4.3.3.2 胶体颗粒的凝聚沉降
水中胶粒大小约为1～100nm，所以一般不能用沉降或过滤的方法从水中除去这些颗粒物质。胶体颗粒基本有两类，即亲水胶粒和疏水胶粒。亲水胶粒的受溶剂化程度高，颗粒被水壳层所包围，所以在水体中很难凝聚沉降。这一类胶粒多数是生物性的物质，例如可溶性淀粉、蛋白质和它们的降解产物以及血清、琼脂、树胶、果胶等。水体中的疏水胶粒成分一般由粘土、腐植质、微生物等经分散后产生，这些胶粒的表面带电（一般带负电），较容易通过某些天然或人为因素的作用而凝聚沉降下来。
从化学热力学角度看，胶体系统是高度分散的，因而也是一种不稳定体系。这种体系有降低表面能，趋于稳定的自发倾向，而降低表面能又是靠胶粒（尤其是疏水胶粒）发生凝聚和吸附这两种基本过程来达成的。
胶体的凝聚有两种基本形式，即凝结和絮凝。胶体粒子表面带有电荷，由于静电斥力而难以相互靠拢，凝结过程就是在外来因素（如化学物质）作用下降低静电斥力，从而使胶粒合在一起。絮凝则是借助于某种架桥物质，通过化学键联结胶体粒子，使凝结的粒子变得更大。在用化学试剂处理废水的一种被称为化学混凝单元操作中，能同时发生凝结和絮凝作用，所产生的絮状颗粒又进一步吸附水溶性物质和粘附水中悬浮粒子，由此构成了一个相当复杂的物理化学过程。这种过程是去除废水中胶粒和细小悬浮物的一种有效方法，所加入的化学试剂称为化学混凝剂。以下我们来阐述胶体颗粒凝聚沉降的微观机理。
疏水胶粒表面带正电或负电主要取决于胶粒的本性。但水体的pH值则是具有决定意义的外因，高pH值可使胶粒趋向于带更多负电。例如作为粘土组分的水合SiO2和Al（OH）3的等电点分别在pH=2和pH=4.8～5.2，大多数细菌细胞胶体的等电点在pH=2～3之间，由于天然水体pH值大致在6～9范围内，所以水中这类胶粒表面多带过剩的负电。现在让我们来审视一个带着过剩负电荷的胶粒。如图4-13所示，这个胶粒与它周围的水体间构成了一个双电层。形成双电层的过程是：①由于胶粒表面带负电引起带正电的反离子被吸附在粒子表面。②部分反离子因热运动而向外扩散。如图4-13所示，双电内层附着在固体颗粒表面上，而外层则位于液相之中，内外两层的界面在AB。这个界面也就是胶体粒子在溶液中移动时的剪切面。在颗粒表面和AB面之间所形成的ζ电位（动电位）可用电泳法或电渗法予以测定，并可用下式表示其大小：
式中q——粒子表面电荷量；
δ——双电内层厚度；
D——水的介电常数。
另如图4-14(a)所示，在两个相邻的胶体粒子间一方面受到与ζ电位大小相应的静电斥力，另一方面也受到一个相互吸引的范德华力。后一种力存在于任何两邻近胶粒之间而不拘于它们所带电荷的种类（正或负），且力的大小主要取决于胶粒在水体中的密度，而与水相组成无关。此外，随着粒子间距离增大，范德华引力迅速衰减。当以上两种相异的力中斥力大于引力时，所产生的净斥力就构成了阻碍粒子间互相凝结的能垒。在向胶体溶液加入某种电解质（如铁盐、铝盐等）后，可将反离子更多地驱入双电内层，并由内层压缩而使ζ电位降低，从而也就降低了粒子间的斥力，因此粒子能互相靠拢，范德华引力也就进一步得到增强，导致能垒消失（图4-14(b)），并达到粒子间发生凝结的结果。上述胶体粒子凝结的机理可用于解释一些自然现象，如带有大量胶体粒子的河水流至河海交汇处（河口）时，由于海水中含盐较高，从而破坏河水胶体的相对稳定性，使大量胶粒经凝聚而形成河口沉积物。
本文标题：4.3 固体物质在水中的溶解沉淀平衡--天然水系中的化学平衡(4)
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