1.3 胶体分散系

如：
利用硝酸银和碘化钾制备碘化银溶胶的反应为
AgNO3+KI→AgI+KNO3 当KI过量时，AgI胶核吸附过 量的I- 离子而带负电荷；
当AgNO3过量时，AgI胶核则吸 附过量的Ag+离子而带正电荷。 改变两种反应物的用量，可使制备的溶胶带 有不同符号的电荷。
（二） 胶粒的双电层结构 AgI 溶胶的胶团结构示意图：
胶体分散系在自然界中尤其是在生物界
中普遍关系。
胶体分散系
胶体分散系又可分为 溶胶 高分子溶液 缔合胶体 胶体的分散相的粒子的大小为 1-100 nm，可以是 一些小分子、离子或原子的聚集体，例如氢氧化铁 溶胶、金溶胶等；也可以是单个的大分子，如蛋白 质溶液。 分散介质可以是液体，气体，或是固体。
Tyndall现象明显
加入少量电解质后即可产生聚 沉 除去分散介质后，粒子聚结沉 淀，除非采用特殊方法，否则 不易再分散
高分子溶液稳定性的破坏
1.高分子的盐析 因加入大量无机盐使蛋白质从溶液中沉淀析出的作用称 为盐析（salting out）。 盐析过程实质是蛋白质的脱水过程。盐析以硫酸铵为最佳。
分散系的分类
按分散系中分散相粒子直径的大小分类：
分散系类型
粗分散系 胶体分散系 分子分散系 (溶液)
分散相粒子 的组成 粗粒子
胶粒 高分子 小分子 离子
分散相粒子 直径 大于100 nm
1 ~ 100 nm 小于1 nm
实例
泥浆、牛奶 AgCl溶胶、 蛋白质、核酸 生理盐水、 葡萄糖溶液
胶粒：分子、离子或原子的聚集体
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： [(AgI)m.nI-.(n-x)K+]x-.xK+
AgNO3 + KI→KNO3 + AgI↓
If AgNO3 large excess
[(AgI)m n Ag+ (n-x)NO3–]x+ x NO3–
胶核
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第四节 溶 胶
一、溶胶的基本性质
二、胶团结构及溶胶的稳定性
三、气溶胶
四、溶胶的制备与净化
一、 溶胶的基本性质
溶胶的胶粒是由数目巨大的原子（或分子、离子）构成的 聚集体。 直径为1～100nm的胶粒分散在分散介质中，形成热力学不
稳定性分散系统。
多相性、高度分散性和聚结不稳定性是溶胶的基本特性。
(一）溶胶的光学性质
盐析的主要原因是去溶剂化作用： 高分子的稳定性主要来自高度的水化作用，当加入大 量电解质时，除中和高分子所带电荷外，更重要的是电解 质离子发生强烈地水化作用，使原来高度水化的高分子去 水化，使其失去稳定性而沉淀析出。
感胶离子序：
按离子盐析能力排列起来的顺序称为感胶离子序
盐析能力主要与离子的种类有关，阴离子起主要作用。阴离 子的盐析能力有如下的顺序： SO42->C6H5O73->C4H4O62->CH3COO->CI->NO3->Br->I->CNS阳离子的盐析能力顺序是： NH4+>K+>Na+>Li+
二、凝胶的性质
（一） 溶胀
根据弹性凝胶在液体中溶胀的程度，可分 为有限溶胀和无限溶胀两类。如果凝胶在液体 中溶胀进行到一定程度即停止，则称为有限溶 胀。如果溶胀作用可以一直进行下去，直至凝 胶的网状骨架完全消失，最后完全分散而成为 溶液，这种溶胀则称为无限溶胀。 影响溶胀的内因是凝胶的结构，它与高分 子的柔性强弱和分子间连接力的强弱等性质有 关。
3.高分子物质对溶胶的保护作用和敏化作用
保护作用
高分子物质吸附于 胶粒的表面包围住 了胶粒，使其对介 质的亲和力加强， 从而增加了溶胶的 稳定性。
敏化作用
（a）高分子物质对溶胶 保护作用 （b）高分子物质对溶胶 敏化作用
加入少量的高分子溶 液，不但起不到保护 作用，反而降低溶胶 的稳定性，甚至发生 聚沉。
2．凝集法 化学凝集法是利用化学反应使产物凝集而形 成溶胶。在溶液中进行的复分解、水解、氧化还 原等反应，只要有一种产物的溶解度较小，就可 以控制反应条件使该产物凝集而得到溶胶。
一般来说，在制备溶胶时，反应物的浓度要 比较稀，反应物混合要比较缓慢，其中的一种反 应物要稍有过量。
