医用基础化学课件-第五章 胶体和乳状液

用物理破碎的方法使大颗粒物质分散成胶粒的 分散法
用化学反应使分子或离子聚集成胶粒的凝聚法。 例如： 将FeCl3溶液缓慢滴加到沸水中，反应为 FeCl3 + 3H2O → Fe(OH)3 + 3HCl 生成的许多Fe(OH)3分子凝聚在一起， 形成透明的红褐色溶胶
二、溶胶的性质
（一）溶胶的光学性质
3 + NO Ag Ag +
O3
团结构的简式：
NO3-
Ag
AgI胶团结构示意图及胶
+A
g+
Ag A Ag g+
NO
+
+
NO3-
3
(AgI)m
NO 3 + + Ag AgA g+
-
NO3-
NO3-
例 题
以KI和AgNO3制备AgI溶胶时，KI过量与AgNO3过 量的情况有何不同？ 若KI过量，AgI胶核优先吸附与其组成类似
小
外加电解质 不敏感，加入大量造成 敏感，加入少量引起聚沉 离子的影响 盐析
第四节
一、凝胶和胶凝
凝胶
在一定条件下，使高分子或溶胶粒子相互聚合连 接的线形或分枝结构相互交联，形成立体空间网状 结构，溶剂小分子充满在网状结构的空隙中，失去 流动性而成为半固体状的凝胶(gel) 凝胶化过程称为胶凝
二、凝胶的分类
（一）表面能与表面张力 将相内部的分子移到表面上，就必须克服向内的 引力而作功，所做的功转化为移到表面层的分子的
位能，称为表面能，用 G 表示。 表面能
G＝σ · A 比表面能 只要有界面存在，就一定有表面能存在 表面积
物质的分散度越大，表面积越大，表面能也就越大 比表面能在数值上等于相界面的表面张力 在恒温恒压下，沿着液体表面作用于单位长度表 面上的作用力，称为表面张力(surface tension)，用
胶核 吸附层
胶粒
胶团
扩散层
胶团结构中带电荷的部分： 吸附层、胶粒、扩散层
胶团结构中不带电荷的部分：
胶核 、胶团
胶体溶液亦不带电荷！
K+
用AgNO3和KI制备AgI 溶胶，KI过量时，AgI胶
K
+
K
+
K+
K+ K - I- I-I -I - K + I (AgI)m
+
K+ K+
K+ - I- I I I -
（二）溶胶的动力学性质
溶胶粒子时刻处于无规则的运动状态，因而表现 出扩散、渗透、沉降等与溶胶粒子大小及形状等属
性相关的运动特性，称为动力学性质
1. 布朗运动
因为介质分子不断碰撞这些粒子，碰撞的合力不 断改变其运动方向和位置，成为无规则的运动
2. 扩散与沉降
在重力场中，胶粒受重力的作用
而要下沉，这一现象称为沉降
Na3PO4聚沉能力最大， AlCl3聚沉能力最小 溶胶胶粒带正电
第三节
高分子化合物溶液
一、高分子化合物溶液及其稳定性 高分子化合物(polymer)指相对分子质量大于1万的化 合物
高分子化合物在液态的分散介质中形成的单相分子、 离子分散系统称为高分子化合物溶液。 高分子化合物溶液的分散粒径在1～100nm的胶体分 散系范围内，所以也有一些胶体分散系共有的性质。
-
HSiO3SiO32-
+ +
H+ H+
ClClCl-
Cl
-
（二）胶团结构
Cl-
Cl
-
Cl-
胶核
Cl-
Cl -
Cl Cl
Fe O+ Fe O + FeO+ + Fe O + O Fe
ClCl
-
FeO+ FeO++ FeO + O Fe
Fe O+ F eO +
Cl
Cl-
Cl-
Cl -
Cl
-
Cl-
{[Fe(OH)3]m · nFeO+ · (n-x)Cl-}x+ · xCl 胶核 吸附层
大于液体内部粒子的浓度，以降低表面张Fra Baidu bibliotek。
（二）吸附现象
吸附：物质在相界面上的浓度自动发生变化的 过程。 吸附可发生在任何两相的界面上 固体表面的吸附
固体表面积无法自动变小，常常吸附其他物质以 降低表面能。
液体表面的吸附 液体表面会因为溶质的加入而产生吸附，液体 的表面张力因此发生相应的变化
第一节 胶体——高度分散系统
胶体化学是研究广义的胶体分散系的物理化学 性质的一门科学。
药物制备、使用和保管过程中应用到大量胶体 方面的知识。 从胶体观点而言，整个人体就是一个典型的胶体系 统，人的皮肤、肌肉、血液和毛发等都是胶体系统。
