基础化学第五章胶体

蛋白质 鱼精蛋白 细胞色素 C
等电点 12.0~12. 4 9.8~10.3
肌红蛋白 血红蛋白
7.0 6.7~7.1
乳清蛋白 白明胶
第三节 高分子溶液
一．
1. ①
高分子化合物的结构特点及溶液的形成
结构特征： 一般具有碳链，碳链由大量称为链节的结构 单位连接而成，链节重复的次数叫聚合度， 以n表示。
• •
•
天然橡胶 链节为异戊二烯单位(-C5H8-) 。 纤维素、淀粉、糖原或高分子右旋糖酐，链节为 葡萄糖单位(-C6H10O5-)，通式(C6H10O5)n。 蛋白质的结构单位是氨基酸。
第三节 高分子溶液


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

第三节 高分子溶液

高分子溶液与溶胶性质比较
相同性质 不同性质
胶体物质 溶胶
1. 分散相粒 多相 Tyndall 热力学不 对电解质 现象明显 稳定系统 敏感 子大小 1~100n m 均相 Tyndall 高分子溶 热力学稳 对电解质 2. 扩散速率 液 现象微弱 定系统 不太敏感 慢 缔合胶体 3. 不能透过 均相 热力学稳 半透膜 定系统
KNO3 CaCl2 MgCl2 MgSO4 AlCl3 1/ Al (SO ) 2 2 4 2 Al(NO3)2
50 0.65 0.72 0.81 0.093 0.096 0.095
RbNO3 Ca(NO3)2 Mg(NO3)2 Pb(NO3)2 Al(NO3)3 La(NO3)3 Ce(NO3)3
第二节 溶胶
③
④
溶胶相互聚沉——胶粒电性相反的两种溶胶适 量混合，电性中和，发生聚沉。 高分子化合物对溶胶的保护作用(a)和敏化作用 (b)
第二节 溶胶
三． 气溶胶（aerosol）



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。 图示是各种气溶胶的分散 相粒子直径的大致范围。 烟、雾的分散度较高，粉 尘的分散度低，后者稳定 性要差些。
二、胶体分散系 2. 表面能


液体有自动缩小表面积的趋势。小的液滴聚 集变大，可以缩小表面积，降低表面能。表 面积减小过程是自发过程。 这个结论对固体物质同样适用。高度分散的 溶胶比表面大，所以表面能也大，它们有自 动聚积成大颗粒而减少表面积的趋势，称为 聚结不稳定性。
第二节 溶胶
一．

溶胶的基本性质
第一节 胶体分散系
一些胶体的例子
分散介质 气体 气体 分散相 液体 固体 名 称 气溶胶 气溶胶 实 例 雾 烟
液体 液体 液体 固体 固体 固体
气体 液体 固体 气体 液体 固体
泡沫胶 乳状液 溶胶 泡沫 凝胶 固体溶胶
生奶油 牛奶 油漆，细胞液 浮石 果冻 红宝石玻璃
第一节 胶体分散系
二、胶体分散系 1. 分散度—分散相在分散介质中分散的程度， 分散度常用比表面来表示。
比表面 —单位体积物质所具有的表面积 S 0 = S /V 实例：当 r = 0.62cm的水滴分散成 r = 10-7cm 时， S0增加7个数量级，总面积自由能亦增加7个数 量级。

第一节 胶体分散系
二、胶体分散系 2. 表面能——表面层分子比内部分子多出一 部分能量，称为表面能。
第一节 胶体分散系
126 2.40 2.60 2.43 0.067 0.069 0.069
K2C2O4 0.69 K3[Fe(CN)6] 0.08
第二节 溶胶
②
Shulze-Hardy规则 电解质对溶胶的聚沉作用，有如下规律： 反离子的价数愈高，聚沉能力愈强； 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 即临界聚沉浓度与离子价数的六次方成反 比。
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。


