胶体化学课件

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第一节.溶胶的分类及特征
一.溶胶的分类： 1.分散体系（disperse system）:颗粒大小不等,形状不同的物 体分散在均匀介质中所形成的体系. 分散质（dispersed phase）:被分散的物质，粒子间有间隔， 或称不连续相，相当于溶液中的溶质;
分散介质（dispersion medium）:有分散相在其中的均匀介 质，或称连续相，相当于溶液中的溶剂.
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二）渗透
纯 水 向 红 萝 卜 内 渗 透
• 渗透原理被用 来处理尿毒症. 在人工肾里, 病人的血液在 玻璃软管(用作 半透膜)循环, 血液里的小分 子废物向管外 渗透, 从而使 血液得到净化.
•
渗析实验
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例18
二）渗透
三）溶胶的渗透压（osmotic pressure）特征： ①一个分散相粒子（多分子聚集体）才是一个动力单位， 所以一个溶胶粒子产生渗透压的作用只相当于一个普通 分子; ②一定浓度的溶液，当溶质分子凝聚成胶体粒子后，粒 子浓度要比原来分子浓度小几千至几百万倍，因此，溶 胶的渗透压至多只是原来溶液的几千分之一; ③溶胶的聚结不稳定性，渗透压可随着聚结的进行而逐 渐减小。
分散介质分子处于无规则的热运动状态, 从各个方向不断撞击分散相粒子. 布朗运动是 分子热运动的必然结果, 是胶体粒子的热运动.
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一.布朗运动
1905年左右, 爱因斯坦用几率的概念和分子运动论的观点, 创立了布朗运动理论, 得出 爱因斯坦-布朗运动平均位移公式
R Tt x 3 Lπrη
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①分散法 粗分散 系统 >1000nm 由大变小 胶体系统 1~1000nm 由小变大 分子分散系 统 < 1nm 凝聚法
分散法
胶体磨
物理凝聚法 化学凝聚法 喷射磨 电弧法 过饱和法 蒸气凝聚法
分散法利用机械设备将粗分散物料分散成胶体. 分散过程 所消耗的机械功或电功远大于系统表面吉布斯函数的增加, 大 部分能量以热量耗散. 分散法常用下列设备: • 胶体磨 主要部件是一高速转动的圆盘, 转速5000~10000 rpm, 圆盘与外壳间的微隙可调至约510－6m. 湿磨的粉碎程 度更高. 粉碎时常加入少量表面活性剂以防止微粒聚集.
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第一节.溶胶的分类及特征
二.溶胶的特征: A.多相的聚集体:(Heterogeneous polymerization)
胶体粒子为上千或上万的小分子的聚集体;
B.高分散度:(High dispersity) 粒子小，A大，a大，dG大 C.聚结不稳定性:(Accumulation unstability)分散相粒 子有自动聚集趋势，溶胶的这种性质称为聚结不稳定 性。
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引言 第一节.溶胶的分类及特征
2.分散系统的分类（按粒子大小） • 溶液(或真溶液): 粒子直径小于1nm, 均相系统, 透明, 不能发生光的散射, 扩散速度快, 为热力学稳定状态. • 胶体分散系统: 分散质在某方向上的直径在 1~1000nm之间,可透明或不透明, 均可发生光散射, 胶体粒子扩散速率慢, 不能透过半透膜, 有较高的渗 透压. • 粗分散系统: 分散相粒子在某方向上的直径大于 1000nm,如悬浮液, 乳状液, 泡沫, 粉尘等. 与胶体有 许多共同特性.
• 电弧法: 将欲分散的金属作为电极, 浸入水中, 通入直流电, 调节两极距离使产生电弧. 电弧温度很高, 而使电极表面的 金属气化, 金属蒸气遇水冷却而冷凝成胶体系统.
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②凝聚法 • 物理凝聚法: 将蒸气或溶解状态的物质凝聚成胶体的方法. 蒸气凝聚法 采用特制的仪器, 使金属和有机溶剂在超 低压下蒸发, 而后冷凝而成金属的有机溶胶. 过饱和法 更换溶剂或者降温冷却, 使溶质溶解度降低 至过饱和, 然后从溶液中结晶而聚集成溶胶. 如制备硫 的水溶胶, 树脂或脂肪的水溶胶, 苯的水溶胶, 硫的醇溶 胶等. • 化学凝聚法: 通过控制化学反应中不溶性产物的析晶过程, 使其停留在胶核尺度阶段, 而得到溶胶的方法. 一般采用较 大的过饱和度和较低的温度以利于晶核的大量形成而减缓 晶体长大的速度, 防止难溶性物质的聚沉.
