胶体化学第5章 胶体的稳定性.ppt

第五章 胶体的稳定性 ⑵影响空间稳定作用的因素 ①高分子结构 具有嵌段共聚或接枝共聚的高分子物质能有效的稳定胶体。其分子结构中有两种基团，一种基团能牢固地吸附在胶粒表面上，另一种基团与溶剂有良好的亲和力，能充分伸展形成厚的吸附层，产生较高的斥力势能。 ②高分子的分子量和浓度 高分子有临界分子量，低于此分子量时无稳定作用。一般浓度较高时，在胶粒表面形成吸附层就起稳定作用。浓度再大些时，过多的高分子不能进一步增强稳定性。但浓度小时，不能形成吸附层，因而降低胶体的稳定性。 ③溶剂 在良溶剂中，高分子伸展，吸附层厚，其稳定性强。而在不良溶剂中，稳定型变差，易聚沉。温度也改变高分子与溶剂的亲和性。 2．絮凝作用 溶胶中加入极少量的可溶性高分子化合物，可导致溶胶迅速沉降，沉淀呈疏松的棉絮状，这类沉淀称为絮凝物。这种现象称为絮凝作用，产生絮凝作用的高分子称为絮凝剂。 絮凝作用与沉降作用的机理是不同的。现在一般的认为絮凝作用的机理是“桥联作用”，即高分子同时吸附在多个颗粒表面上，形成桥联结构，把多个粒子拉在一起导致絮凝。另外，絮凝剂带有与粒子相反电荷时，电性中和作用也不可忽视。 在高分子介质中，两胶粒靠近时，若能将高分子从胶粒间隙中挤出去，致使表面形成空位，这就是空位作用。在不同条件下，空位作用可以导致胶粒的絮凝，也可使胶粒更稳定。下图表示了空位作用的效果。其中表明，桥联和空位都能产生絮凝（a,c）。b,d是空位作用产生的稳定状态。 影响絮凝作用的主要因素有： ①絮凝剂的分子结构 絮凝效果好的高分子应有直链结构，交联和支链结构的效果差。应有水化基团和架桥功能，电离度越大，荷电越多，分子越伸展，利于架桥；但若高分子与胶粒荷相同电性时，带电多，产生静电斥力不利于絮凝。 ②絮凝剂的分子量 分子量越大越好，但过大时，不容性和远距离则不利絮凝，一般分子量在106左右。 ③絮凝剂的浓度 研究表明存在一个最佳浓度，为胶粒表面饱和吸附量一般是最好，可见上图示。 ④搅拌 要均匀，不可带激烈。 ⑤酸性和盐 它们对絮凝影响很大。 下面给出了一些代表性的高分子絮凝剂： 4.4 非水分散体系的稳定性 1．非水体系中胶粒荷电原因 实验表明，非水体系中胶粒表面也带电荷，有些体系的ζ电势可达数十毫伏，期待电原因有如下几个方面： ⑴ 当胶粒和有机溶剂为质子给体—受体体系时，胶粒可通过下方式离解带电： PH2++S===PH+SH=====P+SH2+ 式中，PH为胶粒表面基团，SH为溶剂分子。 ⑵胶体因选择性吸附某些离子而带电荷。 ⑶热使两相运动胶粒摩擦带电。 2．非水介质中的双电层及DLVO理论 非水介质中带电胶粒周围也形成双电层， 球形胶粒的电势分布用极坐标表示为 式中，a为胶粒半径；r为距胶粒中心的距离。κ仍是双电层厚度得到数， 因为非水介质中离子浓度n0很低，所以κ值很小，双电层厚度很大，电势随距离的降低比水介质中缓慢的多（见上图示）。因此在非水介质中可以用ζ代替ψ0或ψδ。 DLVO理论的处理也适应与非水体系，对于 κa 1时，双电层的斥力势能为 由于κ值很小，VR随h的增大下降很缓慢。缓慢减小的相互作用是非水介质的一个特点。 在稀非水分散体系中，ζ电势能决定体系的稳定性，ζ电势越高，体系越稳定 。而在浓非水分散体系中，，双电层的稳定作用减弱，ζ电势与稳定性无关。 3．非水分散体系的空间稳定作用 对浓非水分散体系，，常采用高分子或表面活性剂在胶粒上吸附，靠吸附层的空间稳定作用来制取稳定的非水胶体。 实验中，10%的氧化铁（α-Fe2O3）环己酮或异丙醇分散体系中，脂肪酸酰胺的吸附层比ζ电势对稳定更有效。 如 TiO2 在丁胺中（ζ=12.7mV）的分散体系不稳定，而在三聚氰胺-二甲苯体系中ζ更底，但却是稳定的，这归于三聚氰胺的空间稳定作用。 * * 溶胶是高分散多相体系，有巨大的界面能，因而是热力学不稳定体系。 粒子间有相互聚结而降低其界面能的趋势，这称为聚结不稳定性。另一方面，由于粒子极小，强烈的布朗运动阻止粒子在重力场中的沉降，这又是动力学的稳定性。所以，稳定的溶胶必须同时具有聚结稳定性和动力学的稳定性，其中聚结稳定性更为重要。无机电解质和高分子都对溶胶的稳定性其中大的影响。通常，把无机电解质使溶胶沉淀的作用称为聚沉作用；把高分子使溶胶沉淀的作用称为絮凝作用。通称为聚集作用。 胶粒带电荷，由双电层模型知其周围是离子氛。当相互粒子靠近时，离子氛先发