胶体分散系统
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9第九章 胶体分散系
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二、高分子化合物溶液的性质
•
高分子化合物溶液中，溶质和溶剂有较强的亲和力 ，两者之间有没有界面存在，属均相分散系。由于 在高分子溶液中，分散质粒子已进入胶体范围（1100nm），因此，高分子化合物溶液也被列入胶体 体系。它具有胶体体系的某些性质，如扩散速度小 ，分散质粒子不能透过半透膜等，但同时也具有自 己的特征。
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C:溶剂化的稳定作用 溶胶的吸附层和扩散层的离子都是水化的（如为非 水溶剂，则是溶剂化的），在水化膜保护下，胶粒 较难因碰撞聚集变大而聚沉。水化膜越厚，胶粒就 越稳定。 (2)溶胶的聚沉 胶体具有巨大的表面积，体系界面能高，胶粒间的 碰撞有使其自发聚集的趋势。减弱或消除胶粒的电 荷，可以促使胶粒聚集成较大的颗粒，这个过程称 为凝聚，当分散相粒子增大到布朗运动克服不了的 重力的作用时，最后从介质中沉淀析出的现象称聚 沉。
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Fe(OH)3胶粒包括胶核（设为m个Fe(OH)3分子组 成）和吸附层。胶粒和扩散层合称为胶团，胶团 分散在介质中乃是胶体体系。
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2. 溶胶的稳定与沉降
（1）影响溶胶稳定性的因素 • A:溶胶动力稳定因素 • 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。 • B：溶胶的电学稳定作用 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。
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二、高分子化合物溶液的性质
•
高分子化合物溶液中，溶质和溶剂有较强的亲和力 ，两者之间有没有界面存在，属均相分散系。由于 在高分子溶液中，分散质粒子已进入胶体范围（1100nm），因此，高分子化合物溶液也被列入胶体 体系。它具有胶体体系的某些性质，如扩散速度小 ，分散质粒子不能透过半透膜等，但同时也具有自 己的特征。
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C:溶剂化的稳定作用 溶胶的吸附层和扩散层的离子都是水化的（如为非 水溶剂，则是溶剂化的），在水化膜保护下，胶粒 较难因碰撞聚集变大而聚沉。水化膜越厚，胶粒就 越稳定。 (2)溶胶的聚沉 胶体具有巨大的表面积，体系界面能高，胶粒间的 碰撞有使其自发聚集的趋势。减弱或消除胶粒的电 荷，可以促使胶粒聚集成较大的颗粒，这个过程称 为凝聚，当分散相粒子增大到布朗运动克服不了的 重力的作用时，最后从介质中沉淀析出的现象称聚 沉。
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Fe(OH)3胶粒包括胶核（设为m个Fe(OH)3分子组 成）和吸附层。胶粒和扩散层合称为胶团，胶团 分散在介质中乃是胶体体系。
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2. 溶胶的稳定与沉降
（1）影响溶胶稳定性的因素 • A:溶胶动力稳定因素 • 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。 • B：溶胶的电学稳定作用 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。
胶体
四. 纳米粒子和纳米技术
纳米粒子：尺度为1～100 nm之间的粒子 1. 纳米粒子的结构和特性 (1) 小尺寸效应 (2) 表面效应 (3) 量子尺寸效应 (4) 宏观量子隧道效应 2．纳米粒子的制备方法 基本方法与制备憎液溶胶雷同 纳米组装材料的制备技术 (1)自组织技术 (2) 模板合成法 3．纳米技术在药学中的应用
（1）Browm运动与Einstein方程
Browm运动：溶胶粒子在介质中无规则的运动 原因：粒子受各个方向介质分子的撞击 撞击的动量不能完全抵消而移动 分子热运动的宏观表现。 Einstein公式：Brown运动平均位移的计算 若在时间 t 内观察布朗运动位移 x ，其关系：
x
RT t L 3r
第九章 胶体分散系统
胶
体
