基础化学课件-05胶体

第二节 溶胶
4. 溶胶的聚沉
(1)电解质作用—— 加电解质，迫使反 离子更多进入吸附 层，扩散层变薄， 稳定性下降。
上：Cl-离子围绕 Fe(OH)3胶粒
下：PO43-离子围绕 Fe(OH)3胶粒
第二节 溶胶
4. 溶胶的聚沉
① 临界聚沉浓度：一定量溶胶在一定时间内发生聚沉所需 电解质的最小浓度
第一节 胶体分散系
分散系 一种或几种物质以较小的颗粒分散 在另一种物质中所形成的体系。
分散相 叫分散质。
分散系中被分散的物质，又
分散介质 分散其他物质的物质，也叫 分散剂。
气体、液体、固体。
分散系 均匀体系、不均匀体系。
第一节 胶体分散系
相 phase ：指体系中物理性质和化学性质完全相 同 的均匀部分
界面interface ：相与相之间的接触面
依据不同的分类原则可以对分散系进行分类。
分散系
均匀的--NaOH溶液 非均匀的--泥浆
按分散相粒子大小分为三类：粗分散系、胶体分散系及 分子分散系（溶液）。
溶液 是一种或多种物质以分子、原子、或离子状态
分散于另一种物质中所构成的均匀而稳定的体系，又称分子 溶液或真溶液，如蔗糖分散于水中形成的糖水，白酒等。
第五章 胶体 Colloid
内容提要
1. 胶体分散系 ① 胶体分散系的制备 ② 胶体分散系的表面特性
2. 溶胶 ① 溶胶的基本性质 ② 胶团结构及溶胶的稳定性 ③ 气溶胶
内容提要
3. 高分子溶液 ① 高分子化合物的结构特点及其溶液的形成 ② 聚电解质溶液 ③ 高分子溶液稳定性的破坏 ④ 高分子溶液的渗透压和膜平衡 ⑤ 凝胶
第一节 胶体分散系
表面能
液体有自动缩小表面积的趋势。小的液滴聚集 变大，可以缩小表面积，降低表面能。表面积 减小过程是自发过程。
这个结论对固体物质同样适用。高度分散的溶 胶比表面大，所以表面能也大，它们有自动聚 积成大颗粒而减少表面积的趋势，称为聚结不 稳定性。
第二节 溶胶
一． 溶胶的基本性质
4. 表面活性剂和乳状液 ① 表面活性剂 ② 缔合胶体 ③ 乳状液
教学基本要求
1. 掌握溶胶的基本性质；胶团结构及表示式；溶胶的稳定性 因素及聚沉作用。
2. 熟悉胶体分散系的特点；高分子溶液的稳定性与破坏条件； 表面活性剂的结构特点及其在溶液中的状态。
3. 了解胶体分散系、分散度的概念、胶体的制备方法；高分 子溶液与溶胶的区别、高分子溶液的形成特点 ；两种类型 的乳状液、乳化作用。
{[Fe(OH)3]m·nFeO+·(n-x)Cl-}x+·xCl-
胶核
吸附层 扩散层
胶粒
胶团
第二节 溶胶
2. 胶粒的双电层结构
胶核表面因荷电而结合水，吸附的反离子也水 合，给胶粒覆盖了一层水合膜。
胶粒运动时水合膜层以及膜层内的反离子一起 运动。这部分水合膜层称为吸附层；其余反离 子呈扩散状态分布在吸附层周围，形成与吸附 层荷电性质相反的扩散层。
FeCl3 (l) +3H2O(l)→Fe(OH)3 (s) +3HCl(l) 溶液中部分Fe(OH)3与HCl作用， 氧基氯化铁
Fe(OH)3 (s) +HCl(l)→FeOCl(l) +2H2O(l) FeOCl(l)→FeO+ (aq) + Cl- (aq)
第二节 溶胶
二、胶团结构及溶胶的稳定性
负离子聚沉正溶胶；正离子聚沉负溶胶； 反离子电荷大，聚沉能力强； 同价离子聚沉能力接近，但
正离子：H+>Cs+>Rb+>NH4+>K+>Na+>Li+ 负离子：F- ＞Cl->Br->I-> CNS 一些有机物离子具有非常强的聚沉能力。
不同电解质对几种溶胶的临界聚沉浓度 mmol·L-1
As2S2(负溶胶)
这个定义适合于任何聚集状态，气体混合物、液态溶液、 固态溶液（固溶体）。
※ 通常所说的溶液是指液态溶液，若无特殊说明，一 般指水溶液。
按分散质的质点大小分类
类型
小分子或小离子分散系统 胶体分散系统 粗分散系统
粒子的大小
实例
＜10-9m 10-9~10-7m
＞10-7m
空气、乙醇的水溶液 Al(OH)3水溶胶
在显微镜下可观察到悬浮在水中的花粉颗粒作永不停息的无规 则运动
在超显微镜下观察胶体溶液，可以看到胶体的颗粒不断
地做无规则的运动 — 布朗运动。
布朗运动示意图
