ch14 胶体分散体系
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物理化学-第八章胶体分散系统
1. 胶体分散系因其具有独特的性质而在医药、食品、石油、 冶金、建材等领域得到广泛的应用。 2. 在疾病的诊断方面：胶体分散系在医学上有特殊的意义，人 体的很多生理现象和病理变化都与胶体的性质密切相关。
血清,蛋白质,氨基酸等如果出现异常,在电泳图谱中可以表现 出来。
肝硬化的电泳图谱表现:γ球蛋 白明显增加，γ和β球蛋白连成 一片不易分开，同时白蛋白降 低。
二. 分散系统的分类 1. 根据分散相粒子的大小，分散系统可分为： r为分散相半径 真溶液 r < 1nm 溶液
胶体分散系统 1 < r <100nm
溶胶 大分子溶液 胶束溶液
粗分散系统 r >100nm
悬浮液 乳状液 泡沫 粉尘
r 逐 渐 变 大
各类分散系统性质与实例
类型 真 溶 液 分子溶液 离子溶液等 分散相粒子半 径 r < 1nm 分散相 小分子 离子 原子 性质 均相，热力学稳定系统， 扩散快、能透过半透膜， 形成真溶液 实例 氯化钠或蔗糖 的水溶液。混 合气体等
第八章 胶体分散系统
§8-0 引言
一. 什么是胶体 胶体不是某种物质，而是物质存在的一种形式。 二.胶体化学的研究对象 胶体化学主要研究对象是多相分散系统。 三. 什么是分散系统 分散系统是指一相物质分散到另一相物质所构成的系统。 四. 胶体分散体系的特点
理论不成熟，但创新最多。
五. 学习胶体分散体系的意义
水中，丙酮蒸发后，可得硫的水溶胶。
二. 胶体系统的净化 FeCl3 +3H2O Fe (OH)3 + 3HCl
在制备溶胶的过程中，常生成一些多余的电解质，如制备 Fe(OH)3溶胶时生成的HCl。
一定量电解质是溶胶稳定的必要条件；
血清,蛋白质,氨基酸等如果出现异常,在电泳图谱中可以表现 出来。
肝硬化的电泳图谱表现:γ球蛋 白明显增加，γ和β球蛋白连成 一片不易分开，同时白蛋白降 低。
二. 分散系统的分类 1. 根据分散相粒子的大小，分散系统可分为： r为分散相半径 真溶液 r < 1nm 溶液
胶体分散系统 1 < r <100nm
溶胶 大分子溶液 胶束溶液
粗分散系统 r >100nm
悬浮液 乳状液 泡沫 粉尘
r 逐 渐 变 大
各类分散系统性质与实例
类型 真 溶 液 分子溶液 离子溶液等 分散相粒子半 径 r < 1nm 分散相 小分子 离子 原子 性质 均相，热力学稳定系统， 扩散快、能透过半透膜， 形成真溶液 实例 氯化钠或蔗糖 的水溶液。混 合气体等
第八章 胶体分散系统
§8-0 引言
一. 什么是胶体 胶体不是某种物质，而是物质存在的一种形式。 二.胶体化学的研究对象 胶体化学主要研究对象是多相分散系统。 三. 什么是分散系统 分散系统是指一相物质分散到另一相物质所构成的系统。 四. 胶体分散体系的特点
理论不成熟，但创新最多。
五. 学习胶体分散体系的意义
水中，丙酮蒸发后，可得硫的水溶胶。
二. 胶体系统的净化 FeCl3 +3H2O Fe (OH)3 + 3HCl
在制备溶胶的过程中，常生成一些多余的电解质，如制备 Fe(OH)3溶胶时生成的HCl。
一定量电解质是溶胶稳定的必要条件；
第十四章 胶体分散系统及大分子溶液
第十四章 胶体分散系统及大分子溶液1.在碱性溶液中HCHO 还原4HAuCl 以制备金溶胶，反应表示为：422543HAuCl NaOH NaAuO NaCl H O +→++2222232NaAuO HCHO NaOH Au HCOONa H O ++→++此外2NaAuO 是稳定剂，试写出胶团结构式，并标出胶核、胶粒和胶团。
解：2[(),()]x m Au AuO n x Na xNa -+-+-胶核胶粒胶团2.某溶液中粒子的平均直径为4.2nm ，设其黏度和纯水相同，0.001Pa s η=⋅。
试计算：（1）298K 时，胶体的扩散系数D ；（2）在1s 的时间里，由于Brown 运动，粒子沿x 轴方向的平均位移x 。
