物理化学第十二章

胶体化学
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第一节 溶胶的制备和净化
Preparation and purification of colloids
粗分散系 分散法 胶体分散系 凝聚法 (小)分子分散系
r > 100 nm 大变小 1 < r < 100 nm 小变大
r < 1 nm
① 胶溶法（解胶法）：
新鲜沉淀中加少量稳定剂 （胶溶剂）后即得溶胶
胶体化学即研究胶体和相近系统的形成、破坏及其物理化学性质 和变化规律的一门科学。
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1. 溶胶的制备和净化 2. 溶胶的光学性质 3. 溶胶的动力性质 4. 溶胶的电学性质和稳定性 5. 乳状液 6. 悬浮液 7. 泡沫和气溶胶 8. 大分子溶液 9. 凝胶*
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+
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水
∞ 溶胶
水
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−
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电渗析可以说是一种除盐技术，广泛用于分离提纯物质，尤以 制备纯水和处理三废最受重视。
特点：可同时对电解质水溶液起淡化、浓缩、分离、提纯作用， 也可用于蔗糖等非电解质的提纯，以除去其中的电解质。
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*超过滤法：用孔径细小的半透膜（约10~300 nm）在加压或吸滤 的情况下使胶粒与介质分开。
宏观
介观
微观
纳米
粒子 膜 丝 管
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溶胶的基本特性： 特有的分散程度（高度分散性） 多相不均匀性 聚结不稳定性
热力学不稳定而动力学稳定。 如，金溶胶可以存放几十年。
溶胶的许多性质如扩散慢、不能通过半透膜、渗透压低、乳光亮 度强等，都与其特有的分散程度密切相关。
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可溶性杂质能透过滤板而被除去，所得胶粒则应立即分散在新的 分散介质中，以免聚结成块。
+ −
半透膜 负极
渗析和超过滤不仅用于提纯溶胶及高分子化 合物，还广泛用于污水处理，去除中草药中 的淀粉等高分子杂质以提取有效成分。
在生物化学中常用超过滤法测定蛋白质、 酶、病毒和细菌分子的大小。
人们还利用渗析和超过滤原理，用人工合 成的高分子膜制成人工肾，帮助肾功能衰 竭患者去除血液中的毒素，即血液透析。
① 化学凝聚法：
通过化学反应使生成物呈过饱和 状态，然后粒子再结合成溶胶
② 研磨法： 用于脆而易碎的物质 ③ 超声波分散法： 用于制备乳状液 ④ 电弧法：用于制备金属溶胶
如将H2S通入足够稀As2O3溶液 制得As2S3溶胶；将FeCl3溶液滴 到沸水中水解制得Fe(OH)3溶胶 ② 物理凝聚法： 蒸气骤冷、改换溶剂
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最初制备的溶胶常含有过多的电解质或其它杂质，不利于溶胶的 稳定，故需净化处理。常用的方法有渗析法 dialysis method 和超 过滤法 ultra-filtration method。
渗析法：将待净化的溶胶与溶剂用半透膜（羊皮纸/膀胱膜/硝酸 纤维/醋酸纤维）隔开，因溶胶粒子不能通过半透膜，而溶胶中 的电解质和其它杂质（分子/离子）则可透过半透膜进入到溶剂 一侧，如不断更换溶剂，即可达到净化的目的。
的散射光强度
I

9π2V 2C
2 4l2

n2 n02 n2 2n02
2

1 cos2
I0
观察者与散射 观察方向与入射 入射光强度
中心的距离
光方向的夹角
适用于粒子不导电且半径r≤47 nm的稀溶胶系统。
小分子真溶液因其粒子体积很小，故乳光效应极弱。
大分子溶液因分散相（溶剂化）与分散介质的折射率极接近， 故乳光效应也很弱。
I0
入射光波长 观察者与散射 观察方向与入射 入射光强度
中心的距离
光方向的夹角
短波的蓝紫光容易散射：
晴朗天空和海洋呈蔚蓝色(密度涨落引起折射率差异产生散射)；
晨曦和晚霞呈橙红色(透过光)；
旋光仪用钠光，危险信号灯用红光，汽车防雾灯用黄光，养路工、
环卫工衣服、校车用橙黄色(黄红光不易散射，穿透力强)。
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丁铎尔效应与分散相粒子的大小有关。
当光束投射到分散系统上时可以发生：
光的反射/折射、 散射、 吸收、 透过
粒子大 粗分散系
粒子小 频率同 无作用
胶体分散系
小分子分散系
丁铎尔效应实质是光的散射（散射光即乳光），又称乳光效应。
利用丁铎尔效应可制得超显微镜，用以观测胶粒的运动、大小、 形状，研究胶粒的聚沉过程、沉降速度、电泳现象等。
第十二章 胶体化学 Colloidal Chemistry
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胶体所涉及的1~100nm的超细微粒，介于宏观和微观之间，属于 介观(mesoscopic)领域，具有许多特殊的性质。
macroscopic mesoscopic microscopic
它是强光源暗视野显微镜，看到的并非粒子本身，而是其乳光 （光点），因此分辨率大大提高。现已为电子显微镜所取代。
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散射光（乳光）强度可用瑞利 Rayleigh 公式表示（1871）：
单个粒子 单位体积中 分散相的 分散介质 的体积 的粒子数 折射率 的折射率
单位体积溶胶
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Байду номын сангаас
散射光（乳光）强度可用瑞利 Rayleigh 公式表示（1871）：
单个粒子 单位体积中 分散相的 分散介质 的体积 的粒子数 折射率 的折射率
单位体积溶胶
的散射光强度
I

9π2V 2C
2 4l2

n2 n02 n2 2n02
2

1 cos2
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1861，格雷厄姆 Graham(英)提出： 胶体 colloid——扩散慢、不易结晶、易成粘稠状； 晶体 crystal——扩散快、易结晶、不易成粘稠状。
胶体是几乎任何物质都可以存在的一种状态。
胶体化学的研究对象： 狭义：胶体，尤指液溶胶。 广义：胶体、粗分散系统、大分子溶液。
Thomas Graham (1805-1869)
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第二节 溶胶的光学性质 Optical property of colloids
溶胶的光学性质是其特有分散程度和多相不均匀性特点的反映。
丁铎尔效应 Dyndall effect（英，1869）：
其它分散系也会产生这种现象，但远不如溶胶显著， 故丁铎尔效应是鉴别溶胶的最简便的方法。