材料表面化学 (2).ppt

是一个非常有用的公式。沉降速率?与r2成正比，所以离子的大小对沉降速率影响很大。小粒子的溶胶，能自动扩散，使整个体系均匀分布，称为动力稳定性。粗粒子的溶胶，由于布朗运动微弱，沉降成为主要特征，称为动力不稳定性。第23页，共52页，星期日，2025年，2月5日5.9.3溶胶的电学性质分散相粒子在与极性介质(H2O)接触的界面上，由于发生电离、离子吸附或离子溶解等作用，因而使得分散相粒子的表面或者带正电，或者带负电。凡是与溶胶粒子中某一组成相同的离子，则优先被吸附。在没有与溶胶粒子组成相同的离子存在时，则胶粒一般先吸附水化能力较弱的阴离子，而使水化能力较强的阳离子留在溶液中，所以通常带负电荷的胶粒居多。由于胶粒表面带某种电荷，则介质必然带有数量相等而符号相反的电荷(因为整个胶体溶液总是电中性的)，因而使溶胶表现出各种电学性质。第24页，共52页，星期日，2025年，2月5日1、电动现象电泳：在外加电场下，胶体粒子在分散介质中作定向移动的现象。胶体的电泳：证明胶粒是带电的。溶胶中加入电解质，对电泳会有显著影响。随外加电解质的增加，电泳速率常会降低以至变成零，外加电解质还能够改变胶粒带电的符号。影响电泳的因素有：带电粒子的大小、形状，粒子表面的电荷数目，溶剂中电解质的种类，离子强度以及pH、温度和所加的电压等。⑴电泳现象第25页，共52页，星期日，2025年，2月5日⑵电渗在外力作用下(例如加压)使液体在毛细管中流经多孔膜时，在膜的两边会产生电势差，称之为流动电势，是电渗作用的反面现象。毛细管的表面是带电的，如果外力迫使液体流动，出于扩散层的移动，与固体表面产生电势差，从而产生了流动电势。用泵输送碳氢化合物，在流动过程中产生流动电势，高压下易于产生火花。由于此类液体易燃，故应采取相应的防护措施。如油管接地或加入油溶性电解质，增加介质的电导，减小流动电势。⑶流动电势在外加电场下，可以观察到分散介质会通过多孔膜或极细的毛细管(半径为1～l0nm)而移动，即固相不动而液相移动，这种现象称为电渗。第26页，共52页，星期日，2025年，2月5日若使分散相粒子在分散介质中迅速沉降，则在液体的表面层与底层之间会产生电势差，称之为沉降电势。是电泳作用的反面现象。贮油罐中的油内常含有水滴，水滴的沉降常形成很高的沉降电势，甚至达到危险的程度。通常解决的办法是加入有机电解质，以增加介质的电导。⑷沉降电势由外加电势差而引起固、液相之间的相对移动引起的电泳、电渗以及流动电势、由固液相之间的相对移动而产生的沉降电势差，其电学性质都与固相和液相间的相对移动有关，统称之为电动现象，其中以电泳和电渗最为重要。研究电动现象可以了解胶体粒子的结构以及外加电解质对溶胶稳定性的影响规律。应用电泳方法可以使橡胶的乳状液汁凝结而使其浓缩，可以使橡胶沉积在金属、布匹或木材上，这样沉积的橡胶容易硫化，可以得到拉力很强的产品。电泳涂漆、陶器工业中高岭土的精炼、石油工业中天然石油乳状液中油水的分离，以及不同蛋白质的分离等都应用到电泳作用。工业和工程中泥土和泥炭的脱水则是电渗实际应用的另一个例子。第27页，共52页，星期日，2025年，2月5日2、双电层和电动电势固体与液体接触时，可以是固体从溶液中选择性吸附某种离子，也可以是由于固体分子本身的电离作用使离子进入溶液，以致固液两相分别带有不同符号的电荷，在界面上形成了双电层的结构。亥姆霍兹于1879年提出平板型模型，认为带电质点的表面电荷(即固体的表面电荷)与带相反电荷的离子(也称为反离子)构成平行的两层，称为双电层，其距离约等于离子半径，如同一个平板电容器。表面与液体内部的电位差称为质点的表面电势?0(即热力学电势)。在电场作用下，带电质点和溶液中的反离子分别向相反的方向运动。这种模型虽然说明了电动现象，但显然是极简单的。例如，由于离子的热运动，它不可能形成平板式的电容器。第28页，共52页，星期日，2025年，2月5日古埃(Gouy)和查普曼(Chapman)修正了上述模型，提出了扩散双电层的模型。认为由于静电吸引作用和热运动两种效应的结果，在溶液中与固体表面离子电荷相反的离子只有一部分紧密地排列在固体表面上(距离约一、二个离子的厚度)，另一部分离子与固体表面的距离则可以从紧密层一直分散到本体溶液之中。因此双电层实际上包括了紧密层和扩散层两部分。在电场作用下，固液之间发生电动现象时，移动的切动面。相对运动边界处于液体内部的电位差称为电动电势或?电势(zeta-potential)。随着电解质浓度的增加，或电解质价型增加，双电层厚度减小、?电势也减小。古埃和查普曼的模型虽然克服了亥姆霍兹模型的缺陷，但也有许多不能