基础化学第九章 胶体分散系

氢氧化铁、硫化砷、碘 化银及金、银、 硫等单质溶胶
1~100 nm （10-9~ 10-7m）
胶 体 分 散 系
高分子溶液
高分子
均相；热力学稳定系统；分散相粒子 扩散慢，能透过滤纸，不能透 过半透膜，形成溶液
蛋白质、核酸等水溶液， 橡胶的苯溶液
缔合胶体
胶束
均相；热力学稳定系统；分散相粒子 扩散慢，能透过滤纸，不能透 过半透膜，形成胶囊溶液
A 4 r 2 3 A0 V 4 r3 r 3
多孔性固体
A A0 m
二、表面活性剂
（一）溶液表面上的吸附
表面活性物质
（二）表面活性剂
结构特点：具有两亲性
胶束 缔合胶体
临界胶束浓度（CMC） 增溶
三、乳化作用 乳状液 类型： 水包油 O/W 油包水 W/O
第三节
溶
胶
一、溶胶的基本性质
溶胶的净化
在制备溶胶的过程中，常生成一些多余的电解质， 如制备 Fe(OH)3溶胶时生成的HCl。
少量电解质可以作为溶胶的稳定剂，但是过多的电
解质存在会使溶胶不稳定，容易聚沉，所以必须除去。 净化的方法主要有渗析法和超过滤法。
第四节
高分子化合物溶液与溶胶
一、高分子化合物的结构特点与稳定性 二、高分子化合物对溶胶的保护作用 三、高分子溶液的渗透压和膜平衡 四、凝胶
高分子长链可同时吸附两个或更多个胶粒，把胶
粒聚集在一起而产生沉淀。
在溶胶中加入一定量的高分子，能显著地
提高溶胶的稳定性，这种现象称为高分子对溶 胶的保护作用。 产生保护作用的原因是高分子吸附在胶粒 的表面上，包围住胶粒，形成了一层高分子保 护膜，阻止了胶粒之间及胶粒与电解质离子之 间的直接接触，从而增加了溶胶的稳定性。
• 概念： • 高分子（化合物）：分子直径1~100nm， 相对分子质量在10000以上的化合物。如 蛋白质、核酸等。 • 高分子溶液的特征：分散相粒子能自动 分散到分散介质中形成溶液，分散相与 分散介质之间没有界面，是一个单相分 散系，体系稳定。
一、高分子溶液的盐析
加入少量电解质就可以使溶胶产生聚 沉，但要使高分子化合物从溶液中沉淀析 出必须加入大量的电解质。
自动地从浓度较高处移向浓度较低处，这种现
象称为扩散。在生物体内，扩散是物质输送或 物质分子通过细胞膜的推动力之一。
溶胶在放置过程中，密度大于分散介质的 胶粒，在重力作用下要沉降下来；
另一方面由于胶粒的 Brown 运动引起的 扩散作用又力图促使浓度均一。
当上述两种方向相反的作用达到平衡时， 越靠近容器的底部，单位体积溶液中的胶粒的 数目越多；越靠近容器的上方，单位体积溶胶 中的胶粒的数目越少，形成了一定的浓度梯度， 这种现象称为沉降平衡。
（3）溶剂化作用：溶胶的吸附层和扩散层 的离子都是水化的（如为非水溶剂，则是溶 剂化的），在水化膜保护下，胶粒较难因碰 撞聚集变大而聚沉。水化膜越厚，胶粒就越 稳定。
(二）溶胶的聚沉
• 1．电解质对溶胶的聚沉作用 在溶胶中加入易溶强电解质，将使 更多的反离子进入吸附层，减少了胶粒 所带电荷，使水化膜变薄，使胶粒的 Brown 运动足以克服胶粒之间的静电斥 力，导致胶粒在相互碰撞时可能聚集合 并变大，最终从溶胶中聚沉下来。
三、高分子溶液的渗透压和膜平衡
聚电解质：是指在水溶液中能以离 子形式存在的高分子化合物． 聚电解质 NazP 按下式解离：
NazP
=
zNa+ + Pz-
其中Pz-称为聚离子，不能通过半透膜。 而Na+ 则可以通过半透膜。
当达到渗透平衡时： V内= V外 ceq(Na+)内·eq(Cl-)内=ceq(Na+)外·eq(Cl-)外 c c 即 2 c2 (zc1+c3 )c3=(c2-c3 )2 c3=
zc1 2c2
（１）若c2＜＜ zc1，
2 c2 c3= ≈０ zc1 2c2
（２）若c2＞＞ zc1，
c c 3= ≈c2 /2 zc1 2c2
2 2
（3）若c2 = zc1，
2 c2 c3= ≈c2 / 3 zc1 2c2
• Donnan平衡：因聚电解质离子的存在而 引起电解质离子在膜两侧达平衡后分布 不均匀的现象称为Donnan平衡，也叫膜 平衡．
H 2SiO3 SiO +2H +
2_ 3
胶团的结构
AgI 溶胶的胶团结构示意图：1.KI过量 2.AgNO3过量
溶胶的胶团结构也常用结构简式表示，如 AgI 负 溶胶的结构简式表示为： [(AgI)m.nI-.(n-x)K+]x-.xK+
