胶体

FeCl 3+3H2O
沸腾
Fe(OH)3+3HCl
部分Fe(OH)3与HCl作用：
Fe(OH)3+HCl
FeOCl
FeOCl+3H2O
FeO++Cl -
Fe(OH)3胶核就吸附与其组成相似的FeO+而带正 电荷。 如AgI溶胶的制备：AgNO3+KI 2.胶粒表面分子的离解： 例：硅胶的胶核由许多 xSiO2 · 2O 分子组成， yH 表层分子与H2O作用生成硅酸:
2.电渗(electroosmosis)
若按图示，把溶胶
充满多孔隔膜(活性炭、
素烧磁片等)，胶粒被吸
附而固定。由于胶粒带
电，介质必然与胶粒带 相反电荷。
图5-5 电渗示意图
电渗：在外电场的作用下，液体介质通过多 孔隔膜向带相反电荷的电极方向移动。这种现象 称为电渗。
二、胶团结构及溶胶的稳定性
(一) 胶粒带电的原因: 1. 胶核界面的选择性吸附： 胶粒中的胶核(原子、分子、或分子的聚集体) 有吸附其它物质而降低其界面能的趋势。 胶核常选择性的吸附组成与其相似的离子。 例：制备Fe(OH)3溶胶*，反应为:
要是胶粒带电和水合膜的存在。
1.胶粒带电
胶粒都带有相同符号的电荷，胶粒之间相互排
斥，即两个胶粒间存在着静电斥力，阻止两胶粒合并 变大。因此溶胶中的胶粒能相对稳定地存在。 但是，当胶粒的动能增大到能克服这种静电斥力 时，胶粒间就会相互碰撞合并，出现聚沉*。
2.胶粒表面水合膜的保护* 胶团结构式中的吸附层、扩散层均为水合膜层 －水合双电层，水合双电层犹如一层弹性膜，阻碍 了胶粒间相互碰撞，使胶粒彼此隔开，不易聚集。 水合膜越厚，胶粒越稳定。
沉降：在重力场中，胶粒受重力的作用要下沉，称
为沉降(sedimentation)。
沉降平衡：胶体分散系一方面粒子受到重力而下降
，而另一方面由于布朗运动引起的扩散作用又促使浓 度均一的趋势，当沉降速率和扩散速率相等时，达到 一个平衡状态称为沉降平衡。
达到沉降平衡时，粒子的分布达 到平衡，形成一定的浓度梯度(底部 浓度最大，随着高度的增加，粒子 浓度逐渐降低)。
图5-6 胶团结构示意图
同理，可以写出AgI溶胶的胶团结构式(KI过量):
｛[AgI]m· - · nI (n-x) K＋ ｝x－ · K＋ x
胶核 胶粒 胶团 吸附层 扩散层
胶团结构式表示意图
注意:1.胶粒带电，胶团为电中性。 2.胶粒带电的正负，取决于选择性吸附
当胶粒移动时，胶团从吸附层和扩散层间裂开。
(二)、溶胶的动力学性质
1、布朗运动(Brownian movement ) 用超显微镜观
察溶胶时，可以观
察到胶体粒子在介
质中作不规则运动。
称为Brown运动。
Brown运动的本质
Brown运动是分散介质分子以不同大小和不同 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。它是分散介质分子热运动的结果。
第五章 胶 体
*
Chapter 5 Colloid
自学
【内容提要】 第一节 第二节 第三节 胶体分散系 溶胶 高分子溶液
第四节
表面活性剂和乳状液
第一节 胶体分散系
一、分散系的分类 分散系(dispersed system) ：
就是一种或几种物质分散在另一种物质中所形 成的系统。
被分散的物质称为分散相(dispersed phase)或分 散质，而容纳分散相的连续介质称为分散介质 (dispersed medium)或分散剂。 按照分散相粒子的大小，可以把分散系分为真 溶液、胶体分散系和粗分散系。表5-1
可见，表层分子比内部分子多出一部分能量， 称为表面能（表面自由能）。 高度分散的溶胶比表面大，所以表面能也大，它
们有自动聚积成大的颗粒而减小表面积的趋势，称为 聚结不稳定。属于热力学不稳定体系。
气相
液相
图13-1 液体内部及表层分子 受力情况示意图
高分子化合物溶液的分散相粒子大小在胶体范围 内，属于胶体溶液。其分散相是以单个分子分散在介 质中，为均相分散系。是热力学稳定系统。
胶体分散系包括溶胶(sol)、高分子溶液(macromolecular solution)和缔合胶体(associated colloid) 。 胶 体 分 散 系 的 分 散 相 粒 子 的 大 小 介 于 1nm ～