胶体是多相系统，一种或多种物质分散在另一 种分子中所形成的体系称为分散体系。被分散的物 质称作分散相，另一种物质称作分散介质。 胶体是一种高度分散的分散系统。胶体化学与 化学其他分支的不同之处是，后者研究对象均属小 分子，胶体化学除了分子之外 ，更注意胶体大小的 粒子 。 在分散系统中，分散相粒子（质点）半径为10-9 ～10-7m的称胶体，通常所说的胶体多指粒子分散在液 体介质中 ，又称溶胶 。
胶
体
由于胶体的高度分散，致使它有很大的相 界面（例如直径为10nm的金溶胶，当其粒子的 总体积为1立方厘米时，其表面积可达600平方 米），从而有很高的界面能。 胶体的许多性质都与界面能有密切关系， 因此对界面性质的研究构成胶体化学的重要内 容之一。 所以，研究表（界）面性质的表面化学是胶 体化学中极其重要和不可分割的一部分，二者常 被联系在一起而命名为胶体和表面化学。
不能透过滤纸，扩散慢，超显微镜下可见。热力学不稳定 体系），但动力学稳定体系----布朗运动。
物理化学第十章 胶体化学
3. 沉降与沉降平衡
多相分散系统中的粒子，因受重力作用而下 沉的过程，称为沉降。沉降与扩散为一对矛盾 的两个方面
沉降 扩散 分散相分布
真溶液
粗分散系统 胶体系统 平衡
均相
沉于底部 形成浓度梯度
贝林(Perrin)导出沉降平衡时粒子浓度随高度的分布：
o c2 Mg ln 1 ( h2 h1 ) c1 RT
胶核 可滑动面
胶粒
{[AgI]m nI－(n-x)K+}x- xK+ 胶团结构
K＋
K＋
I－
K＋
(AgI)m
I－
I－
K＋
特点：
1) 胶核：首先吸附过量的成核离子，然后吸附反离子； 2) 胶团整体为电中性
I－
§10.5
溶胶的稳定与聚沉
Derjaguin＆Landau(1941)
1. 溶胶的经典稳定理论DLVO理论
溶胶粒子间的作用力：
Verwey ＆Overbeek(1948) van der Waals 吸引力：EA -1/x2
势 能 ER
双电层引起的静电斥力：ER ae-x 总作用势能：E = ER + EA
E
EA 曲线的形状由粒子本
性决定，不受电解质影响；
Emax
0 x 第二最小值 EA 第一最小值
势 能 ER 电解质浓度： c1 < c2 < c3 ，
0EAc3源自c2c1E电解质浓度，ER，E，
溶胶稳定性。在 c3 以后， 引力势能占绝对优势，分散 相粒子一旦相碰，即可聚合。
41
电解质对溶胶的聚沉规律：
(i)反离子的价数起主要作用
第十章胶体
10.2溶胶的动力和光学性质
丁铎尔现象示意图
10.2溶胶的动力和光学性质
自然界中的丁铎尔现象
10.2溶胶的动力和光学性质
10.2溶胶的动力和光学性质
（1）当光束通过粗分散系统，由于粒子大于入 射光的波长，主要发生反射，系统呈现混浊。
（2）当光束通过憎液溶胶时，由于胶粒直径 远小于可见光的波长，主要发生散射，可以看见 乳白色的光柱。
10.1胶体分散系统概述
10.1.3胶团的结构 用氯化铁水解制取的氢氧化铁胶团结构
紧密层
扩散层
x
Fe(OH)3 m nFeO+ (n x)Cl- xCl-
胶核
胶粒
胶团
FeO+为稳定剂。 关于胶核有不同说法，南大教材观点如上图，天 大教材等认为FeO+也属于胶核。
10.1胶体分散系统概述
用吐酒石和硫化氢制取的硫化锑胶团结构
Sb2S3
m
ห้องสมุดไป่ตู้
nHS-
(n
x)H
x
xH+
硝酸银与碘化钾反应，碘化钾过量时形成的碘化
银胶团结构
AgI
m
nI-
(n
x)K
x
xK
+
硝酸银与碘化钾反应，硝酸银过量时形成的碘化
银胶团结构
AgI m
nAg+
(n
x)
NO3-
x
xNO3-
离子之间有无圆点，各教材不统一，有圆点清楚一些。
10.1胶体分散系统概述
过量的物质通常称为稳定剂。 从表面能的角度看，胶粒表面能很高，有互相结 合减少表面积的趋势，所以溶胶是热力学不稳定系统。 从电学的角度看，胶粒带同种电荷，互相排斥，有一 定稳定性。
2胶体分散系统与粗分散系统
胶团
(iii)电动现象 由于胶粒是带电的，所以在电场作用下，或在外加压力、 自身重力下流动、沉降时产生电动现象 电动现象,表现出溶胶的电学性质。 电动现象
电泳——在外加电场作用下，带电的分散相粒子在分散介 电泳 质中向相反符号电极移动的现象，如图5; 电渗——在外加电场作用下，分散介质(由过剩反离子所携 电渗 带)通过多孔膜或极细的毛细管移动的现象（此时带电的固相不 动），如图6所示。
Na+ (b)
) Na + (b'')
Na + (b'+bx)
Na+ (b - bx)
P x- (b'') P 2- (b /2)
P 2- (b'/2)
- (b) Cl- (b) P 2-
Cl- (bx) ClNa + (b) 平衡时
Cl- (b- bx)
(a) 开始时
