胶体化学 (2)

第十章胶体化学

10.0 绪言

1．胶体的定义

什么是胶体?

1861年英国科学家Graham(格雷厄姆)系统地研究过许多物质的扩散速度，首先提出了胶体和晶体的概念，他认为：晶体(如：蔗糖、无机盐等)在水中扩散快；能透过羊皮纸(一种好的半透膜)；当溶剂蒸发后成晶体析出。而胶体(如：蛋白质、明胶等)在水中扩散慢，不能透过半透膜，当溶剂蒸发后成粘稠的胶状物质。由此他把胶体认作是某一类物质固有的特性。

1905年俄国科学家Beümapн(法依曼)用近200多种物质做实验发现：任何晶体物质在适当条件下(如：降低溶解度，选用适当的溶剂等)也能制成胶体。

1903年，Zsigmondy(齐格蒙第)和Siedentopf(西登托夫)发明了显微镜，第一次成功地观察到胶体中粒子的运动，证明了溶胶的超微不均匀性。

实质上，胶体是物质以一定分散程度存在的一种状态，或者说，胶体是一种高度分散的微多相分散系统。

研究胶体和粗分散系统的生成、应用、破坏及其物理化学性质的科学称为胶体化学。

2. 分散系统的分类及主要特征

一种或几种物质以大小不等的粒子形态分散在另一种物质中所形成的系统称为分散系统。其中的粒子包括：固体微粒、微小液滴、微小气泡、分子、原子、离子等。被分散的物质称为分散相，分散相所处的介质称为分散介质。

分散系统包罗万象，为了研究问题的方便，需将分散系统进行分类，常用的分类方法有两种：

（1）按分散介质和分散相的聚集状态分类：

见教材P301表

(1) 按分散相粒子的大小分类

近几十年来，它已逐渐形成了一门独立的学科。

3．憎液溶胶系统的主要特征

憎液溶胶系统的主要特征是：高度分散(粒子比较小)、多相(粒子比分子大)、热力学不稳定(微多相的G表高)。

由于胶体的这些特殊性质便造成了胶体分散系统在光学、电学、动力学等方面不同于其它分散系统的特殊性质及现象。在后面几节里一一加以讨论。

4．胶体化研究的意义

胶体化学与许多科学研究领域、国民经济的各部分以及日常生活都有密切的联系。例如：石油、橡胶、油漆、制药、酿造、制糖、纺织、造纸、水泥、染色、印刷、食品、日用化学以至土壤学、气象学、地质学、植物保护、医学、环境保护等。本章的重点在于胶体系统的典型代表：液溶胶，包括其光学、电学、动力学性质以及它们的稳定和聚沉。

10.1溶胶的制备和净化

胶体粒子的大小在1～1000nm之间，原则上可由分子或离子的凝聚而成胶体，或由大块物质分散成胶体。如下图所示：

离子、分子粗粒子

(凝聚法) 1～1000nm (分散法)

凝聚分散

(有新相生成) (比表面增加)

溶胶制备的一般条件是：

①分散相在介质中溶解度须极小，且反应物浓度很稀，生成物的难溶晶体很小，又

无长大条件；

②必须有稳定剂存在。

因为分散过程中粒子的比表面增加，热力学稳定性降低，故加入第三种物质方能得到稳定的溶胶。值得注意的是：在凝聚法制溶胶时，。稳定剂不一定是外加的，往往是过量的某种反应物或生成的某种产物。

包括机械分散、电分散、超声波分散和胶溶分散等。

1．机械分散法

工业上用得最多的是机械方法，如：胶体磨(分干磨和湿磨，。后者需加入少量表面活性剂作为稳定剂)，磨细度达100～1000nm；气流粉碎机(干磨)，可获得1μm。下的超细粉末，主要用于分散颜料、药物、化工原料和各种填料。

2．电分散法

电弧法(电分散法)，主要用于制备金属(Au、Ag、Hg等)水溶胶，稳定剂常为碱。3．超声分散法

超声波法主要用于制备乳状液。

4．溶胶分散法

胶溶法是在某些新生成的沉淀中加入适量的电解质，。使沉淀重新分散成溶胶。如：在新生成的Fe(OH)3沉淀中，。加入适量的FeCl3，。可制成Fe(OH)3溶胶。

用物理或化学方法使分子或离子聚集成胶体粒子的方法。

1．物理凝聚法

（1）蒸汽凝聚法

（2）过饱和法(举例见教材P302)。

2．化学凝聚法

化学法(主要方法)：

（1）还原法：

主要用于制备各种金属溶胶。例如：

2HAuCl4＋3HCHO＋11KOH 2Au(溶胶)＋3HCOOK＋8KCl＋H2O

Δ

②氧化法：

如2H2S＋O22S(溶胶)＋H2O

③复分解反应：

常用于制备盐类溶胶。如：

AgNO 3＋KI AgI(溶胶)＋KNO 3

④ 水解法：

多用于制备金属氧化物溶胶。如：

FeCl 3＋H 2O Fe(OH)3(溶胶)＋HCl

主要是通过过滤、沉降或离心的方法出去溶胶中的粗粒子，用渗析的方法出去多余的电解质使溶胶更稳定。为了加快渗析速率，通常采用电渗析，具体方法见教材P 303。 10.2溶胶的光学性质

溶胶与其它分散系统在光学上有显著区别，即溶胶会产生明显的丁铎尔现象。

10.2.1 Tyndall 现象

1869年，丁铎尔发现，若令一束会聚的光通过溶胶，则从侧面(即与光束垂直的方向)可以看到一个发光的锥体，这就是丁铎尔现象。丁铎尔现象在日常生活中能经常看到。例如： 夜晚的探照灯或由电影机所射出的光线在通过空气中断灰尘微粒时，就会产生丁铎尔现象。实验证明，低分子溶液也会产生丁铎尔现象，但很微弱，

肉眼无法看出；悬浮液因强反射光而浑浊，观察不到丁

铎尔现象。

丁铎尔现象是溶胶的特征。

10.2.2 Rayleigh 公式

雷利曾详细研究过丁铎尔现象，发现单位体积非导电性球形分子所能放出光能总量为：

I ＝ 2222122214222)2(24n n n n V A +-λνπ ──── 雷利公式

其中 λ ── 入射光的强度及波长 V ── 每个分散相粒子的体积

A ── 入射光的振幅 ν── 单位体积的粒子数

n 1、n 2── 分别为分散相及分散介质的折射率

讨论：

（1） I ∝λ－

4，即波长愈短的光愈易被散射，而波长愈长的光散射能力愈弱，透射能力 煮沸