當(dāng)固體與液體接觸時，可以是固體從溶液中選擇性吸附某種離子，也可以是固體分子本身發(fā)生電離作用而使離子進(jìn)入溶液，以致使固液兩相分別帶有不同符號的電荷，在界面上形成了雙電層的結(jié)構(gòu)。

早在1879年，Helmholz提出了平板型模型；§14.6雙電層理論和電勢1910年Gouy和1913年Chapman修正了平板型模型，提出了擴(kuò)散雙電層模型；后來Stern又提出了Stern模型。平板型模型Helmholtz認(rèn)為固體的表面電荷與溶液中的反號離子構(gòu)成平行的兩層，如同一個平板電容器。整個雙電層厚度為

固體與液體總的電位差即等于熱力學(xué)電勢

0，在雙電層內(nèi)，熱力學(xué)電勢呈直線下降。

在電場作用下，帶電質(zhì)點(diǎn)和反離子分別向相反方向運(yùn)動。

這模型過于簡單，由于離子熱運(yùn)動，不可能形成平板電容器。++++++++++Helmholtz雙電層模型----------擴(kuò)散雙電層模型

Gouy和Chapman認(rèn)為，由于正、負(fù)離子靜電吸引

和熱運(yùn)動兩種效應(yīng)的結(jié)果，溶液中的反離子只有一部

分緊密地排在固體表面附近，相距約一、二個離子厚

度稱為緊密層；

另一部分離子按一定的濃度梯度擴(kuò)散到本體溶液中，離子的分布可用Boltzmann公式表示，稱為擴(kuò)散層。雙電層由緊密層和擴(kuò)散層構(gòu)成。移動的切動面為AB面。Stern模型

Stern對擴(kuò)散雙電層模型作進(jìn)一步修正。

他認(rèn)為吸附在固體表面的緊密層約有一、二個分子層的厚度，后被稱為Stern層；

由反號離子電性中心構(gòu)成的平面稱為Stern平面。

由于離子的溶劑化作用，膠粒在移動時，緊密層會結(jié)合一定數(shù)量的溶劑分子一起移動，所以滑移的切動面由比Stern層略右的曲線表示。Stern模型

從固體表面到Stern平面，電位從

0直線下降為

?！?4.7 溶膠的穩(wěn)定性和聚沉作用

溶膠的穩(wěn)定性

影響聚沉作用的一些因素

膠體穩(wěn)定性的DLVO理論大意

高分子化合物對溶膠的絮凝和穩(wěn)定作用*DLVO理論的一種簡化表示式溶膠的穩(wěn)定性抗聚結(jié)穩(wěn)定性膠粒之間有相互吸引的能量Va和相互排斥的能量Vr，總作用能為Va+Vr。如圖所示：動力學(xué)穩(wěn)定性由于溶膠粒子小，Brown運(yùn)動激烈，在重力場中不易沉降，使溶膠具有動力穩(wěn)定性。

當(dāng)粒子相距較大時，主要為吸力，總勢能為負(fù)值；當(dāng)靠近到一定距離，雙電層重疊，排斥力起主要作用，勢能升高。要使粒子聚結(jié)必須克服這個勢壘。粒子間相互作用與其距離的關(guān)系曲線溶膠的穩(wěn)定性

膠粒表面因吸附某種離子而帶電，并且此種離子及反離子都是溶劑化的，這樣，在膠粒周圍就形成了一個溶劑化膜（水化膜）。溶劑化層的影響

水化膜中的水分子是比較定向排列的，當(dāng)膠粒彼此接近時，水化膜就被擠壓變形，而引起定向排列的引力又力圖恢復(fù)原來的定向排列，這樣就使水化膜表現(xiàn)出彈性，成為膠粒彼此接近時的機(jī)械阻力。

水化膜中的水有較高的黏度，這也成為膠粒相互接近時的機(jī)械障礙。影響聚沉作用的一些因素1.電解質(zhì)對于溶膠聚沉作用的影響

聚沉值使一定量的溶膠在一定時間內(nèi)完全聚沉

所需電解質(zhì)的最小濃度。從已知的表值 可見，對同一溶膠，外加電解質(zhì)的反號離子的價數(shù)越低，其聚沉值越大。聚沉能力是聚沉值的倒數(shù)。聚沉值越大的電解質(zhì) 其聚沉能力越小；反之，聚沉值越小的 電解質(zhì)，其聚沉能力越強(qiáng)。影響聚沉作用的一些因素電解質(zhì)的影響有如下一些規(guī)律：（1）聚沉能力主要決定于與膠粒帶相反電荷的離子的價數(shù)

異電性離子為一、二、三價的電解質(zhì)，其聚沉值的比例約為：相當(dāng)于這表示聚沉值與異電性離子價數(shù)的六次方成反比。這一結(jié)論稱為Schulze-Hardy規(guī)則。

