第二章 胶体溶液(2011.9)

丁达尔现象（Tyndall)——一束波长大于溶胶分散相粒子 尺寸的入射光照射到溶胶系统，可发生散射现象
光源 透镜
溶胶 丁达尔效应
丁达尔现象
丁达尔现象的产生与胶粒大小和入射光波长 有关。
产生原因：胶粒直径小于可见光波长 (400nm～700nm)，当可见光照射在胶粒上 时产生的散射作用。
丁铎尔现象
乳状液的类型主要取决于乳化剂 一般来说，亲水性较强的乳化剂易形成O/W型乳状液
亲油性较强的乳化剂易形成W/O型乳状液
水
油
油
水
O/W型乳状液
W/O型乳状液
乳化作用在医学上的意义
乳状液和乳化作用在医学上有重要的意 义。
油脂在体内的消化吸收过程中，依赖于 胆汁中胆汁酸盐的乳化作用。医药学中乳状 液称为乳剂。药用油类常需乳化后才能作为 内服药，如鱼肝油乳剂。此外，消毒和杀菌 用的药剂也常制成乳剂，如煤酚皂溶液。
++ +
++
+++
++ +
+
++
–
+++
电泳
（2）电渗－在外电场作用下，限制胶粒不能移动， 而液体介质发生定向移动的现象。
+– +– +– +– +– +– +– +– +– +– +– +– +– +– +–
–+ –+ –+ –+ –+ –+ –+ –+ –+ –+ –+ –+ –+ –+ –+

Fe(OH) 3 (新鲜沉淀）FeCl3 Fe(OH) 3(溶胶)
AgCl(新鲜沉淀) AgNO3 AgCl(溶胶)
3）超声波分散法：用超声波（频率大于600Hz） 所产生的能量来进行分散作用。 这种方法目前只用来制备乳状液。
如图所示，将分散相和分散介质两种不混溶 的液体放在样品管4中。样品管固定在变压器 油浴中。在两个电极上通入高频电流，使电 极中间的石英片发生机械振荡，使管中的两 个液相均匀地混合成乳状液。
胶粒带电，但整个胶体分散系是呈电中性的。
Fe(OH)3胶体的电泳
二、胶团的结构
[(AgI)m· 胶核
nI- ·(n-x)K+·]x- ·xK+ 吸附层
胶粒
扩散层
胶团
在电场的作用下，胶核和吸附层作为一个 整体移动，而扩散层中的反离子则向相反 的方向移动。
NO3Ag +
NO3Ag +
AgI溶胶（ AgNO3过量 ）
第二章 胶体溶液
第一节 分散系
胶体的概念是以分散系的概念和分类作为基础的。
分散系：一种或几种物质分散在另一种介质中
所形成的体系称为分散系。 被分散的物质称为分散相， 容纳分散相的连续介质称为分散剂
例： 糖水溶液、蛋白质水溶液、淀粉溶液、 悬浊液、乳浊液等等。
分散系的分类
分散系 微粒直径
粗分
散 系（悬浊 液、乳状液）
表面现象与物质的表面积有密切关 系,一定体积或一定质量的物质分割成的 粒子越细,即分散程度越高,暴露的表面 积越大,表面现象就越突出。
一、表面能和表面张力
表面张力
在两相(特别是气-液)界面上，处处存在着一种张 力，它垂直与表面的边界，指向液体方向并与 表面相切。把作用于单位边界线上的这种力称 为表面张力，用γ 表示，单位是N·m-1
透膜
水溶液
由此可见，胶体分散系（简称胶体）
是物质的一种分散状态，不论何种物质， 凡粒子以1——100nm大小分散在另一 物质中时，就成为胶体。
固态分子、原子或离子的聚集体分散在液体 介质（如水）中所形成的胶体，称为胶体溶 液（简称溶胶）。
高分子化合物以单个分子分散在水中即形成 高分子溶液。
+
–
电渗
原因：胶体微粒带同种电荷，当胶粒带正电 荷时向阴极运动，当胶粒带负电荷时向阳极 运动。
胶体的胶粒有的带电，有电泳现象；有的不 带电，没有电泳现象。如：Fe(OH)3胶体粒子 带正电荷，硅酸(H2SiO4)胶体粒子、土壤胶体 粒子带负电荷，淀粉胶体粒子、蛋白质胶体 粒子不带电荷。
胶粒带同种电荷，相互间产生排斥 作用，不易结合成更大的沉淀微粒，这 是胶体具有稳定性的主要因素。
NO3Ag + （AgI）m
NO3碘化银胶团结构及示意图（AgNO3为稳定剂）
Ag +
胶体应该带什么电
胶体粒子吸附溶液中的离子而带电，当吸附了正离 子时，胶体粒子带正电，吸附了负离子则带负电。
不同情况下胶体粒子容易吸附何种离子，与被吸附 离子的本性及胶体粒子表面结构有关。