图 10
膜平衡示意图
当渗透达到平衡时，可以推得，左右两侧NaCl的浓度为
+ + + + + + + + +
固体表面 斯特恩面 滑动面
φe
+ +
+
-
+ + + -
-
-
+
φδ
+பைடு நூலகம்
ζ
+
-
扩散层 斯特恩层(紧密层)
-
(a)
(b)
图4斯特恩模型 斯特恩模型
(ii)胶团的结构 以KI溶液滴加至AgNO3溶液中形成的AgI溶胶为例， 其胶团结构可用下图表示：
第14章胶体分散系统
但：若介质的极化率或折光指数发生局部变化， 所产生的次级波因振幅不同而不能抵消
A：存在胶体质点，其折光指数与分散介质 不同，差异越小，散射光越强（溶液）
B：分子热运动引起介质的折光指数出现局 部涨落（大分子溶液）
传播介质具有光学不均匀性 是产生散射光的必要条件
Tyndall效应
1869年Tyndall发现，若令一束会聚光通过溶 胶，从侧面（即与光束垂直的方向）可以看到一个 发光的圆锥体，这就是Tyndall效应。其他分散体 系也会产生一点散射光，但远不如溶胶显著。
当离心力为重力的104倍时，大分子沉降产生浓差， 同时引起与离心作用相反方向的扩散作用。两种作用 平衡时，离转轴不同距离X处浓度按一定值分布。
沉降产生的质点流动速率 dx/dt 由Fick第一定律：扩散产生的质点流动速率
于是
且
故代入、积分可得
测定离旋转轴x1及x2处浓度c1、c2，可求出M
优点：不必知扩散系数D 缺点：需较长时间才能达到平衡（有时几天）
Einstein-Brown位移方程
14.2-2 沉降
若分散相的密度比分散介质密度大，则在重
力的作用下，分散相粒子会下沉，一球形粒子
下沉的重力
（粒子所受的
阻力）时，粒子以速度u匀速下沉：
测定沉降速度，可求得粒子半径r，
沉降分析: 利用沉降的快慢来测定颗粒大小
的方法
外力场作用下的沉降平衡
沉降平衡
第14章 胶体分散系统
14.1 分散系统的分类及特征
14.1-1 分散系统的分类及胶体分散系统
1. 分散系统
由均匀的介质及分散在其中的质点组成 其质点大小无一定限制 可以是均匀单相系统，亦可是不均匀多相系统
2. 分散系统分类
A：存在胶体质点，其折光指数与分散介质 不同，差异越小，散射光越强（溶液）
B：分子热运动引起介质的折光指数出现局 部涨落（大分子溶液）
传播介质具有光学不均匀性 是产生散射光的必要条件
Tyndall效应
1869年Tyndall发现，若令一束会聚光通过溶 胶，从侧面（即与光束垂直的方向）可以看到一个 发光的圆锥体，这就是Tyndall效应。其他分散体 系也会产生一点散射光，但远不如溶胶显著。
当离心力为重力的104倍时，大分子沉降产生浓差， 同时引起与离心作用相反方向的扩散作用。两种作用 平衡时，离转轴不同距离X处浓度按一定值分布。
沉降产生的质点流动速率 dx/dt 由Fick第一定律：扩散产生的质点流动速率
于是
且
故代入、积分可得
测定离旋转轴x1及x2处浓度c1、c2，可求出M
优点：不必知扩散系数D 缺点：需较长时间才能达到平衡（有时几天）
Einstein-Brown位移方程
14.2-2 沉降
若分散相的密度比分散介质密度大，则在重
力的作用下，分散相粒子会下沉，一球形粒子
下沉的重力
（粒子所受的
阻力）时，粒子以速度u匀速下沉：
测定沉降速度，可求得粒子半径r，
沉降分析: 利用沉降的快慢来测定颗粒大小
的方法
外力场作用下的沉降平衡
沉降平衡
第14章 胶体分散系统
14.1 分散系统的分类及特征
14.1-1 分散系统的分类及胶体分散系统
1. 分散系统
由均匀的介质及分散在其中的质点组成 其质点大小无一定限制 可以是均匀单相系统，亦可是不均匀多相系统
2. 分散系统分类
第八章 胶体分散体系
溶胶的净化
简单渗析 将需要 净化的 溶胶放 在羊 皮纸或动物膀胱等半透膜制 成的容器内，膜外放纯溶剂。 利用浓差因素，多余的电解质离子不断向膜外渗透， 经常更换溶剂，就可以净化半透膜容器内的溶胶。 如将装有溶胶的半透膜容器不断旋转，可以加快渗析 速度。
溶胶的光学性质
• 光散射现象
• 当光束(可见光波长：400~700 nm)通过分散体系时，一 部分自由地通过，一部分被吸收、反射或散射。 当光束通过粗分散体系，由于粒子大于入射光的波长， 主要发生反射，使体系呈现混浊； 当光束通过胶体溶液，由于胶粒直径小于可见光波长， 主要发生散射； 当光束通过真溶液，由于溶液十分均匀，散射光因相 互干涉而完全抵消，看不见散射光。
ρ 重力和粘滞力， 2 > ρ1 Stokes定律： f = 6πη r
溶胶的电学性质
电动现象
• 溶胶粒子在外电场的作用下，向某一电极作定向 运动，说明粒子是带电的。此现象——带电粒子 在介质中，在电场作用下作定向运动，称之为电 泳。 • 若在电场中，将溶胶粒子固定起来（用多孔性物 质—粘土、瓷片等或毛细管），而流动相定向移 动——电渗。 • 在电的作用下，质点运动、液体运动 （Peücc）
