溶膠聚沉與穩(wěn)定性

因?yàn)槿苣z的膠粒具有很大的表面積，總是有聚集成更大的顆粒的傾向。當(dāng)顆粒達(dá)到一定程度以后就要沉淀，所以他是不穩(wěn)定的。溶膠中粒子合并、長(zhǎng)大這一過(guò)程叫做聚沉。聚沉可以有各種原因，其中電解質(zhì)的作用人們了解的最多。

溶膠對(duì)電解質(zhì)很敏感，加入極少量的電解質(zhì)就可以引起溶膠聚沉。電解質(zhì)的聚沉能力用聚沉值表示。聚沉值是一定條件下剛剛足以引起某種溶膠聚沉的電解質(zhì)濃度，一般用 mmol/dm3 表示。

研究發(fā)現(xiàn)，決定電解質(zhì)的聚沉能力的是電解質(zhì)中與溶膠電荷相反的離子的價(jià)態(tài)，而離子種類則影響不大。

由表可見(jiàn)，一價(jià)、二價(jià)三價(jià)無(wú)機(jī)離子的聚沉能力的差別。電解質(zhì)的聚沉能力主要由異號(hào)離子的價(jià)態(tài)決定，價(jià)態(tài)越高聚沉能力越大。這一規(guī)律稱為叔爾采-哈迪(Schulze-Hardy)規(guī)則。

兩種電解質(zhì)的混合物對(duì)溶膠的聚沉的研究指出，兩種與溶膠粒子相反電荷的離子對(duì)溶膠的聚沉作用有時(shí)有加和性，有時(shí)又是相互對(duì)抗的。例如，向As2S3負(fù)溶膠中加入少量的LiCl后再加入MgCl2使As2S3聚沉，發(fā)現(xiàn)這時(shí)MgCl2用量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于單獨(dú)使用MgCl2。說(shuō)明鋰離子和鎂離子對(duì)于As2S3聚沉作用是彼此對(duì)抗的

兩種溶膠僅以某一特定比例混合時(shí)才會(huì)完全聚沉，將極少量的一種溶膠加入另一種溶膠并不發(fā)生聚沉。具體特定比例的存在原因仍在研究。

從熱力學(xué)的角度來(lái)看，溶膠體系不是真正的穩(wěn)定體系。分散相具有極大的界面，因此具有極大的表面能。但是為什么短時(shí)間內(nèi)小粒子不會(huì)自動(dòng)合并使得體系能量降低呢?粒子是在不停地做布朗運(yùn)動(dòng)，所以重力、沉降、對(duì)流都足以使得粒子之間具有許多相遇的機(jī)會(huì)。早期的工作就注意到帶電是溶膠的穩(wěn)定性的來(lái)源，同一種溶膠的膠核粒子帶有同種電荷，包圍著膠核粒子的雙電層會(huì)阻礙粒子的充分接近，因而聚沉受到阻礙。另外吸附層中離子的水化作用使得膠體被水包圍，也會(huì)阻止膠粒之間的相互接近，因此膠體具有一定的穩(wěn)定性。

膠體具有丁達(dá)爾效應(yīng)。

由于光的本質(zhì)是電磁波，光與物質(zhì)的作用與光的波長(zhǎng)和物質(zhì)顆粒大小有關(guān)。當(dāng)溶質(zhì)粒子大于入射光波長(zhǎng)，發(fā)生光的反射，無(wú)丁達(dá)爾現(xiàn)象;當(dāng)溶質(zhì)粒子小于入射光的波長(zhǎng)，如膠體溶液，則發(fā)生光的色散而產(chǎn)生丁達(dá)爾現(xiàn)象。

為了得到溶膠，我們需要制備與凈化。

由于制備溶膠要求分散質(zhì)以交替狀態(tài)分布于介質(zhì)中，而且這種分散體系能在穩(wěn)定劑存在下能夠穩(wěn)定下來(lái)。從粒子大小看，由于溶膠粒子小于可濾出的粒子，而大于一般溶液的小分子，故可采用兩種途徑達(dá)到:將大塊物質(zhì)利用膠體磨等手段，磨成直徑0.1-1μm的粒子，即分散法;或使更小粒子凝聚成膠體粒子，即凝聚法。

