第二章 溶胶-凝胶的基本物理化学特性ppt课件.ppt

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1、溶胶与凝胶的基本物理化学特性2.1溶胶的基本物理化学特性2.1.1溶胶的运动性质1扩散xyz截面A（c-dc）dx0图2－1胶粒的扩散和浓度梯度关系扩散Fick第一扩散定律若胶粒大小相同，且沿x方向胶粒浓度随距离的变化率为dc/dx(亦即浓度梯度，图2-1)，则在x方向上的扩散速度应与dc/dx成正比：式中，dm/dt表示单位时间通过截面A扩散的物质数量。比例常数D为扩散系数(diffusioncoefficient)，D越大，质点的扩散能力越大。(2-1)扩散Einstein指出，扩散系数D与质点在

2、介质中运动时阻力系数(frictionalcoefficient)f之间的关系为：式中，NA为Avogadro常数；R为气体常数。若粒子为球形，可据Stokes定律确定阻力系数f。式中，η为介质的粘度；r为质点半径。(2-2)(2-3)扩散将式(2-3)代入式(2-2)得(2-4)此式常称为Einstein第一扩散公式。据此式可以求出扩散系数D（m2/s）。若已知D，则亦可求出质点半径r，并计算出“质点量”。扩散理论的应用1.计算球形胶粒的半径2计算非球形胶粒的轴比值3估算最大溶剂化量2布朗运动182

3、7年英国植物学家布朗(Brown)在显微镜下观察到悬浮在水中的花粉粒子处于不停地无规则的运动之中，后来发现其他微粒(如炭末和矿石粉末等)也有这种现象。如果在一定时间间隔内观察某一颗粒的位置，则可得如图2-2所示的情况，这种现象习惯上称为布朗运动。布朗运动布朗运动1905年Einstein曾研究过在布朗运动中，粒子的平均位移与粒子半径r、介质粘度η、温度T和位移时间t之间的关系为(2-5)式(2-5)常称为“Einstein布朗运动”公式。式(2-5)表明，当其他条件不变时，微粒的平均位移的平方与时间t

4、及温度T成正比，与r成反比。总之，在运动性质方面，胶体运动和分子分散体系并无本质区别，其中的质点运动都服从同样的普遍规律——分子运动理论。3沉降分散了气体或液体介质中的微粒，都受到两种方向相反的作用力：重力和扩散力。如微粒的密度比介质的大，微粒就会因重力而下沉，这种现象称为沉降；与沉降作用相反，扩散力能促进体系中粒子浓度趋于均匀。当这两种作用力相等时，就达到平衡状态，谓之“沉降平衡”。2.1.2溶胶的光学特性(1)丁达尔效应(Tyndalleffect)图2-3丁达尔效应入射光明亮的光带丁达尔效应许多

5、溶胶外观常是有色透明的。以一束强烈的光线射人溶胶后，在入射光的垂直方向可以看到一道明亮的光带(见图2-3)，这个现象首先被Tyndall发现，故称为丁达尔效应(或丁达尔现象)。丁达尔现象是溶胶的特征。(2)Rayleigh散射定律散射光强度I与入射光强度I0之间有如下关系C—单位体积中的质点数—单个粒子的体积λ—入射光波长n1和n2分别为分散介质和分散相的折射率。(2-6)Rayleigh散射定律1)散射光强度与入射光波长的4次方成反比4)粒子的折射率与周围介质的折射率相差越大，粒子的散射光越强2)散

6、射光强度与单位体积上的质点数c成正比3)散射光强度与粒子体积的平方成正比Rayleigh散射定律应当注意，式(2-6)中的散射光强度是粒子所散射的光的总能量。实际上散射光在各个方向上的强度是不同的。细小粒子各方向的散射光强度I可以式(2-7)表示Iθ—散射光强度；θ—观察者与入射光方向的夹角；R—观察者距样品的距离(2-7)(3)溶胶的颜色很多溶胶是无色透明的，但许多溶胶常有各种颜色。例如Fe(OH)3，溶胶是红色的，CdS溶胶是黄色的，金溶胶因粒子大小不同可以是红色的、紫色的或蓝色的。银溶胶也是一个

7、比较典型的例子。溶胶的颜色溶胶的颜色溶胶产生各种颜色的主要原因：溶胶中的质点对可见光产生选择性吸收。溶胶是非均相体系，粒子除有光的吸收外，还有散射作用。溶胶的颜色是一个相当复杂的问题，它与粒子大小、分散相与分散介质的性质、光的强弱、光的散射和吸收等问题有关。2.1.3溶胶的电学性质2.1.3.1电动现象及其应用1809年Pehcc发现：在一块湿粘土上插入两只玻璃管，用洗净的细砂覆盖两管的底部，加水使两管的水面高度相等，管内各插入一个电极，接上直流电源，经过一段时间后便发现：在正极管中，粘土微粒透过细砂

8、层逐渐上升，使水变得浑浊，而水层却慢慢下降。与此同时，在负极管中，水不浑浊，但水面渐渐升高。电泳与沉降电位这个实验充分说明，粘土颗粒带负电，在外电场的作用下，向正极移动。后来发现，任何溶胶中的胶粒都有这样的现象：带负电的胶粒向正极移动，带正电的胶粒向负极移动，人们把这种现象称为电泳(electrophoresis)。电泳与沉降电位在外加直流电源的作用下，胶体微粒在分散介质里向阴极或阳极作定向移动，这种现象叫做电泳。利用电泳现象使物质分离，这种技术也叫做电