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胶体与表面化学概论教案—第二章 第二章 胶体的制备和性质 2.1 溶胶的制备与净化 一、胶体分散体系的制备 二、溶胶的制备方法 1、分散法 溶胶的制备--胶溶法 二、溶胶的制备--凝聚法 3、凝聚法原理 凝聚法的核心问题：粒子大小即分散度 晶核与结晶生长动力学研究认为，溶液中析出胶粒的过程与结晶过程相似，分为形成晶核和晶体生长两个阶段 1）形成晶核阶段 晶核形成速度 ： v1=dn/dt=k1（C-S）/S n：产生晶核的数目；C：析出物质的浓度；S：溶解度；（C-S）：过饱和度 C越大，S越小，则形成晶核的速度越大。 2）晶体（晶核）的成长速度 v2= k2D（C-S） D：溶质分子的扩散系数 3）v1、v2的关系 a、v1?v2 形成许多晶核，易形成溶胶 b、v1?v2 形成粗大的结晶，形成悬浊液 c、v1?v2 形成溶胶，因（C-S）对v1的影响大，（C-S）越大，v1越大于v2 ，所以溶解度越小，愈易形成胶体 4、溶液浓度对晶核生长过程的影响 Weimarn实验：在乙醇-水介质中，Ba(CNS)2+MgSO4 →BaSO4，研究颗粒大小与反应物浓度的关系，结论： ①浓度对r的影响： A、浓度很小（10-5~10-4 mol/L），因晶体生长速度受到限制，形成溶胶。 B、浓度较大（10-2~10-1 mol/L），有利于晶体生长，生成结晶状沉淀 C、浓度很大（2~3mol/L）时，生成的晶核极多，导致（C-S）下降很大，晶体成长速度减慢，有利于形成小粒子胶粒，形成晶核太多，粒距小，形成半固态凝胶。 ②（C-S）对r的影响 A、（C-S）小，v2＞v1,形成r大，颗粒粗 B、（C-S）大，v1＞v2,形成颗粒细 C、制备胶体，必须v1大，v2小，即必 须（C-S）高，盐的溶解度要尽可能小。 三、溶胶的净化 四、单分散溶胶 1、定义：指胶粒尺寸、形状和组成都相同的溶胶。 2、形成机理 ：LaMer的“成核扩散控制”模型 凝聚法得到多分散溶胶：因为晶核生成时间不同，导致最后得到的颗粒是由不同时刻得到的晶核长大而得。 制备单分散溶胶： ①爆发式成核：控制溶质的过饱和程度，使之略高于成核浓度，在很短时间内形成全部晶核。 ②晶核形成之后，溶液浓度迅速降到低于成核浓度，不再生成新的晶核，但浓度仍略高于饱和浓度，已有晶核因扩散而以相同的速度慢慢长大，形成单分散溶胶。 3、单分散溶胶的制备方法 ①局部过饱和法：将高浓度的A液加入低浓度的B中，产生局部过饱和，生成晶核，但（C-S）小，不易长出大晶体。 ②晶核法：在（C-S）很小时，引入小晶种 例：AuCl3溶液中加入金粒作为晶核，然后加入HCHO，使之长大。或将晶核放入 2AuCl-+3H2O2→2Au+8Cl-+6H++3O2↑ 反应慢，不再生核，析出的金原子长在原有金核上，形成颗粒分布窄的金溶胶。 ③金属配合物高温水解法：常用于制备金属纳米颗粒 RhCl3+PVA(聚乙烯醇)→Rh3+ -PVA（配合物）→CH3OH（还原剂） Rh小粒子（粒径0.8nm）→Rh（原子）→晶体生长Rh大粒子（粒径4nm） ④微乳液法：利用微乳液内核的大小控制生成粒子的大小。 ⑤溶胶sol-凝胶gel转变法 例：球形Fe3O4的制备：将FeSO4与KOH混合生成Fe(OH)2凝胶，加入KNO3，凝胶内生成许多细小的 Fe3O4粒子，受凝胶网络的限制，这些粒子既不长大也不聚沉，当凝胶网络溶解后，这些粒子开始聚沉，形成单分散溶胶。 2.2 溶胶的运动性质 一、扩散 1、斐克第一定律（Fick’s first law） 2）Einstein第一扩散公式 D与质点在介质中运动时的阻力系数f间存在： 二、Brown运动(Brownian motion) 2）本质 3）Einstein-Brown运动公式 Einstein-Brown位移方程推导 Einstein-Brown位移方程 4）扩散系数D的测定（孔片法、自由交界法等） 5）扩散的应用 ②计算非球形胶粒的轴比值 胶粒形状偏离球体时，视为椭球体，求旋转半径a和最大旋转半径b，轴比a/b表示胶粒偏离球体的程度 a/b=1 球体； a/b1 长椭球体； a/b1 扁椭球体； a/b?1 棒形； a/b?1 片状，带状 具体步骤