[(AgI)m ·nI- · (n-x)K+]x- · + xK
•
例:将0.01 mol/L AgNO3溶液 0.10mol/L KI溶液等体积混合制备AgI溶胶，下列 电解质中对该溶胶聚沉能力最强的是( )
•
• •
A. K2SO4
C. MgCl2
B. Al(NO3)3
D. NaCl
（2）带相同电荷的离子的聚沉能力虽 然接近，但也略有不同。对负溶胶来说， 其聚沉能力的相对大小为： Cs+＞Rb+＞K+＞Na+＞Li+ 对正溶胶来说，其聚沉能力的相对大小 为： Cl-＞Br-＞NO3-＞I-
超过一定浓度的十二烷 基硫酸钠溶液
>100 nm （10-7m）
粗分散系（乳状液、悬 浮液）
粗粒子
非均相；热力学不稳定系统；分散相 粒子不能透过滤纸和半透膜
பைடு நூலகம்
乳汁、泥浆等
小分子分散系 真溶液 <1nm 根 据 分 散 相 粒 子 直 径
离子分散系 溶胶
胶体分散系 1~100nm
高分子溶液 缔合胶体 悬浊液
分散相 粒子大小
分散系统类型
分散相粒 子的组成
一般性质
实
例
<1 nm （10-9m）
分子分散系（真溶液）
小分子或离子
均相；热力学稳定系统；分散相粒子 扩散快，能透过滤纸和某些半 透膜，形成真溶液
NaCl、NaOH C6H12O6 等水溶液
溶胶
胶粒（分子、离 子、原子的 聚集体）
非均相；热力学不稳定系统；分散相 粒子扩散慢，能透过滤纸，不 能透过半透膜
粗分散系 >100nm
乳状液
第二节 表面现象
一、表面积与表面Gibbs自由能 （一）表面Gibbs自由能
G表 A
减小表面能的途径： 1. 减小表面积 2. 减小表面张力（吸附）
（二）表面积和比表面
A A0 V
立方体的比表面
A 6l 2 6 A0 3 V l l
球形的比表面
胶核
吸附离子 反离子 吸附层 胶粒 胶团
反离子 扩散层
3. 电动电势（ξ电势） ξ电势是滑动面与均匀液相之间的电势差 。
二、溶胶的稳定性与聚沉 （一）溶胶的稳定性
溶胶具有一定的稳定性，其原因如下： （1）Brown 运动：溶胶的胶粒的直径很小， Brown 运动剧烈，能克服重力引起的沉降作用。 （2）胶粒带电：同一种溶胶的胶粒带有相 同电荷，当彼此接近时，由于静电作用相互排 斥而分开。胶粒荷电量越多，胶粒之间静电斥 力就越大，溶胶就越稳定。胶粒带电是大多数 溶胶能稳定存在的主要原因。
二、高分子化合物对溶胶的保护作用 在溶胶中加入少量的可溶性高分子，可导致 溶胶迅速生成棉絮状沉淀，这种现象称为高分子
对溶胶的絮凝作用。
高分子的絮凝作用与电解质的聚沉作用不同， 电解质的聚沉作用是由于反离子挤入吸附层，减 少或中和了胶粒所带的电荷所引起的；而高分子 的絮凝作用是由于高分子溶液浓度较低时，一个
二、溶胶的稳定性与聚沉
一、 溶胶的性质
(一）溶胶的光学性质
1．Tyndall 现象
1869 年，英国物理学家 Tyndall发现： 在暗室中让一束会聚的光通过溶胶，在与光束 垂直的方向上可以看到一个圆锥形光柱，这种 现象就称为 Tyndall 现象。溶胶的分散相粒子 的直径在1~100 nm之间，略小于可见光的波长 （400~760 nm)，因此当光通过溶胶时发生明显 的散射作用，产生 Tyndall 现象。
通常把高分子在电解质作用下从溶液中 沉淀析出称为高分子的盐析。
盐析的主要原因是去溶剂化作用。
高分子的稳定性主要来自高度的水化作 用，当加入大量电解质时，除中和高分子 所带电荷外，更重要的是电解质离子发生 强烈地水化作用，使原来高度水化的高分 子去水化，使其失去稳定性而沉淀析出。
• 在实际应用中，利用盐析作用可分离天 然蛋白质 • 常用电解质为:(NH4)2SO4，其优点是： • （1）溶解度大 • （2）温和的试剂 • 除电解质外，象丙酮、乙醇等和水有强 烈作用的有机溶剂也可使蛋白质沉淀。
（二）溶胶的动力学性质
1. Brown 运动 溶胶的分散相粒子在分散介质中不停地 做不规则的折线运动，这种运动称为 Brown 运动。
胶粒的 Brown 运动是由于胶粒受到 处于不停运动的分散介质分子撞击， 其 合力不为零而引起的。
2. 扩散与沉降平衡
溶胶的分散相粒子由于 Brown 运动，能
B.
