2013M08胶体与界面化学凝胶

t

lgSm
ax
以lg(Smax-S)为纵坐标，以t为横坐标作图，由直线
之斜率求得K，由截距求得Smax。
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膨胀机理
分为两个阶段。 第一阶段-形成溶剂化层。即溶剂分子很快地钻入
凝胶中，与凝胶大分子相互作用形成溶剂化层， 表现为液体的蒸气压很低；体积收缩；热效应熵 值降低。 第二阶段-液体的渗透和吸收。
凝胶
摇动(触变作用) 静置(胶凝作用)
溶胶(等温)
油漆、钻井用泥浆、药膏等都要求有一定的触变性能。
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吸附作用 刚性凝胶的干胶表面积较大，有较强的
吸附能力。如硅胶，可用吸附剂。这种凝胶 无论是吸附蒸气还是溶液，其体积基本不变。
结构最稳定，有 限膨胀
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形成凝胶的条件
首要的决定条件:
高分子或胶粒必须具有线形结构。
其次与浓度、温度、时间等有关。 浓度越大，温度越低，放置时间的延 长等都能促进凝胶的形成。
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制备凝胶的方法
形成凝胶主要有两种途径：即分散法和凝聚法 分散法较容易，如某些固态聚合物吸收适宜的溶
剂后，体积膨胀，粒子分散而形成凝胶。
离浆不同于物质在干燥处理时的失水，因为 在潮湿的空气中和低温下也可发生离浆。
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触变作用
在浓Fe(OH)3溶胶中加入少量电解质时，溶胶的黏 度增加并转变为凝胶；将此凝胶稍加振动，便等温可 逆转变为溶胶，静置后又成凝胶，这种现象就称为触 变作用。
触变作用是 从有结构体系转变为“无结构”
体系，此种表示为：
水凝胶的离浆作用是自发的过程，其离浆速 度是粒子间距离的函数，因此是浓度的函数。
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离浆的实质是胶凝过 程的继续。凝胶制品在 医药上有广泛的应用， 如干硅胶是实验室中带 用的干燥剂。在生产和 科学研究上，电泳和色 谱法常用凝胶作为支持 介质。
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弹性凝胶离浆现象
对于弹性凝胶：膨胀作用是逆过程。用V凝代表凝 胶体系的总体积，V分代表分散相的体积（其中也包 括与分散相结合的液体体积），根据V凝和V分的大小 判定凝胶是处于离浆还是膨胀过程：
此阶段需要较长时间使溶剂分子渗透到凝胶内部， 这时凝胶表现出很大的压力，称为膨胀压。
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凝胶的性质
（2）离浆现象：溶胶胶凝后，在放置过程中，凝 胶的性质还在不断的变化，这种现象称为老化。
离浆现象是水凝胶在基本上不改变原来形状的 情况下，分离出所包含的一部分液体，使构成凝胶 网络的颗粒相互收缩靠近，排列得更加有序。
甲、软骨等都可看作是凝胶。 3
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凝胶不同于通常的沉淀
沉淀是分散相粒子从分散介质中沉降出 来，很明显地分为固-液两相。
而凝胶中却带有大量或全部的分散介质， 它们被机械地包藏于具有多孔结构的凝胶的 孔洞中。
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凝胶形成的原因： 形成立体网状结构，在网状结构中，介
质被包围在网眼中间，不能自由流动，因而 形成半固体。由于构成网架的高分子化合物 或线性胶粒仍具有一定的柔顺性，所以整个 凝胶也具有一定的弹性。
引起胶凝的主要是负离子，其影响大小依次为：
SO42 > C4H4O62 > CH3COO > Cl
（4）化学反应：利用化学反应生成不溶物时，若控制 反应条件，则可以形成凝胶。
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凝胶性质
（1）膨胀作用：也称为溶胀作用
“湿木裂石”
凝胶对液体的吸收是有选择性的。膨胀作用指凝 胶在液体或蒸气中吸收这些液体或蒸气时，使自 身质量、体积增加的作用。膨胀作用是弹性凝胶 所特有的性质。
膨胀度
两个主要参数： 膨胀速度
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膨胀度
膨胀度是指一定条件下，单位质量或单位体积凝
胶所能吸收液体的极限量，其定义式为：
S m2 m1
或
S V2 V1
m1
V1
S为膨胀度；m1、m2分别为膨胀前和膨胀后凝胶的质量。
V1、V2分别为膨胀前后凝胶的体积。
凝胶的膨胀度随凝胶和液体的性质不同而异。 温度升高，膨胀度增大。
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凝胶分类
弹性凝胶：
按分散颗 粒的性质分类
由高分子化合物形成骨架，弹性好，外力作用变形
后可恢复原状，释出分散介质后常可重新吸收同种液
体而膨胀，故又称为可逆凝胶。如明胶水凝胶
刚性凝胶： 由无机粒子形成骨架，刚性大，较脆，易破碎，失
去液体分散介质后多形成孔性干凝胶Leabharlann Baidu骨架基本不变。
成为干凝胶后，一般不能再吸收溶剂重新变为凝胶，
凝聚法是使溶液或溶胶在适当条件下，使 分散颗粒相联而形成凝胶，这一过程称为胶 凝。
可以采取如下几种方法使胶凝过程得以发生：
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（1）改变温度：利用升降温度使系统形成凝胶。
（2）转换溶剂：用分散相溶解度较小的溶剂替换溶 胶中原有的溶剂，可以使系统发生胶凝。 （3）加入电解质：加入大量电解质（盐类），则可以 引起胶凝，这与盐析效应有关。
这是不可逆的，故又称为不可逆凝胶。如硅胶
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凝胶分类
按网络结构分类
球形粒子联结成的串珠状网架结构SiO2 片状或棒状粒子搭成的网架结构V2O5
范德华力，最不 牢固，质脆，易 破碎
线型大分子构成的凝胶，局部 成有序微晶区结构,如明胶
以化学键相互连接的线型大 分子的网状结构.如硫化橡 胶
可吸收溶剂，无 限膨胀，直至溶 解
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凝胶
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凝胶的概述
1.什么是凝胶? 2.凝胶与沉淀有什么区别?
2
凝胶是由固液（气）两相构成的胶体分散体系，
其中分散相粒子（胶体粒子、某些分散相较小
的粗分散体系中的固体粒子和高分子溶液中的
大分子化合物）在一定条件下相互联结形成的
固体或半固体。
凝胶在有机体的组成中占重要地位，人体内的肌
肉、皮肤、细胞膜、血管壁以及毛发、指
若V凝>V分，则可观察到凝胶离浆； 若V凝<V分，则可观察到凝胶膨胀； 若V凝=V分，则凝胶既不膨胀也不离浆。
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刚性凝胶离浆现象
刚性凝胶离浆是不可逆的，往往按溶胶—凝 胶—浓缩凝胶—致密沉淀这一过程进行。
引起不可逆的原因主要是由于凝胶中粒子间 发生进一步的强相互作用（包括粒子表面羟 基间的脱水）
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膨胀速度
膨胀的发生不是瞬时的，达到膨胀平衡要有一个过
程。实验发现凝胶的膨胀速度符合一级反应动力学
方程式：
dS dt

K 膨胀
Smax

S
式中，S为膨胀度，即1g凝胶在膨胀时间为t时吸收
的液体量；Smax为吸收液体的最大量（平衡态下）；
K膨为膨胀速度常数。
lg
Sm
ax

S



K膨 2.303