第四章-胶体-无机材料物理化学-教学课件.ppt
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1、1绪论绪论陶陶瓷瓷工工业业中中泥泥浆浆及及可可塑塑泥泥料料的的性性能能,单单晶晶生生长长的的凝凝胶胶法法等等,都都涉涉及及到到与与胶胶体体状状态态有有关关的的知知识识,本本章章着着重重讨讨论论陶陶瓷瓷工工业业中中的粘土的粘土水系统。水系统。陶陶瓷瓷工工业业中中的的泥泥浆浆和和泥泥料料皆皆属属于于粘粘土土水水系系统统,从从胶胶体体化化学学的的角角度度按按被被分分散散颗颗粒粒度度大大小小看看,粘粘土土水水系系统统是是属属于于悬悬浮浮液液和粗分散系统。和粗分散系统。2第一节第一节 粘土质点的带电理论及粘土质点的带电理论及电位电位一一.带电理论带电理论二二.1.永久负电荷永久负电荷永永久久负负电电荷荷
2、是是由由于于矿矿物物晶晶格格中中某某些些粒粒子子和和外外界界离离子子置置换换后后产生的产生的如如硅硅氧氧四四面面体体中中4价价的的硅硅被被3价价的的铝铝所所置置换换,或或者者铝铝氧氧八八面面体体中中3价价的铝被的铝被2价的镁铁等所置换,就产生了过剩的负电荷,价的镁铁等所置换,就产生了过剩的负电荷,这种负电荷的数量决定于晶格中离子置换的数量。这种负电荷的数量决定于晶格中离子置换的数量。永久负电荷在蒙脱石、伊利石、蛭石中是很常见的。永久负电荷在蒙脱石、伊利石、蛭石中是很常见的。3第一节第一节 粘土质点的带电理论及粘土质点的带电理论及电位电位高高岭岭石石根根据据化化学学组组成成推推算算出出的的结结构
3、构式式,其其晶晶胞胞内内电电荷荷是是平平衡衡的的,因因此此,开开始始人人们们认认为为它它不不具具有有永永久久性性负负电电荷荷。近近年年来来发发现现高高岭岭石石存存在在着着铝铝对对硅硅的的同同晶晶置置换换现现象象。因因此此必必产产生生永永久久负负电荷。电荷。粘粘土土颗颗粒粒的的永永久久负负电电荷荷大大部部分分分分布布在在层层状状硅硅酸酸盐盐的的板板面面上上,这种电荷所吸附的阳离于是可交换的。这种电荷所吸附的阳离于是可交换的。4 3.净电荷净电荷 粘粘土土颗颗粒粒上上正正电电荷荷和和负负电电荷荷的的代代数数和和,就就是是粘粘土土颗颗粒粒的的净电荷。净电荷。负负电电荷荷一一般般都都是是多多于于正正电
4、电荷荷,所所以以除除了了少少数数粘粘土土颗颗粒粒在在较较强强的的酸酸性性条条件件下下可可能能出出现现净净正正电电荷荷外外,一一般般粘粘土土顺顺粒粒都都带带有净负电荷。有净负电荷。第一节第一节 粘土质点的带电理论及粘土质点的带电理论及电位电位6第一节第一节 粘土质点的带电理论及粘土质点的带电理论及电位电位二二.粘土粘土-水系统的动电性质水系统的动电性质 带带电电的的粘粘土土颗颗粒粒分分散散在在水水中中时时,胶胶体体颗颗粒粒和和液液相相的的界界面面上上就就有有双双电电层层出出现现。在在电电场场或或其其它它力力场场的的作作用用下下,固固体体颗颗粒粒对另一相做相对移动时所表现出来的电学性质称为对另一相
