胶体化学

化学竞赛初赛辅导讲稿
胶体。

分散相和连续相。

胶体的形成和破坏。

胶体的分类。

胶粒的基本结构。

表面活性剂及胶体性质.
1 表面张力与表面活性剂
（A）表面活性剂
定义：低浓度时能显著降低表面张力的物质。

什么是表面张力？请看
物质有缩小表面积的倾向。

或者说有一种力使表面积缩小。

PPT
结构：亲水性的极性基因，亲油性的非极性基团
(B)增溶作用对依数性的影响
（C）乳化作用
蛋白质微乳分离技术
水
水包油5～100nm 油包水3-6nm
（例1）.(7553A) 乳状液是由哪个分散体系组成? (A) 两种互不相溶的液体(B) 固体加液体
(C) 两种互溶的液体(D) 多种互溶的液体
（例2）. (7556 O/W) 乳状液有O/W型和W/O型, 牛奶是一种乳状液, 它能被水稀释, 所以它属于________型。

（例3）(7007增溶) 苯不溶于水而能较好地溶于肥皂水是由于肥皂的______________ 作用。

（D）蛋白质分离技术
蛋白质微乳
分离技术
基本原理
表面活性剂
油包水微乳
蛋白质等电点
例4
蛋白质微乳分离技术
有两种蛋白质：
蛋白质分子量等电点pI 溶菌酶14500 11.1
核糖核酸酶13700 7.8蛋白质微乳分离技术
水
水包油5～100nm 油包水3-6nm
蛋白质微乳分离技术
蛋白质微乳分离技术 蛋白质等电点（两性的性质）
蛋白质微乳分离技术
练习15. AOT是表面活性剂，其学名是丁二酸二（-2-乙基）已酯磺酸钠。

（1）AOT属下列表面活性剂中哪一种类型？（A）非离子型（B）阴离子型（C）阳离子型（D）两性型
（2）将50mmol·dm－3的AOT水溶液与异辛
烷以1∶2的体积比混合后，AOT在异辛烷（有机相）中形成胶束萃取体系，请画出在有机相里形成的胶团模型。

（3）利用上述AOT胶束体系，可通过萃取法分离蛋白质。

现有一水溶液含有下列蛋白质：
序号蛋白质分子量等电点PI
A 溶菌酶14500 11.1
B 核糖核酸
13700 7.8
酶
C 血红蛋白64500 6.7
D 半血清蛋
白 68000 4.9
E
α-淀粉酶 24000 4.7 F 胰蛋白酶 23800
0.5
调节溶液0.5<pH<4.7，研究结果发现只有三种蛋白质被萃取到胶束中去，请写出它们的序号。

（4）设计一最少步骤的分离框图，最终三种被分离的蛋白质均在水相中，或者将蛋白质序号逐步填入下述方框，带箭头的横线填写分离条件，如pH 值范围，O 代表含胶束体系的有机相，W 代表水相。

（W ）
（O ）（O ）（O ）<pH<<pH<
pH
（W ）（W ）
【ABE, E,AB B,A A】
2 疏液溶胶 PPT
（A）、疏液溶胶与亲液溶胶
（B）、疏液溶胶形成的条件
分散介质、分散相、稳定剂
浓度适当的生成难溶物的反应、凝胶（浓）、稀（胶体）
（C）、胶体性质：动力性质、流变性质、
光学性质、电动力性质
3 光散射 PPT
Tyndall现象
（例5）.(7305D,G) (1)超显微镜在胶体研究中起过重要作用，它的研制利用的原理是：( )
(A) 光的反射 (B) 光的折射
(C) 光的透射 (D) 光的散射
(2)超显微镜观察到的是： ( )
(E) 粒子的实像 (F) 粒子的虚像 (G) 乳光 (H) 透过光 4 带电的胶粒
（A ）、电动现象：电泳、电渗、
证明胶粒是带电的。