分散法:可以采取機(jī)械研磨，超聲作用，電分散或化學(xué)法等。

凝聚法:使小分子聚集成膠體粒子最簡(jiǎn)單的辦法是更換溶劑法，例如將乙醇的硫磺溶液倒入水中，形成硫磺的水溶液;也可以利用化學(xué)反應(yīng)生成難溶性產(chǎn)物。在此，難溶性化合物從飽和溶液中吸出的過(guò)程中，使其停留在膠粒大小階段。因?yàn)榫w粒子成長(zhǎng)決定于兩個(gè)因素:晶核生長(zhǎng)速度W和晶體生長(zhǎng)速度Q，所得粒子分散度與W/Q之比值成正比，那些有利于晶核大量生長(zhǎng)而減慢晶體生長(zhǎng)速度的因素都有利于溶膠形成(不利于得到大晶體)

用各種方法制得的溶膠都會(huì)含有一定的電解質(zhì)分子或離子的雜質(zhì)。這些雜質(zhì)會(huì)影響溶膠的穩(wěn)定性，因而需要凈化。一般有兩種方法:

透析法:利用溶膠粒子不能透過(guò)半透膜的性質(zhì)，分離出電解質(zhì)。透析時(shí)將溶膠裝在透析袋中，并將其放入流水。長(zhǎng)時(shí)間后，大部分電解質(zhì)穿過(guò)膜隨水流去?？梢酝ㄟ^(guò)檢查膜外流水中的離子來(lái)監(jiān)視透析情況。

超過(guò)濾法:膠體粒子可以透過(guò)濾紙，用半透膜代替濾紙，在減壓或加壓下使得溶膠過(guò)濾，可以將溶膠與其中小分子雜質(zhì)過(guò)濾開(kāi)來(lái)。

溶膠一般有三個(gè)特征:

習(xí)慣上，把分散介質(zhì)(分散劑)為液體的膠體分散體系稱為液溶膠或溶膠(sol);分散介質(zhì)為氣體的分散體系成為氣溶膠，介質(zhì)為固體時(shí)，稱為固溶膠。

液溶膠是指通過(guò)水解和聚合作用，形成的有機(jī)或無(wú)機(jī)的納米或微米級(jí)的粒子，這些粒子通常帶有電荷，并由于電荷作用，吸附一層溶劑分子，形成由溶劑包覆的納米或微米粒子，即膠體粒子，這些膠體粒子由于帶有電荷而相互排斥，從而能以懸浮狀態(tài)存在于溶劑中，即形成溶膠;膠體粒子由于失去電荷，或者包覆在外圈的溶劑層被破壞，膠體粒子發(fā)生聚合，溶膠發(fā)生固化即形成凝膠。

氣溶膠是指粒徑在納米尺度的固體或液體顆粒漂浮在氣體中，形成的分散體系。如霧靄就是一種氣溶膠，是由固態(tài)納米顆粒漂浮在空氣中形成的。

氣溶膠化學(xué)又稱大氣氣溶膠化學(xué)或大氣顆粒物化學(xué)，是大氣化學(xué)的重要分支。研究大氣中氣溶膠（顆粒物）的來(lái)源、形成、分布、運(yùn)輸、消除過(guò)程中的物理化學(xué)行為，化學(xué)組成的變化，存在狀態(tài)的特性、粒度譜的演變及其與大氣現(xiàn)象的關(guān)系等。許多大氣污染現(xiàn)象都直接或間接與氣溶膠（顆粒物）的物理化學(xué)特性和行為有關(guān)。在污染大氣中通過(guò)復(fù)雜的物理過(guò)程和化學(xué)反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生氣溶膠，如光化學(xué)煙霧反應(yīng)產(chǎn)物可生成硫酸鹽、硝酸鹽氣溶膠；二氧化硫愛(ài)氣溶膠表面可被催化氧化（因表面含有鐵或錳等過(guò)渡金屬）而產(chǎn)生硫酸鹽，或發(fā)生氣相氧化生成硫酸鹽氣溶膠（顆粒物，二次污染物）。后者可能遠(yuǎn)距離遷移，在幾百公里上空沉降（干沉降）或被雨水沖刷（濕沉降）抵達(dá)地面，從而造成土壤、水體的酸化，影響植物、水生生物的生長(zhǎng)，美國(guó)東北部、五大湖地區(qū)的酸雨危害，就是由硫酸鹽氣溶膠造成的。我國(guó)的燃料結(jié)構(gòu)以煤為主，燃煤產(chǎn)生的二氧化硫和煙塵，已成為大氣污染的普遍問(wèn)題，二氧化硫轉(zhuǎn)化為硫酸鹽和煙塵顆粒物中有毒有害物質(zhì)的傳播、轉(zhuǎn)化，都會(huì)造成環(huán)境與生態(tài)的危害。