4 3 cV πr ρ = 3 n
r=3
3 cV 4 nπρ
溶胶的动力学性质
• Brown运动
• 1827年Brown把花粉悬浮在水中用显微镜观察时， 发现这些小颗粒作无秩序的曲折运动；后来用超 显微镜也观察到溶胶中胶粒的也有同样运动，人 们把微粒的这种运动称为Brown运动。
●
Brown运动的本质
2.胶溶法
又称解胶法，是指将刚生成的固体沉淀物重新
分散在介质中形成溶胶，并加入适当的稳定剂。 这种稳定剂又称胶溶剂。根据胶核所能吸附的离子而 选用合适的电解质作胶溶剂。 这种方法一般用在化学凝聚法制溶胶时，为了将多余 的电解质离子去掉，先将胶粒过滤，洗涤，然后分散在含 有胶溶剂的介质中形成溶胶。 例如： Fe(OH)3（新鲜沉淀） AgCl (新鲜沉淀）
胶体分散体系
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五、微粒的电学性质
（一）电泳从子吸电附荷层为表零面处至的反电离位 ❖ 在电场的作差叫用动下电微位粒，发即生ζ电定向移动——电泳
（electr位o。n ζp电h位o与re微s粒is的). ❖ 微粒在电物场理作稳用定下性移关系动密的切速。度与其粒径大小成
反比，其他条件ζ=相σε同/r时，微粒越小，移动越快。
第一节 概述
❖分散体系(disperse system)是一种或几种物
质高度分散在某种介质中所形成的体系。被分散
的物质称为分散相(disperse phase)，而连续 的介质称为分散介质(粗d分is散pe体r系s的e 微m粒e给d药iu系m统)包。括混悬
❖ 分 散 体 系 按 分 散 相 粒剂子、的乳直剂径、大微囊小、可微分球为等小。它分们子的粒 真 溶 液 ( 直 径 <10-9m) 、径在胶5体00n分m散～1体00系m(范直围径内。在 10-7 ～ 10-9m 范 围 ) 和 粗 分 散 体 系 ( 直 径 >10-
（二）微粒在的相双同电的层条结件下构，微 ❖在微粒分粒散越体小系， 的ζ电溶位液越高中。，微粒表面的离子与
靠近表面的反离子构成了微粒的吸附层；同时
由于扩散作用，反离子在微粒周围呈现距微粒
表面越远则浓度越稀的梯度分布形成微粒的扩 散层，吸附层与扩散层所带电荷相反。微粒的 吸附层与相邻的扩散层共同构成微粒的双电层 结构。
7m)。
❖ 将微粒直径在胶10体-分9～散1体0系-4的m微范粒围给药的系分统散包相统称为
微粒，由微粒括构纳成米的微分乳、散脂体质系体则、统纳米称粒为、微粒分散
体系。
纳米囊、纳米胶束等。它们的粒
径全都小于1000nm。
五、微粒的电学性质
（一）电泳从子吸电附荷层为表零面处至的反电离位 ❖ 在电场的作差叫用动下电微位粒，发即生ζ电定向移动——电泳
（electr位o。n ζp电h位o与re微s粒is的). ❖ 微粒在电物场理作稳用定下性移关系动密的切速。度与其粒径大小成
反比，其他条件ζ=相σε同/r时，微粒越小，移动越快。
第一节 概述
❖分散体系(disperse system)是一种或几种物
质高度分散在某种介质中所形成的体系。被分散
的物质称为分散相(disperse phase)，而连续 的介质称为分散介质(粗d分is散pe体r系s的e 微m粒e给d药iu系m统)包。括混悬
❖ 分 散 体 系 按 分 散 相 粒剂子、的乳直剂径、大微囊小、可微分球为等小。它分们子的粒 真 溶 液 ( 直 径 <10-9m) 、径在胶5体00n分m散～1体00系m(范直围径内。在 10-7 ～ 10-9m 范 围 ) 和 粗 分 散 体 系 ( 直 径 >10-
（二）微粒在的相双同电的层条结件下构，微 ❖在微粒分粒散越体小系， 的ζ电溶位液越高中。，微粒表面的离子与
靠近表面的反离子构成了微粒的吸附层；同时
由于扩散作用，反离子在微粒周围呈现距微粒
表面越远则浓度越稀的梯度分布形成微粒的扩 散层，吸附层与扩散层所带电荷相反。微粒的 吸附层与相邻的扩散层共同构成微粒的双电层 结构。
7m)。
❖ 将微粒直径在胶10体-分9～散1体0系-4的m微范粒围给药的系分统散包相统称为
微粒，由微粒括构纳成米的微分乳、散脂体质系体则、统纳米称粒为、微粒分散
体系。
纳米囊、纳米胶束等。它们的粒
径全都小于1000nm。
胶体分散系统与粗分散系统
{U}
Born排斥 Umax
UR ∝exp{-x} —德拜参量
0 C
势垒
U F {x}
1 xn
UA∝
图 9胶粒间斥力势能、吸力 势能及总势能曲线
4．电解质及高聚物分子对溶胶聚沉的影响
(1)电解质对溶胶聚沉的影响
少量电解质的存在对溶胶起稳定作用；过量电解质的存在 对溶胶起破坏作用(聚沉)。
