第八章 胶体及大分子溶液

[教学内容与过程 教学内容与过程] 教学内容与过程
一 分散体系及其分类
1 分散体系 一种或几种物质分散在另一种物质中所形成 分散体系：一种或几种物质分散在另一种物质中所形成 的体系叫分散体系。 的体系叫分散体系。 被分散物质叫分散相；起分散作用物质叫分散介质。 被分散物质叫分散相；起分散作用物质叫分散介质。 分散相 分散介质 2 分散系的分类 (1) 按分散度分类（分散相粒子大小） 按分散度分类（分散相粒子大小） a 粗分散体系 — 悬浮体、乳状液 — >10-7m 悬浮体、 b 胶体分散体系 — 溶胶 — >10-7m ~10-9m c 分子分散体系 — 溶液 — <10-9m (2) 按聚集状态分类
三 溶胶的动力性质 1 布朗运动 在超显微镜下，观察到胶粒不断地作不规 布朗运动：在超显微镜下 在超显微镜下， 则的运动，称为布朗运动。 则的运动，称为布朗运动。这是由于介质分子热运动撞 击悬浮粒子的结果，其实质是热运动 热运动。 击悬浮粒子的结果，其实质是热运动。 布朗运动的公式（假定布朗运动与分子运动完全类似） 布朗运动的公式（假定布朗运动与分子运动完全类似）：
Kηv ζ＝ 4ε0 ε rE
η：介质粘度 ： v：粒子运动速率 E： 电势梯度 ： ： εr ：介质的相对介电常数 ε0：真空的绝对介电常数 球形粒子： ＝ 棒状粒子： ＝ 球形粒子：K＝6 棒状粒子： K＝4
六 胶体的稳定性 1 胶团结构 溶液滴加至KI溶液中形成的 溶液中形成的AgI溶胶为例。 溶胶为例。 以AgNO3溶液滴加至 溶液中形成的 溶胶为例 过量， 若 KI过量，固体微粒优先吸附与其自身有相同元素的离 过量 故溶胶的胶团结构可表示为: 子,即I-,故溶胶的胶团结构可表示为 即 故溶胶的胶团结构可表示为
x
2
＝2 D t
RT 1 D= L 6πηr
η —介质粘度 介质粘度
胶粒的摩尔质量M 胶粒的摩尔质量 ：
4 πr 3 M＝ ρL 3
(2) 渗透：用只允许溶剂分子通过，不允许溶质分子通过 渗透：用只允许溶剂分子通过， 的半透膜把分散体系(分子溶液或溶胶 与纯溶剂隔开时 的半透膜把分散体系 分子溶液或溶胶)与纯溶剂隔开时， 分子溶液或溶胶 与纯溶剂隔开时， 溶剂分子会透过半透膜向分散体系扩散，引起液面升高， 溶剂分子会透过半透膜向分散体系扩散，引起液面升高， 这种现象称为渗透。 这种现象称为渗透。
五 溶胶的电学性质 1 电动现象：由于胶粒是带电的 所以在电场作用下 或在 电动现象：由于胶粒是带电的, 所以在电场作用下, 外加压力、自身重力下流动、沉降时产生电动现象 电动现象， 外加压力、自身重力下流动、沉降时产生电动现象，表现出 溶胶粒子的运动与电性能之间的性质。 溶胶粒子的运动与电性能之间的性质。 电泳—在外加电场作用下 带电的分散相粒子在分散介质 电泳 在外加电场作用下,带电的分散相粒子在分散介质 在外加电场作用下 中向相反符号电极移动的现象。 中向相反符号电极移动的现象。 电渗—在外加电场作用下，分散介质(由过剩反离子所携带 由过剩反离子所携带) 电渗 在外加电场作用下，分散介质 由过剩反离子所携带 在外加电场作用下 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 此时带电的固相不动)。 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 。 流动电势—在外加压力下，迫使液体流经相对静止的固体表面 流动电势 在外加压力下， 在外加压力下 如多空膜）而产生的电势差叫流动电势 叫流动电势。 （如多空膜）而产生的电势差叫流动电势。 沉降电势—由于固体粒子或液滴在分散介质中沉降使液体的表 沉降电势 由于固体粒子或液滴在分散介质中沉降使液体的表 面层与底层之间产生的电势差叫沉降电势 叫沉降电势。 面层与底层之间产生的电势差叫沉降电势。
