胶体的特性与结构
1.胶体的特性
胶体的特性包括光学性质、力学性质、表面性能、动电现象4个方面。
（1）光学性质。胶体的光学性质是胶体在水溶液中能引起光反射的性质。
（2）力学性质。胶体的力学性质主要是指胶体的布朗运动，胶体颗粒一刻不停地做不规则运动。这也是胶体颗粒不能自然沉淀的原因之一。它可用水分子的热运动来解释，胶体颗粒总是处于周围水分子的包围中，而水分子由于热运动总在不停地撞击胶体颗粒，其瞬间合力不能完全抵消，就使得胶体颗粒不断改变位置。
（3）表面性能。胶体颗粒微小，故其比表面积大，具有极大的表面自由能，从而使胶体颗粒具有强烈的吸附能力和水化作用。
（4）动电现象。胶体的动电现象包括电泳与电渗，两者都是由于外加电位差的作用而引起的胶体溶液系统内固相与液相产生的相对移动。电泳现象是指在电场作用下，胶体颗粒向一个电极方向移动的现象。与此同时，也可认为有一部分液体渗透过了胶体颗粒的孔隙而移向相反的电极，这种液体在电场中透过多孔性固体的现象称为电渗。
电泳现象说明胶体颗粒是带电的。在外加电场作用下，胶体颗粒移向阴极，说明该类胶体颗粒带正电，如氢氧化铁、氢氧化铝等；相反，胶体颗粒向阳极运动，则说明该类胶体颗粒带负电，如碱性条件下的氢氧化铝和蛋白质等。黏土胶体一般也带负电。由于胶体微粒的带电性，当它们互相靠近时，就产生排斥力，因此不能聚合。
2.胶体的双电层结构
胶体结构很复杂，它是由胶核、吸附层及扩散层三部分组成的，图4-3是胶体结构及其电位分布示意图。
粒子的中心是胶核，它是由胶体分子聚合而成的胶体微粒，由数百个乃至数千个分散相固体物质分子组成。由于胶体的吸附性，胶核附近吸附了一层带同性电荷的离子，称为电位离子层。为维护胶体离子的电中性，胶核表面的电位离子在静电引力的作用下，从溶液中吸附了电量与电位离子总电量相同而电性相反的离子，这称为反离子层。
图4-3 胶体离子结构及其电位分布
电位离子层与反离子层就构成了胶体的双电层结构。其中电位离子层构成了双电层的内层，其所带电荷称为胶体粒子的表面电荷，其电性和电荷数决定了双电层总电位的符号和大小。反离子层构成了双电层的外层，按其与胶核的紧密程度，反离子层又分为吸附层和扩散层，前者靠近电位离子，并随胶核一起运动，它和电位离子层一起构成了胶体粒子的固定层，这部分反离子又叫作束缚反离子。而反离子扩散层是指固定层以外的那部分反离子，它由于受电位离子的引力较小，因而不随胶核一起运动，并趋于向溶液主体扩散，直至与溶液中的平均浓度相等，所以这部分反离子又叫作自由反离子。吸附层与扩散层的交界面在胶体化学上称为滑动面。(https://www.daowen.com)
通常将胶核与吸附层合在一起称为胶粒，胶粒再与扩散层组成电中性胶团（又称胶体粒子）。由于胶粒内束缚反离子电荷数总少于电位离子数，故胶粒总是带电的，其电量等于电位离子数与吸附层反离子电荷数之差，其电性与电位离子电性相同。
胶核与溶液主体间由于表面电荷的存在所产生的电位称为总电位（或称ψ电位）。而胶粒与扩散层之间的电位由于胶粒剩余电荷的存在所产生的电位称为电动电位（或称ζ电位）。
ψ电位对于某类胶体而言，是固定不变的，它无法测出，也不具备实用意义；而ζ电位可通过电泳或电渗计算得出，它随着温度、pH及溶液中反离子浓度等外部条件而变化，在水处理中具有重要的意义。
对于某一种胶体，ψ电位总是一定的，ζ电位则随扩散层的厚度发生变化，它能引起胶体的静电斥力，阻止胶粒相互接近。ζ电位越高，胶体的稳定性越强。按以上叙述，胶体的结构式可写为：
3.胶体的稳定性与脱稳
胶体的稳定性是指胶体颗粒在水溶液中保持分散的悬浮状态的特性。造成胶体微粒稳定性的主要原因是微粒的布朗运动、微粒间的电斥力和微粒表面的水化作用。
（1）布朗运动。分散在水中的各种固体颗粒时刻受到水分子热运动的撞击。对于较大的颗粒，由于受各方向水分子撞击的次数很多，可以平衡抵消，而且它的质量较大，能够在重力作用下自然下沉。胶体微粒很小时，同时受各方向水分子撞击的次数很少，不可以平衡抵消，而且它的质量很小，重力对它的影响极微，胶体微粒在水分子的撞击下做无规则运动，即布朗运动，使其成为均匀分散状态。
布朗运动为胶体微粒提供相互碰撞的机会，但胶体微粒并未由此而相互吸附聚集成大颗粒下沉，主要是由于带有同性电荷的胶体微粒存在着静电斥力，使微粒彼此无法接触。
（2）微粒间的静电斥力。由于同类的胶体微粒电性相同，它们之间的静电斥力阻止微粒彼此接近，因而很难聚合成较大的颗粒；一种胶体的胶粒带电越多，其ζ电位就越大，稳定性越强。
（3）微粒表面的水化作用。由于胶粒的带电性，使周围极性水分子因定向作用而被吸引在胶粒的周围形成一层水化膜，阻止了胶粒间的相互接触。扩散层中反离子越多，水化作用越大，水化层也越厚，因此扩散层也越厚，稳定性越强。胶粒反离子都能与周围的水分子发生水化作用，形成一层水化壳，也阻碍了胶粒的聚合。
因此，要使胶体颗粒沉降，就需要破坏胶体的稳定性。促使胶体颗粒相互接触，成为较大的颗粒，这可以通过压缩扩散层的厚度、降低ζ电位来达到。
胶体因ζ电位降低或消除，从而失去稳定性的过程称为脱稳。脱稳的胶粒相互聚集为较大颗粒的过程称为凝聚。未经脱稳的胶体也可形成大的颗粒，这种现象称为絮凝。不同的化学药剂能使胶体以不同的方式脱稳、凝聚或絮凝。