解：（1）102123918.31429811.0410()4.26 6.0231060.001(10)2RT D m s L r πηπ---⨯=⋅=⨯=⨯⋅⨯⨯⨯⨯ （2）因为22x D t=所以51.4410x -===⨯(m)3.已知某溶胶的黏度0.001Pa s μ=⋅，其粒子的密度近似为31mg m ρ-=⋅，在1s 时间内粒子在x 轴方向的平均位移51.410x m -=⨯。
试计算：（1）298K 时，胶体的扩散系数D ； （2）胶粒的平均直径d ； （3）胶团的摩尔质量M 。
解：（1）2521121(1.410)9.810()221x D m s t ---⨯===⨯⋅⨯ （2）因为16RT D L rπη=⋅ 所以9231118.31429812.2310()6 6.0231060.0019.810RT r m L D πηπ--⨯=⋅=⨯=⨯⨯⨯⨯⨯9922 2.2310 4.4610()d r m --==⨯⨯=⨯（3）3933235144(2.2310)110 6.02310 2.81033M r L g mol πρπ----==⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⨯⋅4.设某溶胶中的胶粒是大小均一的球形粒子，已知在298K 时胶体的扩散系数10211.0410()D m s --=⨯⋅，其黏度0.001Pa s μ=⋅。
第十四章胶体分散系统和大分子溶液
第十四章 胶体分散系统和大分子溶液【复习题】【1】用As 2O 3与略过量的H 2S 制成的硫化砷 As 2S 3溶胶，试写出其胶团的结构式。
用FeCl 3在热水中水解来制备Fe(OH)3溶胶，试写出Fe(OH)3溶胶的胶团结构。
【解析】 H 2S 是弱酸，考虑它的一级电离，故其胶团结构式为：-+x-+23[(As S )m nHS (n-x)H ]xH g g gFe(OH)3溶胶的胶团结构式为{[Fe(OH)3]m ·n Fe(OH)2+·(n-x )Cl -}x -·x Cl -。
【2】在以KI 和AgNO 3为原料制备AgI 溶胶时，或者使KI 过量，或者使AgNO 3过量，两种情况所制得的AgI 溶胶的胶团结构有何不同？胶核吸附稳定离子时有何规律？【解析】(AgI)m 胶核在KI 存在时吸附I -离子，当AgI 过量时则吸附Ag ＋，胶核吸附离子的规律为，首先吸附使胶核不易溶解的离子及水化作用较弱的离子。
【3】胶粒发生Brown 运动的本质是什么？这对溶胶的稳定性有何影响？【解析】Brown 运动的本质是质点的热运动，它使溶胶产生扩散、渗透压、沉降核沉降平衡。
【4】Tyndall 效应是由光的什么作用引起的？其强度与入射光波长有什么关系？粒子大小范围落在什么区间内可以观察到Tyndall 效应？为什么危险信号要用红色灯显示？为什么早霞、晚霞的色彩？【解析】Tyndall 效应是由光散射作用形成的。
其强度与入射光强度的关系为：222221242212242n n A V I n n πνλ⎛⎫-= ⎪+⎝⎭ A 为入射光的振幅；λ为入射光的波长；ν为单位体积中的粒子数；V 为单个粒子的体积，n 1和n 2为分散相的分散介质的折射率。
可见， Tyndall 效应的强度与入射光的波长的4次方成反比。
在1～100nm 范围内可观察到Tyndall 效应。
危险信号要用红色灯显示的主要原因是红光的波长较长不易散射。
胶体分散系统
溶胶的制备
2. 凝聚法：用物理、化学等方法使分散介质粒子凝聚。
1）物理凝聚法
• 过饱和法 (更换溶剂法) 利用分散相在不同溶剂中的溶解
度差别制备溶胶。 如溶于乙醇的硫倾入水中制备硫溶胶。
• 蒸气凝聚法 将分散相先蒸气化再冷凝制备溶胶。 如汞蒸气通入冷水制备共溶胶。钠苯分别蒸气化后， 在同一容器冷冻，形成微小晶粒，再升温，苯熔化连 钠微粒形成钠的苯溶胶。
烟，尘 云，雾
气体 泡沫
肥皂泡沫
液体
液体 乳状液
牛奶
固体 溶胶(sol)或悬浮液 油墨，泥浆
气体 固体泡沫
泡沫塑料，馒头
固体
液体 凝胶(gel)
珍珠
固体 固溶胶(solidsol) 有色玻璃，某些合金
分散系统的分类与特征
分散系统按分散相颗粒大小分类
类型
颗粒大小/nm
主要特征
非 均 粗分散系统 相 (悬浮液) 分 (乳状液) 散 系 胶体分散系统 统 (溶胶)