FeCl3 （稀）+3H2O （热）→ Fe(OH)3 （溶胶）+3HCl
2. 物理凝聚法
• 利用适当的物理过程，使待分散的物质 凝聚成胶体粒子大小的颗粒。 • 常采用的物理方法有：蒸气骤冷、更换 溶剂等方法。 • 如：将汞蒸气通入冷水中得到颗粒极小 的汞的水溶胶，将松香的酒精溶液滴入 水中形成松香的水溶胶。
第九章 胶体分散系
第一节 分散系概述
一、分散系的分类
相和界面 相：体系中物理和化学性质完全相同的 部分称为相。 • 比如：水，水蒸汽，冰各为一相。 • 界面：两相接触时的分界面称为界面。 • 比如：气-液、气-固、液-固界面。另外 还有液-液、固-固界面。
一、基本概念
分散系 一种或几种物质分散在另一种物质中所形成的 系统称为分散系统，简称分散系。 分散相 分散系中被分散的物质称为分散相。 分散介质 分散系中容纳分散相的物质称为分散介质。 按分散相粒子的直径的大小，分散系可分为粗 分散系、胶体分散系和分子分散系。
（三）溶胶的电学性质
1．电泳和电渗 在电场作用下，胶粒 质点在分散介质中的定向 移动称为电泳 。
2．溶胶的双电层结构
（1）胶核的选择吸附：胶核的比表面很大， 很容易吸附溶液中的离子。实验表明，与胶粒 具有相同组成的离子优先被吸附。 （2）胶粒表面分子的解离：胶粒与溶液中 的分散介质接触时，表面分子发生解离，有一 种离子进入溶液，而使胶粒带电。例如，硅酸 溶胶的胶粒是由很多 x SiO2· H2O 分子组成， y 的表面上的 H2SiO3 分子在水分子作用下发生 解离：
溶胶的制备--研磨法
• 研磨法是机械粉碎的方法, 适用于脆而易 碎的物质。 • 主要的机械是胶体磨。胶体磨有两个十分 坚硬的磨盘，相互以10,000～20,000r/min 的转速方向运动，分散相在磨盘的间隙中 受到强大的剪切力而粉碎，并达到胶体颗 粒的粒径范围。 • 若分散相为柔韧性的物质，在粉碎前应进 行硬化处理，如用液态空气浸泡，硬化之 后再粉碎。
通常用聚沉值来比较各种电解质对 某一溶胶的聚沉能力。聚沉值是使一定 量溶胶在一定时间内完全聚沉所需电解 质溶液的最低浓度。
电解质对溶胶的聚沉规律为： （1）电解质对溶胶的聚沉作用，主要 是由与胶粒带相反电荷的离子（反离子） 引起的。反离子所带电荷越多，其聚沉能 力越大，聚沉值就越小。例：聚沉负溶胶 时，下列电解质的聚沉能力次序为： AlCl3>MgCl2>NaCl
溶胶的制备--凝聚法 1. 化学凝聚法
通过各种化学反应使生成物呈过饱和状态，使初 生成的难溶物微粒结合成胶粒，在少量稳定剂存在下 形成溶胶，这种稳定剂一般是某一过量的反应物。 例如： A. 复分解反应制硫化砷溶胶 2H3AsO3（稀）+ 3H2S →As2S3（溶胶）+6H2O
水解反应制氢氧化铁溶胶
• 2．溶胶的相互聚沉作用 • 将胶粒带相反电荷的两种溶胶混合， 也会产生聚沉现象。与电解质的聚沉作 用不同的是，只有当两种溶胶的胶粒所 带电荷完全中和时，才会完全聚沉；否 则，可能聚沉不完全，甚至不聚沉。
四、
溶胶的制备
溶胶的制备与净化
溶胶的净化 （1）渗析法 （2）超过滤法
（1）分散法 1.研磨法 2.胶溶法 3.超声波分散法 4.电弧法 （2）凝聚法 1.化学凝聚法 2.物理凝聚法