丁达尔现象的实质是溶胶对光的散射作用(散射是指除入射 光方向外，四面八方都能看到发光的现象)，它是溶胶的重要性 质之一，如图1所示。
光源 透镜 溶胶 丁达尔效应
图1
丁达尔现象
散射光的强度可用瑞利(Rayleigh)公式表示：
2 9v 2n n2 n 2 2 0 I 42 1 cos I 0 2 2 20l n2 2n 0
1 2 Π B RT B2 B B3 B MB
(3)膜平衡与唐南效应 以大分子电解质Na2P(蛋白质钠盐)为例，说明膜平衡与唐 南（Donnan）效应。
今将Na2P的水溶液及NaCl的水溶液分别置于膜的两侧（见图 10）。图中的b′及b分别为开始时，左右两侧Na+离子的浓度。bx为 Ｎa＋或Ｃl－从半透膜右侧渗透到左侧的质量摩尔浓度。
+ + + + + +++
压力
V
毛细管
气体
V
Hale Waihona Puke + + + + + +++
图7流动电势
图8 沉降电势
3．溶胶的稳定性 (1)溶胶的动力稳定性
高等水化学胶体化学
按胶体分散系统的性质分类
• （2）亲液溶胶 • 半径落在胶体粒子范围内的大分子物质，
溶解在合适的溶剂中形成的溶胶。 • 分散相分子本身的大小已达到胶粒范围，
它的扩散速率小、不能透过半透膜等性质 与胶体系统相似。 • 亲液溶胶是热力学上稳定，可逆的系统。
§12－1 胶体系统的制备与净化
粗分散系统 分散法 胶体系统 凝聚法 分子分散系统
第二章 胶体化学
Chapter 2 Colloidal Chemistry
“胶体”这个名词是英国化学家 Graham于1861年提出的
胶体(colloid)
任一质点,其某个线度 在10-7和10-9m之间即认为 是胶体分散系统
（一）胶体分散系统及其基本性质
胶体是一种分散系统
分散系统：一种或几种物质分散在另一种物质之中 分散相：被分散的物质 （dispersed phase） 分散介质：另一种连续分布的物质
1nm 散慢,不能透过半透膜,有一定 高浓度肥皂水
～100nm 的光散射
溶液
热力学不稳定,但动力学稳 金溶胶、硫溶
1nm 定的多相系统,扩散慢,不能透 胶、牛奶、豆
～100nm
过半透膜,光散射强,在超显微 镜下可以看见
浆、雾、烟、 各种泡沫
>100nm
热力学不稳定,动力学不稳 定的多相系统,扩散慢,不能透 过半透膜,光散射强,在普通显 微镜下可以看见
2
1 cos 2
I0
I ：散射光强度 ；
I0 : 入射光强度；
V ：一个粒子的体积； C ：单位体积中的粒子数；
n : 分散相的折射率； n0：分散介质的折射率；
：散射角（观测方向与入射光方向间夹角）；
胶体分散系的主要特征
胶体分散系的主要特征
胶体分散系是有机溶剂中一种稳定的，由固态破坏聚集剂和稳定剂组成的非晶态系统。
浓度足够高的固态物质能够在有机溶剂中以胶体形式存在，而这种系统有几个主要特征，包括悬浮剂，稳定剂，分散化，转移和分散化。
悬浮剂是指在溶剂中分散形成的胶体分散系中的固态物质，可以是水溶性的、非水溶性的或混合的硬壳的组成部分。
如金属粉末，石棉片，磨细的砂粒等。
当这些悬浮剂在溶剂中释放出来时，会形成很小的分子，或分子间的连续的物质，故而能够形成悬浮体。
稳定剂，也叫分散稳定剂，是胶体分散系中用于稳定悬浮体的物质。
它们通常是有机分子，可以用例如油酸酯，烷基磺酸钠，氯化钙等。
它们与悬浮体接触并包裹住它们，使其不沉淀，从而达到稳定悬浮体的效果。
分散化也是胶体分散系的特征之一，也是稳定悬浮体的重要手段。
它包括两个方面，即细致化和研磨，当悬浮剂经过细致化处理时，分子会变得更细小，从而可以形成更大的悬浮体；而研磨手段可以使粒径更细小，从而促进悬浮体稳定。
转移是稳定悬浮体的重要原理，它是通过悬浮体对它们周围特定环境下细胞表面调整和修饰，使它们分散，有效阻止悬浮体之间的粘附，从而达到稳定悬浮体的目的。
最后，分散化也是稳定悬浮体的一个重要组成部分。
它使悬浮体分散良好，从而防止悬浮体沉淀，有效地阻止悬浮体之间的粘附，并且可以增强悬浮体的可滴定性和生物相容性。
总之，胶体分散系的主要特征包括悬浮剂，稳定剂，分散化，转移和分散化。
这些特征有助于使悬浮体稳定，同时也能够调节悬浮体的相容性和活性，从而满足相应应用要求。
胶体分散系统
第十章胶体分散系统一．基本要求1.了解胶体分散系统的三个基本特性.2.了解憎液溶胶在动力性质、光学性质和电学性质等方面的特点以及如何应用这些特点对它进行粒度、带电情况等方面进行研究。
3.掌握憎液溶胶在稳定性方面的特点，会判断外加电解质对憎液溶胶稳定性的影响和电解质聚沉能力的大小。
4.了解大分子溶液与憎液溶胶系统的异同点,了解胶体分散系统平均摩尔质量的测定方法。
5.了解纳米技术的基本内容和广泛的应用前景。