（B ）、胶团结构 PPT
[]++-⋅--x K K )x n (nI )AgI (x 1m
（例6）(7205B) 在稀的砷酸溶液中，通入 H 2S
以制备硫化砷溶胶 (As 2S 3)，该溶胶的稳定剂是
n x )x n (=+-
H2S，则其胶团结构式是：( )
(A) [(As2S3)m·n H+,(n-x)HS-]x-·x HS-
(B) [(As2S3)m·n HS-,(n-x)H+]x-·x H+
（例7）. (7201D) 对于AgI 的水溶胶，当以KI 为稳定剂时，其结构式可以写成：
[(AgI)m·n I-,(n-x)K+]x-·x K+，则被称为胶粒的是指：（）
(A) (AgI)m·n I-(B) (AgI)m
(C) [(AgI)m·n I-,(n-x)K+]x-·x K+
(D) [(AgI)m·n I-,(n-x)K+]x-
*（C）、如何判据胶粒的电性
实验：电泳、电渗……
规则：法杨斯规则 被吸附的离子总是那些在
固态粒子中原有的或相似的离子，有时
也能和表面的某些原子形成难溶化合物
经验规律：+-+==+H 2SiO SiO H O H SiO 23
3222 带正电的胶粒有Cd ,Cr ,Al ,Fe ……等氢氧化物
带负电的胶粒有Hg ,Pb ,Cu ,As ,Sb 等的硫化物；
,Ag ,SnO ,SiO 22……等胶粒
（例8）. (7354B) 将含 0.012 mol.dm -3 NaCl 和
0.02 mol ·dm -3 KCl 的溶液（各1.0dm 3）和100
dm 3 0.005 mol.dm -3的 AgNO 3液混合制备的溶
胶，其胶粒在外电场的作用下电泳的方向是:
( )
(A) 向正极移动(B) 向负极移动
(C) 不作定向运动(D) 静止不动
5 胶团的双电层结构
双电层：平板双电层，扩散双电层，切动面。

等电点
6 胶体稳定性
（A）胶体的聚沉及保护：
聚沉试验聚沉值（最低浓度），聚沉能力。

（B）电解质的作用：
（1）舒采-哈迪规则：起聚沉作用的主要是反号离子限制：不相干电解质
例9(7453D)对于有过量的KI 存在的AgI 溶胶，下列电解质中聚沉能力最强者是：( )
(A) NaCl (B) K3[Fe(CN)6]
(C) MgSO4(D) FeCl3
（例10）(7366大.小) 对带正电的溶胶，NaCl 比AlCl3的聚沉能力。

对带负电的溶胶，Na2SO4比NaCl 的聚沉能力。

（2）与胶体电性同号的离子起稳定作用，
大或价高的作用大。

（3）有机离子比任何无机离子聚沉能力都强。

（例11）(7458C) 下列四种电解质KCl，Na2SO4，MgSO4，K3[Fe(CN)6] ，对Fe2O3溶胶的聚沉能力大小次序为：( )
(A) KCl＞Na2SO4 ＞MgSO4 ＞K3[Fe(CN)6]
(B) K3[Fe(CN)6] ＞MgSO4 ＞Na2SO4 ＞KCl
(C) K3[Fe(CN)6] ＞Na2SO4 ＞MgSO4＞KCl
(D) Na2SO4 ＞K3[Fe(CN)6] ＞KCl＞MgSO4
胶粒：正？负？反号离子价？同号离子价？（例12）. (7481C) 对亚铁氰化铜负溶胶而言, 电解质KCl, CaCl2, K2SO4,CaSO4的聚沉能力顺序为：( )
(A) KCl > CaCl2 > K2SO4 > CaSO4
(B) CaSO4 > CaCl2 > K2SO4 > KCl
(C) CaCl2 > CaSO4 > KCl > K2SO4
(D) K2SO4 > CaSO4 > CaCl2 > KCl
（例13）.(7478) 已知二氧化硅溶胶形成过程中存在下列反应：
SiO2＋H2O ─→H2SiO3─→SiO32-＋2H+
试写出胶团结构式(标明胶核,胶粒及胶团), 指出二氧化硅溶胶的电泳方向。