2.渗透发生的原因: A(l) A(l) RT ln xA A(l)
渗透平衡时, 溶液一方压力的变化对溶剂化学势的影响 抵消了组成的影响, 从而有
A A d A dp p x dx A 0 T , xA A T , p
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②凝聚法 例如: (a) 利用FeCl3的水解反应,生成Fe(OH)3溶胶
FeCl3 + 3H2O Fe(OH)3+3HCl
在不断搅拌下, 将FeCl3稀溶液滴入沸腾的水中, 即可生成棕红 色, 透明的Fe(OH)3溶胶. 过量的FeCl3同时又起到稳定剂的作 用, Fe(OH)3的微小晶体选择性地吸附Fe3+离子, 可形成带正电 荷的胶体粒子. (b) 利用As2O3的复分解反应制备硫化砷溶胶:
As2O3 + 3H2O 2H3AsO3
2H3AsO3 + 3H2S As2S3 + 6H2O 在As2O3的饱和或过饱和的水溶液中, 缓慢通入H2S气体, 即可 生成淡黄色As2S3溶胶. HS－为稳定剂, 胶粒带负电荷.
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C.均匀胶体的制备
①多级分散：含有大小不一的胶体粒子。 ②单级分散（monodispersion） ：制备粒子大小一致 的胶体粒子。 ③形状：球形、棒性、立方形、椭圆形等各种均匀胶 体。 电分散; ④应用：均匀胶体在特种陶瓷、催化剂、颜料、油墨、 磁性材料及感光材料的研制和产品质量的提高等方面 有着广泛的应用前景
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第一节.溶胶的分类及特征
3..分散系统按聚集状态分类 分散介质 气 液 分散相 液 固 气 液 固 气 液 固 名称 气溶胶 泡沫 乳状液 液溶胶或悬浮液 固溶胶 实例 云, 雾, 喷雾 烟, 粉末 肥皂泡沫 牛奶, 含水原油 金溶胶, 油墨, 泥浆 泡沫塑料 珍珠, 蛋白石 有色玻璃, 某些合金
• 电渗析: 利用外电场来大大加速正, 负离子定向渗透速度.
适宜的电解质是形成胶体系统必不可少的条件, 但过量的电解质的加入又是破坏胶体系统的有效方法. 因 此, 要保持溶胶的稳定性, 必须除去多余的电解质.
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第三节溶胶的动力学性质 一.布朗运动:用分子运动论的观点, 研究胶体粒子的无规
因溶液体积V nAVA , 得
d A VAdp RTdlnxA 0
3.范特霍夫渗透压公式
p
pΠ
VAdp - RT
xA
1
dlnxA
nB Π V - RTlnxA RT A 00-8-1 nA
V nB RT cB RT
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二）渗透
在定温下，溶液的渗透压与溶质的浓度成正比。溶液愈稀， 公式愈准确 。 渗透压测定法常被用来测定生物体内大分子的摩尔质量。 渗透现象不仅在溶液与溶剂之间存在，在不同浓度的溶液 中同样存在 等渗溶液：相等渗透压的溶液彼此称为等渗溶液； 高渗溶液：对于渗透压不相等的两种溶液，渗透压相对较 高的叫高渗溶液； 低渗溶液：渗透压相对较低的叫做低渗溶液 。 等渗溶液在药学上有重要意义 如眼药水必须与眼球组织内的液体具有相同的渗透压，否 则会引起疼痛； 静脉注射用的盐水与血液是等渗溶液
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二.扩散与渗透
• 一.）扩散: 在有浓度梯度时, 物质粒子因热运动而发生宏 观上的定向迁移的现象. 产生的原因是物质粒子的热运动. • 因分散相粒子的质量比一般分子大千百倍, 其扩散速率远 小于一般分子的扩散速率(一般以扩散系数D来衡量). • 胶体系统的扩散亦可用菲克第一定律描述: dn/dt = -DAs(dc /dx) • 对于球形粒子的稀溶液, 且为单级分散(即粒子大小一定),
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第二节溶胶的制备与净化
一.溶胶的制备: 1.制备的条件和途径:
A.条件: ①难溶; ②加入合适的稳定剂.