二．把握讲课要点的建议胶体分散系统以其特有的分散程度、多相不均匀性和热力学不稳定性，使得与一般的分子分散系统或粗分散系统在性质上有很大的不同，主要表现在：动力性质、光学性质和电学性质等方面。
不要把憎液溶胶的三个特性与它在动力、光学和电学方面的性质混为一谈。
了解憎液溶胶的动力性质、光学性质和电学性质，目的是区别于分子分散系统或粗分散系统，利用这些性质可以对胶粒的大小、形状和带电情况进行研究。
大分子溶液与憎液溶胶在组成上完全是两回事，仅仅是因为它们的大小相仿,在粒度效应方面有一点共同之处，才放在一起研究，其实在光学性质、电学性质和受外来电解质影响方面有很大的区别。
大分子是由小分子聚合而成的，由于聚合的程度不同，因而分子的大小也不同，所以大分子物质的摩尔质量只能是平均摩尔质量，而且，测定的方法不同，摩尔质量的值也不同。
155纳米技术目前是许多学科的研究热点，纳米材料的制备较多的是采用溶胶-凝胶法，学好胶体分散系统的性质，对纳米材料的研究有很大的帮助.三．思考题参考答案1. 憎液溶胶有哪些特征?答: （1) 特有的分散程度。
胶粒的大小一般在1－100 nm之间，所以有动力稳定性强、散射作用明显、不能通过半透膜、渗透压低等特点.（2）多相不均匀性.胶团结构复杂，是一个具有相界面的超微不均匀质点。
(3) 热力学不稳定性.由于胶粒小、表面积大、表面能高，有自动聚结降低表面能的趋势。
所以要有稳定剂存在，由于带电的溶剂化层存在，可保护胶粒不聚沉。
物理化学-胶体分散系统
溶胶分类
按分散相与分散介质聚集状态分类（列举）
分散介质
分散相
气
液
固
气溶胶
雾
烟
液溶胶
灭火泡沫 牛奶、石油 油漆、泥浆
固溶胶
沸石
珍珠
有色玻璃
本章主要讨论的是液溶胶，特别是液液溶胶和固液溶胶
溶胶基本特性
高度分散性：与粗分散系统比具有相对稳定性，粒径 小，不易沉降，动力学上是稳定的。
多相性：为多相分散系统，存在相界面(相不均匀性)， 而大分子溶液是均相的。
§9.1 溶胶的分类和基本特征 §9.2 溶胶的制备和净化 §9.3 溶胶的动力性质 §9.4 溶胶的光学性质 §9.5 溶胶的电学性质 §9.6 溶胶的稳定性和聚沉 §9.7 乳状液及微乳状液
第一节 溶胶的分类和基本特征
胶 体(colloid)
定义：分散相的粒径为1-100 nm之间的分散系统 特点：扩散慢，能通过滤纸但不能透过半透膜。 分类：
平衡时两侧化学势相等
可导出稀溶液的 = cRT ( c: mol/m3 )
范霍夫（Van’t Hoff）公式
= (W/VM)RT
p1
渗透压
渗= 透p1压
溶剂
溶液
半透膜 （只容许溶剂通过）
重力沉降与沉降平衡
溶胶粒子在外力场定向移动称沉降
沉降与扩散是两个相对抗的运动
沉降粒子浓集 扩散粒子分散
例如：金属镍纳米粒在低温下保持顺磁性
产品
Gd-DTPA Dimeglumine （钆喷酸葡胺）
Feridex I.V. （菲立磁）
描述
技术平台
MRI成像的顺磁性造影剂，可能缩短组织中质 子的T1及T2驰豫时间，从而增强图像的清晰度 和对比度。
常见的胶体分散系
常见的胶体分散系胶体分散系是由两种或多种物质组成的复合系统，其中一种物质以微粒形式分散在另一种物质中。
胶体分散系广泛存在于日常生活和工业生产中，对于我们的生活和科学研究都有着重要的影响。
一、乳液分散系统乳液是一种常见的胶体分散系统，由两种不互溶的液体相组成。
其中一种液体以微小的液滴形式分散在另一种液体中。
常见的乳液包括牛奶、乳霜、油漆等。
乳液的稳定性取决于胶体粒子的尺寸、浓度以及表面活性剂的存在。
表面活性剂能够降低胶体粒子之间的表面张力，使其更加稳定。
乳液在食品工业中广泛应用，用于制作各种乳制品、饮料和调味品。
二、凝胶分散系统凝胶是一种由液体和固体组成的胶体分散系统。
凝胶的特点是具有一定的流动性，但在静止状态下呈现固体的性质。
凝胶的形成是由于胶体粒子之间的相互作用力导致的。
常见的凝胶包括明胶、琼脂和硅胶等。
明胶是由动物骨骼、皮肤或软骨提取的胶原蛋白制成的，可以用于制作果冻、糖果和蛋糕等食品。
硅胶是一种多孔的胶体材料，常用于吸附湿气和过滤杂质。
三、胶体溶液分散系统胶体溶液是由固体微粒以胶体形式分散在液体中的分散系统。
胶体溶液的稳定性取决于胶体粒子的电荷性质和电解质的存在。
当胶体粒子带有电荷时，它们会相互排斥，保持分散状态。
常见的胶体溶液包括胶体金、胶体银和胶体二氧化硅等。
胶体金和胶体银具有优异的光学性能，广泛应用于生物医学和光学领域。
胶体二氧化硅是一种多孔材料，可用于制备载药微球和催化剂。
四、气溶胶分散系统气溶胶是由固体或液体微粒分散在气体中的胶体分散系统。
气溶胶的形成主要是由于微粒与空气分子之间的碰撞和吸附。
常见的气溶胶包括雾、烟雾和空气中的尘埃等。
烟雾是由燃烧产生的固体和液体微粒组成的气溶胶，对人体健康有害。
空气中的尘埃是由颗粒物质和微生物等形成的气溶胶，会影响空气质量和人体呼吸。
