《物理化学》复习要点(2006年修订) 教案 |
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胶体化学 一、主要概念 均相分散系统(溶液),胶体系统(亲液溶胶,憎液溶胶),粗分散系统,胶体的光学、动力和电性质,胶团结构,双电层DLVO理论,乳状液,纳米材料 |
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二、主要性质与公式 1.胶体的性质: 高度分散性、多相性和热力学不稳定性。体现如下: (1)光学性质-丁达尔效应:胶体对光的散射现象。 散射光强度-雷利公式: (定性记忆) 式中:I0及l分别为入射光强度和波长,V为每个分散相粒子的体积,c为单位体积中的粒子数,n及n0分别为分散相及介质的折射率,a为散射角,l为观察者与散射中心的距离。此公式适用于粒子的尺寸远小于入射光的波长,把粒子看成点光源;不考虑粒子散射光之间的相互干涉;粒子不导电。 应用解释:浊度计原理;超显微镜原理;早上、下午太阳红色,中午天空蓝色。 (2)动力性质 i. 布郎运动:在超显微镜下,观察到胶粒不断地作不规则的运动,称为布郎运动。 ii. 扩散:在有浓度梯度存在时,物质粒子因热运动而发生宏观上的定向迁移的现象。 iii. 沉降与沉降平衡:当扩散速率等于沉降速率时,粒子浓度c随高度h的分布。 (3) 电学性质 i. 电泳:在外电场的作用下,胶体粒子在分散介质中定向移动的现象。 ii. 电渗:在多孔膜(或毛细管)的两端施加一定电压,液体通过多孔膜而定向流动的现象 iii. 流动电势:在外力的作用下,液体通过多孔膜(或毛细管)定向流动时在多孔膜两端产生的电势差。 iv. 沉降电势:分散相粒子在重力场或离心力的作用下迅速移动时,在移动方向的两端所产生的电势差。 v.从电泳速率或电渗速率计算z 电势 (准确记忆) 式中e为分散介质的介电常数,e=ere0,er为相对介电常数,e0为真空介电常数。E为电势梯度,h为介质粘度。 2.憎液溶胶的胶团结构 根据扩散双电层理论,胶团结构由胶核、胶粒和滑动部分三个层次组成。双电层由紧密层和扩散层组成,它们之间存在一个滑动面。具体如下: (1)胶核由固体微粒和选择性吸附的离子组成,该离子通常为构成固体微粒的离子,并且决定着胶粒所带的电荷,一般为溶液中过量物质(起着稳定剂的作用)的成核离子。 (2)紧密层和扩散层的离子其电荷与胶粒吸附的离子电荷相反,称为反离子,通常为稳定剂中的非成核的离子。 (3)写胶团结构的关键是确定稳定剂,稳定剂一旦确定,吸附的离子便确定。 注意: (1) 在胶团结构中, m, n, x均为不定数。 (2) 胶粒虽带电,但整个胶团结构是电中性。 (3) 对于固体分散成的溶胶,胶团结构要具体分析。 3.扩散双电层理论 双电层由紧密层和扩散层组成。双电层结构可用下图模型表示。 y 热力学电势:固体表面与溶液本体之间的电势差。 yd 斯特恩电势:斯特恩层与溶液本体之间的电势差。 z电势(或电动电势):滑动面与溶液本体之间的电势差,只有在 固液两相发生相对移动时,才能呈现出来。z电势在数值上小于热力学电势。
图1 斯特恩双电层模型 例如:10ml 0.1 mol×dm-3 KI + 9 ml 0.1 mol×dm-3 AgNO3 制备AgI溶胶,由于KI稍过量,起着稳定剂作用,固体微粒优先吸附与其自身有相同元素的离子,即I-,反离子为稳定剂的另一个离子K+,故AgI溶胶的胶团结构可表示为图12-1,胶粒带负电,电泳时朝正极移动。若AgNO3稍过量则为稳定剂,胶团结构变为图12-2,胶粒带正电,电泳时朝负极移动。
图2 KI稍过量时的胶团结构
