[理学]第三章 胶体溶液及表面现象

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注意：胶体的聚沉是不可逆的。
加入电解质聚沉的原因：加入电解质后，吸 附层的反离子增多， 胶粒所带电荷大大减少， 排斥力减弱，使胶粒合并成大颗粒而聚沉。
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聚沉能力主要取决于能引起溶胶聚沉的反离子
电荷数（即化合价数），离子带电荷越高，其 聚沉能力越强 要掌握
如：对于As2S3溶胶（负溶胶）的聚沉能力 AlCl3>CaCl2>NaCl 对于Fe(OH)3溶胶（正溶胶）的聚沉能力 K3[Fe(CN)6] >K2SO4>KCl
电泳管示意图
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胶粒带正电荷称为正溶胶,一般金属氢氧化 物的溶胶即为正溶胶。
胶粒带负电荷称为负溶胶,如：土壤、硫化
物、硅酸等溶胶。
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胶体粒子带电的主要原因：
吸附作用 固体吸附剂优先选择吸附与它组成相关的 离子，或者能够在固体表面上形成难电离或难 溶解物质的离子 “相似相吸原理”
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FeO+ FeO+ FeO+
[(AgI )m • n Ag+ • (n - x ) NO3- ] x＋ • x NO3胶粒带正电，向阴极移动。
3）第三只烧杯中溶胶胶团结构为
[(AgI )m • n I- • (n - x ) Na+] x- • x Na+ 胶粒带负胶时，三支烧杯盛有25mL， 0.016mol· dm－3的AgNO3 溶液，分别加入 0.005moL· dm－3的NaI溶液60mL，80mL和
100mL．
1)三种不同加入量的烧杯中各有什么现象?
2) 溶胶中加入直流电压，胶体粒子如何运动?
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答：1) 第一只烧杯中AgNO3过量，第二只烧 杯中AgNO3与 NaI物质的量相等，第三只烧杯 中 NaI过量。因此第一只烧杯和第三只烧杯生 成AgI溶胶，第二只烧杯生成AgI沉淀。 2) 第一只烧杯中溶胶胶团结构为
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Brown运动的本质
1905年和1906年爱因斯坦（Einstein)和斯莫鲁 霍夫斯基（Smoluchowski)分别阐述了Brown运动的 本质。
认为Brown运动是分散介质分子以不同大小和不同 方向的力对胶体粒子不断撞击而产生的，由于受到 的力不平衡，所以连续以不同方向、不同速度作不 规则运动。随着粒子增大，撞击的次数增多，而作 用力抵消的可能性亦大。 当半径大于5 m，Brown运动消失。
FeO+
FeO+
FeO+
FeO+
FeO+
分散质 [Fe(OH)3]m
FeO+ FeO+ FeO+
FeO+ FeO+
FeO+ FeO+
FeO+ FeO+
Fe(OH)3胶核吸附电位离子的示意图
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三 溶胶粒子的结构─胶团（电中性）
1.固体粒子(AgI)m称为胶核，由于吸附而带电； 2.稳定剂KI存在:由于静电作用，反离子被吸引在带 电胶核的周围，形成吸附层，在电场的作用下，吸 附层随胶核运动；即胶粒在运动； 胶核 3.由于热运动，部分反离子
人们称微粒的这种运动为布朗运动。
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布朗运动示意图
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Brown运动(Brownian motion)
1903年发明了超显微镜，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。
通过大量观察，得出结论：粒子越小，布 朗运动越激烈。其运动激烈的程度不随时间而 改变，但随温度的升高而增加。
表面能（表面张力）的物质称为表面活性剂。
乳化剂是一种表面活性物质。 从分子结构来看，其特点是具有双亲基团 的物质：亲水基：如-OH,-COOH,-NH2,-SO3H 等，是极性部分，溶于水；憎水基(亲油性)如 烷基、苯基等，是非极性部分，溶于油。
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亲油基
亲水基
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肥皂是最常见的表面活性物质，它是硬脂酸的
第三章 胶体溶液和表面现象
§3.1 溶胶
§3.2 高分子化合物溶液
§3.3 表面现象
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§3.1
溶胶
分散系：一种或几种物质以细小颗粒分散 在另一种物质中所形成的体系。
分散质（分散相）：被分散的物质
分散系 分散介质（分散剂）：容纳分散质的物 质
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一 分散系的分类
分散系
分子或离子分散系 （真溶液） d <1 nm
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液体分子对胶体粒子的碰撞