法扬斯规则表明：与胶体粒子有相同化学元素的离 子优先被吸附。
如:硅胶粒子为SiO2的多分子聚集体，表面上 的SiO2 生成H2SiO3，H2SiO3是弱酸，部分 电离出SiO32-离子;
三、溶胶的聚沉
(一)溶胶的稳定因素：
（1）胶粒间同种电荷的排斥作用 （2）胶粒的溶剂化作用 （3）胶粒的布朗运动
(二)溶胶的聚沉
定义：使胶体微粒凝聚成更大的颗粒形成沉 淀，从分散剂里析出的过程叫胶体的聚沉。
Ⅰ称为表面非活性物质或表面惰性物质
Ⅱ 、 Ⅲ 均可称为表面活性物质或表面活性 剂。
Ⅱ Ⅲ
c
溶液表面张力与浓度的关系图
表面活性剂
表面活性剂的结构特点——分子中同 时有疏水基团（烷烃基）和亲水基团（羧基、 氨基）。例如：肥皂（高级脂肪酸钠）
疏水基团 亲水基团
三﹑乳状液和乳化作用
定义 乳状液是一种液体以直径大 于100nm
> 100nm
外观 稳定性
不稳定 不透明 不均一
粒子能 否透 过滤纸 半透膜
举例
均 不 能 泥浆，乳汁 通过
分 子、离子 分散系 （真溶液）
胶体 分散系 （溶胶、大 分子体系）
< 1nm
稳 定 透 明 均 能 通 过 NaCl、葡萄
均一
糖等水溶液
1～100nm
较稳定
通过滤纸 氢氧化铁溶
透 明 均 一 不能通过 半 胶、蛋白质
（4）电弧法：用金属Pt ,Cu ,Au等为电极， 浸在不断冷却的水中，水中加 入少量NaOH （稳定剂），外加20—100V的直流电，调节 两极的距离使之产生电弧，形成金属溶胶。 在放电时，金属原子因高温而蒸发，随即又 被溶液冷却而凝聚。因此，此法实际包括分 散和凝聚两个过程。
类型： “水包油”（O/W）；“油包水” （W/O）
乳状液中一相为水，用“W”表示。另一相为有机物， 称为“油”，用“O”表示。
油作为不连续相分散在水中，称水包油型，用O／W 表示；
水作为不连续相分散在油中，称油包水型，用W／O 表示。
牛奶、鱼肝油乳剂、农药乳剂等属于O/W型；而油 剂青霉素注射液等属于W/O型。
电解质聚沉能力的大小:
①聚沉能力主要取决于与胶粒带相反电荷的离子的价数。价数越 高, 聚沉能力越强。 ②同价离子的聚沉能力随离子水化半径的增大而减小。
实例： ①浑浊的井水中加入少量石灰能使水变澄清； ②豆浆里加盐卤(MgCl2·6H2O)或石膏
(CaSO4·2H2O)溶液使蛋白质凝聚成豆腐； ③水泥里加石膏能调节水泥浆的硬化速率； ④在江河与海的交汇处形成的沙洲。
Ⅱ、明矾的净水作用：明矾溶于水，水解形成
Al(OH)3溶胶，结构为 ｛[Al(OH)3]m﹒n Al3+﹒（n-x）SO42-｝2x+﹒x SO42- ; 胶粒带正电，而天然水中的悬浮粒子一般带负电荷。
3、加热
加热能破坏胶体的主要原因: ①胶粒源自动加剧,碰撞机会增多。 ②胶粒所带电量减少。
温度升高，胶粒的吸附能力减弱，减少了胶粒所吸引的阴离子 或阳离子数量，胶粒所带的电荷数减少，胶粒间的斥力作用减 弱，使得胶粒在碰撞时容易结合成大颗粒，形成沉淀或凝胶。
要使胶体凝聚成沉淀，就要减少或消除胶体 微粒表面吸附的电荷，使之减弱或失去电性 排斥力作用，从而使胶粒在运动中碰撞结合 成更大的颗粒。
•三种溶胶聚沉. (左)Al(OH)3; (中)Fe(OH)3; (右)Cu(OH)2
(三)溶胶聚沉的方法
1、加入电解质
电解质聚沉的主要原因:
①中和了胶粒的电荷 ②破坏了胶粒的溶剂化膜
里巴托夫规则（Liepatoff’s Rule）：溶胶粒子选 择吸附和它组成相同或相类似的离子。
思考
氢氧化铁胶体一定带正电吗？ 胶体都是由于吸附离子而带电吗？
胶体都是由于吸附离子而带电吗？
在某些胶体粒子的生成过程中，粒子表面上 的一部分分子发生电离，把与粒子组成相类 似的离子作为决定电位的离子吸附到表面上 使粒子带电。
（3）、浊液：浊液分散质微粒太大，大于入射光波 长很多倍，发生光的反射而无散射，故光线不能通 过。
（二）溶胶的动力学性质：布朗运动
布朗运动——悬浮微粒不停地做无规则运动的现象
布朗运动
这种现象是植物学家(Brown)于1827年 首先从水中悬浮花粉的运动中观察到的. 用超 显微镜可以观察布朗运动.
