Character of Colloid Particles.ppt

主要内容： 4.1 布朗运动 4.2 胶体粒子的沉降性质 4.3 胶体粒子的光散射 4.4 胶体的流变性 布朗运动的特征： ①粒子大小：直径小于4um； ②运动的永恒性：连续不断； ③运动的特点：无规则。 提出的问题 何种原因导致布朗运动的发生； 布朗运动与那些因素有关； 布朗运动有没有规律可循。 布朗运动的定性解释 许多科学家研究认为：产生布朗运动是由于溶剂分子对胶体粒子的不规则撞击造成的。 因胶体粒子体积小，溶剂分子在瞬间撞击时的合力不能够完全抵消且该力呈现无规则性，造成胶体粒子的运动具有无规则性。当粒子体积增大时，合力可抵消或大大减弱，布朗运动减弱或消失。 爱因斯坦布朗运动公式 爱因斯坦运用Fick扩散定律，推导出胶体粒子在一定时间、沿某个方向运移的距离公式——爱因斯坦布朗运动公式。 扩散定律（FiCK定律） 扩散是物质由高浓度区域向低浓度区域自发迁移的过程。迁移量与迁移面积、浓度梯度、迁移时间成正比。 D为扩散系数，表示在单位浓度梯度下单位时间流经单位截面积的量，表征着物质的迁移能力。 爱因斯坦公式的基本思路 热运动的本质是颗粒的不规则运动，它由高浓度区域向低浓度区域迁移，最终达到平衡。 推导前提： A、胶体粒子为球形粒子； B、粒子浓度很低（稀体系），其相互作用可忽略； C、粒子的体积较分散介质分子大得多； D、粒子处于均匀分散状态。 推导思路 在一个平面AB两边，存在着粒子迁移。对于高浓度部分，若在t时间内沿着横向通过平面AB的平均位移为x，则在平面AB边上，有迁移至低浓度区域的，也有迁移至高浓度区域的，且浓度梯度相同时，迁移量相同。同样低浓度区域也存在此现象。由于浓度梯度不同，因此存在迁移量上的差异。 2、沉降（Diffusion）沉降研究的是胶体粒子在重力场或离心场中的运动规律。因胶体粒子小，存在着布朗运动，在重力场或离心场中会向重力方向或离心力方向运动，从而呈现沉降平衡。 沉降在环境工程中的应用 悬浮颗粒的沉降，根据其浓度及特征，有四种形式： （1）自由沉降 （2）絮凝沉降 （3）成层沉降 （4）压缩沉降 自由沉降 也叫离散沉降，是当体系中悬浮颗粒浓度低、颗粒之间不发生聚集时，颗粒在沉降过程中形状、粒径和密度都保持不变，互不干扰地独自完成匀速沉降过程。 絮凝沉降 这是一种絮凝型固体颗粒在稀悬浮体系中的沉降。虽然颗粒在沉降过程中浓度不高，但颗粒在下沉过程中会相互碰撞而聚集成大的絮体，因此在沉降过程中颗粒大小及沉降速度随时间的变化逐渐增大。 成层沉降 又叫区域沉降。这是一种固体颗粒浓度较高时颗粒沉降的状况。由于颗粒浓度高，颗粒之间的距离较近，颗粒之间的吸附力促使其聚集成一个整体，但各自又保持着不变的相对位置而下沉。这时水与絮体之间有一个清晰的界面，沉降过程就是这个界面下移的过程。 压缩沉降 当悬浮液中固体浓度很高时，颗粒之间相互接触，彼此上下支承，上层颗粒在重力作用下对下层颗粒的间隙水不断起压缩作用，颗粒群体被压缩。 颗粒的沉降发生的区域 颗粒的沉降规律 在流动状态下，雷诺数不同，沉降方程不同。 当Re≤2时的层流区： 在2 ≤ Re≤500的过渡区： 1. 黏土悬浮体的粒子半径为500nm，密度为1.50×103kg/m3，将它分散在黏度为0.015mpa.s、密度为1.00×103kg/m3的溶液中，求其沉降速度。 2. 今要制备一种微小粒子，试为其设计一种测试其颗粒大小及分布的方法。（要求写出需要的主要仪器和实验原理 ) 第二节：胶体的光散射 主要内容 胶体的光散射现象 雷利光散射定律 丁铎尔现象 在暗室里，将一束强光射过胶体溶液，在与光垂直方向上观察，可以清楚地看到明显的光路。光线越强，则光的路程越清楚。这个现象是1869年丁铎尔（Tyndall）首次发现的，因此又称丁铎尔现象。有时还称之为丁铎尔效应。 胶体与真溶液的不同 后来人们将该实验扩展到真溶液中，却未能发现有此现象。因此丁铎尔现象是胶体体系的一种特征，是胶体区别于真溶液的一种简单检验方法。 后来人们观察不同胶体颜色 AgCl胶体——呈现兰色； AgBr胶体——呈现兰色。 上述兰色称为丁铎尔兰。 同时发现：同一种胶体，在存放不同时间时，观察到的颜色不断在发生着变化。 光颜色还与颗粒大小有关 问题 什么原因使胶体产生了丁铎尔现象？ 胶体散射光强与那些因素有关？ 散射光测定有那些作用？ 光与物体的作用 有三种方式： 对光的吸收 对光的反射 对光的散射 吸收 当光的频率与物体中分子的振动频率相同时，则发生物质对光的吸收，这时体系的颜色就为吸收光的互补色。 如红色金溶胶，对500～600nm的光产生吸收。 对光有选择性的吸收主要取决于构成物质的分子的化学结构。 反射 若粒子的尺寸大于入射光的光波长，则发生