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物理化学
1.15.7.1 一、溶胶的稳定性(Stability of Collosol)
一、溶胶的稳定性(Stability of Collosol)

溶胶是热力学不稳定系统,但有些溶胶却能在相当长的时间范围内稳定存在。例如法拉第所制成的红色金溶胶,静置数十年以后才聚沉。这一节先定性地介绍溶胶稳定的原因。

1.DLVO理论

1941年由杰里亚金(Derjaguin)和朗道(Landau)以及1948年由维韦(Verwey)和奥弗比克(Overbeek)分别提出了带电胶体粒子稳定的理论,简称为DLVO理论。该理论认为:

(1)胶团之间既存在着斥力势能,也存在着引力势能,前者是带电胶粒接近时扩散层交联所产生的,与扩散层厚度及ζ电势有关,后者是长程范德华力所产生的。

图11—11 斥力势能、引力势能及总势能曲线图

在总的势能曲线上出现两个最小值。距离较近而又较深的称为第一最小值。它如同一个陷阱,落入此陷阱的粒子则形成结构紧密而又稳定的聚沉物,故称其为不可逆聚沉或永久性聚沉。距离较远而又很浅的最小值称为第二最小值,并非所有溶胶都会出现第二最小值,若粒子的线度小于10nm,即使出现第二最小值也一定是很浅的。对于较大的粒子,特别是形状较不对称的粒子,第二最小值会明显地出现,其值一般仅几个kT的数量级,粒子落入此处可形成较疏松的沉积物,但不稳定,外界条件稍有变动,沉积物可重新分离而成溶胶。

2.溶剂化作用

除胶粒带电是溶胶稳定的主要因素之外,溶剂化作用也是使溶胶稳定的重要原因,若水为分散介质,构成胶团双电层结构的全部离子都应当是水化的,在分散相粒子的周围,形成一个具有一定弹性的水化外壳。因布朗运动使一对胶团互相靠近时,水化外壳因受到挤压而变形,但每个胶团都力图恢复其原来的形状而又被弹开,由此可见,水化外壳的存在势必增加溶胶聚合的机械阻力,而有利于溶胶的稳定。

3.布朗运动

最后,分散相粒子的布朗运动足够强时,就能够克服重力场的影响而不下沉,溶胶的这种性质,称为动力稳定。一般说来,分散相与分散介质的密度相差愈小,分散介质的粘度愈大,分散相的颗粒愈小,布朗运动愈强烈,溶胶的动力稳定就愈强。

综上所述,分散相粒子的带电、溶剂化作用及布朗运动是溶胶三个重要的稳定原因。可想而知,中和分散相粒子所带的电荷,降低溶剂化作用,皆可使溶胶聚沉。