胶体和晶体不是不同的两类物质，而是物质的两
种不同的存在状态。
胶体是一种高度分散的系统
σ( N· -1)表示。 m
一定温度和压力下，多相系统表面张力越大，系
统越不稳定，有自发降低表面张力的趋势
讨论
通常自发降低表面张力有两条途径：
液滴形成球状或分散的微小液滴聚集在一起自发
降低表面积；
自发吸附(adsorbate)周围介质中能降低其表面张
力的其它物质粒子填入表面层，使表层粒子的浓度
0.067
K3[Fe(CN)6]
0.08
单位： mmol · -1 L
例题
为使10.0 mL某溶胶聚沉，需加入AlCl3 10.5mmol， 或MgSO4 0.031mmol，或Na3PO4 0.0012 mmol 。 ⑴ 计算各电解质的聚沉值。 ⑵ 指出哪种电解质的聚沉能力最大，哪种最小。 ⑶ 指出该溶胶胶粒的带电符号。
ζ电位易受加入电解质的影响，其绝对值大小与吸附
层中反离子的多少密切相关
ζ电位等于0，胶粒不带电，处于等电状态，最不稳 定
四、溶胶的相对稳定因素及聚沉
（一）溶胶的相对稳定因素 1. 胶粒带电 2. 溶胶表面的水合膜
3. 布朗运动
（二）高分子化合物溶液对溶胶的保护作用
高分子化合物分子将溶胶胶粒包裹起来，在胶
表面吸附使溶质在表面层中 的浓度与内部的浓度不同。
负吸附：增大表面 张力的物质，
1 1 1 : : 1 2 3
6 6 6
As2S3（负溶胶） NaCl CaCl2 51 0.65 0.093
AgI（负溶胶） NaNO3 Ca(NO3)2 140 2.40
Al2O3（正溶胶） KCl K2SO4 46 0.30
AlCl3
Al(NO3)3
电泳实验说明溶胶粒子是带电的，由电泳的方向 可以判断胶粒所带电荷的性质
应用： 蛋白质、氨基酸和核酸等物质的分离和 鉴定方面有重要的应用。 例如在临床检验中，应用电泳法分离血 清中各种蛋白质，为疾病的诊断提供依据。
电 渗
在外电场作用下，分散介质的定向移动现象称为电渗 (electroosmosis)
弹性凝胶：由柔线形高分子化合物形成，经干燥 后体积明显缩小而仍能保持弹性，如鱼冻、果酱及 肌肉、皮肤、血管等。 在适当条件下，弹性凝胶和高分子溶液之间可相 互逆转，又称为可逆性凝胶 刚性凝胶：分散相粒子是刚性的，网状结构坚固， 经干燥后，体积和外形无明显变化，多数无机凝胶 如硅酸、氢氧化铝凝胶等都属于此类，多作为干燥 剂和吸附剂。 此类凝胶脱水后不能重新成为凝胶，又成为不 可逆性凝胶
I I II - I
- - -
团结构示意图及胶团结构
的简式：
K+
K+
K+ K+ K+
{(AgI)m · - · nI (n-x)K+}x- · + xK
K
+
- I- I I I -I -
K
+
K+
K+
NO3-
用AgNO3和KI制备AgI 溶胶，AgNO3过量时，
NO3-
NO3-
N
NO3-
{(AgI)m · nAg+ · (n-x)NO3-}x+ · xNO3-
高分子化合物溶液和溶胶的性质比较
性质 分散相颗粒 特征 通透性 扩散速度 高分子化合物溶液 粒径1～100nm； 不能透过半透膜 慢 溶胶 粒径1～100nm； 不能透过半透膜 慢
胶团由胶核与吸附层、扩 分散相组成 单个水合分子均匀分散 散层组成 均一性 单相系统 多相系统
稳定性
粘度
稳定系统
大
不稳定系统
由电渗实验中分散介质的移动方向也可判断胶粒所 带电荷的性质
三、胶团结构
（一）胶粒带电的原因
胶粒在形成过程中，胶核优先吸附与胶核中相同 的某种离子，使胶粒带电。
Fe(OH)3 + HCl FeOCl FeOCl + 2H2O FeO+ + Cl-
胶核表面分子的解离使胶粒带电。
H2SiO3 HSiO3
+ +
K+
K+ + K - I- I-I -I - K + I (AgI)m
K+ K+
K+ - I-I -I I

I I I I -I -
- - -
K+
K+ K+ K+
K
ζ
+
K+
- I- I I I -I -
K
+
K+
K+
讨论
ζ电位越大，扩散层越厚，溶胶越稳定 ζ电位越小，扩散层越薄，溶胶越不稳定