质点的形状与大小
憎液溶胶胶粒的形状：
胶粒形状对胶体性质有重要影响。 胶粒并非都是球形。还有带状的，丝状的质点。 球形质点流动性好, 带状的流动性较差, 易产生 触变现象（在一定温度下静置时，逐渐变为半固体状凝胶，当 振摇时，复又变成可流动的胶体溶液 ）。
聚苯乙烯乳胶球状质点 V2O5溶胶的带状质点
溶胶的净化
溶胶制备中常生成过量电解质，多余电解质 会导致溶胶凝聚，须除去。常用渗析法。
渗析法：利用胶体粒子不能透过半透膜的特点，将溶
胶置于半透膜内，膜外为纯溶剂如水，多余电解质或其 它杂质向膜外扩散而分离除去。为加快进程，可用电渗 析或加压超过滤的方法。
第三节 胶体的光学性质
第八章 胶体分散体系
溶胶的净化
简单渗析 将需要 净化的 溶胶放 在羊 皮纸或动物膀胱等半透膜制 成的容器内，膜外放纯溶剂。 利用浓差因素，多余的电解质离子不断向膜外渗透， 经常更换溶剂，就可以净化半透膜容器内的溶胶。 如将装有溶胶的半透膜容器不断旋转，可以加快渗析 速度。
溶胶的光学性质
• 光散射现象
• 当光束(可见光波长：400~700 nm)通过分散体系时，一 部分自由地通过，一部分被吸收、反射或散射。 当光束通过粗分散体系，由于粒子大于入射光的波长， 主要发生反射，使体系呈现混浊； 当光束通过胶体溶液，由于胶粒直径小于可见光波长， 主要发生散射； 当光束通过真溶液，由于溶液十分均匀，散射光因相 互干涉而完全抵消，看不见散射光。
ρ 重力和粘滞力， 2 > ρ1 Stokes定律： f = 6πη r
溶胶的电学性质
电动现象
• 溶胶粒子在外电场的作用下，向某一电极作定向 运动，说明粒子是带电的。此现象——带电粒子 在介质中，在电场作用下作定向运动，称之为电 泳。 • 若在电场中，将溶胶粒子固定起来（用多孔性物 质—粘土、瓷片等或毛细管），而流动相定向移 动——电渗。 • 在电的作用下，质点运动、液体运动 （Peücc）
4 3 cV πr ρ = 3 n
r=3
3 cV 4 nπρ
溶胶的动力学性质
• Brown运动
• 1827年Brown把花粉悬浮在水中用显微镜观察时， 发现这些小颗粒作无秩序的曲折运动；后来用超 显微镜也观察到溶胶中胶粒的也有同样运动，人 们把微粒的这种运动称为Brown运动。
●
Brown运动的本质
2.胶溶法
又称解胶法，是指将刚生成的固体沉淀物重新
分散在介质中形成溶胶，并加入适当的稳定剂。 这种稳定剂又称胶溶剂。根据胶核所能吸附的离子而 选用合适的电解质作胶溶剂。 这种方法一般用在化学凝聚法制溶胶时，为了将多余 的电解质离子去掉，先将胶粒过滤，洗涤，然后分散在含 有胶溶剂的介质中形成溶胶。 例如： Fe(OH)3（新鲜沉淀） AgCl (新鲜沉淀）
胶体分散体系的制备和性质
1
ds (
f
i
d
2 i
)
2
体均直径
测总体积 计算单个粒子平均体积
1
dv (
fi
d
3 i
)
3
计算平均直径
单分散体系 dn ds dv 多分散体系 dn d s dv
ds / dn
可用来描述体系分散度
三、质点的形状
球形 棒状
无规线团 盘状 长椭球体 扁椭球体
形状复杂，对体系性质影响大
例：聚苯乙烯为球形，浓度达到10%—20%时，对体系粘 度影响不大。V2O5为丝状，0.01%时，体系失去流动性。
二、质点的大小和分散度
单分散体系——质点大小完全均一的体系 多分散体系——质点大小不均一的体系
常用质点的平均大小和平均分布宽度来描述体系分散度。
平均直径
设有N种直径的粒子，每种直径为 di，粒子数为 ni
数均直径
dn
nidi ni
fidi
fi
ni ni
面均直径 测总面积 计算单个粒子平均面积 计算平均直径
B（晶粒， Ce）
G RT Ln ae RT Ln ce 0
a
c
c ce
过饱和溶液 c ce
过饱和度
（2）动力学条件 生成的粒子大小取决于沉淀过程中晶核 生成过程和晶体长大过程的相对速度
晶核生 成速度
v1
k
c
ce ce
晶体长 大速度
v2
D
Ac
ce
D
D 扩散系数 扩散距离 A 胶粒表面积
扩散通量
dm D dc
Adt
dh
沉降通量 v c
C2 C1
胶体分散系优秀课件