胶体分散系在医药、食品、化工等领域都有着广泛的应用。
它们不仅能够改善产品的质地和口感，还可以调整产品的性能和功能。
胶体分散体系
分散相与分散介质 分散体系分类
（1）按分散相粒子的大小分类 （2）按分散相和介质的聚集状态分类 （3）按胶体溶液的稳定性分类
憎液溶胶的特性 胶粒的结构 胶粒的形状
分散相和分散介质
胶体分散系统和大分子溶液
把一种或几种物质分散在另一种物质中 就构成分散体系。
例如：云，牛奶，珍珠
其中，被分散的物质称为分散相 (dispersed phase)，
下 。通常把这种体系称为真溶液，如CuSO4溶液。
2.胶体分散体系 分散相粒子的半径在1 nm~100 nm之间的体系。目测是均匀的，但实际是多相不均匀体系。也有的将1 nm ~
1000 nm之间的粒子归入胶体范畴。
3.粗分散体系 当分散相粒子大于1000 nm,目测是混浊不均匀体系，放置后会沉淀或分层，如黄河水。
1905年和1906年Einstein和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。
胶团没有固定的直径和质量，同一种溶胶的值也不是一个固定的数值。 作为憎液溶胶基本质点的胶粒并非都是球形，而胶粒的形状对胶体性质有重要影响。 质点为球形的，流动性较好；若为带状的，则流动性较差，易产生触变现象。
胶团的形状 例如：（1）聚苯乙烯胶乳是球形质点
（2） V2O5 溶胶是带状的质点 （3） Fe(OH)3 溶胶是丝状的质点
胶团的图示式：
胶核 胶粒 胶团
胶团的结构 例2：AgNO3 + KI → KNO3 + AgI↓
胶体分散系
液
液溶胶
固
固溶胶
珍珠、某些宝石、 有色玻璃
四、胶团的结构（双电层结构理论）
以AgI溶胶为例：
AgNO 3 + KI AgI + KNO3
AgNO 3 + KI
AgI + KNO3
KI过量，AgI负溶胶胶团结构示意图
胶核：大量AgI分子 ( m ~ 103 ) 形成胶核； 胶粒：胶粒连同吸附 在其上的离子所形成
比较NaCl、CaCl2、AlCl3对As2S3负溶胶的聚沉能力大小。
聚沉能力：AlCl3 > CaCl2 > NaCl
（三）．胶体体系的相互作用
电性相反的溶胶互相混合，发生聚沉 — 互沉 现象。 例如，用明矾净水：
水中的悬浮物通常带负电（粘土负电性），
明矾的水解产物 Al(OH)3 溶胶带正电，混合
第二章 胶体分散系
一：基本概念
分散体系：把一种或几种物质分散到另一种物 质中所构成的体系； 分散相：分散体系中被分散的物质； 分散介质：另一种物质叫分散介质（通常是连 续介质）;
二：分散系统的分类（按分散相粒子大小）
分散系 直径 /nm ＜1 实例 蔗糖水 食盐水 AgI 、CdS 溶胶 特征 最稳定,不沉降、 能透过滤纸和半透膜 相系 单
• 通电后，粘土粒子朝正极方向运动。其
他实验也证明一些悬浮粒子也有这种在
电场中作定向运动的现象。
电泳：在外加电场
下，胶体粒子在分
散介质中定向移动
的现象叫电泳。 电泳现象说明：悬浮在液体中的胶体粒子 带电，其符号可以根据胶粒在电场中的移 动方向确定。
Fe(OH)3溶胶向负极——带正电； As2S3溶胶向正极——带负电。
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溶胶的制备
2. 凝聚法：用物理、化学等方法使分散介质粒子凝聚。
1）物理凝聚法
• 过饱和法 (更换溶剂法) 利用分散相在不同溶剂中的溶解
度差别制备溶胶。 如溶于乙醇的硫倾入水中制备硫溶胶。
• 蒸气凝聚法 将分散相先蒸气化再冷凝制备溶胶。 如汞蒸气通入冷水制备共溶胶。钠苯分别蒸气化后， 在同一容器冷冻，形成微小晶粒，再升温，苯熔化连 钠微粒形成钠的苯溶胶。
烟，尘 云，雾
气体 泡沫
肥皂泡沫
液体
液体 乳状液
牛奶
固体 溶胶(sol)或悬浮液 油墨，泥浆
气体 固体泡沫
泡沫塑料，馒头
固体
液体 凝胶(gel)
珍珠
固体 固溶胶(solidsol) 有色玻璃，某些合金
分散系统的分类与特征
分散系统按分散相颗粒大小分类
类型
颗粒大小/nm
主要特征
非 均 粗分散系统 相 (悬浮液) 分 (乳状液) 散 系 胶体分散系统 统 (溶胶)
质点的形状与大小
憎液溶胶胶粒的形状：
胶粒形状对胶体性质有重要影响。 胶粒并非都是球形。还有带状的，丝状的质点。 球形质点流动性好, 带状的流动性较差, 易产生 触变现象（在一定温度下静置时，逐渐变为半固体状凝胶，当 振摇时，复又变成可流动的胶体溶液 ）。
聚苯乙烯乳胶球状质点 V2O5溶胶的带状质点
溶胶的净化
溶胶制备中常生成过量电解质，多余电解质 会导致溶胶凝聚，须除去。常用渗析法。
渗析法：利用胶体粒子不能透过半透膜的特点，将溶
