第二章 胶体溶液及表面现象

第二章 胶体溶液及表面现象
本章学习重点：概念的理解。
无机化学
1
主要内容

第一节 溶胶
第二节 高分子化合物溶液 第三节 凝胶 第四节 物质的表面现象
无机化学
2
第一节 溶胶
胶体分散系包括溶胶、高分子溶液和缔合胶 体三类。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， 也可以是单个的大分子。分散介质可以是液体、 气体，或是固体。
FeOCl+3H2O
FeOCl FeO++ClFe(OH)3胶核就吸附与其组成相似的FeO+而带正电荷。
无机化学
15

（2）胶粒表面分子的解离 例：硅胶的胶核由许多 xSiO2 · yH2O 分子 组成，表层分子与H2O作用生成硅酸：
H2SiO3
HSiO3 - +H+
HSiO3 -
SiO3 2- +H+
无机化学


（二）加入带相反电荷的溶胶 带相反电荷的溶胶有相互聚沉能力。例如，用明 矾净水。 （三）加热 加热增加了胶粒的运动速度和碰撞机会，同时降 低了它对离子的吸附作用，从而降低了胶粒所带 电荷的电量和水化程度，使溶胶在碰撞中聚沉。 例如：As2S3溶胶加热至沸，析出淡黄色As2S3沉 淀。
无机化学
答案：A、E 无机化学
22
二、溶胶的稳定性和聚沉


稳定性---溶胶是热力学上的不稳定体系，其稳定 性因素主要是胶粒带电和水化膜的存在。 胶粒都带有相同符号的电荷，胶粒之间相互排 斥，阻止两胶粒合并变大；另外胶粒吸附层中的 离子对水分子有吸引力，吸附的水分子在胶粒表 面形成一层水化膜，阻止了胶粒之间的聚结。因 此溶胶中的胶粒能相对稳定地存在。 聚沉---当胶粒的动能增大到能克服这种静电斥 力时，胶粒间就会相互碰撞合并，粒子增大到布 朗运动克服不了重力作用时就出现聚沉。
滤纸孔径1000-5000nm 瓷板孔径100nm
无机化学
5
（二）溶胶的光学性质---丁铎尔现象
令一束聚焦的光束通 过溶胶，则从侧面可以看 到一个发光的圆锥体，这 种 现 象 称 为 Tyndall 效 应 (Tyndall effect) ，又称乳 光现象。 Tyndall现象
无机化学
6
无机化学
7
d<<λ
d 略小于λ 或接近于λ
d>>λ
光波环绕胶粒向各个方向散射，成为散射光或
称乳光。 丁达尔现象的应用： 区分真溶液、悬浊液和溶
胶。真溶液，悬浊液均无明显的丁达尔现象，故丁
达尔现象是区分真溶液、悬浊液和溶胶的最简便的
方法。
无机化学
8
(三)溶胶的动力学性质

1.布朗运动与扩散
用超显微镜观察 溶胶时，可以观察 到胶体粒子在介质 中作不规则运动， 称为Brown运动。
答案：D、B
无机化学
28
4.某溶胶在电泳时胶粒向阳极移动，将该溶胶分 别加入到①蔗糖溶液 ②氯化钠溶液 ③硅酸溶 胶 ④氢氧化铁溶胶中，不发生聚沉的是（） A.①和② B.②和③ C.①和③ D.①和④ 答案：C E.③和④

5.胶体的本质特征是 A.Tyndall现象 C.胶粒直径为1～100nm
无机化学
20
同理，可以写出AgBr溶胶的胶团结构式(KBr过 量):
｛[AgBr]m·nBr- ·(n-x) K＋ ｝x－ ·x K＋
胶核 胶粒 胶团 吸附层 扩散层
无机化学
21
练习：1.在AgNO3溶液中加入过量的KI溶液，得到溶胶的 胶团结构可表示为 （ ） A.[(AgI)m· nI-·(n-x)K+]x-· xK+ B.[(AgI)m· nNO3-·(n-x)K+]x-· xK+ C.[(AgI)m· nAg+·(n-x)I-]x－· xK+ D.[(AgI)m· nAg+∙ (n-x)NO3-]x+∙xNO3E.[(AgI)m· nAg+·(n-x)NO3-]x+· xI2.混合AgNO3和KI溶液制备AgI负溶胶时，AgNO3和KI间的 关系应是 （ ） A.c (AgNO3) > c (KI) B.V (AgNO3) > V (KI) C.n (AgNO3) > n (KI) D.n (AgNO3) = n (KI) E.n (AgNO3) < n (KI)
无机化学
14
2.胶粒带电的原因 （1） 胶核界面的选择性吸附： 胶粒能从分散介质中选择性的吸附一种离子，使 其本身带有电荷。 胶核常选择性的吸附组成与其相似的离子。 例：制备Fe(OH)3溶胶，反应为：
FeCl 3+3H 2O
Fe(OH)3+HCl
沸腾
Fe(OH)3+3HCl
部分Fe(OH)3与HCl作用：
无机化学
3
分散介质
气体 气体 液体 液体 液体 固体 固体 固体
分散相
液体 固体 气体 液体 固体 气体 液体 固体
名 称
气溶胶 气溶胶 泡沫胶 乳状液 溶胶 泡沫 凝胶 固体溶胶
实 例
雾 烟 生奶油 牛奶 油漆，细胞液 浮石 果冻 红宝石玻璃
无机化学
4
一、溶胶的性质

