什么叫胶体具有稳定性

什么叫胶体具有稳定性
什么叫胶体具有稳定性

什么叫胶体具有稳定性
胶体因质点很小,强烈的布朗运动使它不致很快沉降,故具有一定的动力学稳定性；另一方面,疏液胶体是高度分散的多相体系,相界面很大,质点之间有强烈的聚结倾向,所以又是热力学不稳定体系.一旦质点聚结变大,动力学稳定性也随之消失.因此,胶体的聚结稳定性是胶体稳定与否的关键.
　　疏液胶体,尤其是水溶胶,常因质点带电而稳定.但它对电解质十分敏感,在电解质作用下胶体质点聚结而下沉的现象称为聚沉,聚沉是胶体不稳定的主要表现.在指定条件下使溶胶聚沉所需电解质的最低浓度称为聚沉值,用毫摩尔／升表示.因为判断聚沉的标准与实验条件有关,故聚沉值是一个与实验条件有关的相对数值.
疏液胶体的稳定性理论通称DLVO理论.此理论的出发点是：胶体质点间因范德瓦耳斯力而相互吸引,质点在相互接近时又因双电层的重叠而产生排斥作用,胶体的稳定程度取决于上述两种作用的相对大小.DLVO理论计算了各种形状质点之间的范德瓦耳斯吸引能与双电层排斥能随质点间距离的变化.在质点相互接近的过程中,如果在某一距离上质点间的排斥能大于吸引能,胶体将具有一定的稳定性；若在所有距离上吸引皆大于排斥,则质点间的接近必导致聚结,胶体发生聚沉.溶液中的离子浓度或反离子的价数增加时,质点间的范德瓦耳斯力几乎不受影响,但双电层的排斥能却因双电层的压缩而大大降低,因此胶体的稳定性下降,直至发生聚沉.
　　根据在所有距离上排斥能都小于吸引能的临界条件,自DLVO理论得出： 式中ε为溶液的介电常数;k为玻耳兹曼常数；Z为反离子价数；T为热力学温度；A为哈马克常数,与组成质点的分子间的相互作用参数有关,是物质的特征常数；v为表面电势ψ0的函数：

电势ψ0的函

上式表明聚沉值与反离子价数的六次方成反比,这与从实验总结出的舒尔茨-哈代规则相一致.聚沉值与表面电势的关系也与实验结果大体相符.
　　关于空间稳定效应,至今尚未形成统一的定量理论.E.L.马克在20世纪50年代初提出,高分子对疏液胶体的稳定作用主要是因为熵效应：质点的接近造成的空间限制使吸附在质点表面上的高分子的构型熵减小,从而使质点间相互作用自由能增加,产生排斥作用.后来的理论发展主要是对高分子构型熵计算方法的改进.另一方面,E.W.费歇尔等提出,质点相互接近时造成高分子吸附层的重叠,这可以看作是两个一定浓度的高分子溶液的混合过程,涉及高分子链段之间和高分子与溶剂之间相互作用的变化.从高分子溶液理论和统计热力学出发,可以分别计算混合过程的熵变与焓变,从而知道吸附层交联时吉布斯函数变化的符号与大小.若吉布斯函数变化为正,则质点互相排斥,高分子吸附层起稳定作用；若吉布斯函数变化为负,则吸附的高分子起絮凝作用.上述两种理论分别适用于高分子吸附层完全不能互相穿透与吸附层可以自由穿透这两种极端情形.实际上当质点因布朗运动而互相碰撞时,吸附层的压缩与穿透多半会同时发生.虽有人试图将两种理论统一起来,但尚未得到满意的结果.
　　至于高分子絮凝剂的作用机理,除了电性相反的高分子电解质的静电作用之外,更主要的是高分子的“搭桥”作用.若一个高分子长链能同时吸附在两个或更多的质点上,则可能将质点拉在一起而聚沉.这通常发生在高分子浓度很稀时.倘若高分子浓度较高,则倾向于吸附在一个质点上形成保护层,起稳定作用.

高分子对疏液胶体的稳定性的影响
　　在疏液胶体中加入高分子,往往显著提高胶体的稳定性,称为高分子的保护作用.因其与高分子在质点表面上形成阻止质点聚结的吸附层有关,又称为空间稳定作用.工业上常利用高分子的保护作用制备稳定的分散体,尤其是浓分散系或非水分散系,例如油漆.高分子须超过一定浓度才起稳定作用,低于此浓度时,胶体的稳定性往往变差,对电解质更加敏感,此即高分子的敏化作用.某些高分子甚至能直接使胶体聚沉,这称为絮凝作用.作絮凝剂使用的高分子可以是电性与胶体相反的高分子,也可以是不带电,甚至电性与胶体相同的高分子电解质.高分子絮凝剂的用量少、效率高,在合适的条件下还可以进行选择性絮凝,所以广泛用于净水、污水处理、矿泥回收等操作中.最常用的絮凝剂是部分水解的聚丙烯酰胺.
影响聚沉的主要因素
反离子的价数
　　起聚沉作用的主要是电荷与胶体相反的离子（称为反离子）.反离子的价数越高,则聚沉效率越高,聚沉值越低.一价反离子的聚沉值约为 25～150,二价的为0.5～2,三价的为0.01～0.1.聚沉值大致与反离子价数的六次方成反比,这称为舒尔茨-哈代规则.
离子大小
　　同价数的反离子的聚沉值虽然相近,但仍有差别,一价离子聚沉值的差别尤其明显,同价离子聚沉能力的这一次序称为感胶离子序,它和水化离子半径由小至大的次序大致相同,故聚沉能力的差别主要受离子大小的影响.但此规律只适用于小的不相干离子,有机大离子因其与质点之间有较强的范德瓦耳斯力而易被吸附,聚沉值要小得多.
同号离子
　　一般来说,二价或高价负离子对于带负电的胶体有一定的稳定作用,使正离子的聚沉值略有增加；高价正离子对于带正电的胶体也有同样作用.同号大离子对胶体的稳定作用更为明显.
不规则聚沉
　　少量的电解质可使溶胶聚沉,电解质浓度高时,沉淀重又分散;浓度再高时又使溶胶聚沉.这种现象以用高价离子或大离子为聚沉剂时最为显著,叫做不规则聚沉.对于靠静电稳定的疏液胶体,存在一个临界电势ζ0,若质点的电动电势｜ζ｜＜ζ0,则发生聚沉.多数胶体的ζ0在30毫伏左右.只要｜ζ｜＞ζ0,不管其符号如何,皆可达到稳定.高价或大的反离子先是使胶体的 ζ电势降低,发生聚沉；而后由于它在质点表面上的强烈吸附,质点的 ζ电势反号,绝对值增加,溶胶重又稳定；再加入电解质,由于反离子的作用又使溶胶聚沉,这就是发生不规则聚沉的原因.