100nm之间。
常按分散介质的聚集状态来命名溶胶(g、l、s) a.气溶胶：烟、粉尘是固体粒子分散到空气中的 气溶胶；雾是细小水滴分散在空气中的气溶胶。
分散相在分散介质中分散的程度称为分散度 (degree of dispersion)。
1.分散度常用比表面积即比表面(specific surface area) 来表示。 当物质形成高度分散系统时，因表面积大大增 加，表面性质就十分突出。
2.表面自由能(surface free energy)
任何两相的界面分子与其相内分子所处状况不 同，它们的能量也不同。 例如：在液、气两相中（图5-1）。
滑动面：吸附层与扩散层分开的界面。
当向溶胶中加入一定量电解质时，迫使一部分
反离子从扩散层进入吸附层，反离子抵消Baidu Nhomakorabea更多的 胶粒电荷，扩散层变薄。 若反离子全部进入了吸附层时，扩散层消失， 胶粒呈电中性，无电泳现象，处于等电状态。
有时外加电解质的量过多时，甚至可以使胶粒
电性改变，称再带电现象 。
(三)溶胶的稳定因素和聚沉 溶胶是热力学上的不稳定体系。其稳定性因素主
分散相 粒子大 小
分散系 真溶液
分散相粒 子的组成
低分子， 离子
胶粒（分子， 原子或离子 聚集体）
性
质*
小于
1nm
均相，能透过半透膜， 热力学稳定
1~ 100 nm
胶 体 分 散 系
溶胶
高分子 溶液 缔合 胶体
非均相，不能透过半透 膜，热力学不稳定
均相，不能透过半透膜， 热力学稳定，透明
高分子
胶束
粗粒子*
均相，不能透过半透膜， 热力学稳定，透明
非均相，不能透过半透 膜，热力学不稳定
大于 100 nm
粗分散系
真溶液:分散相粒子小于1nm,为单相分散系*。 粗分散系：分散相粒子大于100nm，是由许多分 子或离子聚集而成的，分散质粒子是一个相，而分散
介质分子又是另一个相，故该分散系有两个相，相与
布朗运动的特点： ①粒子愈小，温度愈高，布朗运 动愈剧烈；且其运动的剧烈程度不随时间而改变。② 其它微粒也有类似现象。当半径大于5 m，Brown
运动消失。
2．扩散和沉降平衡
扩散：当溶胶中的胶粒存在浓度差时，胶粒将从浓
度大的区域向浓度小的区域移动，称为扩散 (diffusion)。温度愈高，溶胶中介质的粘度愈小，愈 容易扩散。扩散现象是由胶粒的布朗运动引起的。
d<<λ
d 略小于λ 或接近于λ
d>>λ
光波环绕胶粒向各个方向散射，成为散射 光或称乳光。
应用：
a、区分真溶液、悬浊液和溶胶 真溶液，悬浊液均无明显的丁铎尔现象，故丁铎尔 现象是区分真溶液、悬浊液和胶体的最简便的方法。 b、制成超微显微镜，观察溶胶粒子的存在* Ⅰ、超显微镜可观察到半径为5~150nm的粒子，而 普通显微镜最多看到半径为200nm的粒子。 Ⅱ、超显微镜看到的是光线散射后所成的发光点而 不是粒子本身* 。 1871年Rayleigh研究了光的散射现象，推导出 了Rayleigh公式，并得出结论：（1）～ （4）
H2SiO3 HSiO3 -
HSiO3 - +H+ SiO3 2- +H+
硅酸电离出的H+扩散到介质中去， SiO32-则留在 胶核表面，结果使胶粒带负电荷。
(二) 胶粒的双电层结构* 1. m个Fe(OH)3分子聚成的固体粒子---胶核。 [ Fe(OH)3]m 2.胶核选择性吸附：nFeO+离子，带正电。 3. 静电作用，吸附少量Cl- , (n-x) Cl吸附层： nFeO+ · (n-x) Cl胶核与吸附层组成胶粒。 n﹥x，胶粒带x正电荷。 4.据呈电中性的要求，胶粒仍然要吸附Cl这部分Cl-借助于扩散作用分布于离胶核较远 处形成扩散层: x Cl与胶粒带相反电荷的离子，称反离子。
意义： ①电泳现象可以说明胶粒带电荷，并且根据电 泳方向可以确定胶粒带何种电荷。 大多金属氢氧化物溶胶的胶粒带正电—称为正 溶胶*。 大多数金属硫化物溶胶、硅胶、金、硫等带负 电—称为负溶胶* 。 ②电泳在蛋白质、氨基酸等物质的分离和鉴定 方面有极其重要的应用。 ③有助于了解溶胶的结构及其电学性质。 由于胶粒表面带某种电荷，介质必然带数量相 等且符号相反的电荷，因为整个溶胶是电中性的。
