第二章 胶体溶液(2011.9)

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:
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。
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；
++ +
++
+++
++ +
+
++
–
+++
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。
+– +– +– +– +– +– +– +– +– +– +– +– +– +– +–
–+ –+ –+ –+ –+ –+ –+ –+ –+ –+ –+ –+ –+ –+ –+
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：
（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。
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
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）
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
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。
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。
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胶粒运动加剧,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。
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。
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。
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。
Байду номын сангаас
NO3Ag +
NO3Ag +
AgI溶胶（ AgNO3过量 ）
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
+
–
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。
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
（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.
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。

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。
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）
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。
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。
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。
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。
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。