改换溶剂法是利用分散相在两种不同分散介 质中的溶解度相差悬殊的特点制备溶胶。
2.温度变化、pH值变化等，也会破坏高分子溶液稳定性
六
一、凝胶的分类 二、凝胶的性质
凝 胶
一、 凝胶的分类
在一定条件下，如温度下降或溶解度减小时，不 少高分子溶液的粘度会逐渐变大，最后失去流动性， 形成具有网状结构的半固态物质，这个过程为胶凝 （gelation），所形成的立体网状结构物质叫凝胶 （gel）。 凝胶可分为刚性凝胶和弹性凝胶两类。 刚性凝胶粒子间的交联强，网状骨架坚固，干 燥后，网眼中的液体可驱出，但其体积和外形几乎 不变，如硅胶、氢氧化铁等形成的无机凝胶就属于 此类。 弹性凝胶一般是由柔性线形高分子形成的，如 明胶、琼脂、肉冻等。这类凝胶经干燥后体积明显 变小，但若将干的凝胶再放到适当的溶剂中还可以 发生溶胀，即自动吸收溶剂而使体积胀大。
胶体分散系
1 nm to 100 nm
spheres
nanoparticles
proteins
rods DNA
TEM of 5 nm AuNPs
2 nm
溶胶
溶胶的分散相粒子是由许多小分子或小离 子聚集而成，溶胶是高度分散的非均相系统， 较不稳定。 高度分散使得分散相表面积急剧增大。 边长为 1cm 立方体的表面积是 6cm 2 ，当它分散 为1012个小立方体，达到胶体分散相粒子的大小 后，总体积不变，而总表面积却增大了一万倍， 为60000cm2，或6m2。
（二）溶胶的动力学性质
Brown 运动 溶胶的分散相粒子在分散介质中不停地 做不规则的折线运动，这种运动称为 Brown 运动。
胶粒的 Brown 运动是由于胶粒受到处于 不停运动的分散介质分子撞击， 其合力不为 零而引起的。
（三）溶胶的电学性质
电泳 在电场作用下，胶粒 质点在分散介质中的定向 移动称为电泳（electrophoresis
（二）溶胶的净化 常用的净化方法是将溶胶与纯溶剂用半透 膜隔开，溶胶中的电解质和杂质的分子、离子 可透过半透膜进入溶剂，而胶粒不能透过半透 膜，不断更换溶剂，可将电解质和杂质除去。
这种利用半透膜净化溶胶的方法称为渗析。
第五节
高分子溶液
一、高分子化合物的结构特点及其溶液的形成 二、 聚电解质溶液 三、高分子溶液稳定性的破坏
）
大多数金属硫化物、硅酸、金、银 等溶胶向正极迁移，胶粒带负电， 称为负溶胶； 大多数金属氢氧化物溶胶向负极迁 移，胶粒带正电，称为正溶胶。
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。
Electrophoresis
二、胶团结构及溶胶的稳定性
（一）胶粒带电的原因 1.胶核界面的选择性吸附： 胶核有吸附其它物质而降低界面自由能 的趋势，常选择性地吸附分散系统中与其组 成类似的离子作为稳定剂，而使其界面带有 一定电荷。 实验表明，与胶粒具有相同组成的离子优 先被吸附。
(四）溶胶的聚沉
当溶胶的稳定因素受到破坏，胶粒碰撞时会合并变大 从介质中析出而下沉。此现象称为聚沉（coagulation）。
1．电解质对溶胶的聚沉作用 2．溶胶的相互聚沉作用 3.高分子物质对溶胶的保护作用和敏化作用
1．电解质对溶胶的聚沉作用
[(AgI)m n I – (n-x)K+]x– xK+
分散系在自然界中广为存在:
分散相
空气
金属化合物
岩石
乳脂
水
分散介质 细小水滴
基本要求：
1.掌握溶胶的基本性质，了解溶胶的应用。
2.掌握溶胶胶团的结构及溶胶的稳定因素和 溶胶的聚沉现象。 3.掌握凝胶的定义及性质，并了解其应用。
溶液是由一种以上的物质组成的分散系统。 溶液与医学有着密切的联系。人体内的 血液、细胞内液、细胞外液以及其他体液都 是溶液。体内的许多化学反应都是在溶液中 进行的，营养物质的消化、吸收等无不与溶 液有关。
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胶粒（带正电）
胶核 胶粒 胶团
胶团（电中性）
（三）溶胶的稳定性
