第十章 胶体

10.3.1电泳和电渗 胶粒带电的原因 （1）吸附离子形成紧密层 （2）同晶置换：晶型不变，晶格中的某些离子 被离子取代。 如粘土微粒中的Al3+被Mg2+取代，粘土微粒负电 荷过剩，带负电。 （3）离解 蛋白质高分子溶液中，碱性强时，产生羧酸根COO-,带负电；酸性强时，产生-NH3+带正电。在等 电点，蛋白质分子净电荷为零，不电泳。
( AgI ) m ⋅ nAg ⋅ ( n − x)NO ⋅ xNO3 + 3 x+
离子之间有无圆点，各教材不统一，有圆点清楚一些。
10.1胶体分散系统概述 10.1胶体分散系统概述
过量的物质通常称为稳定剂。 从表面能的角度看，胶粒表面能很高，有互相结 合减少表面积的趋势，所以溶胶是热力学不稳定系统。 从电学的角度看，胶粒带同种电荷，互相排斥，有一 定稳定性。 10.1.4溶胶的净化 凝聚法制取的溶胶中常含有多余电解质，这些电 解质中的离子可中和胶粒的电荷，导致胶体沉淀。如 水解法得到的氢氧化铁胶体，含有盐酸，氯离子易中 和胶体的正电荷。硝酸银和碘化钾反应，碘化钾过量 时，得到的碘化银胶粒带负电，过剩碘化钾中的钾离 子会中和胶粒电荷。
10.1胶体分散系统概述 10.1胶体分散系统概述
10.1.3胶团的结构 用氯化铁水解制取的氢氧化铁胶团结构
紧密层 扩散层
-
{[Fe(OH)3 ]m ⋅ nFeO
胶核 胶粒
+
⋅ (n − x)Cl
}
x+
⋅xCl-
胶团
FeO+为稳定剂。 关于胶核有不同说法，南大教材观点如上图，天 大教材等认为FeO+也属于胶核。
毛细管电泳仪
电泳的应用: 浓缩天然橡胶的乳液，将橡胶镀在金 属、布匹或木材上，电泳涂漆、精炼陶土、石油原 油的破乳及不同蛋白质的分离等 10.3.2 双电层和动电电势
把胶粒放大，研究其电荷结构。 目前流行的胶粒模型有古依—查普曼模型和斯特恩 模型
10.3.2 双电层和动电电势
古依-查普曼模型： 胶体移动时，只 带紧密层，不带扩散 层。 热力学电势差φ0： 固体表面与溶液本体 ϕ 0 的电势差。 动电电势ζ：紧 ζ 密层与溶液本体的电 势差。 ζ<φ0
10.3溶胶的电学性质 10.3溶胶的电学性质
板上电泳 如果将凝胶铺在玻板上进行的电泳称为平板电泳。
10.3.1 电泳
显微电泳仪 该方法简单、快速，胶体用量少，可以在胶粒所 处的环境中直接观察和测定电泳速度和电动电势。 装置中用的是铂黑 电极，样品放在作为观 察管的玻璃毛细管内， 电泳池是封闭的。 用显微镜直接观察 胶粒，这个方法只能观 察200 nm以上的胶粒。
10.1胶体分散系统概述 10.1胶体分散系统概述
憎液溶胶是胶体研究的主要内容，它是由难溶 物质分散在水中形成的，如氢氧化铁胶体等。 半径为1 ~100 nm的难溶物固体粒子保持了原有 的性质，分散在液体介质中，有很大的相界面，易 聚沉，是热力学上的不稳定系统。 一旦将介质蒸发，再加入介质就无法再形成溶 胶，是 一个不可逆系统。
水 蛋白质
水 空气
10.1胶体分散系统概述 10.1胶体分散系统概述
按胶体分散系统的性质分： （1）憎液溶胶 氢氧化铁胶体等，三硫化二锑胶体等。分散相以多 分子（原子）组成固态，有界面，不稳定，溶剂蒸发 变为沉淀，加溶剂，不能恢复胶体。 （2）亲液溶胶 蛋白质溶液等，蛋白质以分子形式分散，仅大小与 胶体相似，稳定，溶剂蒸发后，得到大分子沉淀，加 水，恢复为溶胶。 （3）缔合溶胶 表面活性剂胶束的溶液，或由缔合表面活性剂保护 的均匀分散的微小液滴。
c的单位：mol ⋅ m-3
10.2溶胶的动力和光学性质 10.2溶胶的动力和光学性质
3．沉降与沉降平衡 重力使溶胶离子沉降，布朗运动阻止沉降，沉降 平衡时下面浓度大，较重的离子浓度随高度变化大。 10.2.2光学性质 1.丁铎尔效应 丁铎尔效应产生的原因：光的散射。
10.2溶胶的动力和光学性质 10.2溶胶的动力和光学性质
10.1胶体分散系统概述 10.1胶体分散系统概述
用吐酒石和硫化氢制取的硫化锑胶团结构
