阿摩線上測驗
登入
阿摩線上測驗
登入
學習重點 布朗運動是隨機、無方向性的運動，由分散介質分子的熱運動撞擊粒子所造成。 在其他條件相同時，布朗運動位移隨絕對溫度、觀察時間增加而增大，隨粒徑、介質黏度增加而減小；基本關係式不含濃度。 可利用丁道爾效應的光散射觀察皂土扁平質粒的布朗運動；布朗運動與沉降競爭所涉及的臨界半徑，最不相關的因素是分配係數。 金數是標準條件下，防止紅色金溶膠凝聚變藍所需保護膠體的最小乾重，以 mg 表示；金數越小，保護能力越強。 某些高分子足量時可保護疏水性膠體，低濃度時卻促進凝結，稱為敏化作用（sensitization）。 核心觀念 一、布朗運動：單一粒子沒有固定方向 布朗運動（Brownian motion）是粒子受到周圍介質分子從各方向不均等撞擊，所呈現的持續、不規則運動。其路徑曲折，沒有固定方向，不能描述成一律向下、往低濃度處，或往高滲透壓處移動。 應區分「單一粒子的隨機運動」與「大量粒子的淨移動」。粒子可以各自隨機運動，但在存在濃度梯度時，整體仍可呈現由高濃度往低濃度的淨擴散。 現象判斷關鍵 布朗運動粒子受熱運動撞擊，隨機、無固定方向。 擴散整體淨移動通常由高濃度往低濃度。 滲透溶劑經半透膜，淨移向較高滲透壓側。 重力沉降密度大於介質的粒子，在重力作用下向下移動。 電泳帶電粒子受外加電場作用而移動。 小粒子的布朗運動較顯著，有助於維持分散；但不是產生固定向上的力量，也不代表粒子永遠不會沉降。 二、布朗運動位移的影響因素 對稀分散系統中的球形粒子，Stokes–Einstein 關係為：D＝kT／（6πηr）。其中 D 為擴散係數、k 為波茲曼常數、T 為絕對溫度、η 為介質黏度、r 為粒子半徑。 沿單一座標方向的均方根位移＝√（2Dt），因此與√［Tt／（ηr）］成正比。這是位移大小的統計量，不應與可能互相抵消的有正負號平均位移混為一談。 絕對溫度越高：熱運動越強，相同時間內的均方根位移越大。 粒徑越大：受到的流體阻力越大，位移越小。 介質黏度越高：粒子移動阻力越大，位移越小。 觀察時間越長：均方根位移越大，與時間平方根成正比。 濃度：不在上述基本關係式中，是與溫度、粒徑、黏度並列時的無關因素。此判斷以基本模型及其他條件相同為前提。 三、丁道爾效應：利用散射光觀察運動 丁道爾效應（Tyndall effect）是膠體粒子散射入射光的現象。利用適當照明與超顯微鏡的暗視野觀察，可見暗背景中的散射亮點，並追蹤其不規則移動。 皂土（bentonite）分散液中的扁平質粒（platelet），可藉此觀察布朗運動。所見亮點是散射光的表現，不等於直接解析出粒子的完整形狀。 丁道爾效應提供觀察依據；布朗運動本身則源自介質分子的熱運動撞擊。擴散、滲透與電泳均不是這項觀察所依據的光學效應。 四、臨界半徑：布朗運動與沉降的競爭 粒子越大，重力沉降通常越顯著；粒子越小，布朗運動越顯著。此處的臨界半徑，用來描述兩者相對重要性轉換的界線，不能視為所有劑型都通用的固定粒徑。 討論此界線時，須考慮黏度、重力、溫度等影響粒子運動的條件，以及粒子與介質的密度差。黏度影響移動阻力，重力影響沉降，溫度影響熱運動。 分配係數描述物質在兩相間的平衡分布，並非判斷布朗運動與沉降競爭的直接參數。因此，與黏度、重力、溫度比較時，分配係數是最不會影響臨界半徑的選項。 五、保護膠體與金數 疏水性膠體可藉粒子間的電性排斥維持分散。加入電解質後，排斥作用可能減弱而發生凝聚。適量親水性高分子如明膠（gelatin）吸附於粒子表面，可形成保護層，降低電解質引起的凝聚，稱為保護作用（protective action）。 金數（gold number，亦稱金指數）是衡量保護能力的指標：為防止10 mL 紅色金溶膠因加入1 mL、10% NaCl 溶液而凝聚變成藍色，所需乾燥保護膠體的最小毫克數。 定義項目必記內容 金溶膠10 mL，原為紅色。 加入的鹽溶液1 mL 的 10% NaCl。 防止的變化凝聚所伴隨的紅色變藍色。 測量的量乾燥保護膠體的最小重量。 單位mg；不是體積、濃度或電位。 標準條件下，若明膠的最低有效用量為0.01 mg，金數即為0.01，不需再用金溶膠體積、鹽溶液體積或鹽濃度乘除。金數是標準化試驗的結果，不能任意將不同試驗條件作簡單比例換算。 金數越大，表示需要越多保護膠體才能防止變色，保護能力越弱；金數越小，保護能力越強。它測量的是「防止凝聚所需的保護膠體量」，不是「造成凝聚所需的鹽量」。 六、高分子的保護作用與敏化作用 某些高分子在足夠濃度時，可充分覆蓋粒子表面而提供保護；在低濃度時，表面覆蓋不足，反而可能藉高分子鏈在粒子間架橋等作用，促進凝結。這種低濃度反而促凝的現象稱為敏化作用（sensitization）。 名詞意義 Sensitization 敏化作用某些高分子低濃度時，反而促進疏水性膠體凝結。 Protective action 保護作用足量保護膠體降低電解質所致的凝聚。 Steric stabilization 立體穩定表面高分子層以立體障礙阻止粒子接近。 Charge stabilization 電荷穩定利用粒子間的靜電排斥維持分散。 常考陷阱 把布朗運動寫成有固定方向：沿重力方向、由高濃度往低濃度、往高滲透壓側，都不是其定義；判斷關鍵是「隨機、無方向性」。 混淆濃度與黏度：布朗運動基本位移公式不含濃度，但包含黏度；溫度須以絕對溫度表示。 混淆觀察原理與運動原因：丁道爾效應是光散射，熱運動撞擊才是布朗運動的原因。 把分配係數當成沉降參數：它描述兩相分布；與黏度、重力、溫度並列時，應選為最不相關因素。 顛倒金數的目的與顏色：是保護紅色金溶膠不變藍，不是防止變紅，也不是添加物質使其沉澱。 弄錯金數的數字與單位：金溶膠是 10 mL，鹽溶液是 1 mL、10%；保護膠體最低乾重以 mg 表示。 誤認金數越大越好：越大表示所需保護量越多，保護力越弱。HLB 值、臨界微胞濃度與 Reynolds number 均非此保護能力指標。 把低濃度促凝稱為穩定作用：描述「反而促進凝結」時，關鍵名詞是敏化作用。 記憶口訣 「布朗亂走無方向，溫高粒小黏低旺。」 「散射看布朗，丁道爾幫忙。」 「十金、一鹽、十趴；毫克護紅不變藍。」 「金數小，保護好；低量促凝叫敏化。」