当溶胶中分别加入NaCl, MgCl2, K3PO4时, 哪种物质的聚沉值最小? [答] [(SiO2)m·n SiO32-·2(n-x)H+]2x-·2 x H+└──┘
胶核
└───────────┘
胶粒
整个是胶团。

胶粒带负电, 电泳向正极。

MgCl2聚沉值最小,依次为NaCl,K3PO4。

（例14）. (7474) 混合等体积的0.08 mol·dm-3 KI 和0.1 mol·dm-3 AgNO3溶液所得的溶胶。

(1) 试写出胶团结构式
(2) 指明电泳方向
(3) 比较MgSO4，Na2SO4，CaCl2电解质对溶胶聚沉能力的大小。

[答] (1) ｛[(AgI)m.n Ag+],(n-x)NO
-｝x+·x NO3-
3
(2) 往负极移动
(3) 聚沉能力Na2SO4> MgSO4> CaCl2
（C ）、正负号不同的胶体有相互聚析作用 2012-2-16③上一内容④下一内容 回主目录 返回明矾净水
原理：KAl （SO 4）2.12H 20 == K ++ Al 3++ 2SO 42-+12 H 2O
H 20 H ++ OH -
Al 3++ 3OH -
Al （OH ）3不同胶体的相互作用
我国某些农村仍用明矾净水，
（1） 请写出明矾的化学式
（1分） （2） 一般天然水中常含有HCO 3－，请写出明矾水解方程式
（2分）
（3）请用胶体化学原理解释明矾净水的的原理是：
（2分）
（1）KAl(SO4) 2·12H2O
（2）KAl(SO4) 2·12H2O → K+ + Al3+ + 2SO42－+12H2O Al3+ + 3HCO3－→ Al(OH) 3 ＋CO2
第一式写否不影响得分
（3）明矾水解所得产物Al(OH) 3为胶体，该胶粒带正电，天然水中杂质以硅胶为代表，该胶粒带负电，
正负电性不同的胶体有相互聚沉作用从而达到净水的作用
4、物理因素β射线、辐射、加热
5、高分子凝结剂，敏化与保护
2012-2-16③上一内容④下一内容 回主目录 返回不同胶体的相互作用
例15(7469) 墨汁是一种胶体分散体系，在制作时，往往要加入一定量的阿拉伯胶（一种大分子物）作稳定剂，这主要是因为 。

纳米材料的特殊性质和制备
纳米粒子
纳米1nm
＝10－9m
十亿分之
一米
氢原子半径
的27倍，
头发直径的
十万
分之一
(一)基本理论
(2)什么是“小尺度效应和表面效应”?•表面效应指物质高度分散，比表面和比表面能与同种大块物质相比产生显著(～107倍)的变化，给物理性质、热力学性质、动力学性质带来显著影响。

•小尺度效应指由于颗粒尺寸变小而引起的宏观物理及化学性质的变化。

•一．热学性能二．力学性能
•三．电磁性能四. 光学性能
•五. 化学反应性能
碳纳米管的独特结构与性能
1.金属性和半导体性
2.高机械强度：大于钢100
倍，1/6重量
3.高长径比: 103数量级
4.高比表面: 400-500m2/g
5.化学惰性
厚度只有0.34纳米的石墨烯。

这种新材料太薄了,以至于把20万片薄膜叠加到一起,也只有一根头发丝那么粗。

石墨烯比钻石还强硬,强度比世界上最好的钢铁还高100倍!
研究人员称,“太空电梯”的最大障碍之一,就是如
何制造出一根从地面连向太空卫星、长达3.7万公里并且足够强韧的缆线,而石墨烯”完全适合用来制造太空电梯缆线。

人类通过“太空电梯”进入太空,所花的成本将比通过火箭升入太空便宜很多。

美国机械工程师杰弗雷·基萨教授用一种形象的方法解释了石墨烯的强度:如果将一张和食品保鲜膜一样
薄的石墨烯薄片覆盖在一只杯子上,然后试图用一支铅笔戳穿它,那么需要一头大象站在铅笔上,才能戳穿只有保鲜膜厚度的石墨烯薄层。

