表面与胶体化学—二胶体的基本性质1.ppt

第二章 胶体的基本性质 第一节 胶体的运动性质 一.布朗运动与扩散作用 1.布朗运动与平均位移 布朗运动：悬浮于液体中的小粒子和分子因液体分子运动所引起的无规则运动。 　　　悬浮粒子的运动是液体分子对其不规则碰撞的结果。 Einstein导出了半径为r的球形粒子的平均位移X与扩散系数D的关系： 将Einstein-布朗位移公式与Stokes公式结合起来： 2.扩散作用和Fick定律 粒子从大浓度区域向小浓度区域自发运动，并最终使浓度趋于均衡的过程称为扩散作用。 扩散系数D的物理意义是：在单位浓度下，单位时间通过单位面积扩散的物质（分子或粒子）的量，也可以看做单位浓度梯度下，通过单位面积物质的扩散速度。D的单位为m2·s-1。 式（2）中负号表示扩散方向与浓度增加的方向相反，即物质由高浓度区向低浓度区扩散。 Fick第二定律表示在扩散方向浓度随时间的变化与位置的关系。 二.重力场中的沉降作用 在重力场中，分散相粒子和分散介质可因密度不同而分离：分散相粒子密度比分散介质密度大，粒子将沉降；反之，则上浮。 在发生沉降作用时，分散相粒子的浓度随距体系上界面距离不同而不同，即有浓度梯度。当分散相粒子足够小时，扩散作用又使粒子向其浓度小的方向运动。这样，沉降作用使粒子向体系下部浓集，扩散作用又使粒子再介质中趋于均匀分布：沉降与扩散是两个相互对抗的作用。 在具体体系中，沉降与扩散哪种作用占优势视粒子大小和力场强弱而定。粒子粗大，力场强时，沉降作用占主导地位；粒子小，力场弱，扩散作用起主导作用；这两种作用接近时，形成沉降-扩散平衡状态。 1.重力沉降公式 在重力场中粒子等速运动的条件是重力与粒子在介质中运动受到的阻力相等。设粒子为球形，浮力不计。则有 阻力= 式(4) 称为重力场中的沉降速度公式，或称Stokes重力沉降公式。此式的成立条件是： 粒子为单分散的刚性小球体；粒子运动速度慢，保持层流；粒子间无相互作用；分散介质时连续的。 2.重力沉降粒子大小分析 实际体系的粒子大小是多分散的，大粒子不能进行布朗运动，这些粒子沉降速度快，而小粒子沉降速度慢。沉降过程中多分散的粗分散体系可以其粒子大小分成级分，并度量出不同大小粒子所占粒子中的分数，此即沉降分析，是常用的粗分散体系粒度大小的简便方法。 当粒子在介质中匀速下沉时，若设H为t时间内沉降的距离，沉降速度u沉应为 u沉=H/t (6) 将（5）和（6）式结合，得 非球形粒子的沉降方向可能不是垂直向下，粒子在沉降中可以有转动，摆动，理论处理需做假设并引入其他参量。若沿用式（7）计算，所得