膠體理論

導(dǎo)致膠體粒子團(tuán)聚的主要作用，是來自粒子間的范德華力，若要增加膠體粒子穩(wěn)定性，則由兩個途徑，一是增加膠體粒子間的靜電排斥力，二為使粉體間產(chǎn)生空間位阻，以這兩種方式阻絕粉體的團(tuán)聚。

最簡單的膠體系統(tǒng)系由一分散相與一相分散媒介所構(gòu)成，其中分散相尺度范圍于10－9～10－6m間。膠體內(nèi)的物質(zhì)存在于系統(tǒng)內(nèi)需具有一定程度以上的分散能力。根據(jù)溶劑與分散相的不同而可產(chǎn)生多種不同的膠體型態(tài)，如：霧氣即為液滴分散于氣體中之氣膠、牙膏即固態(tài)高分子微粒分散在液體中的溶膠。

膠體的應(yīng)用在生活中比比皆是，而膠體的物理特性需視分散相與分散介質(zhì)的不同而有所差異。從微觀角度觀察膠體，膠體粒子并非處于恒定狀態(tài)，而是在介質(zhì)內(nèi)隨機(jī)運(yùn)動，這便是我們所稱的布朗運(yùn)動（Brownian motion）。絕對零度以上，膠體粒子均會因熱運(yùn)動而發(fā)生布朗運(yùn)動，這便是微觀膠體的動力學(xué)特性。膠體粒子因布朗運(yùn)動而產(chǎn)生碰撞，是為團(tuán)聚（aggregate）發(fā)生的契機(jī)，而膠體粒子在熱力學(xué)上處于不穩(wěn)定狀態(tài)，因而粒子間的交互作用力為分散的關(guān)鍵因素之一。

雙電層理論

雙電層理論可用以解釋膠體中帶電離子的分布情形，以及粒子電池表面所產(chǎn)生的電位問題。19 世紀(jì)Helmholtz 提出平行電容器模型以描述雙電層結(jié)構(gòu)，簡單的假設(shè)粒子帶負(fù)電，且表面如同電容器中的電極，溶液中帶正電的反離子因異電荷相吸而吸附在粒子表面。然而這個理論卻忽略了帶電離子會因熱運(yùn)動產(chǎn)生擴(kuò)散行為。

因此，在20世紀(jì)初Gouy與Chapman 提出擴(kuò)散電池雙電層模型，在溶液中的反離子會因靜電作用吸附于帶電粒子表面，同時受熱運(yùn)動影響而在粒子周圍擴(kuò)散。因此，反離子在溶液中的分布濃度將隨粒子表面的距離增加而下降。1924 年，史特恩（Stern）將平行電容器與擴(kuò)散雙電層兩種模型加以結(jié)合，以描述雙電層結(jié)構(gòu)。Stern認(rèn)為反離子會在粒子表面形成緊密的吸附層，亦稱Stern layer，隨著與粒子表面距離增加，粒子的電位會呈現(xiàn)線性下降，同時Stern layer外亦有擴(kuò)散層的存在，并且粒子于擴(kuò)散層中的電位會隨距離增加而指數(shù)下降。

下圖為Stern雙電層模型，zeta電位（ξ，Zeta potential）為雙電層模型中極重要的參數(shù)，實(shí)際測量時并無法直接測得粒子的表面電位，但可由聲波法或是電泳法計算出粒子的zeta電位。雙電層模型中Stern 層與擴(kuò)散層間的剪切平面上存在zeta電位。

zeta電位與膠體的分散穩(wěn)定性有密切的關(guān)系，當(dāng)zeta電位愈大時，膠體粒子表面上的靜電荷愈多，當(dāng)粒子于水溶液中的zeta電位達(dá)到±25～30mV 以上時，膠體有足夠的靜電排斥力克服粒子間的范德華力以維持膠體穩(wěn)定性。