实例：淀粉溶液加热后凝聚成了浆糊凝胶，蛋清 加热后凝聚成了白色胶状物(同时发生变性)。
四、溶胶的制备和净化（略）
（一）溶胶的制备
1 .分散法：用适当的方法使大块物质在稳定剂存在下分散成 胶体粒子的大小。
（1）研磨法：研磨粉碎的方法。
（2）胶溶法（也称解胶法）：使暂时凝聚的分散相又重新
分散的方法。许多新鲜沉淀经洗涤除去过多的电解质后， 再加入少量的稳定剂（又称胶溶剂）又可制成溶胶。如：
2. 溶胶的相互聚沉
聚沉的主要原因: 胶粒所带电荷被中和。
把电性相反的溶胶相互混合，能发生聚沉作用。 只有当两种溶胶电荷量恰好相等时，才发生完全聚沉。 否则是只能发生部分聚沉或不聚沉。
应用：Ⅰ、土壤中的Fe(OH)3、Al(OH)3等正电溶胶和 粘土、腐殖质等负电溶胶互相聚沉，对土壤胶粒的结 构有重要影响；
表面张力（surface tension）
表面能：物质表面层分子要比内部分子多出一 部分能量。
Es = γ△A
在一定条件下表面张力γ就是单位表面积的表 面能,所以γ又称为比表面能。
公式说明
一切物体都有自动降低其势能的趋势，由以 上公式可知，降低表面能有两条途径：
1. 减小表面积
2. 降低表面张力
产生原因：胶体微粒受到来自水分子的各个 不同 方向的撞击作用而形成。
布朗运动是使胶体微粒保持悬浮状态，并不 容易沉降，这是胶体稳定的原因之一。
因此：颗粒越小，温度越高，布朗运动越剧 烈。
布朗运动并不是胶体特有的性质。
（三）溶胶的电学性质
（1）电泳－在外加电场作用下，带电的分散相粒 子在分散介质中向相反符号电极作定向移动的现象。
二﹑液体表面上的吸附和 表面活性物质
吸附：固体或液体表面吸引其它物质的分子、 原子或离子聚集在其表面上的过程。
例如:溴蒸汽(吸附质)可被活性炭(吸附剂)吸 附。
具有吸附作用的物质(如活性炭)称为吸附剂; 被吸附的物质(如溴)称为吸附质。
液体表面上的吸附
溶液表面张力随浓度变化的规律大致有三种情况:
两者区别：溶胶是多相、不稳定体系，

高分子溶液是单相、稳定体系。
第二节 界面现象和乳状液
界面：物质相与相的分界面。在各相间存在 气-液、气-固、液-液、液-固、固-固 五种界 面。
表面：当组成界面的两相中有一相为气相时， 称为表面。
在相界面上发生的一切物理﹑化学现象称为 界面现象或表面现象。
的细小液滴(分散相)在另 一种互不相溶的液 体(分散介质)中 所形成的粗粒分散系。其中 一相是水，另一相统称为油。
乳化剂：能增加乳状液稳定性的物质。 乳化作用(乳化)：乳化剂使乳状液稳定的作用。
乳状液属于不稳定系统。要稳定乳状液， 须有乳化剂，常用的乳化剂是一些表面活性 物质，如肥皂、蛋白质、磷脂、胆固醇等。
第三节 溶 胶
一、溶胶的性质 二、胶团的结构 三、溶胶的聚沉 四、溶胶的制备和净化
一、溶胶的性质
英国物理学家约翰·丁达尔（John Tyndall， 1820～1893年) ，首先发现和研究了胶体 （分散相粒径1nm~1000nm）中的丁达尔效 应。
（一）溶胶的光学性质
丁达尔现象（乳光现象）
CuSO4溶液
Fe(OH)3胶体
此法可用于区分胶体与溶液
雨后彩虹 、海市蜃楼 、树林中的晨曦都是丁铎尔现象
（1）、溶液：溶液分散质微粒太小，入射光发生衍 射，散射很微弱，观察不到丁达尔现象。
（2）、胶体：胶体分散质微粒直径小于入射光波长， 发生光的散射，每个微粒好像一个发光体，无数发 光体散射结果就形成了光的通路——丁达尔现象。
注Ⅰ、表面惰性物质：无机盐（NaCl）、
无机酸(H2SO4)、无机碱(KOH)、多羟基化
合物（蔗糖、甘油）,浓度增加， γ稍有增 加。
γ
Ⅰ
Ⅱ、醇、酸、醛、酯、酮、醚等极性有机物
，浓度增加， γ缓慢减少。
Ⅲ、8mol.dm-3以下的有机酸、有机胺盐、 磺酸盐、苯酸盐。在低浓度时，浓度增加，
γ 急剧下降，在一定浓度以上，浓度增加， γ 几乎不变。