ζ电位通常在绝对值上低于热力学电位
三、凝胶的性质
溶胀：弹性凝胶和溶剂接触时，会自动吸收 溶剂而膨胀的现象。
分为有限溶胀和无限溶胀 离浆：新制的弹性凝胶放置一段时间后，部 分液体会自动从凝胶分离出来，使凝胶本身的 体积缩小的现象。 高分子化合物之间进一步的交联作用将溶 液从网状结构中排出。
第五节 表面活性剂和乳状液
一、表面活性剂
在暗室或黑暗背景下，用一束强光照射在溶 胶上，从光束的垂直方向观察，可以清晰地看到 一条光带，称为丁铎尔现象(Tyndall effect)
树林中的丁铎尔现象
左边是溶胶，右边不是溶胶
光通过颗粒直径略小于其 波长的物质时，发生散射
Tyndall效应实 际上已成为判别溶 胶与分子溶液的最 简便的方法。
分散系: 把一种或几种物质分散在另一种物质中所形成 分散相(dispersed phase): 被分散的物质
分散介质(dispersing medium): 容纳分散相的连续介质
根据分散相粒子大小分类
分散相粒 子大小 ＜1nm 分散系类型 分散相粒子 性质 实例
溶液
均相、稳定系统、 NaCl水溶 小分子或离 分散相粒子扩散 子 液等 快 胶粒 多相、热力学不 稳定系统、有相 Fe(OH)3 对稳定性、分散 溶胶等 相粒子扩散较慢 均相、稳定系统、 蛋白质溶 分散相粒子扩散 液等 慢
胶 溶胶 体 1～100nm 分 散 系 高分子 溶液 ＞100nm 粗分散系
高分子
非均相、不稳定 泥浆、乳 粗分散粒子 系统、易聚沉或 汁等 分层
第二节 溶胶
分散相粒子：一定量原子、离子或分子组成的集合体
特点：多相系统，高度分散，热力学不稳定系统 根据分散介质分类：液溶胶、气溶胶和固溶胶
一、溶胶的制备
粒表面形成保护膜，削弱了胶粒聚集的可能性
意义：保护作用在生命体中非常重要。 如微溶电解质MgCO3或Ca3(PO4)2等，在血液 中的浓度比在体外纯水中的浓度高了近5倍，这是 因为它们在血液中被蛋白质保护的缘故。当保护 蛋白质减少时，这些溶胶状态的微溶就会因聚沉 而形成结石。
（三）溶胶的聚沉
聚沉：胶粒在一定条件下聚集成较大颗粒而导致 沉淀的现象 电解质聚沉、溶胶间相互聚沉 临界聚沉浓度：一定量溶胶在一定时间内发生完 全聚沉所需电解质溶液的最低浓度 临界聚沉浓度越小，电解质的聚沉能力越强 Schulze－Hardy规则 电荷相同的反离子聚沉能力几乎相等 反离子电荷越高，聚沉能力急剧增强 对于给定的溶胶，反离子临界聚沉浓度之比
(sedimentation)
胶粒从分散密度大的区域向分散
密度小的区域迁移，这种现象称为
扩散(diffusion)
沉降速率等于扩散速率，溶胶系
统处于沉降平衡
（三）溶胶的电学性质——电泳和电渗
用惰性电极在溶胶两端施加直流电场，可观察到胶 粒向某一电极方向运动。这种在电场作用下，带电粒 子在介质中的定向运动称为电泳(electrophoresis)
第五章
第二节 溶胶
胶体和乳状液
第一节 胶体——高度分散系统
第三节 高分子化合物溶液 第四节 凝胶 第五节 表面活性剂和乳状液 第六节 胶体和乳状液在医药中的应用
教 学 要 求
掌握溶胶的制备和性质
掌握溶胶相对稳定性因素、胶团结构、电动电位和 聚沉 熟悉高分子溶液和凝胶 熟悉表面活性剂和胶束 了解乳状液和微乳液及其应用
的离子I－而形成负溶胶，胶团结构为
[(AgI)m· I－· n (n-x) K＋]x -· K＋ x 若AgNO3 过量，AgI胶核优先吸附与其组成 类似的离子Ag+而形成负溶胶，胶团结构为 [(AgI)m· +· nAg (n-x)NO3-]x+· NO3－ x
（三）电动电位
移动 截面
K+ K K
-
Cl
F Fe eO + O+ FeO + [(Fe(OH)3]m FeO+ + FeO + O Fe
Cl FeO + FeO+ + FeO + O+ Fe O Fe
Cl-
胶粒 吸附层
Cl
-
Cl -
ClCl -
胶团 扩散层
Cl -
Cl-
胶粒
胶团
扩散层
{[Fe(OH)]m · nFeO+ · (n-x)Cl-}x+ · xCl