水溶液中杂质颗粒直径在介于10-^9 - 10^-7m之间称为胶体。对线形的高分子来说，含有103-10^9个原子的分子也属于胶体颗粒。
一、胶体颗粒带电的原因
每种胶体颗粒都带一定的电荷。胶体颗粒带电的原因可能有以下几个方面。
(1)胶体颗粒表面对溶液中离子的吸附 胶体颗粒表面能吸附溶液中电解质的某些阳离子或阴离子而使本身带电。这种吸附是有选择性的。例如由氯化铁水解得到的氢氧化铁，反应为 FeCl3+3H2O→Fe(OH)4+3HCl
水解所生成的Fe(OH)3分子聚合在一起构成胶体粒子的核心，称为胶核。Fe(OH)3胶核表面吸附了与其成分共同的H+，而使其带正电荷。通常认为表面的一部分分子和Cl-作用产生氧氯酸铁，而氧氯酸铁又离解成FeO+与Cl-即Fe(OH)3+HCl→FeOCl+2H2O
FeOCl→FeO+ +Cl-
这时Fe(OH)3胶核吸附了与它相似的离子FeO+而带正电。
(2)胶体颗粒表面的溶解 胶体颗粒的表面和水分子起化学反应，产生了新的化合物，这个化合物又电离出阳离子和阴离子，微粒吸附了其中的一种离子而使其带电。例如二氧化硅在水中，一部分分子与水作用生成硅酸，而硅酸离解成H+和SiO23-。
SiO2+H2O→H2SiO3
H2SiO3→2H+ +SiO23-
这时其他SiO2粒子吸附了SiO23-而带负电。
对于两性化合物，其所带电荷随溶液的pH值而异，如Al2(SO4)3水解得Al(OH)3，而Al(OH)3是两性物质。当水呈酸性或中性时Al(OH)3离解成Al3+和OH-，而当水呈碱性(pH值>8)时离解成H+和AlO2-。
Al2(SO4)3+6H2O→2Al(OH)3+3H2SO4
Al3+ +3OH- →←Al(OH)3→←H+ +AlO2- +H2O
因此当pH值较低时，Al(OH)3胶核吸附Al3+而带正电，当pH值高时吸附AlO2-而带负电。
(3)胶体颗粒表面分子的电离 胶体颗粒表面分子和能电离的表面基团的电离作用，能遣送一种离子到液体中去，而使其本身带电荷。
蛋白质含有羧酸基团和氨基团。蛋白质是两性物质，因此在酸性和碱性溶液中带不同电荷，在酸性溶液中带正电，如
| R1 |
╱COOH |
+HCl→R1 |
╱COOH |
Cl- |
|
|
| ╲NH2 |
╲NH3+ |
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蛋白质在碱性溶液中带负电
| R1 |
╱COOH |
+NaOH→R1 |
╱COO- |
+Na+ +H2O |
|
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| ╲NH2 |
╲NH2 |
|
|
对于两性物质，在某个pH值时胶体呈中性，这个pH值称为等电点，当pH值大于等电点时胶体带一种电荷，而当pH值小于等电点时则带相反的电荷。很多蛋白质的等电点都处在弱酸性区城(pH=4-5)。细菌的原生质(细胞物质)主要
由蛋白质组成，而且形体很小(但比一般胶体颗粒大)，所以也带有电荷，它们在天然水中带负电。
由于胶体颗粒的带电性，当它们互相靠近时就产生排斥力，因此不能聚合。
二、胶体的结构
(1)胶体的双电层结构 胶体分子聚合而成的胶体微粒称为胶核，胶核表面吸附了某种离子(电位形成离子)而带有电荷。双电层是指胶体微粒外面所吸附的阴、阳离子层，如图2-6所示。固体表面吸附了电位形成离子与部分反离子，这部分反离子紧附在固体表面随微粒移动，组成吸附层。其他部分反离子包围着吸附层形成扩散层。