图3 AgNO3稍过量时的胶团 4.电解质对溶胶的聚沉作用 使溶胶发生明显的聚沉所需电解质的最小浓度,称为该电解质的聚沉值,聚沉值的倒数定义为聚沉能力。 (1) 起聚沉作用的是与胶粒带相反电荷的离子(即反离子); (2) 反离子价数越高,聚沉能力愈大,聚沉值愈小。 (3) 与溶胶具有同样电荷的离子能削弱反离子的聚沉能力,且价数愈高,削弱作用愈强。 (4) 有机化合物的离子都具有很强的聚沉能力。 5.DLVO理论:能较好解释带电溶胶稳定的原因。 除胶粒带电是溶胶稳定的主要因素外,溶剂化作用和布郎运动也是溶胶稳定的原因。 6. 乳状液:稳定,加入稳定剂;去乳化手段。 三、典型题型 计算胶体的性质(主要是z 电势),写出胶团结构,比较电解质对胶体稳定性的大小,及DLVO理论的理解是本章的主要内容。粗分散系统的性质仅需了解。 例题1:混合等体积的0.1 mo1·dm-3 KI和0.09 mo1·dm-3 AgNO3溶液所得的溶胶。 (1) 试写出胶团结构式; (2) 指明电泳方向; (3) 比较MgSO4,Na2SO4,CaCl2电解质对溶胶的聚沉能力并简述原因。(6分) 解:(1) [ (AgI)m nI- · (n-x)K+]x-· xK+
(2) 胶粒带负电,往正极移动 (3) 聚沉能力为: Na2SO4 < MgSO4< CaCl2 因为胶粒带负电,反离子起聚沉作用,其价数越高,聚沉能力越大,故Ca2+、Mg2+ > Na+。又因与胶粒带同种电荷的离子能削弱反离子作用,高价强于低价,即聚沉能力有SO42- < Cl-,因此可得到上面的聚沉能力次序。简述热力学三个定律及其应用。 例题2:在浓度为10 mol·m-3的20cm3 AgNO3溶液中,缓慢滴加浓度为15 mol·m-3的KBr溶液10cm3 ,以制备AgBr溶胶。 (1) 写出AgBr溶胶的胶团结构表达式,指出电泳方向。 (2) 在三个分别盛10cm3 AgBr溶胶的烧杯中,各加入KNO3、K2SO4、K3PO4 溶液使其聚沉,最少需加电解质的数量为:1.0 mol·m-3的KNO3 5.8 cm3 ;0.01 mol·m-3的K2SO4 ;8.8 cm3 ;1.5×10-3 mol·m-3的K3PO4 8.0 cm3 ;计算各电解质的聚沉值以及它们的聚沉能力之比。 (3) 293K时,在两极距离为35cm的电泳池中施加的电压为188V,通电40min 15s,测得AgBr溶胶粒子移动了3.8cm。问该溶胶的x电势为多大?已知293K时分散介质的相对介电常数er=80,粘度h=1.03×10-3 Pa·s ,真空介电常数e 0=8.854×10-12F·m-1。(10分) 解:(1) AgNO3过量,为稳定剂,胶团结构为 [(AgBr)m nAg+·(n-x)NO3- ]x+ ·xNO3- 胶粒带正电,电泳时向负极移动。 (2) KNO3 的聚沉值: 1.0mol·dm-3×5.8cm3 / (10+5.8) cm3 = 0.367 mol·dm-3 K2SO4的聚沉值: 0.01 mol·dm-3×8.8cm3 / (10+8.8) cm3 = 4.68×10-3 mol·dm-3 K3PO4 的聚沉值;0.0015 mol·dm-3×8.0cm3 / (10+8.0) cm3 = 6.67×10-4 mol·dm-3 聚沉能力之比 KNO3:K2SO4:K3PO4 = (1/0.357):(1/4.48×10-3):(1/6.67×10-4) =1:79.7:535 (3) 由公式u =eEz/h =e(V/l) z/ h得 z = ulh /eV = ulh /er e0 V = (0.038m/2415s) ×0.35m ×1.03×10-3Pa·s/ (80×8.854×10-12F·m-1×188V) = 0.0426V |
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网站管理:葛华才 更新: 2006年12月10日15:52 |