第七讲、 胶体分散体系的稳定性.ppt

第四讲、 胶体分散体系的稳定与聚沉 内容提要 胶体分众体系的稳定与聚沉是胶体科学领域中的重要内容。它涉及分散体系的形成和破坏，在理论和实践上都具有重大的意义。 胶体是高分散度的多相体系，也是热力学上的不稳定体系，但是它却可以通过加入一定种类和适当数量的电解质、高聚物或聚合电解质而使它处于相对穗定状态。 胶体的稳定或聚沉取决于胶粒之间的排斥力和吸引力。前者是稳定的主要因素，而后者则为聚沉的主要因素。 根据这两种力产生的原因及其相互作用的情况．建立起胶体的三大稳定理论: (1)DLVO理论。它是20世纪40牟代建立起来的静电稳定理论。该理论认为带电胶粒相互靠拢时，由于它们的双电层重迭而产生静电排斥力，又由于它们之间的长程范德华吸引力的相互作用，而使肢体处于一个平衡状态。 (2)空间稳定理论。它是20世纪50年代初期由研究胶粒对高聚物的吸附而发展起来的。它认为胶粒间斥力是来自吸附高聚物层重叠时产生的熵斥力位能及其他斥力位能。 (3)空位稳定理论。它是20世纪70午代才发现和发展起来的。它认为胶粒对高聚物可以产生负吸附．而当负吸附层发生重叠时．也会引起吉布斯函数升高，相应产生一种排斥力。只要选择适当的高聚物或电解质以及适当的浓度，就能达到稳定或聚沉的目的* 胶体分散体系是稳定与聚沉这一对矛盾的统一体。在这一体系中，稳定与聚沉在同时起作用并又相互转化。稳定与聚沉仅是谁占优势的问题而巳。 研究电解质、高聚物的聚沉以及聚沉动力学将构成本章后一部分的内容。 4．1 经典稳定理论——DLVO理论 这一理论认为： 带电胶粒之间存在着两种相互作用力；双电层重叠时的静电斥力和粒子间的长程范德华吸引力。它们相互作用决定了胶体的稳定性。 当吸引力占优势时，溶胶发生聚沉； 当排斥力占优势，并大到足以阻碍胶粒由于布朗运动而发生碰撞聚沉时，则胶体处于稳定状态。 4.1.1 胶粒双电层重叠时产生的静电排斥力 1．两平面粒子双电层重叠时的斥力位能 在低电位情况下的表面电位情况下: 所以: 上式描述了两个带电平板粒子的斥力位能与它们间的距离及其他一些因素的关系. 影响因素主要有： 第一，电解质浓度n。对斥力位能VR的影响 2．两球形粒子双电层重叠时的斥力位能 设半径为a，球面之间最短距离为H0的两个球，它们之间的静电排斥力可以看作是由组成它们的许许多多圆片的静电排斥力之和。因为每一个球都可以把它切成圆心同在两球轴心连线上的无数平行圆片，每个圆片相当于半径为h的圆环，相邻两个回环的半径差为dh。而两个球体相对应的团环之间的距离为H，它们可以看作是两个相对的平行平面。因而两球之间的相互作用可以看作是这些对应的平行平面相互作用的总和。这样球面斥力位能可以用平面的斥力位能进行处理。 设两个球中第i个圆环之间的相互距离为H。 微分重排得: 5.1.2胶粒间的长程范德华吸引力 分子之间的范德华吸力位能VA分别由Keeson力,Debye力和London力所产生的位能构成。 两个相同分子间的范德华吸为位能 1．两平面粒子的范德华吸力位能 2．两球形粒子的范德华吸力位能 3．分散介质对吸力位能的影响 5.1.3 DLVO理论及其应用 1．DLVO理论要点: 第一，胶粒间既存在着斥力位能，同时也存在着吸力位能。前者是由于带电胶粒相互靠拢时扩散层重叠所产生的静电排斥力，而不是点电荷静电排斥力所产生的斥力位能。吸力位能是范德华力性质的。但它不同于分子间的范德华力(短程范德华力)．而是长程范德华力所产生的吸力位能。它与距离的一次方或二次方成反比，或者与距离成较复 杂的关系。 第二，胶粒间存在的斥力位能和吸力位能的相对大小决定了体系的总位能，亦即决定了胶体的稳定性。当粒子问斥力位能大于吸力位能，并且足以阻止粒子由于布朗运动碰撞而粘结时，则胶体处于相对稳定的状态；相反，若吸力位能大于斥力位能，则粒子相互靠拢而发生聚沉。调整它们的相对大小，可改变胶体的稳定性。 第三，斥力位能、吸力位能以及总位能都随着粒子间距离而改变，由于VB，VA与距离的关系并不相同，因此必然会出现在一定距离范围内吸力位能占优势；而在另一范围内斥力位能占优势的现象。 第四，理论推导出来的斥力位能及吸力位能公式表明，加入电解质对吸力位能影响不大，但对斥力位能影响十分明显。 所以电解质的加入会导致体系总位能发生很大的变化，适当调整可以得到相对稳定的胶体。 胶粒之间的位能V可以用其斥力位能和吸力位能之和来表示，即 V＝VR十VA 从上面的讨论可见，