纳米陶瓷：纳米TiO2和CaF2陶瓷室温下显
示良好的韧性，在180℃经受弯曲并不产生裂纹，有
望成为超塑性陶瓷材料。

良好的韧性、
摔不碎、
可弯曲
可弯曲
电：量子尺寸效应
导体变成绝缘体
磁：20nm之磁铁的磁性
是大块的1000倍
当颗粒尺寸小于10nm矫顽力变为零，表现为超顺磁性
热学性能
•热学性能. 纳米微粒的熔点可远低于块状金属.•块状金的熔点为1337K.而2nm的金颗粒为600K; 常规银的熔点远高于1173K，纳米银粉熔点可降至373K。

•大块铅的熔点为600K，而20nm球形铅的微粒熔点低于288K,常温下就能熔化。

•这是由于颗粒小，纳米微粒表面能高，活性大，因此纳米粒子熔化时所增加的内能小得多，使纳米微粒熔点急剧下降。

光学性质：强吸收率
低反射率
失去光泽隐身术
•化学：
●加快反应速度：以烯烃加氢反应速度（相对值）为例
铑（Rh）催化剂颗粒3.4nm 2.2nm 0.9nm 环已烯加氢 5.5 10.3 19.2
●降低反应温度
如室温下具有C-C键断裂功能。

TiO2在光照射下有对碳氢化物的降解作用
自洁玻璃自洁陶瓷杀菌、除臭
高效尾气净化催化剂
防雾镜：超亲水性纳米二氧化钛
做成的防雾镜
反相微乳法及胶团法
制备纳米粒子
一种物质可以不同的分散状态存在， 以难溶物Fe(OH)3在水中的分散而言， 饱和溶液时，沉淀为大固体颗粒，上层清液中是分子形态.
如果有适当的稳定剂存在，则胶团的胶核为纳米尺度分子聚集体。

制备纳米粒子，关键是
“促进成核，控制成长”
反相微乳法及胶团法制备
纳米粒子
▪以碳酸钙纳米粒子制备为例
油包水胶束
（3～6nm ）
Ca(OH)2CO
2
Ca(OH)Ca(OH)2＋CO 2→
CaCO 3＋H 2O
反相微乳法及胶团法制备纳米粒子 反相微乳液法：
①双微乳法，
即混合含有
2种反应物的
反相微乳液
反应在微水核中
进行，
并成核、长大，
最后得到纳米粒子．
反相微乳法及胶团法制备纳米粒子
反相微乳法及胶团法制备纳米粒子
②单微乳法
往含有反应物A的反相微乳液中
加入反应物B(或气体）．
反应物B在反相微乳液系统中扩散，
透过表面活性剂和助表面活性剂组成的复合膜向微乳内核中渗透，
A、B在微水核中混合并反应。

反应物的渗透扩散为控制过程。

TiO2纳米粒子就是采用单微乳法制备的。

反相微乳法及胶团法制备纳米粒子
纳米BaCO
3的制备
配制BaCl 2和
Na 2CO 3两个水溶液
反相微乳液
表面活性剂C 12E 4环己烷
等体积的A 与B 微乳
混合
制成纳米BaCO 3。

反相微乳法及胶团法制备纳米粒子
在“十一酸/癸胺/癸烷/水”正负混合反胶束体系中，利用聚合物的诱导作用合成羽毛状BaWO 4纳米线超结构
反相微乳法及胶团法制备纳米粒子▪(二)胶团法：一切制备溶胶的方法也是制备纳米粒子的方法,因为胶核大小就是纳米尺度。

▪复分解反应：
▪AgNO 3+KI==AgI(溶胶)+KNO 3▪水解反应：
▪FeCl 3+H 2O==Fe （OH ）3(溶胶) + 3HCl
▪氧化反应：
▪H 2S+O 2==2S(溶胶) +2H 2O
反应的产物均为水的不溶物，如不采取措施，就会聚结而沉淀。