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光学性质（丁达尔现象） 英国物理学家丁达尔(1820～1893年) 发现 一束会聚的强光胶体垂直方向看到一
条发亮的光柱。
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原理：
光线照射到物体表面时，可能产生两种情况： （1）颗粒的直径远远大于入射光的波长: 此时入射光被完全反射，不出现丁达尔效应； （2）物质的颗粒直径比入射波长小: 则发生光的散射作用而出现丁达尔现象。
分散在紧密层外，形成扩 散层。 吸附层 4.溶胶带正电或负电是指胶粒， 整个胶团为电中性 扩散层
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胶团结构
以AgI为例： AgNO3 + KI = AgI +KNO3
当AgNO3 过量时， 胶粒带正电荷，胶团结构 如下： [ （AgI )m • n Ag+ • ( n -x ) NO3- ] x+ • x NO3胶核 电位离子 吸附层 胶粒（带正电） 胶团
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§3.2 、高分子化合物溶液
高分子化合物通常是指相对分子质量在 104以上的化合物。
高分子化合物对溶胶的保护作用：
保护作用： 例： Fe(OH)3溶胶，加入白明胶（高分子 化合物溶液）后再加电解质不易聚沉。 为了让墨水稳定、长时间不聚沉，常常加入 明胶或阿拉伯胶起保护作用
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§3.3、表面现象
胶体分散系 1< d < 100 nm
粗分散系 d > 100 nm
（溶胶and高分子溶液） （悬浊液and乳浊液）
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二 溶胶的性质
动力学性质 (Brownian motion)
1827 年植物学家布朗（Brown)用显
微镜观察到悬浮在液面上的花粉粉 末不断地作不规则的运动。 后来又发现许多其它物质如煤、 化石、 金属等的粉末也都有类似的现象。
因为溶胶的粒子直径在1-100 nm，而一般可见光的波长 范围在400 -760 nm，所以可见光通过溶胶时便产生明显 的散射作用。
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丁达尔现象实例
胶体：云、雾、烟尘
分散剂：空气 分散质：微小的尘埃或液滴
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电学性质
直流电
电泳—在外电场作用下， 分散质粒子在分散介质 中定向移动的现象
Fe(OH)3
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反离子
反离子 扩散层
胶团结构
以AgI为例： AgNO3 + KI = AgI +KNO3
当KI 过量时， 胶粒带负电，胶团结构如下：
[(AgI)m nI (n-x) K ]
胶核 吸附层 胶粒（带负电）
-
+ x-
xK
+
扩散层（带正电）
胶团（电中性）
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四 溶胶的稳定性和聚沉
溶胶的稳定性 布朗运动 胶粒带电 水化膜 溶胶的聚沉 加入电解质 加入带相反电荷的溶胶 加热
反离子的价数越高，聚沉能力越强。
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自测题
【1】由10mL0.05mol· L－3的KCl溶液与 100mL0.002mol· L-3的AgNO3溶液混合制得 的AgCl溶胶，若分别用下列电解质使其聚 沉，则聚沉值的大小次序为（ a．AlCl3＜ZnSO4＜KCl b．KCl＜ZnSO4＜AlCl3 c．ZnSO4＜KCl＜AlCl3 d．KCl＜AlCl3＜ZnSO4
钠盐。 C17H35--COONa。
亲油基 亲水基
在两相间的排列
注：表面活性物质
亲油基
亲水基
如：CH3(CH2)16COONa 乳化剂在水面上定向排列
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【课后小结】
电解质的阳离子对负溶胶起聚沉作用，
负离子对正溶胶起聚沉作用。
电解质对溶胶的聚沉能力，主要取决于
与胶粒带相反电荷的离子即反离子的价数，
液体或固体表面粒子比内部粒子能量高，多出 的这部分能量称为体系的表面能。由于内外受力不 均匀存在着使液面紧缩的力，称为表面张力。
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胶体是一种高度分散的多相体系，具 有很大的比表面，因此表面能很大。能量 越高，体系越不稳定，胶体是热力学的不 稳定体系。
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表面活性剂
表面活性物质：溶于水后能显著降低水的
要掌握
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要掌握
练习： 1. 将20ml 0.1mol / L的AgNO3与10ml 0.1mol / L的KI溶液混合。下列电解质中，对 AgI溶胶聚沉能力最强的是（ ）。 A. NaCl B. CaCl2 C. K2SO4 D. K3[Fe (CN)6] 2. 将10ml 0.1mol / L的AgNO3与20ml 0.1mol / L的KI溶液混合。下列电解质中，对 AgI溶胶聚沉能力最强的是（ ）。 A. NaCl B. CaSO4 C. KBr D. AlCl3