• 电泳和电渗都是由于分散相和分散介质作相对运动 时产生的电动现象。电泳技术在氨基酸，多肽，蛋 白质及核酸等物质的分离和鉴定方面有广泛的应用 。
四. 溶胶的稳定和聚沉
• 1. 胶团的结构 • AgI溶胶的胶团结构示意图（以KI稳定）
溶胶的胶团结构也常用结构简式表示，如 AgI 负溶胶 的结构简式表示为：
第三节 溶胶
• 一. 胶体分散系的分类 • 1. 按分散相和分散介质关系分类 • 憎液溶胶：是多相热力学不稳定体系，是热力学不
可逆体系，需要稳定剂。 • 亲液溶胶：均相热力学稳定体系，不需要稳定剂。 • 2. 按胶体聚集状态分类 • P93，8类 • 3. 按分散体系的流动性分类 • 流动性大的：气溶胶，水溶胶，高分子稀溶液 • 半流动性或半固体：凝胶，冻胶，干凝胶（固体）
剧烈，能克服重力引起的沉降作用。 • B：溶胶的电学稳定作用 同一种溶胶的胶粒带有相同电荷，当彼此接近时，
由于静电作用相互排斥而分开。胶粒荷电量越多， 胶粒之间静电斥力就越大，溶胶就越稳定。胶粒带 电是大多数溶胶能稳定存在的主要原因。
C:溶剂化的稳定作用 溶胶的吸附层和扩散层的离子都是水化的（如为非 水溶剂，则是溶剂化的），在水化膜保护下，胶粒 较难因碰撞聚集变大而聚沉。水化膜越厚，胶粒就 越稳定。 (2)溶胶的聚沉 胶体具有巨大的表面积，体系界面能高，胶粒间的 碰撞有使其自发聚集的趋势。减弱或消除胶粒的电 荷，可以促使胶粒聚集成较大的颗粒，这个过程称 为凝聚，当分散相粒子增大到布朗运动克服不了的 重力的作用时，最后从介质中沉淀析出的现象称聚 沉。
二、分散系的分类
分散相粒子 分散系类型 直径
分散相粒子的组 成
实例
小于1nm
低分子分散系 小分子或小离子 生 理 盐 水 体
四. 溶胶的稳定和聚沉
• 1. 胶团的结构 • AgI溶胶的胶团结构示意图（以KI稳定）
溶胶的胶团结构也常用结构简式表示，如 AgI 负溶胶 的结构简式表示为：
第三节 溶胶
• 一. 胶体分散系的分类 • 1. 按分散相和分散介质关系分类 • 憎液溶胶：是多相热力学不稳定体系，是热力学不
可逆体系，需要稳定剂。 • 亲液溶胶：均相热力学稳定体系，不需要稳定剂。 • 2. 按胶体聚集状态分类 • P93，8类 • 3. 按分散体系的流动性分类 • 流动性大的：气溶胶，水溶胶，高分子稀溶液 • 半流动性或半固体：凝胶，冻胶，干凝胶（固体）
剧烈，能克服重力引起的沉降作用。 • B：溶胶的电学稳定作用 同一种溶胶的胶粒带有相同电荷，当彼此接近时，
由于静电作用相互排斥而分开。胶粒荷电量越多， 胶粒之间静电斥力就越大，溶胶就越稳定。胶粒带 电是大多数溶胶能稳定存在的主要原因。
C:溶剂化的稳定作用 溶胶的吸附层和扩散层的离子都是水化的（如为非 水溶剂，则是溶剂化的），在水化膜保护下，胶粒 较难因碰撞聚集变大而聚沉。水化膜越厚，胶粒就 越稳定。 (2)溶胶的聚沉 胶体具有巨大的表面积，体系界面能高，胶粒间的 碰撞有使其自发聚集的趋势。减弱或消除胶粒的电 荷，可以促使胶粒聚集成较大的颗粒，这个过程称 为凝聚，当分散相粒子增大到布朗运动克服不了的 重力的作用时，最后从介质中沉淀析出的现象称聚 沉。
二、分散系的分类
分散相粒子 分散系类型 直径
分散相粒子的组 成
实例
小于1nm
低分子分散系 小分子或小离子 生 理 盐 水 体
第十四章 胶体及其性质
第十四 胶体分散系统 第十四章 胶体分散系统和大分子溶液 胶体、 胶体、胶体的基本特性 溶胶的制备和净化 胶体的重要性质（动力、光学、电学等） 动力、光学、电学等） 溶胶的稳定性和聚沉作用 大分子溶液（Donnan平衡、聚电解质渗透压）
分散系统与溶胶
把一种或几种物质分散在另一种物质中就构成分散系统。 把一种或几种物质分散在另一种物质中就构成分散系统。
思考题：为什么胶体是热力学的不稳定体系， 但它能在相当长的时间里稳定存在？ 热运动 双电层结构， 双电层结构，排斥 溶剂化膜
影响聚沉作用的一些因素
1. 电解质对于溶胶聚沉作用的影响 聚沉值—使一定量的溶胶在一定时间内完全聚沉所 需电解质的最小浓度。对同一溶胶，外加电解质的 反号离子的价数越低，其聚沉值越大。 聚沉能力—聚沉值的倒数。聚沉值越大的电解质其 聚沉能力越小；反之，聚沉值越小的电解质，其聚 沉能力越强。