（一）胶粒对过滤器的通透性
无机化学
9


原因：一是溶胶粒子受到分散介质分子不均匀的撞 击时，合力未完全抵消引起的；二是溶胶粒子自身 的热运动引起的。 特点：①粒子愈小，温度愈高，布朗运动愈剧烈； 且其运动的剧烈程度不随时间而改变。②其它微粒 也有类似现象。

扩散：当溶胶中的胶粒存在浓度差时，胶粒将从
浓度大的区域向浓度小的区域移动，称为扩散 (diffusion)。扩散现象是由胶粒的布朗运动引起的。
答案：E
无机化学
27
2.溶胶具有相对稳定性的原因是（） A.布朗运动 B.带有相同电荷的胶粒间的静电斥力 C.胶粒表面水合膜的保护作用 D.A、B和C 3.现有甲、乙、丙、丁和Fe(OH)3五种溶胶，把甲与 丙、乙与丁、丙与丁、丙与Fe(OH)3溶胶两两混合， 均发生聚沉现象，那末，胶粒带负电荷的溶胶是 （ ） A.甲和乙 B.乙和丙 C.甲和丁 D.甲和丙E.乙和丁
无机化学
24
（1）一般地，离子电荷越高，对溶胶的聚沉能 力就越强。这个规律叫做哈迪-叔尔采规则。 一价、二价、三价反离子的临界聚沉浓度之比： (1/1)6:(1/2)6:(1/3)6 =100: 1.8:0.14 （2）同价反离子的聚沉能力虽相差不大，其聚 沉能力随着离子水合半径的减小而增加。 如:一价正离子(对负溶胶)聚沉能力： H+﹥ Cs+﹥ Rb+﹥ NH4+﹥ K+﹥ Na+﹥ Li+ 一价负离子(对正溶胶)聚沉能力： F- ﹥Cl- ﹥Br- ﹥I -﹥OH
无机化学
10
2.沉降平衡



沉降：分散相粒子在重力作用下渐渐向容器 底部降落的现象称为沉降(sedimentation)。 沉降平衡：胶体分散系一方面粒子受到重力 而下降，而另一方面由于布朗运动引起的扩 散作用而向上，当沉降速度等于扩散速度时， 溶胶体系就处于平衡状态，这种平衡称为沉 降平衡。 沉降平衡时，粒子的分布达到平衡，形成一 定的浓度梯度(底部浓度最大，随着高度的增 加，粒子浓度逐渐降低)。
无机化学
11
（四）溶胶的电学性质
1.电泳和电渗 向U形管中注入有色溶 胶，在液面上加NaCl溶液， 两相之间有一清晰的界面。 插入电极，通直流电后， 可看到负极一端有色溶胶 液面下降，而正极一端液 面上升，表明溶胶向正极 移动。 这种在外电场作用下，胶粒在介质中定向移动的 现象，称为电泳。

无机化学
12
意义： 电泳现象可以说明胶Leabharlann Baidu带电荷，并且根据电 泳方向可以确定胶粒带何种电荷。 大多金属氢氧化物溶胶的胶粒带正电 —称为正溶胶。 大多数金属硫化物溶胶、硅胶、金、硫等带负电 — 称为负溶胶。
无机化学
13
电渗：在外电场的作用下，液体介质通过多孔隔膜向 带相反电荷的电极方向移动的现象称为电渗。 若胶粒带正电荷，介质必然带负电荷而向正极移动。 意义：通过电渗管刻度支管中液面的升降，判断液体 介质的移动方向及介质所带的电荷符号。
无机化学
23