影響聚沉作用的一些因素（2）價數(shù)相同的離子聚沉能力也有所不同。例如不同的堿金屬的一價陽離子所生成的硝酸鹽對負(fù)電性膠粒的聚沉能力可以排成如下次序：

不同的一價陰離子所形成的鉀鹽，對帶正電的溶膠的聚沉能力則有如下次序：

同價離子聚沉能力的這一次序稱為感膠離子序。它與水合離子半徑從小到大的次序大致相同。影響聚沉作用的一些因素（3）有機(jī)化合物的離子都有很強(qiáng)的聚沉能力，這可

能與其具有強(qiáng)吸附能力有關(guān)。（4）電解質(zhì)的聚沉作用是正負(fù)離子作用的總和。

通常相同電性離子的價數(shù)愈高，則該電解質(zhì)的聚沉能力愈低，這可能與這些相同電性離子的吸附作用有關(guān)。影響聚沉作用的一些因素（5）不規(guī)則聚沉

在溶膠中加入少量的電解質(zhì)可以使溶膠聚沉，電解質(zhì)濃度稍高，沉淀又重新分散而成溶膠，并使膠粒所帶電荷改變符號。

如果電解質(zhì)的濃度再升高，可以使新形成的溶膠再次沉淀。

不規(guī)則聚沉是膠體粒子對高價異號離子的強(qiáng)烈吸附的結(jié)果。影響聚沉作用的一些因素2.膠體之間的相互作用

將膠粒帶相反電荷的溶膠互相混合，也會發(fā)生聚沉。

與加入電解質(zhì)情況不同的是，當(dāng)兩種溶膠的用量恰能使其所帶電荷的量相等時，才會完全聚沉，否則會不完全聚沉，甚至不聚沉。

產(chǎn)生相互聚沉現(xiàn)象的原因是：可以把溶膠粒子看成是一個巨大的離子，所以溶膠的混合類似于加入電解質(zhì)的一種特殊情況。影響聚沉作用的一些因素2.膠體之間的相互作用

在憎液溶膠中加入某些大分子溶液，加入的量不同，會出現(xiàn)兩種情況：

當(dāng)加入大分子溶液的量足夠多時，會保護(hù)溶膠不聚沉，常用金值來表示大分子溶液對金溶膠的保護(hù)能力。金值越小，表明高分子保護(hù)劑的能力越強(qiáng)。影響聚沉作用的一些因素

在加入少量大分子溶液時，會促使溶膠的聚沉，這種現(xiàn)象稱為敏化作用。

當(dāng)加入的大分子物質(zhì)的量不足時，憎液溶膠的膠

粒粘附在大分子上，大分子起了一個橋梁作用，把膠

粒聯(lián)系在一起，使之更容易聚沉。

例如，對SiO2進(jìn)行重量分析時，在SiO2的溶膠中加入少量明膠，使SiO2的膠粒粘附在明膠上，便于聚沉后過濾，減少損失，使分析更準(zhǔn)確。不同膠體的相互作用高分子化合物對溶膠的絮凝和穩(wěn)定作用1．高分子化合物對溶膠的絮凝作用

在溶膠內(nèi)加入極少量的可溶性高分子化合物，可導(dǎo)致溶膠迅速沉淀，沉淀呈疏松的棉絮狀，這類沉淀稱為絮凝物，這種現(xiàn)象稱為絮凝(或橋聯(lián))作用。

高分子對膠粒的絮凝作用與電解質(zhì)的聚沉作用完全不同：

由電解質(zhì)所引起的聚沉過程比較緩慢，所得到的沉淀顆粒緊密、體積小，這是由于電解質(zhì)壓縮了溶膠粒子的擴(kuò)散雙電層所引起的。高分子化合物對溶膠的絮凝和穩(wěn)定作用1．高分子化合物對溶膠的絮凝作用

高分子的絮凝作用則是由于吸附了溶膠粒子以后，高分子化合物本身的鏈段旋轉(zhuǎn)和運(yùn)動，將固體粒子聚集在一起而產(chǎn)生沉淀。

絮凝作用具有迅速、徹底、沉淀疏松、過濾快、絮凝劑用量少等優(yōu)點(diǎn)，特別對于顆粒較大的懸浮體尤為有效。這對于污水處理、鉆井泥漿、選擇性選礦以及化工生產(chǎn)流程的沉淀、過濾、洗滌等操作都有極重要的作用。高分子化合物對溶膠的絮凝和穩(wěn)定作用高分子化合物絮凝作用的特點(diǎn)：(1)起絮凝作用的高分子化合物一般要具有鏈狀結(jié)構(gòu)；（2）任何絮凝劑的加入量都有一最佳值；（3）高分子的分子質(zhì)量越大，絮凝效率也越高；（4）高分子化合物基團(tuán)的性質(zhì)對絮凝效果有十分重要的影響；（5）絮凝過程與絮凝物的大小、結(jié)構(gòu)、攪拌的速率和強(qiáng)度等都有關(guān)系；