胶体分散系由于胶粒很小，因 此在重力场中沉降速度非常缓慢。
1923年,斯威伯格(Svedberg)发明超速 离心机成功，可使胶粒迅速沉降。超 速离心机广泛用于测定溶胶中胶粒的 大小及质量。也用于测定蛋白质的分 子量和进行病毒的分离提纯。 图5-3 沉降平衡示意图
(三)溶胶的电学性质 1.电泳(electrophoresis) 向U形管中注入有色溶 胶，在液面上加 NaCl溶液， 两相之间有一清晰的界面。 插入电极，通直流电后, 可看到负极一端有色溶胶液 面下降,而正极一端液面上 升,表明溶胶向正极移动。 这种在外电场作用下，胶粒在介质中定向移动 的现象，称为电泳。*
相之间有界面存在，不均匀*。
界面与表面：对于相互接触的不同聚集状态的物
质，相与相之间的边界皆称界面,相界面上发生的物 理化学现象统称为界面现象 固相或液相与其蒸汽或与空气相接触的界面习惯 上称为表面，一般在要求不严格的情况下界面与表面
可以通用。
二、胶体分散系(colloidal dispersed system)：
3.布朗运动也是溶胶稳定因素之一。
(四)溶胶的聚沉现象
当溶胶的稳定因素遭到破坏，胶粒碰撞时合并
变大，胶粒就从介质中析出而下沉，称为聚沉
(colgulation)。
影响聚沉作用的因素*
1.电解质的聚沉作用：
原因：电解质对溶胶的聚沉主要是改变胶粒吸 附层的结构。 电解质加入后，把扩散层中的反离子斥入吸附 层，胶粒的荷电数减少甚至消失，水合膜和扩散层
b.固溶胶：珍珠、某些宝石、有色玻璃等。
c.液溶胶*：Fe(OH)3溶胶、碘化银等
表5-2 一些胶体的例子
分散介质 分散相 名 称 实 例
气体
气体 液体
液体
固体 固体
气溶胶
气溶胶 液溶胶
雾
烟 油漆
总之，溶胶是由物质高度分散到介质中所形 成的多相分散系统*。
高度分散，使得分散相表面积急剧增大。 例如：边长为1cm立方体的表面积是6cm2，当 它分散为1012个小立方体*，总体积不变，而总表面 积却增大为60 000cm2。
随之变薄或消失，胶粒便发生聚沉。 临界聚沉浓度（聚沉值）： 使一定量的溶胶在一定时间内完全聚沉所需的
电解质溶液的最小浓度，单位为mmol· -1。 L
临界聚沉浓度愈小，电解质的聚沉能力愈大。
表5-3 不同电解质对几种溶胶的临界聚沉浓度/mmol· -1 L
电解质使溶胶的聚沉作用，有如下规律。 (1)反离子的的价数愈高，聚沉能力愈强。 一价、二价、三价反离子的临界聚沉浓度之比： (1/1)6:(1/2)6:(1/3)6 =100: 1.8:0.14
｛[ Fe(OH)3]m· nFeO+ · (n-x) Cl- ｝x+ · Clx
胶核 胶粒
吸附层
扩散层
胶团
吸附层和扩散层均为水合膜层 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(diffused electric double layer)。 扩散层外的介质称胶团间液。溶胶就是胶团 和胶团间液构成的整体。
溶胶
溶胶是难溶性固体在分散介质中形成的胶 体分散系。分散相和分散介质之间具有明显的 界面，所以溶胶是多相、高度分散体系，有很 大的界面和界面能，易聚集不稳定。因此导致
溶胶在光学、动力学和电学等方面具有一些特
殊的性质。
(一)光学性质
令一束聚焦的光束 通过溶胶，则从侧面可 以看到一个发光的圆锥 体 ， 这 种 现 象 称 为 Tyndall 效 应 (Tyndall effect) 。 又称乳光现象 乳光现象产生原因？ Tyndall现象
缔合胶体：是由溶液中的表面活性剂分子（具有
亲水的极性基团和亲油的烃基 * 的两亲分子）超过某
一特定浓度，分子在溶液内部缔合形成分子集团,即
所谓“胶团”或“胶束”作为分散相粒子形成的分散
系。
表面活性物质的这种缔合作用是自发的和可逆的, 因而与溶胶不同，缔合胶体是热力学稳定体系。
第二节
一、溶胶的基本性质