5、做相对移动时所表现出来的电学性质称为动电性质。动电性质。1.胶体双电层胶体双电层 带带电电胶胶粒粒分分散散在在电电解解质质溶溶液液中中时时,由由于于静静电电吸吸力力,在在胶胶粒粒的的周周围围形形成成反反号号电电荷荷的的离离子子层层,胶胶粒粒表表面面的的电电荷荷与与其其周周围围的离子层就构成了胶体的双电层。的离子层就构成了胶体的双电层。7 胶胶体体周周围围的的反反号号离离子子并并不不是是分分布布在在同同一一平平面面上上。因因为为在在溶溶液液中中,这这些些离离子子的的分分布布不不仅仅决决定定于于离离子子所所受受的的胶胶粒粒表表面面上上的电荷静电吸力的电荷静电吸力第一节第一节 粘土质点的带电理论及粘
6、土质点的带电理论及电位电位,而而且且也也受受使使离离子子均均匀匀分分布布于于溶溶液液中中热热运运动动的的影影响响。静静电电吸吸力力使使离离子子趋趋于于靠靠近近胶胶粒粒周周围围,而而离离子子的的热热运运动动则则使使离离子子有有散散开开的的趋趋势势。两两种种相相反反的的力力同同时时作作用用的的结结果果,使使胶胶粒粒周周围围的的反反号号粒粒子子随随着着与与胶胶粒粒表表面面的的距距离离的的增增加加而而减减少,因此称为少,因此称为扩散双电层扩散双电层。8 2.电位及其影响因素电位及其影响因素 当当粘粘土土中中胶胶体体颗颗粒粒受受外外力力而而运运动动时时,并并不不是是粘粘土土颗颗粒粒单单独独移移动动,而而
7、是是与与密密实实的的内内层层一一起起移移动动。这这一一结结合合在在固固相相表表面面上上的的密密实实的的内内层层与与胶胶团团内内的的非非固固定定部部分分与与溶溶液液之之分分界界面面上上的电位,称为胶体的的电位,称为胶体的电位或动电电位电位或动电电位。其大小受到一系列因素的影响。其大小受到一系列因素的影响。电解质浓度:电解质浓度:液液相相中中电电解解质质的的浓浓度度愈愈高高,则则反反号号离离子子的的浓浓度度愈愈高高,随随着着溶溶液液中中反反号号离离子子的的增增加加,双双电电层层的的固固定定层层中中的的反反号号离离子子数数量量也也相相应应地地增增多多。因因而而在在滑滑动动面面上上表表现现出出来来的的
8、电电位位也也较较小。小。第一节第一节 粘土质点的带电理论及粘土质点的带电理论及电位电位10 离子价数的影响:离子价数的影响:如如果果反反号号离离子子的的价价数数由由原原来来1价价变变为为2价价,而而其其它它条条件件不不变变,则则由由于于带带电电的的胶胶粒粒对对单单个个离离子子的的吸吸引引力力加加大大了了一一倍倍,所所以以反反号号离离子子更更接接近近于于胶胶粒粒表表面面,使使双双电电层层厚厚度度减减小小。从从而而导导致致电位降低。电位降低。第一节第一节 粘土质点的带电理论及粘土质点的带电理论及电位电位11第二节第二节 离子交换和胶团中的结合水离子交换和胶团中的结合水1.离子的本性离子的本性 价数
9、价数:在在粘粘土土水水悬悬浮浮液液体体系系中中,由由子子离离子子吸吸附附主主要要是是固固相相表表面面与与离离子子之之间间静静电电作作用用的的结结果果,而而静静电电作作用用力力的的大大小小应应服服从从库库仑仑定定律律。对对于于同同一一固固相相表表面面,当当环环境境条条件件相相同同时时,反反号号离离子的价数愈高,则吸引力愈强子的价数愈高,则吸引力愈强,一般称此为,一般称此为离子的吸附能离子的吸附能。不同价数的离子吸附能如下:不同价数的离子吸附能如下:M+M2+Al3+Ba2+Sr2+Ca2+Mg2+NH4+K+Na+Li+阴离子的置换顺序为:阴离子的置换顺序为:OH-CO32-P2O74-I-Br
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