1、同学们好，今天我们学习微粒分散体系的动力学性质。上节课概述中我们已经简要提到了，微粒分散体系的物理化学性质包括三个方面：动力学性质、光学性质以及电学性质。今天我们来学习动力学性质，动力学性质又包括三个方面，分别是：Brown运动、扩散与渗透压、沉降与沉降平衡。先看一下本次课程的学习要求。微粒的沉降与沉降平衡是重点内容，需要大家认真掌握；熟悉微粒的Brown运动；了解微粒的扩散与渗透压。首先看第一个Brown运动。布朗运动是指被分子撞击的悬浮微粒做无规则运动的现象。那么布朗运动有什么特点呢？我们看右边的这个动画，黄色是代表小微粒，黑色的是水分子。因为水分子是不停在运动的，那么微粒受到水分子的撞击
2、，就会也跟着运动起来，显然这种运动是无规则的，我们无法预测它下一秒要往哪个方向运动。但是我们可以确定的是，这种运动是永不停歇的，除非什么，水分子的运动停止。那要想让分子运动停止，除非达到绝对零度才行，我们知道这是不可能实现的，分子的运动是不可能停止的。好，分子撞击微粒的这种运动是微观形态的，是在分子的层面，我们的肉眼是看不到的，因为太小了。那么同学们再想象一下微粒大小的影响，水分子那么小，这个微粒如果跟分子相比非常非常的大，那么分子能撞击的动它吗？当然是不可能的。只有这个微粒与分子相比，没有那么的大，分子才可以撞击的动它。就比如，我们拿一个乒乓球去撞一块大石头，肯定是徒劳的，但如果撞击一个鸡蛋
3、，就能够撞击的动，对吧？所以说，微粒越小，布朗运动就会越明显。好，那么温度对布朗运动是什么影响呢？这个其实很好理解，温度越高，水分子运动越剧烈，那么撞击微粒的运动也就会越强，布朗运动越明显。通过以上的分析，我们就可以明白，布朗运动的实质其实就是分子的热运动。关于布朗运动，这个有一个定量化的公式，叫布朗运动公式：在这个公式里：代表粒子运动的位移；R是气体常数；L是阿伏伽德罗常数；小t是时间；大T是温度；是介质黏度；r是粒子的半径。这个公式乍看起来很复杂，参数很多，我们把它调一下排序，前边的分式是： L 3分之Rt，这里边LRt都是不变的，都是定量，所以，我们可以将它整体用一个常数K来代替，就可以
4、变成了这个简化的式子。后边的分式是T/ r，这儿的T、r分别代表温度、黏度和粒径大小，这是三个变量。也就是说，粒子运动的位移跟这三个量有关系：温度越高，粒子的位移越大；介质黏度越大，粒子的位移越小；粒子半径越大，粒子的位移越小。布朗运动的这三个影响因素大家需要记住。我们再看动力学的第二个性质：扩散和渗透压。扩散是一种物质自发分布于另一种物质中的现象，在生活中随处可见，在固体、液体、气体总都能够发生，而且是一种自发的、无阻碍的双向运动。在液体微粒分散体系中，大家都知道，胶体质点可自发地从高浓度区域向低浓度区域扩散。那么同学们想一下，为什么会发生扩散呢？其实，就是由于分子永不停歇的热运动。从分子运
5、动的微观角度上讲，就是我们刚才讲的布朗运动，而布朗运动的宏观表现，其实就是扩散现象。所以说：布朗运动是微粒扩散的微观基础；扩散现象是布朗运动的宏观表现。这儿有个定律叫Fick第一扩散定律，这个公式大家不用记，只需要知道D是指：扩散系数，它是用来衡量粒子在某介质中的扩散能力。那么位移和扩散系数的关系式是：=2Dt。再根据刚才讲的布朗运动公式，可以得到扩散系数的关系式：同样的，扩散能力与介质黏度、粒子大小成反比；与温度成正比。与位移是一致的。再看渗透。什么叫渗透呢？就是：在只允许溶剂分子通过而不允许溶质分子通过的半透膜的两侧，分别放入溶液和纯溶剂，这时纯溶剂一侧的溶剂分子，会通过半透膜扩散到溶液的