胶置于半透膜内，膜外为纯溶剂如水，多余电解质或其 它杂质向膜外扩散而分离除去。为加快进程，可用电渗 析或加压超过滤的方法。
第三节 胶体的光学性质
胶体(colloid)的光学性质
按分散相粒子的大小分类： 分子分散体系；胶体分散体系；粗分散体系。
按分散相和介质的聚集状态分类： 气溶胶(aerosol)；液溶胶(sol)；固溶胶(solidsol)。 按胶体溶液的稳定性分类： 憎液溶胶；亲液溶胶。
分散系统的分类与特征
分散系统按聚集状态分类
分散介质 分散相 名 称
实例
气体
固体 液体 气溶胶(aerosol)
物理化学 (Physical chemistry)
(No.150310031)
胶体分散体系
何荣桓
第一节 分散系统的分类与特征
分散系统的分类与特征
分散系统：
把一种或几种物质分散在另一种物质中所构成的系统。 被分散的物质称为分散相(dispersed phase)， 另一种呈连续分布的物质称为分散介质(dispersing medium)。
都看不见。
胶体化学中质点的形状对分散系统的性质有重要影响。 粗略地，胶体质点可分为微粒状，片状和棒状。
分散系统的分类与特征
憎液溶胶（lyophobic sol）： 半径在1~100nm之间的难溶物固体粒子分散在 液体介质中。有很大的相界面，易聚沉。 一旦介质蒸发，便无法再形成溶胶。 热力学不稳定体系。如Fe(OH)3，AgI 溶胶等。
光散射的必要条件：光学不均匀性。
1）折光指数与分散介质不同 (如胶体质点), 差异越大，散射光越强。
2）分子热运动引起介质的折光指数出现局部的涨落 如大分子溶液。
对真溶液，体系十分均匀，溶质粒子体积太小，且溶质有 较厚的溶剂化层，分散相与分散介质的折射率差别小。 光反射因相互干涉而抵消难以观察到。
均 (大分子溶液) 相 (胶束溶液) 分 散 分子与离子分散系统 系 (溶液) 统
> 100
颗粒不能通过滤纸，不扩散， 不渗析(不能透过半透膜)， 一般显微镜下可见。
100 ~ 1
颗粒能通过滤纸，扩散极慢， 不渗析，一般显微镜下看不 见，超显微镜下可见。
颗粒能透过滤纸，扩散很快，
<1
能渗析，普通及超显微镜下
1. Tyndall 效应
将一束光线从侧面通过溶胶，在光线行进的垂直 方向观察，可以在光行进的途径上看到一个光柱， 这种溶胶对光散射的现象称为 Tyndall 效应。
光射到质点上： 质点大小>> 入射光波长，光被反射，体系呈现浑浊。 质点大小 < 入射光波长, 发生光散射。
胶体(colloid)的光学性质
• 电弧法 将金属作为电极，浸入水中通直流电，调节电极 间距离使产生电弧。电极表面的金属在电弧的高温下气化， 金属蒸气遇冷却水冷凝成胶体系统。通常在水中加入适量 碱 (NaOH) 作稳定剂。 • 胶溶法 将新鲜胶粒聚集体重新分散在介质中，加入稳定 剂制备溶胶。 AgCl (新鲜沉淀) + AgNO3 (or KCl) AgCl (溶胶) Fe(OH)3 (新鲜沉淀) + FeCl3 Fe(OH)3 (溶胶)
溶胶的制备
2）化学凝聚法
利用生成难溶性物质的化学反应，控制析晶过程， 使其停留在胶核尺度阶段而得到溶胶的方法。
如搅拌下，将 FeCl3 稀溶液滴入沸水中水解，制备 Fe(OH)3 溶胶。过量的 FeCl3 同时作稳定剂。所以该胶体 粒子带正电荷。 在三氧化二砷饱和水溶液中缓慢通入 H2S 气体，制备 As2S3 溶胶。
亲液溶胶 (lyophilic sol)： 半径落在胶体粒子范围内的大分子溶解在合适 的溶剂中。一旦溶剂蒸发，大分子凝聚， 再加入溶剂，又可形成溶胶。 是热力学稳定、可逆体系。
分散系统的分类与特征
憎液溶胶的特性：
1. 特有的分散程度：粒径在10-7~10-9 m之间，扩散慢不能 透过半透膜；渗透压低，具有动力学稳定和乳光现象。
2. 多相不均匀性：纳米级的粒子, 多有分子离子聚结而成, 结构复杂, 粒子大小不一, 与介质间有明显ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ界面, 比表面很大。
3. 热力学不稳定性：因粒径小，比表面大，表面自由能高， 是热力学不稳定体系。有自发降低表面自由能得趋势，即 小粒子会自动聚集成大粒子。
形成憎液溶胶的必要条件： 1. 分散相溶解度要小。 2. 必须有稳定剂存在，否则，胶粒易聚结而聚沉。
Fe(OH)3溶胶的丝状质点
第二节 溶胶的制备与净化
溶胶的制备
使分散相粒子的粒径落在胶体粒子的 范围内，再加入稳定剂。
粗分散系统
分子分散系统
d > 1000 nm
d < 1 nm
分
聚
散 法
胶体系统
集 法
1~1000 nm
溶胶的制备
1. 分散法：用机械、化学等方法使固体粒子变小。
• 研磨法 用机械粉碎的方法将固体磨细。 如胶体磨，气流粉碎机等。