溶胶具有一定的稳定性，其原因如下： （1）Brown 运动：溶胶的胶粒的直径很小，Brown 运动 剧烈，能克服重力引起的沉降作用。 （2）胶粒带电：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。 （3）胶粒表面水合膜的保护作用： 胶团的水合双电层 膜犹如一层弹性膜，阻碍胶粒相互碰撞合并变大。水合膜 层愈厚，胶粒愈稳定。
1．Tyndall 现象 1869 年，英国物理学家 Tyndall发现：在暗 室中让一束会聚的可见光通过溶胶，在与光束 垂直的方向上可以看到一个圆锥形光柱，这种 现象就称为 Tyndall 现象。 溶胶的分散相粒子的直径在 1~100 nm之间， 小于可见光的波长（400~760nm)，因此当光通 过溶胶时发生明显的散射作用，产生 Tyndall 现 象。 Tyndall现象是溶胶区别于真溶液的一个基本特征
四、凝 胶
高分子溶液与溶胶性质的比较
高分子溶液
均相分散系统 稳定系统，不需加稳定剂 粘度和渗透压较大 分散相与分散介质亲和力强
溶
胶
非均相分散系统 不稳定系统，需加稳定剂 粘度和渗透压小 分散相与分散介质亲和力小
Tyndall现象不明显
加入少量电解质无影响，加 入多时能引起盐析 在一定条件下可形成凝胶； 于某些干凝胶中再加入分散 介质后又成为溶液
胶核
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胶核 胶粒 胶团
胶粒（带负电） |________________________________| 胶团（电中性）
电解质加入后，使扩散层中的反离子更多 地进入吸附层，胶核表面所带电荷被反离子中 和，吸附层随之变薄，溶胶的稳定性下降，最 终导致聚沉。
高分子化合物溶液
高分子化合物溶液的分散相粒子大小在胶体范围内，属 于胶体溶液。但是，其分散相是以单个分子分散在介质中 的，所形成的系统是均相的真溶液，分散相和分散介质间
没有界面存在。高分子溶液是热力学稳定系统，溶液的性
质与高分子线性长链的柔顺性有关。
缔合胶体
缔合胶体是由溶液中的表面活性剂分子（具亲水的极性 基团和亲油的碳键烃基的两亲分子）超过某一特定浓度，分 子在溶液内部缔合形成分子集团，即所谓“胶团”形成的分 散系。表面活性物质的这种缔合作用是自发的和可逆的，因 而与溶胶不同，缔合胶体溶液是热力学稳定的。

对一价负离子聚沉正溶胶时，其聚沉能力次序为： F-> Cl-＞Br-＞NO3＞I- >CNS-
（3）有机化合物的离子（如脂肪酸盐和聚酰 胺类化合物的离子）都有较强的聚沉能力，能 有效地破坏溶胶使之聚沉。
2．溶胶的相互聚沉作用
将胶粒带相反电荷的两种溶胶混合，也会 产生聚沉现象。 与电解质的聚沉作用不同的是，只有当两 种溶胶的胶粒所带电荷完全中和时，才会完全 聚沉；否则，可能聚沉不完全，甚至不聚沉。 例如污水中的胶状悬浮物一般带负电，加入 明矾后，明矾中的 Al 3+ 可水解成 Al(OH) 3 正溶胶 使悬浮物发生聚沉，达到净水目的。
电解质对溶胶的聚沉规律为：
（ 1 ）电解质对溶胶的聚沉作用，主要是由与胶粒带 相反电荷的离子（反离子）引起的。反离子所带电荷越 多，其聚沉能力越大。 一价、二价、三价反离子的临界聚沉浓度之比近似为 (1/1)6:(1/2)6:(1/3)6=100:1.8:0.14
Shulze-Hardy 规则：临界聚沉浓度与离子价数的六次方成 反比。 （ 2 ）带相同电荷的离子的聚沉能力虽然接近，但也 略有不同。 对用一价正离子聚沉负溶胶时，其聚沉能力次序为： H+> Cs+＞Rb+＞ NH4+> K+＞Na+＞Li+
三、气溶胶
由极小的固体或液体粒子悬浮在气体介质中所 形成的分散系统称为气溶胶（aerosol）。
例如烟、粉尘是固体粒子分散在空气中的气溶胶，雾是 细小水滴分散在空气中的气溶胶。
三、溶胶的制备与净化
（一）溶胶的制备
1．分散法 研磨法是用胶体磨把大颗粒固体磨细，在 研磨的同时加入丹宁或明胶做稳定剂。工业用 的胶体石墨、颜料、医用硫溶胶等都是用胶体 磨磨制成的。 胶溶法是一种使暂时凝集起来的分散相又 重新分散的方法。把新生成的沉淀洗涤后，加 入电解质溶液做稳定剂，经过搅拌，沉淀就重 新分散而形成溶胶。