膠體的電學(xué)性質(zhì).ppt

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1、§1.3膠體的電學(xué)性質(zhì)一、電動現(xiàn)象1803年，俄國科學(xué)家PeИcc發(fā)現(xiàn)：帶負(fù)電的粒土顆粒在水中在外加電場的作用下向正極移動；1961年，Quincke發(fā)現(xiàn)：在一定壓力下將液體擠過毛細(xì)管時，則在毛細(xì)管兩端產(chǎn)生電勢差電動現(xiàn)象：在外電場作用下使分散相-分散介質(zhì)固液兩相發(fā)生相對運(yùn)動或在外力作用下使固-液兩相發(fā)生相對運(yùn)動而產(chǎn)生電場的現(xiàn)象。1電泳在外加電場作用下，分散相膠粒相對于靜止介質(zhì)作定向移動的電動現(xiàn)象。在電子顯微鏡下，恰像小蝌蚪在水中游動的景象。2電滲在外加電場作用下，分散介質(zhì)相對于靜止的帶電固體表面做定向移動的現(xiàn)象。固體可以是毛細(xì)管或多孔性濾板。3流動電勢在外力作用下，流體流過

2、毛細(xì)管或多孔塞時，兩端產(chǎn)生的電勢差。4沉降電勢在外力作用下，帶電膠粒作相對于相對于液相的運(yùn)動時，兩端產(chǎn)生電勢差。二、膠體表面電荷的來源電動現(xiàn)象表明膠粒在液體中是帶電的。電荷來源大致有：1、電離作用有些膠粒帶有可電離的基團(tuán)，則在分散介質(zhì)中電離而帶電。如丙烯酸酯乳液粒子帶負(fù)電：陰離子水分散聚丙烯酰胺膠粒帶負(fù)電：陽離子淀粉膠粒帶正電：2、離子吸附作用膠?？赏ㄟ^對介質(zhì)中陰、陽離子的不等量吸附而帶電。如：金屬氫氧化物通過吸附H+或OH-而帶正電荷或負(fù)電荷。判斷優(yōu)先吸附離子的規(guī)律有兩個：（a）水化能力弱的離子易被優(yōu)先吸附。水化能力強(qiáng)的留在溶液中，通常陽離子的水化能力比陰離子強(qiáng)，所以膠粒

3、帶負(fù)電的可能性比較大。（b）Fajans規(guī)則：即能與膠粒組成離子形成不溶物的離子將優(yōu)先被吸附。如AgNO3與KI溶液反應(yīng)制備AgI膠體。當(dāng)AgNO3過量,膠粒將優(yōu)先吸附Ag+帶正電；當(dāng)KI過量，則優(yōu)先吸附I-而帶負(fù)電?！半妱輿Q定離子”：被吸附離子是膠粒表面電荷的來源，其溶液中的濃度直接影響膠粒的表面電勢。零電荷點(diǎn)（PZC）：當(dāng)膠粒表面凈電荷為零時，電勢決定離子的濃度。3、離子的溶解作用離子型膠粒含有兩種電荷相反的離子，如果這兩種離子的溶解是不等量的，則膠粒表面上也可以帶上電荷。例：若直接將AgI分散于蒸餾水中時，膠粒表面將帶負(fù)電，水化能力較大的Ag+易溶解，而I-易滯留于膠

4、粒表面。4、晶格取代例：（1）粘土由鋁氧八面體和硅氧四面體的晶格組成。晶格中的Al3+、Si4+往往有一部分被低價的Mg2+或Ca2+取代（同晶置換），使粘土晶格帶負(fù)電。為保持體系的穩(wěn)定（電中性），粘土膠粒表面吸附一些正離子。例：（2）分子篩骨架的基本結(jié)構(gòu)是硅氧四面體和鋁氧四面體，相當(dāng)于Al3+取代了—Si—中的Si4+，所以分子篩在水性體系中也帶負(fù)電。5、摩擦帶電在非水介質(zhì)中（或非極性介質(zhì)），膠粒的電荷來源于分散相（膠粒）與分散介質(zhì)的運(yùn)動摩擦。三、雙電層理論反離子概念：膠粒表面帶電時，由于整個分散體系是電中性的，為了維持體系的電中性，在分散介質(zhì)中必然存在與膠粒表面電荷數(shù)量

5、相等而符號相反的離子。同離子概念：與固體表面帶電符號相同的離子。反離子兩種運(yùn)動趨勢：(1)靜電吸附作用，向膠粒表面靠近；(2)熱擴(kuò)散作用，使反離子向液相本體擴(kuò)散均勻分布。兩種趨勢的作用結(jié)果：達(dá)成平衡分布。越靠近膠粒表面的反離子濃度高，越遠(yuǎn)離界面的濃度低，直到某一距離處反離子與膠粒的同號離子濃度相等。雙電層的Stern模型雙電層：膠粒表面的電荷與周圍介質(zhì)中的反離子電荷就構(gòu)成雙電層。表面電勢：帶電粒子表面與液體內(nèi)部的電勢差稱為粒子的表面電勢φ0關(guān)于雙電層的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，即電荷與電勢的分布有多種模型如：1879年，Helmholtz模型;1910~1913年，Gouy-Chapman

6、模型;1924年，Stern模型。Stern層：在膠體表面因靜電引力和vanderWaals引力而吸附的一層反離子，緊貼在膠體表面形成一個緊密固定的吸附層。Stern層的厚度有反離子的大小而定。Stern面：吸附反離子的中心構(gòu)成的面。Stern電勢：Stern平面與液體內(nèi)部的電勢差為Stern電勢?δ。在Stern層內(nèi)，電勢由膠體表面電勢?0直線下降到?δ。擴(kuò)散層:Stern層以外,反離子成擴(kuò)散態(tài)分布，擴(kuò)散層中的電勢呈曲線下降。擴(kuò)散層中的電荷與電勢分布采用Gouy-Chapman的處理方法。假設(shè)不存在Stern層，擴(kuò)散層從固體表面開始?；瑒用妫涸谀z粒的固體表面中有一定數(shù)量的

7、溶劑分子與它緊密結(jié)合；在電動現(xiàn)象中，這些溶劑分子及其內(nèi)部的反離子與粒子將作為一個緊密的整體運(yùn)動，由此固-液兩相產(chǎn)生相對運(yùn)動時存在一個界面，稱為“滑動面”?；瑒用娲_切位置不詳，但一般認(rèn)為它在Stern層之外，并深入到擴(kuò)散層中。電動電勢ζ：滑動面上的電勢稱為電動電勢ζ或Zeta電勢Gouy-Chapman模型假設(shè):(1)膠粒平面是無限大平面，表面電荷分布均勻;(2)擴(kuò)散層中的反離子為點(diǎn)電荷，服從Boltzmann分布;(3)溶劑的介電常數(shù)到處相同。為了方便，假設(shè)溶液中只有一種對稱型電解質(zhì)，正、負(fù)離子價數(shù)相同Z.（1）電