沉降电位
相对运 动产生 电势差
电渗
固相不动， 液体移动
流动电势
明矾为什么能净水？ 不同型号墨水为什么不能混用？ 江河入海口为什么易形成三角洲？ 长江
东海
溶胶聚沉
§14.7
溶胶的稳定性和聚沉作用
溶胶的稳定性 影响聚沉作用的一些因素 胶体稳定性的DLVO理论大意 *DLVO理论的一种简化表示式 高分子化合物对溶胶的絮凝和稳定作用
+
-
NaC l 溶液 Fe(OH)3 溶胶
界面移 动电泳
电渗测量
用于溶胶净化、泥炭和染料的干燥等。
作用下， 沉降电势— 力场作用下 沉降电势 在力场作用下，带电 粒子在分散介质中迅速沉降时 在分散介质中迅速沉降时， 粒子在分散介质中迅速沉降时，造 浓度差 产生电势差 电势差。 成浓度差，产生电势差。 水滴在油罐中沉降会形成高电 势差而引发事故。
分散系统与溶胶
把一种或几种物质分散在另一种物质中就构成分散系统。 把一种或几种物质分散在另一种物质中就构成分散系统。
思考题：为什么胶体是热力学的不稳定体系， 但它能在相当长的时间里稳定存在？ 热运动 双电层结构， 双电层结构，排斥 溶剂化膜
影响聚沉作用的一些因素
1. 电解质对于溶胶聚沉作用的影响 聚沉值—使一定量的溶胶在一定时间内完全聚沉所 需电解质的最小浓度。对同一溶胶，外加电解质的 反号离子的价数越低，其聚沉值越大。 聚沉能力—聚沉值的倒数。聚沉值越大的电解质其 聚沉能力越小；反之，聚沉值越小的电解质，其聚 沉能力越强。
沉降电位
相对运 动产生 电势差
电渗
固相不动， 液体移动
流动电势
明矾为什么能净水？ 不同型号墨水为什么不能混用？ 江河入海口为什么易形成三角洲？ 长江
东海
溶胶聚沉
§14.7
溶胶的稳定性和聚沉作用
溶胶的稳定性 影响聚沉作用的一些因素 胶体稳定性的DLVO理论大意 *DLVO理论的一种简化表示式 高分子化合物对溶胶的絮凝和稳定作用
+
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NaC l 溶液 Fe(OH)3 溶胶
界面移 动电泳
电渗测量
用于溶胶净化、泥炭和染料的干燥等。
作用下， 沉降电势— 力场作用下 沉降电势 在力场作用下，带电 粒子在分散介质中迅速沉降时 在分散介质中迅速沉降时， 粒子在分散介质中迅速沉降时，造 浓度差 产生电势差 电势差。 成浓度差，产生电势差。 水滴在油罐中沉降会形成高电 势差而引发事故。
胶体分散系统和大分子溶液
气溶胶 气-固溶胶 气-液溶胶
2021/4/9
6
二、憎液溶胶的特性
（1）特有的分散程度 粒子的大小在10-9～10-7 m之间，因而扩散较慢，不能
透过半透膜，渗透压低但有较强的动力稳定性和乳光现 象。
（2）不均匀多相性和聚结不稳定性
高度分散的多相体系，具有很大的比表面和很高的表 面能，是热力学不稳定体系，有自动聚结成大粒子以降 低表面能的趋势 。
2021/4/9
11
一、Tyndall效应
Tyndall效应实际上已成为判别溶胶与分子溶液的最
简便的方法。
2021/4/9
12
二 、Rayleigh公式
I
24 2 A2V 4
2
(
n12 n22 n12 2n22
)2
A-入射光振幅,-单位体积中粒子数 -入射光波长,V-每个粒子的体积
n1-分散相折射率,
2021/4/9
22
三、扩散双电层模型和电势
2021/4/9
23
四、溶胶粒子的结构
例1：AgNO3 + KI→KNO3 + AgI ，
过量的 KI 作稳定剂
胶团的图示式：
胶团的结构表达式：
[(AgI)m n I – ,(n-x)K+]x– xK+
胶核
胶粒（带负电）
胶团（电中性）
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24
15
一、电动现象
+
-
水 砂层
潮湿的粘土块
2021/4/9
16
一、电动现象
+
-
水 砂层
土粒 水
潮湿的粘土块
正极管：粘土微粒透过细纱层逐渐上升使水变浑，而水层却慢慢下降。
分散系胶体_课件定稿
6．氯化铁溶液与氢氧化铁胶体具有的共同性 质是（ D）。
A．分散质颗粒直径都在l～100nm之间
B．能透过半透膜
