液中的蛋白质保护而存在。医药上点眼用的蛋白银就是蛋白质保护的银溶胶。照相用的软片是用明胶所保护的AgBr悬浮体。(4)溶胶浓度的影响溶胶浓度增大时，则因布朗运动的作用，使胶团互相碰撞的次数增加，聚集成大颗粒机会增多，溶胶的稳定性降低，因而将加速溶胶的聚沉。保护作用