天然水中的胶体及其作用.docVIP

天然水中的胶体及其作用 ????第一节? 胶体的基本概念?? 一、基本概念 ?? 1.胶体的定义与结构 ??? 胶体粒子——能透过0.45μm微孔膜但被分子量截留或分子量保留为1000Dalton的超滤膜所保留的粒子”。 ??? 胶体的结构——胶体粒子及细微粘土粒子，由于分散度高，总表面积大，通过选择吸附作用，从溶液中吸附一定离子，或者由于粒子表面基团的电离、水解等，使得胶体粒子等表面总呈带电状态。吸附在胶体微粒表面的离子，决定着表面带电性质，因此称为“决定电位离子”。它们与胶体表面结合很紧，与胶体离粒子一起移动并不分开。 ??? 胶体表面带电后，由于静电引力关系，可从溶液中再吸附一些荷电相反的离子（称为“反离子”），它们与胶体表面保持一定距离。离表面近的反离子，受的引力较大，总是随胶体粒子一起移动，故合称为“固定层”，也称吸附层。离胶体表面更远的反离子，由于受到的引力较小，在胶体粒子移动时，它们并不随之移动，称为“扩散层”。当与胶体表面的距离增大到一定数值时，反离子浓度即与溶液主体内的平均浓度相同，这一点即为溶液主体与扩散层的“分解界”。 ??? 如果用通式来表示胶团结构，就是： ??? ??? 根据这个通式，可以写出各种溶胶的胶团表示式，例如在KBr溶液中带负电的AgBr溶胶其胶团公式为： ?????? ??? 而在AgNO3溶液中带正电的AgBr胶团公式为： ?? 硅酸溶胶的胶团公式为： ??????? ?? 2.胶体的电学性质 ??? 胶体离子表面电荷的由来 （1）电离 一些胶体粒子，在水中本身就可以电离，故其表面带电荷。例如硅胶表面分子与水作用生成H2SiO3，它是一个弱电解质，在水中电离生成 ，使硅胶粒子带负电。高分子（如蛋白质）含有许多羧基和氨基，从而使整个大分子在不同pH条件下具有不同带电性，当介质的pH较低时，分子带正电荷，pH值较高时，带负电荷，在某个特定的pH值，蛋白质分子的净电荷为零，此pH值称为该蛋白质的等电点。 （2）离子吸附 分散相表面对电解质正负离子不相等的吸附，从而使其表面获得电荷。有些物质本身不能离解，例如石墨、纤维、油珠等，但是可以从水或水溶胶中吸附H+、OH-或其它离子，从而使物质带电。影响分散相表面带正电荷还是带负电荷的因素主要有两个。一方面水化能力强的粒子往往留在溶液中，水化能力弱的粒子则容易被吸附于固体表面。阳离子的水化能力一般比阴离子强，所以固体表面带负电荷的可能性比较大；另一方面根据Fajans规则，能和组成质点的离子形成不溶物的离子，最容易被质点表面吸附。例如用AgNO3和KBr反应制备AgBr溶胶时，AgBr质点易于吸附Ag+或Br-，而对K+和 吸附较弱，因此AgBr质点的带电状态，取决于溶液中Ag+或Br-中哪种离子过量。 如果有表面活性剂的离子存在，那么，通常可以根据所吸附的表面活性剂的离子的正负来判断表面带电的正负。 具有水合作用的物质（如蛋白质、多糖等）表面不太容易吸附离子，而疏水物质的表面（如脂类表面）则比较容易吸附离子。 （3）晶格取代 晶格取代也是粘土粒子带电的原因之一。粘土是由氧化铝八面体和硅氧四面体的晶格组成，粘土晶格中的Al3+往往有一部分被Mg2+或Ca2+取代，结果使粘土晶格带负电。为维护电中性，粘土粒子表面就吸附了一些正离子，这些正离子在水中因水化而离开表面，并形成双电层，于是粘土粒子带负电。 ??? ξ-电位 从胶团的结构可见：电泳时，运动的质点是胶粒，也就是说胶核和吸附层一起作为一个整体运动，决定其受电场力作用大小的电荷是 ，即吸附层和扩散层之间的电位差，而不是固体的胶核和液体之间的总电位差。这种当分散相和分散介质作相对运动时，吸附层和扩散层之间存在的电位差称为电动电位，用希腊字母ξ表示，又称为ξ-电位。 ??? ξ-电位与总电位差不同，只有在固液两相作相对运动时，才能表现出来。在数值上，总电位差为全部正电荷与全部负电荷之间的最大电位差，即胶核表面离子与全部反离子之间的电位差。而ξ-电位仅仅是总电位差的一部分，因为除了扩散层的电位降（即ξ-电位）外，还有一部分电位降在吸附层里。此外，ξ-电位和溶液中存在的任何电解质的离子都有关系，而且ξ-电位随电解质浓度的增大而减小。因为电解质浓度增加时，会使扩散层受到压缩（同号的反离子相互排斥），部分反离子从扩散层转到吸附层，结果使扩散层的厚度变薄，ξ-电位便降低。当扩散层的反离子全部转入吸附层时，扩散层的厚度被压缩到零，ξ-电位降为零，胶粒失去了电性，将不再在电场作用下移动，即所谓等电态，这时胶体的稳定性最小。 ? 3.胶体的稳定性及影响因素 ?ξ-电位的大小 胶体质点之间存在着互相吸引力，即范德华力，也存在着互相排斥力，即双电层重叠时的静电排斥力。这两种相反的