C．颜色都呈红褐色
D．加入浓氢氧化钠溶液都产生红褐色沉淀
B.将FeCl3溶液滴入热水中生成棕黄色液 体即可 C.将FeCl3溶液滴入沸水中，生成红褐色 液体即可 D.将FeCl3溶液滴入沸水中，并生成红褐 色沉淀即可
5、（2006全国）下列叙述正确的是( C)
A 直径介于1～100nm之间的微粒称为胶体 B 电泳现象可证明胶体属于电解质溶液 C 利用丁达尔效应可以区分溶液与胶体 D 胶体粒子很小，可以透过半透膜
Na2SO4溶液
Fe(OH)3胶体
原因：胶粒直径大小与可见光的波长相近,胶 粒就会对光产生散射作用；而溶液分散质的粒
子的直径小于1nm，太小，不发生散射。
应用：鉴别胶体和溶液。
科学探究2
往Fe(OH)3胶体中加入少量Na2SO4 溶液观察Fe(OH)3胶体有何变化。
2）聚沉
解释：加入可溶性盐，盐中阳离子或阴离 子能中和胶体微粒所带的电荷，从而使分 散质聚集成较大的微粒，在重力作用下形 成沉淀析出。
其原理为胶体微粒不能透过 半透膜，而溶液中的分子和 离子能透过半透膜。
应用：胶体净化、提纯 使胶体和溶液分离
过滤
胶体的应用
江河三角洲的形成
墨水混用
卤水点豆腐
明矾净水
氯化铁止血
土壤保肥
工业除尘
血液透析
不同分散系的比较
分散系分Βιβλιοθήκη 质微粒 直径溶液 <1nm
浊液 >100nm
胶体 1nm—100nm
分散质微粒 小分子、离 分子大集合
组成
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研磨法是机械粉碎的方法, 适用于脆而易碎的物质。
主要的机械是胶体磨。胶体磨有两个十分坚硬的磨盘，
相互以10,000～20,000r/min的转速方向运动，分散相
在磨盘的间隙中受到强大的剪切力而粉碎，并达到胶
体颗粒的粒径范围。
若分散相为柔韧性的物质，在粉碎前应进行硬化处理， 如用液态空气（氮气）浸泡，硬化之后再粉碎。
Ch14. 胶体分散体系
糖、无机盐、尿素等溶液，扩散快，易从羊皮纸渗析出来；
明胶、氢氧化铝、硅酸等，扩散慢，不能或难以渗析出来。
若将待测溶液蒸去水分后：
•前者 (扩散快者)：易于成晶体析出； •后者 (扩散慢者)：大多成无定型的胶状物； Graham首先提出这种胶状物为 “胶体”，其溶液叫作 “溶 胶” 。
电渗析
21
§14.2 溶胶的制备和净化
－－－－溶胶的净化
Ch14. 胶体分散体系
超过滤法 (ultrafiltration method)
• 用半透膜在加压或吸滤的状态下将胶粒与介质分开，达到 净化的方法称为超过滤法。净化后的胶粒要立即分散到新 的分散介质中，以免聚结成块。
•若在半透膜的两边施加一定的电场，则为电超过滤法。
§14.9 凝 胶 §14.11 唐南平衡
§14.0 引 言
Ch14. 胶体分散体系
胶体普遍存在于生物界（如：人体）和非生物界。 关于胶体研究，由于其应用的广泛，已经成为一门独立
的学科。
胶体的发现
Graham渗析装臵： 1861年英国 的 Graham设计如下装臵：
4
§14.0 引 言 实验现象
11
§14.1 胶体和胶体的基本特征 憎液溶胶（Lyophobic sol）
Ch14. 胶体分散体系
半径在1 nm~100 nm之间的难溶物固体粒子分散
在液体介质中，有很大的相界面，易聚沉，是热力学
上的不稳定体系。 一旦将介质蒸发掉，再加入介质就无法再形成溶 胶，是 一个不可逆体系，如氢氧化铁溶胶、碘化银 溶胶等。 这是胶体分散体系中主要研究的内容。
如：将汞蒸气通入冷水中得到颗粒极小的汞的水溶胶，
将松香的酒精溶液滴入水中形成松香的水溶胶。
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§14.2 溶胶的制备和净化
－－－－溶胶的净化
Ch14. 胶体分散体系
渗析法 (dialysis method)
简单渗析
将需要净化的溶胶放在羊皮纸或动物膀胱等半透膜制成的容 器内，膜外放纯溶剂。利用浓差因素，多余的电解质离子不 断向膜外渗透，经常更换溶剂，就可以净化半透膜容器内的 溶胶。
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§14.1 胶体和胶体的基本特征