B.途径: ①分散法（dispersion method ）：进一步粉碎粗分散系中 的大粒子，提高分散度，这种方法称为分散法。 ②凝聚法（condensation method）：设法使一般溶液中的 溶质分子聚集成多分子聚集体，降低分散度至粒子大小达 到10-7-10-9m,这种方法称为凝聚法 C.均匀胶体的制备
则运动以及由此而产生的扩散, 渗透等现象, 研究胶粒在重 力场作用下, 粒子浓度随高度的变化规律. 布朗(Brown)运动: 溶胶中的分散相粒子的不停息的和无规 则的运动. 这种现象是植物学家(Brown)于1827年首先从水中 悬浮花粉的运动中观察到的. 用超显微镜可以观察布朗运动.
“布朗运动”动画
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二.溶胶的净化
• 溶胶的净化: 将溶胶制备过程中引入或产生的过量电解质 或其它杂质除去, 以提高溶胶的稳定性和纯度.
• 渗析法: 净化溶胶的最常用方法. 利用胶粒不能透过半透 膜的特点, 分离出溶胶中多余的电解质或其它杂质. 一般 可用羊皮纸, 动物膀胱膜, 硝酸或醋酸纤维素等作为半透 膜. 为加快渗透作用, 可加大渗透面积, 适当提高温度或 加外电场.
• 丁达尔效应
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前言
1.胶体化学发展简史:
A.1861年,Thomas Graham提出的胶体
起因：糖、无机盐等能结晶；胶体类Al(OH)3，明 胶等不能结晶. B.40年后，韦曼的发现. 2.胶体化学所研究的对象: A.基本特性；B.由基本特性所决定的光学,电学,动 力学性质; C.基本特性产生的原因,影响因素,变化规律;
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①分散法 • 气流粉碎机(又称喷射磨): 主要部件是在粉碎室的边缘上装 有与周边成一定角度的两个高压喷嘴, 将两股高压气流及物 料以大约音速的速率喷入粉碎室, 气流形成涡流, 粒子相互 碰撞, 摩擦及剪切作用而被粉碎. 优点是效率高, 粉碎程度可 达10－6ｍ以下, 混入杂质少.
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x — 在时间 t 内粒子沿 x 轴方向的平均位移; r — 粒子半径; η—介质粘度; L —阿佛加德罗常数.
斯威德伯格(Svedberg)用超显微镜对一定粒度的金溶胶 进行摄影实验, 所得结果证实了上述公式的准确性, 有力地证 明了分子运动论完全可以用于胶体分散系统. 用该公式测定 分散相粒子的大小及阿伏加德罗常数, 得到了同样令人满意 的结果.
RTt RTt 由 x 和 D 3Nr 6 Nr
2
得
D x / 2t
2
上式可用于测定扩散系数. 进而可求球形粒子的摩尔质量:
4 3 M r L 3 162 ( N ) 2 RT D
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二）渗透
1.渗透压: 渗透平衡时, 溶剂液面和同一水平的溶液截面上所 受的压力之差, 用 表示.
固
本章主要介绍以液体为分散介质的系统, 重点是液溶胶 (简称溶胶), 其次是乳状液, 泡沫等.
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第一节.溶胶的分类及特征
4.胶体系统又可分为三类: • 溶胶: 高度分散的多相系统, 分散相与分散介质之间亲和 力较弱, 有很大的相界面, 很高的表面能, 能自动聚集成 大颗粒, 自动吸附某种离子而带电, 是热力学不稳定系统. 液溶胶传统上称憎液溶胶. • 高分子溶液: 由于高分子以分子形式溶于介质中, 分散相 与分散介质之间没有相界面, 大多是均相的热力学稳定系 统. 传统上称亲液溶胶. • 缔合胶体: 分散相是由表面活性剂缔合形成的胶束. 通常 以水为分散介质, 胶束中表面活性剂的亲油基团向里, 亲 水基团向外, 分散相与分散介质之间有很好的亲和性, 也 是一类均相的热力学稳定系统. 有时称胶体电解质.
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前言
3.胶体化学同医药学的关系:
A.杀菌：如果用蛋白银溶胶作杀菌剂，不但有强烈 的杀菌功效，还能避免对肌体的刺激作用；
B.防腐：将硝酸汞、明胶和氯化钠的混合物制成胶 态甘汞，就比甘汞粒粉具有较高的防腐作用；
C.药物的稳定性：除易引起变质的有害胶体，注意 配伍禁忌即溶胶的相互凝结。另外制药工艺中的吸 附、脱色、离子交换、层析技术等。