1827年，英国植物学 家布朗观察水中悬浮 的花粉，首次发现了 此现象。
布朗运动产生的原因： ★ 胶体粒子的热运动 ★ 分散剂分子对胶粒的撞击
泥浆
第一节 胶体分散系
分散相粒子大小 (直径)
＜1nm
分子(离子) 分散系
真溶液
1～ 100nm
高分子溶
胶
液
体
溶胶
分
散
系
缔合胶体
＞ 100nm
粗粒分散 系
乳状液 悬浮液
性质 均相，热力学稳定系统 扩散快，透滤纸和半透膜 均相，热力学稳定系统 扩散 慢，透滤纸不透半透膜 非均相，热力学不稳定系统 扩散慢，透滤纸不透半透膜 均相，热力学稳定系统 扩散慢，透滤纸不透半透膜 非均，热力学不稳定系统 不透滤纸和不透半透膜
① 电泳
在外电场作用下， 带电胶粒在介质中 定向移动的现象称 电泳。
Θ
⊕
氢氧化铁溶胶
电泳: 在电场中,分散相颗粒在分散剂中的定向移动。
为什么有这种现象？ 电泳现象说明Fe（OH）3粒子是带电的，而且
带正电荷。根据胶粒电泳时移动的方向，可确定所 带电荷的种类。
带正电荷 移向→负极 带负电荷 移向→正极
这种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。
第二节 溶胶
3. 溶胶的稳定因素
① 胶粒带电 两个带电胶粒间存在静电排斥力，阻止胶粒接
近、合并变大。但是，加热溶胶，胶粒的动能 增大到能克服静电斥力时就会聚沉。 ② 胶粒表面的水合膜犹如一层弹性膜，阻碍胶粒 相互碰撞合并变大。水合膜层愈厚，胶粒愈稳 定。 ③ Brown运动也是溶胶稳定因素之一。
Al2O3(正溶胶)
165 NaCl
43.5
140 KCl
46
136 KNO3
60
126
2.40 2.60 2.43 0.067 0.069
K2SO4 K2Cr2O7 K2C2O4 K3[Fe(CN)6]
0.30 0.63 0.69 0.08
0.069
第二节 溶胶
② Shulze-Hardy规则 电解质对溶胶的聚沉作用，有如下规律： 反离子的价数愈高，聚沉能力愈强； 一价、二价、三价反离子的临界聚沉浓度 之比近似为 (1/1)6:(1/2)6:(1/3)6=100:1.8:0.14 即临界聚沉浓度与离子价数的六次方成反比。
分散度常用比表面来表示。
比表面 —单位体积物质所具有的表面积 S0 = S/V
实例：当 r = 0.62cm的水滴分散成 r = 10-7cm 时， S0增加7个数量级，总面积自由能亦增加7个数 量级。
第一节 胶体分散系
2. 表面能——表面层分子比内部分子多出一部分能量， 称为表面能。(也可以这样理解，由于表面层原子 朝向外面的键能没有得到补偿，使得表面质点比内 部质点具有额外的势能,称为表面能。)
++ +
++
+++
++ +
+
++
–
+++
电泳
+– +– +– +– +– +– +– +– +– +– +– +– +– +– +–
–+ –+ –+ –+ –+ –+ –+ –+ –+ –+ –+ –+ –+ –+ –+
+
–
电渗
第二节 溶胶
二、胶团结构及溶胶的稳定性 1. 胶粒带电原因
① 胶核界面的选择性吸附 例如：制备氢氧化铁溶胶
液体
凝胶
固体
固体溶胶
实例 雾 烟
生奶油 牛奶
油漆，细胞液 浮石 果冻
红宝石玻璃
第一节 胶体分散系
❖ 胶体的制备: ❖ 分散法
1、研磨法 2、超声波法 3、胶溶法 4、电弧法 ❖ 凝聚法
1、物理凝聚法 2、化学凝聚法 例如：水解反应 FeCl3(稀溶液)＋3H2O 煮沸 Fe(OH)3(溶 胶)＋3HCl
胶体的纯化
纯化胶体常用的方法有两种
渗析法
将待纯化的胶体装入只允许较小的离子通过而不 允许胶体粒子通过的半透膜袋中，浸入相应的干 净的分散剂中，不断将原胶体中的杂质去除
电渗析法 在上述过程中施加电场，以加快渗析速度的方法
第一节 胶体分散系
二、胶体分散系的特性 1. 分散度—分散相在分散介质中分散的程度，
散射：介质将入射光向不同方向分散射出的现象。
光线射到分散相颗粒时，一般可发生两种情况：
A: φ ＞ λ ，发生反射； B：φ ＜ λ ，发生散射； 若： φ ＜＜ λ ，散射极弱，发生透射。
光源
聚光镜
胶体溶液
丁铎尔效应示意图