促使溶胶聚沉的主要方法： （一）加入强电解质 原理：一是加入的强电解质解离出的离子破坏了 双电层结构，胶粒失去了静电保护作用；二是强 电解质离子具有很强的溶剂化作用，破坏了胶粒 表面的水化膜。 注意：电解质对溶胶的聚沉作用取决于与胶粒带 有相反电荷的离子，即反离子。 电解质对溶胶的聚沉作用与反离子所带电荷的多 少有关。
硅酸电离出的H+扩散到介质中去， SiO32-则留在 胶核表面，结果使胶粒带负电荷。
无机化学
16
3.胶团的结构---双电层结构
胶核 胶粒 吸附层
胶 团
扩散层
胶团结构示意图无机化学
17
1. m个Fe(OH)3分子聚成的固体粒子---胶核。 [ Fe(OH)3]m 2.胶核选择性吸附：nFeO+离子，带正电。 3. 静电作用，吸附少量Cl- , (n-x) Cl吸附层： nFeO+ ·(n-x) Cl胶核与吸附层组成胶粒。 n﹥x，胶粒带x正电荷。 4.据呈电中性的要求，胶粒仍然要吸附 Cl-，这部 分Cl-借助于扩散作用分布于离胶核较远处形成扩散 层: x Cl-。与胶粒带相反电荷的离子，称反离子。
无机化学
30
一、高分子化合物的概念

高分子化合物概念：单个分子相对分子量在一万 以上的大分子。 蛋白质、核酸、糖原、存在体液中重要物质； 人体肌肉、组织；又如天然橡胶等 据来源 可分为天然的和合成的
无机化学
31
二、高分子化合物溶液的形成和特征
表2-1 高分子溶液与溶胶性质的比较 高分子溶液 胶粒是单个的高分子化合物 分散相与分散介质亲和力强 均相分散系统，Tyndall现象 不明显 稳定系统，加入少量电解质 无影响，加大量电解质凝聚 粘度和渗透压较大 溶 胶
B.胶粒带电 D.布朗运动
答案：C
无机化学
29
第二节 高分子化合物



高分子化合物的相对分子质量很大，通常为 104～106。它的许多性质都与相对分子质量大有关。 可分为天然高分子(蛋白质、核酸、淀粉、糖元、 纤维素)和合成高分子(塑料、橡胶等)。 高分子化合物能自动分散到合适的分散介质中形成 均匀的溶液，为均相系统，在热力学上是稳定的---与 真溶液相似。粒子直径大小与溶胶相似---扩散速率慢， 不能透过半透膜。
26



1.下列四种电解质对某种AgCl溶胶的临界聚沉 浓度（mmol· L-1）分别是：NaNO3(300)， Na2SO4（295），MgCl2(25)，AlCl3(0.5)，则 该种AgCl溶胶的类型和胶粒所带电荷的电性分 别是（ ） A.正溶胶、正电性 B.正溶胶、负电性 C.中性溶胶、电中性 D.负溶胶、正电性 E.负溶胶、负电性
胶粒由许多分子聚集而成 分散相与分散介质亲和力小 非 均 相 分 散 系 统 ， Tyndall 现象明显 不稳定系统，加入少量电解 质后即可产生聚沉 粘度和渗透压较小
无机化学
32
三、高分子溶液对溶胶的保护作用和敏 化作用



在溶胶中加入一定量的高分子，能显著提高溶胶的稳定性， 这种现象称为高分子对溶胶的保护作用。 原因是：高分子物质吸附在溶胶粒子表面，包围住胶粒， 形成一层高分子保护膜，使其对介质的亲和力加强，阻止 了胶粒之间的直接接触，从而增强了溶胶的稳定性。 但有时，加入少量的高分子溶液，不但起不到保护作用， 反而降低了溶胶的稳定性，甚至发生聚沉，这种现象称作 敏化作用。 原因是：浓度低时，无法将胶体颗粒表面完全覆盖，一个 高分子长链可同时吸附多个胶粒，把胶粒聚集起来产生沉 淀。

无机化学
18
｛[ Fe(OH)3]m· nFeO+ · (n-x) Cl- ｝x+ ·x Cl胶核 胶粒
吸附层
扩散层
胶团 （电中性）
由吸附层和扩散层构成的电性相反的两层结 构称为胶团的双电层结构。
无机化学
19
练习：将 10.0mL 0.005 mol· L-1AgNO3溶液和 10.0mL 0.002mol· L-1 KBr溶液混合制备AgBr溶胶。 写出该溶胶的胶团结构。 解：n (Ag+) = 0.005mol· L-1×10.0mL = 0.05 mmol n (Br－) = 0.002mol· L-1×10.0mL = 0.02 mmol 由于 n (Ag+) >n (Br－)，AgNO3溶液过量，胶核 (AgBr)m优先吸附Ag+形成带正电荷的胶粒。胶团 的结构为： [(AgBr)m· nAg+· (n-x)NO3－]x+· x NO3