控制条件:“促进成核，控制成长”是胶团法制备纳米粒子的关键，
而其理论依据
即溶胶的稳定及聚沉的规律。

反相微乳法及胶团法
制备纳米粒子
☆练习16.纳米粒子是指粒径为1－100nm 的超细微粒，由于表面效应和体积效应，纳米粒子常有奇特的光、电、磁、热性质，可开发为新型功能材料。

人工制造纳米材料的历史至少可以追溯到一千多年前。

中国古代铜镜表面的防锈层，经实验证实为氧化锡纳米粒子构成的薄膜。

分散质微粒的直径大小在1—100nm 之间的分散系叫做胶体。

胶体化学法是制备纳米粒子的重要方法之一，其关键是“促进成核、控制生长”。

用该法制备纳米Cr 2O 3的过程如下：
32)(3O Cr CrCl 去杂质氨水溶液−−→−·
−−−→−适量稀盐酸沉淀O xH 2O xH O Cr 232⋅水溶胶
−−→−−−−−→−−−→−分离有机溶剂萃取有机溶胶32*O Cr DBS
32O Cr 纳米热处理−−→−
*DBS ——十二烷基苯磺酸钠
回答下列问题：
1.加稀盐酸起什么作用？盐酸加多了或加少了将会怎样影响Cr 2O 3的产率？
2.为什么形成Cr 2O 3水溶胶可以阻止粒子长大？
3.用示意图描绘Cr 2O 3胶粒加DBS 所得产物的结构特征。

4.为什么有机溶剂可以把“氧化铬”萃取出来？萃取的目的是什么？
5.DBS 直接排入水体会给环境造成何种影响（举1—2点）？已知DBS 能够进行生物降解。

练习3解
(1) 根据“促进成核、控制生长”原理，加入适
量稀盐酸可使O x H O Cr 232⋅沉淀发生表面溶解，其表面反应为：()-232326Cl O H 3x 2Cr 6HCl O x H O Cr +++==+⋅+
当沉淀颗粒缩小到≤100nm 时，所产生的+3Cr 又被吸附，形成带正电荷的胶粒，同时形成一层水化层薄膜，阻止粒子聚结。

加多了稀盐酸，表面溶解过多，形成的+3Cr 过多，溶胶就少，纳米32O Cr 产率降低。

加少了稀盐酸形成的+3Cr 过少，难以在胶核上形成水化层薄膜，不足以使O x H O Cr 232⋅胶体稳定地分散在介质中，后果同样使纳米32O Cr 产率降低。

（2）胶粒吸附+3Cr （具有同性相斥的静电力），加上形成水化层薄膜（阻止聚集），防止纳米微粒长大。

起到了“促进成核、控制生长”的作用。

（3）DBS为十二烷基苯磺酸钠，离解后称为阴离子
表面活性剂，如下图
在水溶液中形成胶团，在胶粒外覆盖了一层亲油基团，如下图
（4）根据“相似相溶”原理，用有机溶剂使覆盖亲油基团的胶粒转移到有机相（即有机溶剂）中，称此为相转移。

其作用是消除了无机离子的干扰，去除了大量水，有利于富集和热处理。

悟(my idea)从自己的过失中吸取教训是聪明
从别人的过失中吸取教训是智慧
悟的境界：
举一反三，触类旁通
达到这个境界：毅力
事业上最缺的是---毅力笨鸟先飞
1×1×1×1×1×1×1×1×1×1=1 如果每天懒散一点，懈怠一点，没有目标，无所事事…
0.9×0.9×0.9×0.9×0.9
×0.9×0.9×0.9×0.9×0.9
=0.31
假如进步一点，日积月累，不断进步再进步
1.1×1.1×1.1×1.1×1.1×
1.1×1.1×1.1×1.1×1.1
=2.85
这就是积极与懈怠截然不同的命运
有人在自我生命中加入“正向”“积极”“坚持”“永不放弃”的因子，每天努力朝着自己的目标前进，那么，他们的成绩就会愈来愈靓丽，业绩愈来愈加倍
可是有的人偷懒，萎靡，没有目标，不愿积极，那么，他们的命运可能就是极为普通，甚至是倒退的景象。

人想要有精彩的人生，就必须以实际行动积极的用生命来交换
祝你成功。