丁达尔现象(光学性质)
（溶液）
（胶体）
现象：一束光通过胶体时，从侧面可观察到
胶体的分散相的粒子的大小为1~100 nm，可以是 一些小分子、离子或原子的聚集体，也可以是单 个的大分子。分散介质可以是液体、气体，或是 固体。
第一节 胶体分散系
分散介质 气体 气体 液体 液体 液体 固体 固体 固体
一些胶体的例子
分散相
名称
液体
气溶胶
固体
气溶胶
气体
泡沫胶
液体
乳状液
固体
溶胶
气体
泡沫
胶体里产生一条光亮的“通路”。
丁达尔现象(光学性质)
第二节 溶胶
❖ Tyndall现象的特性
散射光强度与单位体积内胶粒数成正比； 散射光强度与胶粒体积成正比； 散射光强度与波长成反比； 分散相与分散介质折射率的差愈大，散射光愈强。
第二节 溶胶
一． 溶胶的基本性质
2. 溶胶的动力学性质 ① Brown Movement—由于介质分子的热运动 不断地撞击着胶体粒子所引起的现象。
1. 胶粒带电原因
② 胶核表面分子的离解
例如：硅胶的胶核由xSiO2.yH2O分子组成，表面的 H2SiO3分子可以离解。
H2SiO3 (l)
HSiO3- (aq) + H+ (aq)
HSiO3- (aq)
SiO32- (aq) + H+ (aq)
第二节 溶胶
2. 胶粒的双电层结构
胶团结构：例如，氢氧化铁溶胶
溶胶的胶粒是由数目巨大的原子（或分子、离 子）构成的聚集体。
直径为1～100nm的胶粒分散在分散介质中。
❖ 基本特性： 多相性、高度分散性、热力学不稳定性
第二节 溶胶
一． 溶胶的基本性质
1. 溶胶的光学性质— Tyndall Effect
上：溶液 下：溶胶
丁铎尔现象是由于胶体对入射光的散射造成的。
常见胶粒的带电情况 ①金属氢氧化物、金属氧化物的胶粒吸 附 阳离子 带 正 电。 ②非金属氧化物、金属硫化物、硅酸、 土壤的胶粒胶体吸附 阴离子带 负 电。
③有些胶体如淀粉、蛋白质的胶粒一 般不吸附各种离子。因形成水膜而稳 定存在。
整个胶体电中性
第二节 溶胶
3. 溶胶的电学性质 ② 电渗
在外电场作用下， 液体介质通过多孔 膜向其所带电荷相 反的电极方向定向 移动的现象。
② 扩散和沉降平衡 扩散：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的现象称扩散。 沉降：胶粒的密度＞分散介质的密度，在重力
作用下下沉而与流体分离的过程称沉降。
第二节 溶胶
❖ 沉降平衡： 当沉降速度=扩散速度
系统达平衡，形成一个浓度 梯度，此状态称沉降平衡。
第二节 溶胶
3. 溶胶的电学性质
粗分散系： 颗粒大，布朗运动强度弱，不明显： 分子分散系：粒子小，布朗运动强度大，非常剧烈，
但观察不到，通常称之为分子的热运动。 胶体分散系：布朗运动强度大，非常剧烈，且能观察到。
胶体内存在布朗运动的作用：
布朗运动使胶体微粒保持悬浮状态， 而不容易沉降，是使溶胶稳定的原因之一。
第二节 溶胶
一． 溶胶的基本性质
分散相 均相
非均相
三、胶体的分类
1、按分散剂的状态分
胶体
液溶胶：Fe(OH)3、AgI胶体… 气溶胶：烟、云、雾… 固溶胶：烟水晶、宝石、有色玻璃…
2、按分散质微粒组成分
胶体
粒子型胶体： Fe(OH)3、AgI胶体…
分子型胶体：淀粉溶液、蛋白质溶液…
第一节 胶体分散系
一、胶体分散系的制备
胶体分散系colloid system ：胶体分散系包括溶 胶 sol、高分子溶液 macromolecular solution 和 缔合胶体 associated colloid 三类。
LiCl
58
NaCl
51
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
KCl
49.5
KNO3 CaCl2 MgCl2 MgSO4 AlCl3 1/2Al2(SO4)2 Al(NO3)2
50 0.65 0.72 0.81 0.093 0.096 0.095
AgI(负溶胶)
LiNO3 NaNO3 KNO3 RbNO3 Ca(NO3)2 Mg(NO3)2 Pb(NO3)2 Al(NO3)3 La(NO3)3 Ce(NO3)3