沉降是指胶体粒子因重力作用而发生下沉的现象。
沉降平衡:当胶体粒子的沉降速率与其扩散速率相等时,胶体粒子在介质的浓度随高度形成一定分布并且不随时间而变,这一状态称为胶体粒子处于沉降平衡。其数密度C与高度h的关系为
ln(C2/C1)??(Mg/RT)??1?(?0/?)?(h2?h1)?
式中ρ及ρ0分别为粒子及介质的密度,M为粒子的摩尔质量,g为重力加速度。此式适用于单级分散粒子在重力场中的沉降平衡。
3. 光学性质
当将点光源发出的一束可见光照射到胶体系统时,在垂直于入射光的方向上可以观察到一个发亮的光锥,此现象称为丁达尔现象。丁达尔现象产生的原因是胶体粒子大小,小于可见光的波长,而发生光的散射之结果。散射光的强度I可由下面瑞利公式计算:
22229πVC?n?n0?I??2422?2?ln?2n0??2?1?cos2??I0
式中:I0及λ表示入射光的强度与波长;n及n0分别为分散相及分散介质的折射率;α为散射角,为观测方向与入射光之间的夹角;V为单个分散相粒子的体积;C为分散相的数密度;l为观测者与散射中心的距离。此式适用粒子尺寸小于入射光波长,粒子堪称点光源,而且不导电,还有不考虑粒子的散射光互相不发生干涉。
4. 电学性质
胶体是热力学不稳定系统,其所以能长期存在的重要因素就是胶体粒子本身带电的结果。证明胶体粒子带电的有:电泳、电渗、流动电势和沉降电势等电动现象。电泳与电渗是指在外电场作用下,胶体中分散相与分散介质发生相对运动;流动电势与沉降电势则是当外力场作用于胶体上时,使得分散相与分散介质发生相对移动而产生电势差。产生上述电动现象的原因是因为胶体粒子具双电层结构的缘故。
5. 斯特恩双电层模型
有关胶粒带电的双层模型中以斯特恩双电层模型使用较广。其双电层结构可用下面模型(图12-1)表示。
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图中:?0热力学电势:表示固体表面与溶液本体的电势差。??斯特恩电势:斯特恩面与容液本体的电势差。ζ电势(流动电势):当分散相与分散介质发生相对移动时,滑动面与溶液本体的电势差。从电泳速率或电渗速率计算电势的公式如下:
??v??E
式中:ε为介质的介电常数,ε0为真空介电常数;v为电泳速率,单位为m?s-1;E为电势梯度,单位为V · m-1;η为介质的粘度,单位为Pa · s。
6. 胶团结构
根据吸附与斯特恩双电层结构可知,溶胶的胶团结构分为胶核、胶粒及胶团三个层次。以AgCl溶胶为例,当用KCl与AgNO3制备AgCl溶胶时,若AgNO3是略微过量的,则若干个AgCl粒子组成的固体微粒优先吸附与其自身有相同元素的离子(Ag+)而形成胶核。再按双电层结构分别写出胶粒与胶团部分,即
胶粒???????????????x+???+-?AgCl?mnAg??n-x?NO3??xNO-??3?????????胶核???????????????????胶团
胶粒带正电荷。
但若制备AgCl时是采用KCl稍微过量,则其胶团结构为
胶粒?????????????x+???+??AgCl?mnCl??n-x?K??xK????????????胶核?????????????????胶团
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胶粒带负电荷。
7. 溶胶的稳定与聚沉
(1)溶胶稳定的原因有三:胶体粒子带电、溶剂化作用以及布朗运动。
(2)聚沉:是指溶胶中胶粒互相聚结变成大颗粒,直到发生沉淀的现象。导致溶胶聚沉的因素很多,但是电解质加入时溶胶发生聚沉的作用是显著的,为比较不同电解质对溶胶的聚沉作用大小而引进聚沉值,聚沉值是指令溶胶发生明显的聚沉所需之电解质最小浓度。聚沉值的倒数称为聚沉能力。
应指出:起聚沉作用的主要是与胶粒带相反电荷的离子(即反离子),反离子价数越高则聚沉值越小。离子价数及个数均相同的不同反离子,其聚沉能力亦不相同,如
H+>Cs-+>Rb-+>NH4>K--++>Na-+>Li-+
F>Cl>Br>NO3>I>SCN>OH-
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物理化学主要公式及使用条件(免费)
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