Ch14. 胶体分散体系
胶体: 分散相粒子半径在1 ~100 nm 的分散体系。
溶胶（Sol）： 不特别说明，一般指液-固溶胶
憎液溶胶（Lyophobic sol）
粒子由很多分子组成，热力学不稳定、 不可逆体系 大分子溶液（亲液溶胶Lyophilic sol）
溶胶
（3）热力学不稳定性
因为粒子小，比表面大，表面自由能高，是热力学不稳定
体系，有自发降低表面自由能的趋势，即小粒子会自动聚结成 大粒子。
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§14.1 胶体和胶体的基本特征
Ch14. 胶体分散体系
形成憎液溶胶（Lyophobic sol）的必要条件是： 分散相的溶解度要小； 还必须有稳定剂存在，否则胶粒易聚结而聚沉。
粒子由即为一个大分子，热力学稳定、 可逆体系
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§14.1 胶体和胶体的基本特征
Ch14. 胶体分散体系
(1)溶胶： 分散相不溶于分散介质，有很大相 界面，是热力学不稳定系统。(憎液溶胶)
胶 体 系 统
(2)高分子溶液: 高分子以分子形式溶于 介质，分散相与分散介质间无相界面， 是热力学稳定系统。(亲液溶胶) (3)缔合胶体： 分散相为表面活性分子缔合形 成的胶束，在水中，表面活性剂分子的亲油 基团向里，亲水基团向外，分散相与分散介 质亲和性良好，是热力学稳定系统。
凝聚法 化学凝聚法 物理凝聚法
研磨法 更换溶剂法 化学反应法 电弧法 渗析法 研磨法 超声分散法 物理凝聚法
为了获得稳定的溶胶，还需满足两个条件：一是分散相在 介质中的溶解度要小；二是需要加入第三者作为稳定剂
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§14.2 溶胶的制备和净化
－－－－溶胶的制备
Ch14. 胶体分散体系
所谓 “胶体”，只是物质存在的一种（分散度）状态， 而不是一种特殊类型的物质。维伊曼实验纠正了 Graham把物质分为晶体和胶体两类的观点。
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§14.1 胶体和胶体的基本特征
Ch14. 胶体分散体系来自－－－－分散体系(dispersed system)
把一种或几种物质分散在另一种物质中就构成分散
体系。 被分散的物质称为分散相(dispersed phase)； 另一种物质称为分散介质(dispersing medium)。
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§14.1 胶体和胶体的基本特征
（1）特有的分散程度
Ch14. 胶体分散体系
粒子的大小在10-9~10-7 m之间，因而扩散较慢，不能透过 半透膜，渗透压低但有较强的动力稳定性 和乳光现象。
（2）多相不均匀性
具有纳米级的粒子是由许多离子或分子聚结而成，结构 复杂，有的保持了该难溶盐的原有晶体结构，而且粒子大小 不一，与介质之间有明显的相界面，比表面很大。
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§14.4 溶胶的动力学性质
Ch14. 胶体分散体系
－－－－Brown运动的本质
液体分子对胶体粒子的碰撞
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§14.4 溶胶的动力学性质
Ch14. 胶体分散体系
－－－－Brown运动的本质 Einstein认为，溶胶粒子的Brown运动与分子运动类 3 似，平均动能为 kT。并假设粒子是球形的，运用分子运 2 动论的一些基本概念和公式，得到Brown运动的公式为:
如此，这种无规则运动即Brown运动。
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布朗运动示意图
Ch14. 胶体分散体系