基本特性： 多相性、高度分散性、聚法不稳定性
第二节 溶胶
一．
1.
溶胶的基本性质
溶胶的光学性质— Tyndall Effect


上：溶液 下：溶胶
第二节 溶胶

Tyndall现象产生的原因 当分散粒直径＜入射光波长，光波可绕过粒子 前进且迫使粒子振动：二次波源向各方发射散 射光。 特性 • 散射光强度与单位体积内胶粒数成正比； • 散射光强度与胶粒体积成正比； • 散射光强度与波长成反比； • 分散相与分散介质折射率的差愈大，散射光 愈强。
第三节 高分子溶液
2.
等电状态和等电点(isoelectric point) pI 恰好使高分子上(蛋白质)所带正电荷量与负电荷 量相等时溶液的pH，称为等电点。
COO R NH2 pH>pI
-
H+ OH-
COO R + NH3
-
H+ OH-
COOH R + NH3 pH<pI
pI COOH (R NH ) 2
教学基本要求
1.
2. 3.
4.
了解分散系、分散度的概念。熟悉胶体分散系 的特点。 掌握溶胶的基本性质和胶团结构。熟悉溶胶的 稳定因素及聚沉作用。 了解高分子溶液与溶胶的区别。熟悉高分子溶 液的稳定性与破坏条件。了解高分子溶液的形 成特点 熟悉表面活性剂的结构特点及其在溶液中的状 态。了解两种类型的乳状液、乳化作用。
第二节 溶胶
3.
Baidu Nhomakorabea
溶胶的稳定因素
①
②
③
胶粒带电 两个带电胶粒间存在静电排斥力，阻止胶粒 接近，合并变大。但是，加热溶胶，胶粒的 动能增大到能克服静电斥力时就会聚沉。 胶粒表面的水合膜犹如一层弹性膜，阻碍胶 粒相互碰撞合并变大。水合膜层愈厚，胶粒 愈稳定。 布朗运动也是溶胶稳定因素之一。
第二节 溶胶
内旋转：分子链中 许多C-C单键， C 原子以sp3杂化，单 键能在键角不变条 件下绕键轴旋转。 柔性：内旋转导致 碳链构型改变，高 分子长链两端的距 离也随之改变。
第三节 高分子溶液
3.
高分子溶液的形成
①
②
③
溶胀：溶剂进入高分子链， 导致化合物舒展，体积成 倍增长。 高分子化合物先溶胀，后 溶解。 与水分子亲和力很强的高 分子化合物形成水合膜： 稳定性的主要原因。
第二节 溶胶
2.

胶粒的双电层结构
胶团结构：例如，氢氧化铁溶胶
{[Fe(OH)3]m· nFeO+· (n-x)Cl-}x+· xCl胶核 胶粒 胶团 吸附层 扩散层
第二节 溶胶
2.
胶粒的双电层结构



胶核表面因荷电而结合水，吸附的反离子也水 合，给胶粒覆盖了一层水合膜。 胶粒运动时水合膜层以及膜层内的反离子一起 运动。这部分水合膜层称为吸附层；其余反离 子呈扩散状态分布在吸附层周围，形成与吸附 层荷电性质相反的扩散层。 这种由吸附层和扩散层构成的电性相反的两层 结构称为扩散双电层。
上：高分子化合物在良溶 剂中 下：高分子化合物在不良 溶剂中
第三节 高分子溶液
二．

聚电解质溶液
蛋白质等高分子化合物在水溶液中往往以离子 形式存在，称为聚电解质（polyelectrolyte） 特征：
1.
①
链上有荷电基团很多
②
③ ④
电荷密度很大 对极性溶剂分子的亲合力很强 分为阳离子、阴离子、两性离子三类。
第三节 高分子溶液
2.
等电状态和等电点(isoelectric point) pI pH > pI，蛋白质形成负离子。pH < pI，蛋白质 形成正离子。pH = pI，蛋白质以两性离子存在。
蛋白质的等电点 蛋白质 等电点 蛋白质 等电点 肌凝蛋白 6.2~6.6 卵白蛋白 4.6~4.9
胰岛素 5.3~5.3 胃蛋白酶 4.6 5
第二节 溶胶
一．
2.
溶胶的基本性质
溶胶的动力学性质 ① Brown Movement—由于介质分子的热运动 不断地撞击着胶体粒子所引起的现象。
第二节 溶胶