溶胶的制备与净化（了解） 二 溶胶的制备与净化（了解） 1 制备 (1) 分散法： 分散法： a 粉碎法 b 乳化法 (2) 凝聚法： 凝聚法： a 物理凝聚法: 物理凝聚法 蒸气凝聚法、改换溶剂法、 蒸气凝聚法、改换溶剂法、包膜法 b 化学凝聚法 2 净化 (1) 渗析法 (2) 超滤法 3 均匀胶体的制备 单分散胶体的制备 均匀胶体的制备(单分散胶体的制备 单分散胶体的制备)
(2) 溶胶的聚沉 1 电解质的聚沉作用 聚沉：溶胶分散度降低，分散相颗粒变大， 聚沉：溶胶分散度降低，分散相颗粒变大，最后从介质中 沉淀析出的现象。 沉淀析出的现象。 聚沉值： 聚沉值：使一定量溶胶在一定时间内完全聚沉时所需电解 质的最低浓度，以mol.L-1表示。常用来衡量不同电解质对 质的最低浓度， 表示。 溶胶的聚沉能力。聚沉值越小，聚沉能力越大。 溶胶的聚沉能力。聚沉值越小，聚沉能力越大。 反离子对溶胶的聚沉起主要作用，聚沉值与反离子价数有关： 反离子对溶胶的聚沉起主要作用，聚沉值与反离子价数有关： 聚沉值比例
2 溶胶粒子表面电荷的来源 (1) 电离作用 (2) 吸附作用 法金斯规则：溶胶粒子优先吸附与自身有相同成分的离子。 法金斯规则：溶胶粒子优先吸附与自身有相同成分的离子。 (3) 晶格取代 (4) 摩擦带电 3 双电层理论（阅读） 双电层理论（阅读） 4 电泳测定（了解） 电泳测定（了解） ζ电势：即电动电势，指的是从溶胶粒子滑动界面到溶 电势： 电势 即电动电势， 液内部电中性处的电势。 液内部电中性处的电势。
2 大分子化合物对溶胶的保护作用和敏化作用 a 保护作用： 在溶胶中加入足够数量的明胶、蛋白质 保护作用： 在溶胶中加入足够数量的明胶、 足够数量的明胶 等大分子化合物，因大分子吸附在胶粒表面上， 等大分子化合物，因大分子吸附在胶粒表面上，提高了 溶胶对分散介质的亲合力，增加了溶胶的稳定性， 溶胶对分散介质的亲合力，增加了溶胶的稳定性，即使 加入少量电解质也不至于引起聚沉。 加入少量电解质也不至于引起聚沉。 b 敏化作用：如果在溶胶中加入的大分子化合物的量 敏化作用：如果在溶胶中加入的大分子化合物的量 很少，不足以将胶粒表面完全覆盖， 很少，不足以将胶粒表面完全覆盖，则不仅起不到保护 作用，反而会降低溶胶的稳定性，甚至发生聚沉。 作用，反而会降低溶胶的稳定性，甚至发生聚沉。
a 气溶胶 － 气(分散相 － g、l、s(分散介质 分散相) 分散介质) 分散相 、 、 分散介质 b 液溶胶 － 液(分散相 － g、l、s(分散介质 分散相) 分散介质) 分散相 、 、 分散介质 c 固溶胶 － 固(分散相 － g、l、s(分散介质 分散相) 分散介质) 分散相 、 、 分散介质 (3) 按分散相和分散介质间亲和力不同 a憎液胶体： 难溶物质分散在介质中，粒子由很大数目分 憎液胶体： 难溶物质分散在介质中， 憎液胶体 (溶胶 溶胶) 溶胶 子构成，该体系有很大的相界面， 子构成，该体系有很大的相界面，属于热力 学不稳定体系。 学不稳定体系。 b亲液胶体： 大分子化合物的真溶液，不存在相界面，属 亲液胶体： 大分子化合物的真溶液，不存在相界面， 亲液胶体 (大分子溶液 于热力学稳定体系。 大分子溶液) 于热力学稳定体系。 大分子溶液 3 胶体的基本特性 a 分散性 b 多相性 c 聚集不稳定性
(AgI)m . nI . (n-x)K+ x-
. xK+ 扩散 层
胶核
吸附层 带 胶粒 (带电)
中 胶团 (中性)
2 溶胶的稳定性与聚沉 (1) 溶胶的稳定性 a 动力学稳定性：溶胶粒子具有强烈的布朗运动，以致胶 动力学稳定性：溶胶粒子具有强烈的布朗运动， 粒不因重力作用下沉。 粒不因重力作用下沉。 影响溶胶动力学稳定性的因素有分散度、介质粘度等 影响溶胶动力学稳定性的因素有分散度、介质粘度等。 分散度 b 胶粒带电的稳定作用 胶粒具有足够大的ζ电势是溶胶稳定的主要原因。 胶粒具有足够大的 电势是溶胶稳定的主要原因。 电势是溶胶稳定的主要原因 c 溶剂化的稳定作用 溶胶稳定存在的原因： 溶胶的动力学稳定性 溶胶稳定存在的原因： 胶粒带电产生的静电斥力 离子溶剂化引起的机械阻力
=M+、M2+、M3+
（舒尔茨－哈迪规则） 舒尔茨－哈迪规则）