由于扩散层中的反离子与胶体微拉所吸附的离子间的吸附力是很弱的，所以微粒运动时，扩散层中大部分离子脱开微粒，这个脱开的界面称滑动面。
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胶团。由于胶核表面所吸附的离子总比吸附层里的反离子多，所以胶粒是带电的，而胶团是电中性的。胶核表面上的离子和反离子之间形成的电位称为总电位即φ电位。胶核在滑动面上所具有的电位是ζ电位(见图2-7)。在水处理的研究中ζ电位具有重要的意义。
如果胶体带负电，则ζ电位也是负的，如果胶体带正电，ζ电位也是正的。通常，ζ电位的一般范围为±(10-200)mV，如氢氧化铁溶胶的ζ电位为56mV，黏土溶胶的ζ电位为-46.8mV。
(2)胶团的结构胶团的结构式如下。
氢氧化铁由三氯化铁水解而得，即
FeCl3+3H2O→Fe(OH)3+3HCl
这样就可写出氢氧化铁胶团的结构式:
其中，m为胶核中的分子数;n为被吸附在胶粒上的电位形成离子数;n-x为吸附层中反离子数;x为扩散层内的自由反离子数。
三、胶体的稳定性
胶粒带电的多少与ζ电位值有关。ζ电位值越大。胶体越稳定;ζ电位值越小，胶体越不稳定。
四、胶体的凝聚
胶体颗粒相互聚合吸附，形成较大颗粒直至重力起作用后下沉，这个过程称为凝聚。在水处理中使胶体凝聚的主要方法是向胶体体系中投加电解质，目的是压缩双电层。当投入电解质后，溶液中与胶粒上反离子浓度增加了。
根据浓度扩散的作用和异号电荷相吸的作用，这些离子可与胶粒吸附的反离子发生交换，挤入扩散层，使扩散层厚度缩小，进而挤入滑动面和吸附层，使胶粒带电荷数减少，也就降低了ζ电位.
各种电解质离子压缩双电层的能力是不同的，在浓度相等的条件下，电解质离子破坏胶体稳定的效力随离子价数的增高而增大。
(1)异号胶体的相互凝聚 带正电荷的胶体与带负电荷的胶体间是可以相互吸引达到电中和而凝聚的。凝聚的条件是异号电荷量应大致相等。
(2)亲水胶体的凝聚 亲水胶体主要靠水化作用而得到稳定，而其所带电荷量则是次要的。对于带正电荷或负电荷的亲水胶体，对其凝聚起重要作用的是阴离子。但阴离子起凝聚作用的能力也不一样，从大到小顺序如下。
SO24->柠檬酸根(C6H5O7-)>酒石酸根(C4H4O26-)>CH3COO->Cl->NO3->Br->I-
(3)亲水胶体与憎水胶体的相互凝聚 亲水胶体可以促使憎水胶体凝聚，也可使它更加稳定，这主要看它们之间的数量关系。如亲水胶体少，由于相互吸附，亲水胶粒可以起架桥作用使多个僧水胶粒连接;如亲水胶体多，则可能包围憎水胶粒，由亲水胶粒的水化壳起保护作用而使僧水胶粒更趋稳定。例如天然水中的腐殖质就会使黏土胶粒的稳定性增加。
(4)接触凝聚 指胶体颗粒被巨大颗粒表面所吸附而得到去除.如小胶体颗粒被带异号电荷的大颗粒吸附，则主要是电中和作用;如被同号电荷的大颗粒吸附，则其条件仍应是压缩双电层的作用。在水处理中常应用接触凝聚的现象来净化水质，如澄清沉淀过程中利用矾花与水中被压缩了双电层的黏土颗粒起接触凝聚作用。在过滤过程中，石英砂滤料吸附黏土颗粒、氢氧化铝胶粒和细小的矾花也属于接触凝聚现象。
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