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§14.4 溶胶的动力学性质
－－－－Brown运动
Ch14. 胶体分散体系
1903年，超显微镜的发明，为研究布朗运动 提供了物质条件
用超显微镜可以观察到溶胶粒子不断地作 不规则“之”字形的运动，从而能够测出在一 定时间内粒子的平均位移。 观测结果表明： 1）粒子越小，布朗运动越剧烈； 2）温度升高，布郎运动变剧烈。
08化学本专业必修课程（2405091）
物理化学
Physical Chemistry
蒙延峰
化学与材料科学学院
Chapter 14 胶体分散体系和大分子溶液
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Ch 13
胶体分散体系和大分子溶液
主要内容
物 理 化 学
§14.1 §14.2 §14.3 §14.4 §14.5 §14.6 §14.8
胶体和胶体的基本特征 胶体的制备和净化 溶胶的动力学性质 溶胶的光学性质 溶胶的电学性质 溶胶的稳定性和聚沉作用 乳状液
RT t x L 3 r
无规则无规律
式中 x 是在观察时间t内粒子沿x轴方向的平均位移； r为胶粒的半径; 为介质的粘度; NA为阿伏加德罗常数。 这个公式把粒子的位移与粒子的大小、介质粘度、温 度以及观察时间等联系起来，也称爱因斯坦公式。
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§14.4 溶胶的动力学性质
－－－－胶体粒子的扩散
物质分为两类：晶体（crystal） 和胶体（colloid）
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§14.0 引 言 维伊曼实验
Ch14. 胶体分散体系
1905年，俄国化学家维伊曼用了200多种物质做相关实验，得 出如下结论： “任何物质既可制成晶体状态，又可制成胶体状态”。 例如：典型的晶体 NaCl 在水中形成真溶液；但在苯或酒精中 则可形成溶胶。
Ch14. 胶体分散体系
胶粒也有热运动，因此也具有扩散现象。 只是溶胶的浓度较稀，胶粒不稳定，故这种现 象不显著。
由于分子的热运动和胶粒的布朗运动，使 溶胶粒子从高浓度区间向低浓度区间迁移的现 象称为胶粒的扩散作用。
2H2S SO2 2H2O 3S(溶胶)
Na 2S2O3 2HCl 2NaCl H2O SO2 S(溶胶)
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2.
§14.2 溶胶的制备和净化
－－－－溶胶的制备
Ch14. 胶体分散体系
•物理凝聚法利用适当的物理过程，使待分散的物质
凝聚成胶体粒子大小的颗粒。 • 常采用的物理方法有：蒸气骤冷、更换溶剂等方法。
粗分散体系 (宏观)
当分散相粒子大于100 nm,目测是混浊不均匀体系，放臵
后会沉淀或分层，如黄河水。包括：乳状液与悬浮液。
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§14.1 胶体和胶体的基本特征
－－－－分散体系的分类
按 照 分 散 相 和 分 散 介 质 的 聚 集 状 态 分 类
Ch14. 胶体分散体系
液－固溶胶（金溶胶、硫溶胶） 液溶胶 液－液溶胶（乳状液） 液－气溶胶（泡沫） 固－固溶胶（合金、有色玻璃） 固溶胶 固－液溶胶（蓝宝石、珍珠） 固－气溶胶（泡沫塑料、沸石分子筛） 气－固溶胶（烟、含尘的空气） 气溶胶 气－液溶胶（云、雾） 气－气混合物不属于溶胶
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§14.1 胶体和胶体的基本特征
－－－－分散体系的分类
Ch14. 胶体分散体系
亲液溶胶 按胶体溶液的稳定性分 类 憎液溶胶
亲液溶胶（ Lyophilic sol）
是半径落在胶体粒子范围内的大分子溶解在合适的溶剂 中，一旦将溶剂蒸发，大分子化合物凝聚，再加入溶剂， 又可形成溶胶，亲液溶胶是热力学上稳定、可逆的体系。
电渗析与电超过滤法联合使用，可降低超过滤的压力，并 可以较快除去多余的电解质。