1、胶体化学是物理化学的一个重要分支。它所研究的领域是化学、物理学、材料科学、生物化学等诸学科的交叉与重叠，它已成为这些学科重要的理论基础。胶体化学研究的主要对象是粒子直径d至少在某个方向上在11000 nm之间的分散系统。把一种或几种物质分散在另一种物质中所构成的系统称为分散系统。被分散的物质称为分散相，一般都是不连续的分散其他物质的物质分散介质，一般都是连续的真溶液，d 1 nm分散粒子的大小 胶体系统，1nm d 1000 nm分散相以分子形式溶于介质中形成的分散系统是均相系统，称为溶液。被分散的物质不溶于介质时形成的分散系统是多相系统。胶体系统中的分散相可以是一种物质也可以是多种物质可以是
2、由许多原子或分子组成的粒子也可以是大分子胶体体系的分类（1）溶胶 这是一类高度分散的多相系统，分散相不能溶于分散介质中，有很大相界面，热力学不稳定。（2）高分子溶液 高分子是以分子形式溶于介质中，分散相与分散介质之间没有相界面，热力学稳定。（3）缔合胶体(胶体电解质) 分散相是由表面活性剂缔合形成的胶束。热力学稳定。胶体系统与小分子真溶液的比较真溶液胶体透明可透明或不透明不发生光散射可发生光散射溶质扩散速率块胶体粒子扩散速率慢溶质和溶剂均可透过半透膜胶体粒子不能透过半透膜有较高的渗透压热力学稳定系统有些是热力学不稳定系统有些是热力学稳定系统悬浮液乳状液粗分散系统泡沫粉尘热力学不稳定系统胶体憎液
3、溶胶高分子溶液亲液溶胶表 12.0.1分散系统按聚集状态分类分散介质分散相名称实例气液气溶胶雾固烟、尘气泡沫肥皂泡沫液液乳状液牛奶、含水原油固液溶胶悬浮体泥浆、油墨气固态泡沫泡沫塑料固液固态乳状液珍珠、蛋白石固固态悬浮体合金、有色玻璃12.1胶体系统的制备粗分散体系分散法胶体体系凝聚法分子分散体系大变小小变大1000nm10001nm粒子半径2. 瑞利公式散射光的强度可用瑞利公式表示：92V 2Cn2 n0222I =(1+ cos )I04222l2n+ 2n0I 入射光强度、 入射光波长C 单位体积中粒子数、V 每个粒子体积n、n0 分别为分散相、分散介质的折射率 散射角、 l-观察者与散
4、射中心的距离92V 2Cn2 n2220I = 2+ 2n2(1+ cos )I04l 2n20由 Rayleigh 公式可知：(1) I V 2可用来鉴别小分子真溶液与溶胶系统；如已知 n 、n0 ，可测 I 求粒子大小V 。(2) I 1/4波长越短的光，散射越强。例：用白光照射溶胶，散射光呈蓝色，透射光呈橙红色92V 2Cn2 n2220I = 2+ 2n2(1+ cos )I04l 2n20(3) I n溶胶系统分散相与介质有相界面， n大可以此来区分高分子溶液均相溶液， n小(4) I C同一种溶胶，仅C不同时，有：I1=C1如已知C1，可求C2I 2C2可通过光散射来测定溶胶和粗分
5、散系统的浊度3. 超显微镜与粒子大小的近似测定一般显微镜看不到胶体粒子,超显微镜则可看到胶体粒子超显微镜是根据丁铎尔效应，用来观察溶胶粒子的存在和运动的一种显微镜研究胶体化学的一种重要仪器。与普通显微镜差别：(1) 垂直于入射光的方向上（即入射光侧面）观察普通显微镜在入射光的反方向观察时，受透射光的干扰看不到散射光(2) 用强光源（常用弧光）照射(3) 黑暗的视野下观察注：在超显微镜下看到的并非粒子本身的大小，而是其散射光，而散射光的影像要比胶粒的投影大数倍之多溶胶粒子平均大小的估算：（假设粒子为球形）4r33m1/3m =r =34m: 单个溶胶粒子的质量：单个溶胶粒子的密度12.3胶体溶液
6、的动力性质1. 布朗（Brown）运动悬浮在液体或气体中的微粒的无规则运动（a）胶粒受介质分 （b）超显微镜下的布朗运动子冲击示意图图12.3.1 布朗运动实质：分散相粒子的热运动。与一般分子、离子的热运动无本质区别，只是粒子重量不同，运动速度不同。若粒子直径较大，各向受力均匀无布朗运动或很弱；若粒子较小，各向受力不均匀，使粒子做无规则运动。可见，布朗运动是分子热运动的必然结果，是胶体粒子的热运动。1905年左右，爱因斯坦用概率的概念和分子运动论的观点，创立了布朗运动的理论，对球形粒子，推导出爱因斯坦布朗平均位移公式：RT t1/ 2=x3Lrx为在t时间间隔内粒子的平均位移，r为粒子半径，为
7、分散介质的粘度，用超显微镜还可以观察到溶胶粒子的涨落现象，即在较大的体积范围内观察溶胶的粒子分布是均匀的，而在有限的小体积元中观察发现，溶胶粒子的数目时而多，时而少。这种现象是布朗运动的结果。RT t1/ 2=x3Lr表12.3.1 爱因斯坦布朗位移公式的验证时间间隔平均位移/md=54 nmd=104 nmt/s测量值计算值测量值计算值1.483.13.21.41.72.964.54.42.32.44.445.35.42.92.95.926.46.23.63.47.407.06.94.03.88.807.87.64.54.22. 扩散在有浓度梯度存在时，物质粒子因热运动（布朗运动）而发生宏观
8、上的定向迁移现象，称为扩散。菲克第一定律：ddnt = DAs ddcxD为扩散系数D的物理意义：单位浓度梯度下，单位时间通过单位面积的物质的量。m2s1表12.3.2 18时金溶胶的扩散系数粒子半径D/10 9m2s110.213100.02131000.00213对于球型粒子，扩散系数D可由爱因斯坦斯托克斯方程计算RT1/ 2D =RT t6Lrx =3Lr如分散相粒子大小一致，结合平均位移公式得：x2 =RTt=RT 2 t = 2Dt3Lr6Lr所以x2D =给出了一种测定扩散系2t数D的方法。又D = RTr =RT6Lr6L Dm = 43 r3 m =4r3 =RT331622L
9、 D由D、可求出单个球形胶体粒子的质量胶体粒子的摩尔质量：RT3M = mL =162(L)2D3. 沉降与沉降平衡多相分散系统中的粒子，因受重力作用而下沉的过程，称为沉降。当粒子的大小相当，受重力作用和扩散作用相近时，构成沉降平衡。粒子沿高度方向形成浓度梯度。对于微小粒子在重力场中的沉降平衡，贝林(Peirin)曾推导出平衡时粒子数密度随高度分布的分布定律C2Mg0ln= 1(h h )CRT211C1 , C2分别为高度h1 , h2处粒子的数密度；, 0分别为分散相(粒子)及分散介质的密度；M 粒子的摩尔质量；g自由落体加速度。C2Mg0ln= 1(h h )CRT211也适用于在重力场作用下地球表面上大气分子的浓度随距地面高度变化的计算。ln p2 = Mg (h2 h1 )p1RT如对于O2，25时，高度每增加5.473 km，其浓度或分压要降低一半。
