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无机化学
1.7.4.2 4.4.2 溶胶的稳定性和聚沉
4.4.2 溶胶的稳定性和聚沉

1)溶胶的稳定性

溶胶是高度分散的、具有较大表面能的不稳定体系,胶粒间有相互聚结而降低其表面能的趋势,但溶胶却具有一定的稳定性。其主要原因有以下三个。

(1)胶粒带电。同一溶胶的胶粒带有相同符号的电荷,使胶粒之间相互排斥,从而阻止了胶粒互相接近与聚集。胶粒带电荷越多,排斥力越大,胶粒就越稳定。胶粒带电是胶体稳定的一个主要因素。

(2)布朗运动。由于布朗运动产生的动能足以克服重力对胶粒的作用,使胶粒均匀分布而不聚沉,所以布朗运动是胶体稳定的动力学因素。

(3)水化膜胶团具有水化双电层结构,即在胶粒外面包有一层水化膜,这层水化膜使胶粒彼此隔开不易聚集。胶粒所带电荷越多,水化膜越厚,胶体越稳定。

2)溶胶的聚沉

溶胶的稳定性是暂时的、相对的、有条件的。一旦减弱或消除溶胶稳定的因素,就能使胶粒凝聚成较大颗粒而沉降,这个过程叫作聚沉。使胶体聚沉的方法有下列几种。

(1)加入电解质。溶胶对电解质十分敏感,其原因是电解质影响胶粒的双电层结构,电解质使胶粒扩散层中反离子受到与电解质同符号离子的排斥而进入吸附层,使胶粒的电荷数减少甚至消除,水化膜和扩散层随之变薄或消失,这样胶粒就能迅速凝集而聚沉。如在1 mL Sb2S3 溶胶中加入一滴0.2 mol/L NaCl 溶液,NaCl 溶液电离出的Na+可在一定程度上中和Sb2S3 胶粒所带的负电荷,而使它聚沉。

(2)加入相反电荷的溶胶,如带负电荷的As2S3 胶体溶液与带正电荷的Fe(OH)3 胶体溶液按适当比例混合时,因正、负电荷的胶粒相互中和电性,而立即聚沉。明矾的净水作用就是利用明矾水解生成Al(OH)3 与带负电的胶状污物相互中和电性而聚沉的结果。

(3)加热增加了胶粒的碰撞机会,同时降低了它对离子的吸附作用,从而降低了胶粒所带电量和水合程度,使粒子在碰撞时聚沉。

三种方法中最主要的是加入电解质聚沉法。不同的电解质对溶胶的聚沉能力不同。使1 L 溶胶在一定时间内聚沉所需电解质的最小浓度,称为这一电解质的聚沉值。电解质的聚沉值越大则其聚沉能力越弱,聚沉值越小则其聚沉能力越强。电解质对溶胶的聚沉作用,主要是异性电荷离子的作用。异性电荷离子的聚沉能力,与离子价数有关。离子价数越高,聚沉能力越强。例如,对硫化砷溶胶(负溶胶)的聚沉能力是AlCl3 >CaCl2 >NaCl;对Fe(OH)3 溶胶(正溶胶)的聚沉能力是Na3PO4 >Na2SO4 >NaCl。