6、那一侧，这种现象称为渗透。我们看这个图，在这个U形管中，有一个半透膜隔开，左边是纯水，右边是蔗糖的水溶液，初始我们加入的体积是一样的，液面一样高。那么这样就会发生渗透的现象，是纯水一侧可以通过半透膜进入到蔗糖溶液一侧，从而发生了高度为H的液面的偏差。这个高出来的液面，受重力影响就会有压力，那么这个压力我们就称之为渗透压。这样大家就理解了，渗透压其实就是由于胶体粒子比溶剂分子大，不能通过半透膜，在溶胶和纯溶剂之间产生的一个压力差。对于稀溶液，渗透压有一个公式：=cRT。大家知道即可。刚才我们讲了扩散，现在又讲了渗透。在溶液之间，既可以发生扩散现象，又可以产生渗透。那么扩散和渗透是怎样的一种关系呢
7、？大家要注意区分一下。扩散是对溶质来讲的：是指的溶质分子，是从高浓度向低浓度方向进行；而渗透是对溶剂来讲的：溶剂分子是从低浓度向高浓度方向进行。也就是说二者的对象是不一样的。而推动溶质或者溶剂运动的力，扩散力和渗透力，它们二者是大小相等、方向相反的。好，下面我们再看动力学的第三个性质：沉降与沉降平衡。这在微粒分散体系里是非常重要的。沉降顾名思义就是向下沉向下降落，那么为什么会发生沉降呢？如果一个分散体系中，微粒的密度大于分散介质的密度，就会发生沉降。比如一粒沙子，放在水中，由于沙子的密度比水大，所以会沉降下去。那么在微粒分散体系中，如果是粗分散体系：由于粒子较大，重力比较明显，所以全部都会沉降
8、到底部；而在胶体分散体系：由于粒子较小，存在布朗运动，那这时候这些小的微粒，一方面受到重力作用会向下沉降， 另一方面呢，由于沉降产生浓度差，越往下浓度越大，又会引起一个自下而上的扩散。那么粒子就会这样向下向上的不断运动。而最终，这两种力最终会达到一个平衡，我们称之为沉降平衡。就是说，当沉降和扩散这两种方向相反的作用力达到平衡时，体系中的粒子以一定的浓度梯度分布，这种平衡就称作沉降平衡。大家要注意沉降平衡的关键特征，是指上下各处粒子的浓度相同吗？不是的，而是一种浓度梯度，最下部浓度最大，随着高度上升浓度逐渐减小。这儿有一个很重要的公式，是微粒沉降速率的Stokes定律：V=2g9r2(1-2)其
9、中，V是沉降的速度。r：粒子半径；：介质黏度；𝛒𝟏，𝛒𝟐分别代表微粒及分散介质的密度。通过这个公式我们可以看到，微粒的沉降速度与微粒粒径大小的平方成正比，与分散相和分散介质的密度差成正比，与分散介质的黏度成反比。那么同样的，根据Stokes定律，我们如果想提高动力学稳定性方法，也就是减缓沉降的发生，可以通过这三个方面来调节： 1. 减小粒径，因为沉降速度与粒径的二次方成正比，所以降低粒径是最有效的手段。2是调节分散介质密度，减小微粒与分散介质的密度差。第三个就是增加介质粘度，黏度大了，向下沉降的阻力就大了。好了，以上是本次课程的内容，我们再简要总结一下。微粒分散体系的动力学性质包括三个方面，分别是：Brown运动、扩散与渗透压、沉降与沉降平衡。这三个方面又分别涉及到三个公式，分别是Brown运动公式、扩散系数的公式，以及沉降的stokes定律，其中stokes定律在微粒分散体系中非常重要，希望大家能够认真理解。由于本节课程的内容都是纯理论性的，特别的抽象，所以呢，希望大家能够在理解的基础上加深记忆。好，本次课程结束，同学们再见。