( Sb 2S3 )m ⋅ nHS ⋅ (n − x)H ⋅ xH +
+ x−
硝酸银与碘化钾反应，碘化钾过量时形成的碘化 银胶团结构 + x− ( AgI )m ⋅ nI ⋅ (n − x)K ⋅ xK + 硝酸银与碘化钾反应，硝酸银过量时形成的碘化 银胶团结构
10.3溶胶的电学性质 10.3溶胶的电学性质
电动现象分两类 （1）因电而动：电泳和电渗 胶粒和介质所带电荷相反，在外电场作用下， 分别向两极移动。 （2）因动而产生电：沉降电势和流动电势 沉降电势：胶粒沉降产生的电势差。 流动电势：介质定向流动产生的电势差。
10.3溶胶的电学性质 10.3溶胶的电学性质
1
B
x
斯特恩模型解释了ζ电势随电解质浓度变化的现象，如果外加 电解质的异电性离子价数很高，或固体对它的吸附能力很强，ζ 电势可能变号。
休克尔电泳速率公式
电泳速率
ζε E u= 6πη
10.3.3
电渗
在外加电场作用下，带电的介质通过多孔膜定向移 动，这种现象称为电渗。 电渗的特点是胶粒几乎不动，介质移动。 外加较多电解质， 可使ζ电势改变，电渗 速率降低，更多的电解 质则可能使ζ电势变号， 介质所带电荷也变号， 电渗方向改变。
按分散介质状态分： 按分散介质状态分：
分散介质状态 溶胶名称 液态 液溶胶 分散相状 态 气 液 固 气 液 固 液 固 实例 泡沫 牛奶、石油原油 油漆、金溶胶等 泡沫塑料、沸石 珍珠、某些宝石, 有色玻璃，某些 合金 雾、某些云 青烟、尘
固态
固溶胶
气态
气溶胶
牛奶
云 珍珠
分散质：乳脂 分散剂： 水
10.1胶体分散系统概述 10.1胶体分散系统概述
电超过滤法净化胶体示意图
10.2溶胶的动力和光学性质 10.2溶胶的动力和光学性质
10.2.1动力性质 1．布朗运动 胶粒受到水分子撞击，发生无规则运动。粒 子越小，运动越激烈。 普通显微镜分辨率为200纳米，胶粒为100纳 米左右，胶粒的布朗运动不能用普通显微镜，要 用超显微镜观察。
10.1胶体分散系统概述 10.1胶体分散系统概述
1.渗析法 分为普通渗析和电渗析。用半透膜除去多余的 小离子或分子。 2．超过滤法 用半透膜代替滤纸，加压或减压，加快过滤 （渗析）速度。 也可把电渗析和超过滤合并在一套仪器中，称 为电超过滤。
H2O
H 2O
溶胶
渗析法净化胶体示意图
电渗析法净化胶体示意图
丁铎尔现象示意图
10.2溶胶的动力和光学性质 10.2溶胶的动力和光学性质
自然界中的丁铎尔现象
10.2溶胶的动力和光学性质 10.2溶胶的动力和光学性质
10.2溶胶的动力和光学性质 10.2溶胶的动力和光学性质
（1）当光束通过粗分散系统，由于粒子大于入 射光的波长，主要发生反射，系统呈现混浊。 （2）当光束通过憎液溶胶时，由于胶粒直径 远小于可见光的波长，主要发生散射，可以看见 乳白色的光柱。 （3）当光束通过分子溶液时，由于溶液十分均匀， 散射光因相互干涉而完全抵消，看不见散射光。
10.2溶胶的动力和光学性质 10.2溶胶的动力和光学性质
球形粒子布朗运动位移公式
< x >= RT t L 3πη r
由上式可以看出温度越高，时间t越长，<x>越大。粒 子半径r越大，介质粘度η越大，<x>越小。
10.2溶胶的动力和光学性质 10.2溶胶的动力和光学性质
普通显微镜示意图
超显微镜示意图
凝胶电泳
10.3溶胶的电学性质 10.3溶胶的电学性质
用淀粉凝胶、琼胶或聚丙烯酰胺 等凝胶作为载体，则称为凝胶电泳。 将凝胶装在玻管中，滴入样品, 电泳后各组分在管中形成圆盘状。 凝胶电泳的分辨率极高。例如， 纸上电泳只能将血清分成五个组分， 而用聚丙烯酰胺凝胶作的圆盘电泳 可将血清分成25个组分。
源自文库
10.3溶胶的电学性质 10.3溶胶的电学性质
区带电泳——纸上电泳 用滤纸作为支持物 的电泳称为纸上电泳 先将一厚滤纸条在 一定pH的缓冲溶液中浸 泡，取出后两端夹上电 极，在滤纸中央滴少量 待测溶胶 电泳速度不同的各组分即以不同速度沿纸条运动