a 反离子的大小 感胶离子序： 感胶离子序： 聚沉能力： 聚沉能力：一价正电反离子 H+>Cs+>Rb+>NH4+>K+>Na+>Li+ 一价负电反离子 F->IO3->H2PO4->BrO3->Cl->ClO3->Br-> I- > CNSb 同号离子的影响 同号离子可以降低反离子的聚沉能力， 同号离子可以降低反离子的聚沉能力，规律是同号离 子的价数越高或离子越大，它对溶胶的稳定性越显著。 子的价数越高或离子越大，它对溶胶的稳定性越显著。 c 不规则聚沉 不规则聚沉是溶胶粒子对高价反离子强烈吸附的结果。 不规则聚沉是溶胶粒子对高价反离子强烈吸附的结果。 d 相互聚沉现象 将两种带相反电荷的溶胶相互混合时会发生聚沉， 将两种带相反电荷的溶胶相互混合时会发生聚沉，这 种现象称为相互聚沉现象， 种现象称为相互聚沉现象，电菏全部中和时聚沉最完全
p1 p0
渗透压： 渗透压：膜两侧溶剂分子的渗透速 (p -p )称分散体 率相等时的压力差 ( 1- 0)称分散体 系的渗透压， 表示。 系的渗透压，用π表示。 表示
分散体系 纯溶 剂
半透 膜
范霍夫公式： ＝ 范霍夫公式： π＝cRT c＝ nB/V , 体积摩尔浓度 ＝
渗透 现象 示意图
(适用于稀溶液 适用于稀溶液)ห้องสมุดไป่ตู้适用于稀溶液
第八章 胶体
[教学基本要求 教学基本要求] 教学基本要求 1:熟悉溶胶的光学性质和动力学性质 熟悉溶胶的光学性质和动力学性质. 熟悉溶胶的光学性质和动力学性质 2:掌握电学性质 溶胶体系的稳定性 掌握电学性质,溶胶体系的稳定性 掌握电学性质 溶胶体系的稳定性. [重点 1:溶胶的动力学性质 布朗运动、扩散 重点] 溶胶的动力学性质:布朗运动 重点 溶胶的动力学性质 布朗运动、扩散. 2:电泳和电渗 溶胶的稳定性和聚沉 电泳和电渗;溶胶的稳定性和聚沉 电泳和电渗 溶胶的稳定性和聚沉. [难点与关键 难点与关键] 难点与关键 1:对溶胶的动力学稳定性和聚结不稳定性的理解。 对溶胶的动力学稳定性和聚结不稳定性的理解。 对溶胶的动力学稳定性和聚结不稳定性的理解 2:溶胶的带电原因及胶团结构的表示。 溶胶的带电原因及胶团结构的表示。 溶胶的带电原因及胶团结构的表示 [教法 教法] 教法 1：讲授法 主意启发式教学法的应用。 ：讲授法——主意启发式教学法的应用。 主意启发式教学法的应用 2：结构分析法 ：结构分析法——紧扣胶团的结构特征来表示出各种具体的 紧扣胶团的结构特征来表示出各种具体的 胶团结构。 胶团结构。
x=
RT L
t 3πηr
(假定胶体粒子是球形 假定胶体粒子是球形) 假定胶体粒子是球形
x：t时间内粒子在 轴方向的平均位移。 ： 时间内粒子在 轴方向的平均位移。 时间内粒子在x轴方向的平均位移 r：离子半径 ： η：介质粘度 ：
了解） 2 扩散与渗透现象 （了解） (1) 扩散 溶胶粒子在介质中因热运动由高浓度区自发地 扩散：溶胶粒子在介质中因热运动由高浓度区自发地 向低浓度区迁移的现象称为扩散 称为扩散。 向低浓度区迁移的现象称为扩散。 扩散遵从费克扩散第一定律： 扩散遵从费克扩散第一定律： dn -DA dc = dx dt dn—扩散量； A —扩散面积； 扩散量； 扩散面积； 扩散量 扩散面积 dc/dx —浓度梯度； dt —扩散时间 浓度梯度； 浓度梯度 扩散时间 扩散系数可用下式表示： 扩散系数可用下式表示： D —扩散系数 扩散系数
四 溶胶的光学性质 1 丁达尔现象：在暗室内用一束光线照射溶胶时，在侧 丁达尔现象：在暗室内用一束光线照射溶胶时， 面可以看到一个发亮的光柱，此现象称为丁达尔现象。 面可以看到一个发亮的光柱，此现象称为丁达尔现象。 丁达尔效应的实质是溶胶粒子对光的散射作用 散射 丁达尔效应的实质是溶胶粒子对光的散射作用(散射 溶胶粒子对光的散射作用 是指除入射光方向外,四面八方都能看到发光的现象 四面八方都能看到发光的现象)， 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。 它是溶胶的重要性质之一。 2 雷利公式 3 光的吸收 阅读） （阅读） 4 粒子大小的测定