Brown运动产生原因：
•
处于热运动状态的介质分子不断撞击胶粒。
•
某一瞬间胶粒受到各方撞击力不均，向合力方 向移动。
第二节 溶胶
一．
②
溶胶的基本性质
不同电解质对几种溶胶的临界聚沉浓度/mmol· L-1
As2S2(负溶胶) LiCl 58 NaCl 51 KCl 49.5 AgI(负溶胶) LiNO3 165 NaNO3 140 KNO3 136 Al2O3(正溶胶) NaCl 43.5 KCl 46 KNO3 60 K2SO4 K2Cr2O7 0.30 0.63
均相，热力学稳定系统 扩散慢，透滤纸不透半透膜 非均，热力学不稳定系统 不透滤纸和不透半透膜 非均相
＞ 100nm
第一节 胶体分散系
二、胶体分散系
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。
第三节 高分子溶液
一．
1. ①
高分子化合物的结构特点及溶液的形成
结构特征： 高分子化合物是不同聚合度的同系物分子组 成的混和物，它的聚合度和相对分子质量指 的都是平均值。 高分子化合物分子链的长度以及链节的连接 方式并不相同，因而形成线状或分枝状结构。
②
第三节 高分子溶液
2.
柔性和分子内旋转


4.
溶胶的聚沉

电解质作用——加 电解质，迫使反离 子更多进入吸附层， 扩散层变薄，稳定 性下降。
上：Cl-离子围绕 Fe(OH)3胶粒 下：PO43-离子围绕 Fe(OH)3胶粒
第二节 溶胶
4.
溶胶的聚沉
①



临界聚沉浓度：一定量溶胶在一定时间内发生 聚沉所需电解质的最小浓度 负离子聚沉正溶胶；正离子聚沉负溶胶； 反离子电荷大，聚沉能力强； 同价离子聚沉能力接近，但 正离子：H+>Cs+>Rb+>NH4+>K+>Na+>Li+ 负离子：F- ＞Cl->Br->I-> CNS一些有机物离子具有非常强的聚沉能力。
扩散和沉降平衡

扩散：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的现象称扩散。
沉降：密度＞分散介质的胶粒，在重力作用 下下沉而与流体分离的过程称沉降。

第二节 溶胶

沉降平衡： 当沉降速度=扩散速度
系统达平衡，形成一个浓度 梯度，此状态称沉降平衡。
第二节 溶胶
3. ①
溶胶的电学性质 电泳

在外电场作用下， 带电胶粒在介质中 定向移动的现象称 电泳。
第二节 溶胶
3. ②
溶胶的电学性质 电渗

在外电场作用下， 液体介质通过多孔 膜向其所带电荷相 反的电极方向定向 移动的现象。
第二节 溶胶
二． 1.
①
胶团结构及溶胶的稳定性 胶粒带电原因
胶核界面的选择性吸附 FeCl3+3H2O→Fe(OH)3+3HCl
例如：制备氢氧化铁溶胶 溶液中部分Fe(OH)3与HCl作用， Fe(OH)3+HCl→FeOCl+2H2O FeOCl→FeO++Cl-
第二节 溶胶
二． 1.
①
胶团结构及溶胶的稳定性 胶粒带电原因
胶核表面分子的离解
例如：硅胶的胶核由xSiO2.yH2O分子组成，表面 的H2SiO3分子可以离解。 H2SiO3 HSiO3HSiO3-+H+ SiO32-+H+
第五章 胶体
Colloid
内容提要
1. ① ② 2. ① ② ③
胶体分散系 分散系的分类
胶体分散系
溶胶 溶胶的基本性质 胶团结构及溶胶的稳定性 气溶胶
内容提要
3. ① ② ③ ④ ⑤ 4. ① ② ③
高分子溶液 高分子化合物的结构特点及其溶液的形成 聚电解质溶液 高分子溶液稳定性的破坏 高分子溶液的渗透压和膜平衡 凝胶 表面活性剂和乳状液 表面活性剂 缔合胶体 乳状液
第一节 胶体分散系
一、分散系的分类
分散系dispersed system ：一种或数种物质分散 在另一种物质中所形成的系统 分散相dispersed phase ：被分散的物质 分散介质dispersion medium ：容纳分散相的连 续介质 相 phase ：指体系中物理性质和化学性质完全 相同 的均匀部分 界面interface ：相与相之间的接触面

第一节 胶体分散系
分散相粒子大小 (直径) ＜1nm 分子(离子) 分散系 胶 体 分 散 系 粗粒分散 系 真溶液 高分子溶 液 性质 均相，热力学稳定系统 扩散快，透滤纸和半透膜 均相，热力学稳定系统 扩散 慢，透滤纸不透半透膜 分散相
均相
1～ 100nm
溶胶
缔合胶体 乳状液 悬浮液
非均相，热力学不稳定系统 扩散慢，透滤纸不透半透膜