区带电泳——纸上电泳 经一段时间后，在纸 条上形成距起点不同距离 的区带，区带数等于样品 中的组分数。 将该滤纸干燥后再浸入染料液中，由于各不 同组分对染料的选择吸附不同而显示不同的颜色， 从而可以区分不同的组分。 纸上电泳的分离能力不是很强，只能将人体血 清或血浆分成5个组分。
10.3溶胶的电学性质 10.3溶胶的电学性质
界面移动电泳仪示意图
10.3溶胶的电学性质 10.3溶胶的电学性质
区带电泳 将惰性的固体或凝胶作为支持物，两端接正、 负电极，在其上面进行电泳，从而将电泳速度不同 的各组成分离。 区带电泳实验简便、易行，样品用量少，分离 效率高，是分析和分离蛋白质等的生物胶体的基本 方法。 常用的区带电泳有：纸上电泳，圆盘电泳和板上 电泳等。
10.2溶胶的动力和光学性质 10.2溶胶的动力和光学性质
3.瑞利散射定律 (1)入射光波长越短越易被散射，即蓝光和紫光 易被散射，红光和黄光不易被散射。 (2)分散相与介质的折射率相差越大，越易散射。 即，憎液溶胶易散射，亲液溶胶不易散射。 (3)粒子浓度越大越易散射。
瑞利公式
I=K
nV
λ4
10.2溶胶的动力和光学性质 10.2溶胶的动力和光学性质
胶体磨 原理图
胶体磨实物图
10.1胶体分散系统概述 10.1胶体分散系统概述
在水中加入少量NaOH 作 为稳定剂。 将金属制成电极，在电极 间形成电弧。使金属蒸发， 被分散。 金属蒸被水冷却而凝聚为胶粒。
10.1胶体分散系统概述 10.1胶体分散系统概述
2．凝聚法
化学凝聚法 在化学反应中，使初生的难溶物形成胶体。 如水解法制备氢氧化铁胶体。 物理凝聚法 蒸气凝聚法：例如，将汞蒸气通入冷水中， 可获得汞的水溶胶 更换溶剂法 ：例如, 松香易溶于乙醇而难溶于 水，将松香的乙醇溶液滴入水中可制备松香的 水溶胶 。
101.2憎液溶胶的制备 分散法：将粗分散系统离子分散成胶体。 凝聚法：将分子或离子凝聚成胶体。 1.分散法 胶体磨 喷射法：2个喷嘴，一个喷高压空气，另一个 喷高压物料，二者以超音速碰撞，物料被粉碎成胶 粒大小。 电弧法：用来制备金属溶胶，贵金属在电弧作用 下气化，冷却为胶粒。
10.1胶体分散系统概述 10.1胶体分散系统概述
第10章胶体分散系统 10章胶体分散系统
英国人发明的防弹凝胶，能在子弹来袭时突然变 硬，降低子弹冲击力的一半以上。
10.1胶体分散系统概述 10.1胶体分散系统概述
10.1.1分散系统的分类 粒径的一般规定：球形或类球形指直径，俗称 纳米粒子或超细粒子；片状指厚度，俗称纳米膜； 线状指线径或管径，俗称纳米线或纳米管。 按分散质粒子大小分： 小于1nm，分子分散系统。 一般为1~100nm之间，广义为1~1000nm，胶体。 大于1000nm，粗分散系统。
A + + + + + + + + + + + 紧密B 扩散 + 层 层
x
该模型无法解释ζ电势受外加电解质影响的现象。
10.3.2 双电层和动电电势
斯特恩模型： 紧密层的离子会发 生溶剂化，胶粒移动 时，带着紧密层和溶 ϕ 剂化层，不带扩散层。 动电电势ζ：溶剂 ϕ 0 化层与溶液本体的电 势差。 ζ 斯特恩动电电势小 于古依-查普曼动电 电势。 + + + + + + + + + A
10.2溶胶的动力和光学性质 10.2溶胶的动力和光学性质
2.扩散和渗透压 < x >= 2 Dt 球形粒子 D为扩散系数，物理意义是：在单位时间内、单 位浓度梯度下通过单位截面积的物质的质量。 由上式可根据实验数据x,t，求出D。
RT 1 D= L 6πη r
由上式可求胶粒半径。
渗透压 Π = cRT
其中，n为体积粒子数，V为每个胶粒的体积，K 是与折射率有关的数值。 白光通过憎液溶胶，蓝光、紫光被散射，留下红 光和黄光，在入射光侧面看到的是散射光，以蓝紫 色为主，对着入射光看到的以红黄色为主。空气具 有溶胶性质，早晨，迎着日光看，朝霞红黄色为主， 头顶的天空蓝色为主。红光不易被散射，可用作信 号灯光。