24 溶胶的稳定性
因此平常说的Vander waals主要指色散力。
诱导力
诱导偶极之间的相互作用。此种模式只在瞬间存在, 下一个瞬间又有新的排列产生,这种作用是非极性 气体凝结的原因。
偶极力
具永久偶极的分子倾向于将 极性反向排列,使得固相物
两种离子——偶极作用
质有最大的引力。
分子间的长程vander Waals引力
扩散双电层的稳定作用是主要因素
影响溶胶稳定性的因素有:
(1)外加电解质的影响,这种影响最大,主要影响胶粒的 带电情况,使 电位下降,促使胶粒聚结。 (2)浓度的影响,浓度增加,粒子碰撞机会增多。 (3)温度的影响,温度升高,粒子碰撞机会增多,碰撞强 度增加。
(4)胶体体系的相互作用,带不同电荷的胶粒相互吸而聚
若两个体积相等的球形粒子,当两球表面之间的距离H 比粒子
半径 r 小的多时,两粒子之间的相互引力势能 (������������ ) 为
a r
H0
a r
������������ =
VA
������ ������ − (2r>>H0) 12 ������
VA
1 H0
H0
长程力
VA A
A—哈梅克常数;与密度、极化率有关
胶粒表面双电层的稳定作用——胶体的聚结稳定性 胶团靠近到与双电层的扩散层重叠时,出现静电斥力,胶团靠
的越近,斥力越大,斥力大于引力时,碰撞的胶粒重新分开 —
—聚结稳定性
IV. 溶剂化的稳定作用
胶粒表面吸附离子及反离子有一定的机械
强度和弹性,能阻止胶粒聚结。
分散介质与分散相性质越接近,哈梅克常数越小,引力
位能越小,体系越稳定。
分散介质对引力位能的影响
有效Hamaker常数
A101 A
1/ 2 11
A
1/ 2 2 00
1)不管A11、A00相对大小如何,A101总为正值,即 在溶剂或真空中,胶体颗粒之间的van der Waals力 总表现为引力
2.4 溶胶的稳定性
胶体溶液的稳定性实指其某种性质(如分散相浓度、 颗粒大小、体系黏度和密度等)在一定程度的不变性。
虽然胶体本质上是热力学不稳定体系,但是 实际上它总能稳定一定的时间,有时长达数年, 甚至数十年之久。 稳定性只具有动力学意义,故而是相对的。
2.4.1胶体的四种稳定性
I. 热力学稳定性
• 扩散层未重叠, 两胶团 之间不产生斥力
• 扩散层重叠, 平衡破坏, 产 生渗透性斥力和静电斥力
双电层未重叠时,排斥力不发生作用。 两胶团扩散层重叠后, 破坏了扩散层中反离子的平衡分 布, 使重叠区反离子向未重叠区扩散, 导致渗透性斥力产生; 同时也破坏了双电层的静电平衡, 导致静电斥力产生。
对于两个相距为 H 的球形粒子,假定表面电 势较低,其相斥势能(Vr)可近似表示为
胶体是高度分散的多相体系,有巨大的界面能,因 而是热力学不稳定体系。
II. 动力稳定性
Brown运动越剧烈,越能阻止由于重力作用而引起的下降— —胶体动力稳定性。胶粒越小,与分散介质的密度差越小,介
质粘度越大,溶胶的动力稳定性越大。
III.聚结稳定性
粒子间有相互聚结而降低其界面能的趋势,称为聚结 不稳定性。 是指体系的分散度是否随时间而变。 稳定的溶胶必须同时兼备聚结稳定性和动力稳定性, 其中聚结稳定性更为重要,一旦失去聚结稳定性,粒 子相互聚结变大,最终将导致失去动力学稳定性。
沉。
6
2.4.2 DLVO理论
前苏联学者Derjajuin和Landan(1941年)与 荷兰学者Verwey和Overbeek(1948年)分别独立 提出胶粒之间存在Vande Wadls吸引势能。据此
对溶胶的稳定性进行了定量处理,形成了能比较
完善地解释胶体稳定性和电解质影响的理论,称 之为DLVO理论。
对平行板之间的相斥势能为
������������ = ������������ ������
������ ������
exp(−������������ ������
������ ������
)
������������ 为具有相同电荷的粒子之间的相斥势能; c 为电解质浓度; K1和K2在一定条件下有定值。
两个相同的分子:
2 4 3 2 2 6 6 U A U K U D U L 2 h / r r 3 kT 4
2 4 3 2 2 h 2 3 kT 4
分子相互作用参数
Hamaker 假设(远程相互作用)
������������ ≈ ������������������������������ ������������������������(−������������������ )
式中K为常数, ε为介质的介电常数,
������������ 为胶粒表面的电势, r是粒子半径, κ是Debye-Hü ckel公式中离子氛半径的倒数, ������������ 是两球表面间的最小距离。
2)两个胶体颗粒被溶液隔开后,其van der Waals引
力总小于真空中的引力
3)若A11=A00,则A101=0,胶体颗粒间无相互吸 引作用,这样的胶体体系至少是聚集稳定的。另外,
这意味着溶剂性质与胶体颗粒性质相同,而溶剂化
好的胶体颗粒似乎能满足这一条件
2. 双电层的斥力势能
溶胶粒子间的排斥力起源于胶粒表面的双电层的结构。
2 2 12 2 Keeson相互作用: U K 3 kTr6 2 12 2 12 Debye相互作用: U D r6 3 h 1 2 12 London相互作用: U L 6 2 r 1 2
特点:a.全是负值,表现为吸引力
b.都与r6成反比,为近程相互作用 c.虽然可能同时存在,但普遍存在的只有色散力, 且占绝对优势
1. 胶粒间的Vander wadls引力势能
分子间的Vander waals引力包括诱导力(Debye引力),
偶极力(Keesom力)和色散力(London引力),其大小
与分子间距的六次方成反比,也称六次律。 除极性特别大的水分子外,通常对分子间的吸引力的作 用贡献
色散力 > 偶极力 > 诱导力