胶体分散系统

155第十章胶体分散系统一．基本要求1.了解胶体分散系统的三个基本特性。2.了解憎液溶胶在动力性质、光学性质和电学性质等方面的特点以及如何应用这些特点对它进行粒度、带电情况等方面进行研究。3.掌握憎液溶胶在稳定性方面的特点，会判断外加电解质对憎液溶胶稳定性的影响和电解质聚沉能力的大小。4.了解大分子溶液与憎液溶胶系统的异同点，了解胶体分散系统平均摩尔质量的测定方法。5.了解纳米技术的基本内容和广泛的应用前景。二．把握讲课要点的建议胶体分散系统以其特有的分散程度、多相不均匀性和热力学不稳定性，使得与一般的分子分散系统或粗分散系统在性质上有很大的不同，主要表现在：动力性质、光学性质和电学性质等方面。不要把憎液溶胶的三个特性与它在动力、光学和电学方面的性质混为一谈。了解憎液溶胶的动力性质、光学性质和电学性质，目的是区别于分子分散系统或粗分散系统，利用这些性质可以对胶粒的大小、形状和带电情况进行研究。大分子溶液与憎液溶胶在组成上完全是两回事，仅仅是因为它们的大小相仿，在粒度效应方面有一点共同之处，才放在一起研究，其实在光学性质、电学性质和受外来电解质影响方面有很大的区别。大分子是由小分子聚合而成的，由于聚合的程度不同，因而分子的大小也不同，所以大分子物质的摩尔质量只能是平均摩尔质量，而且，测定的方法不同，摩尔质量的值也不同。纳米技术目前是许多学科的研究热点，纳米材料的制备较多的是采用溶胶-凝胶法，学好胶体分散系统的性质，对纳米材料的研究有很大的帮助。156三．思考题参考答案1.憎液溶胶有哪些特征？答：(1)特有的分散程度。胶粒的大小一般在1－100nm之间，所以有动力稳定性强、散射作用明显、不能通过半透膜、渗透压低等特点。(2)多相不均匀性。胶团结构复杂，是一个具有相界面的超微不均匀质点。(3)热力学不稳定性。由于胶粒小、表面积大、表面能高，有自动聚结降低表面能的趋势。所以要有稳定剂存在，由于带电的溶剂化层存在，可保护胶粒不聚沉。2.有稳定剂存在时胶粒优先吸附哪种离子？答：稳定剂一般是略过量的某一反应物。胶核首先吸附与胶核中相同的那个离子。例如，制备AgI溶胶时，若KI略过量，胶核优先吸附I-离子，利用同离子效应保护胶核不被溶解。若稳定剂是另外的电解质，胶核优先吸附的是使自己不被溶解的离子，或转变成溶解度更小的沉淀的离子。一般优先吸附水化作用较弱的阴离子，所以自然界的天然胶粒如泥沙、豆浆、橡胶等都带负电。3.当一束会聚光通过溶胶时，站在与入射光线垂直方向的同学，看到光柱的颜色是淡蓝色；而站在入射光180o方向的同学看到的是橙红色，这是为什么？答：站在与入射光线垂直方向（即侧面）的同学，看到的是胶粒的散射光。根据瑞利公式，入射光波长越短，散射光越强。所以，蓝色、紫色光容易散射，散射光呈淡蓝色。而对着入射光看的同学，看到的是透射光。在白光中，波长较短的蓝色、紫色光已被散射，剩下的透射光主要是波长较长的光，所以看到的透射光是橙红色的。4.为什么有的烟囱冒出的是黑烟，有的却是青烟？答：有的烟灰粒子很大，属粗分散系统，主要发生光反射和吸收，所以看到的是黑色。这种粒子很快会沉降。而有的灰粒极小，小于可见光波长，主要发生光157散射。而短波长的蓝光、紫光的散射光强，所以看到的是青烟。实际上，看到的不是灰粒的本身，而是它的散射光。5.为什么晴天的天空呈蓝色？为什么日出、日落时云彩特别红？答：太阳光由七色光组成。空气中有灰层微粒和小水滴，当阳光照射地球时，波长较短的蓝光、紫光被微粒散射后的散射光较强，所以，看到的天空呈蓝色，实际上看到的是这种散射光。而在日出、日落时，太阳接近地平线，阳光要穿过厚厚的大气层我们才能看到。阳光中短波长的青色、蓝色、紫色光被大气层中的微粒散射掉了，我们看到的是散射较弱的红色、橙色的透射光，所以特别绚丽多彩。6.为什么危险信号灯用红色？为什么车辆在雾天行驶时雾灯规定用黄色？答：因为红色光波长很长，不容易散射，传得远，可以让人在很远时就能看到危险信号。雾天，如果用白色雾灯，其中一部分短波长的光被雾滴散射，光线就会变弱。而黄色光波长较长，不容易散射。所以雾天在高速公路上，必须把后雾灯打开，黄色的雾灯很远就能看见，可以防止汽车追尾相撞。7.为什么在做旋光分析时，光源用的是钠光灯？答：因为在蔗糖水解时，主要测定其旋光度的变化，而不希望有散射因素干扰。钠光灯放出的是单一的、波长较长的黄色光，不容易发生散射。8.在一个U型管中间，放用AgCl晶体组成的多孔塞，管中放浓度为0.001mol.dm-3的KCl溶液。多孔塞两边放接直流电源的电极。通电时溶液将向哪一极方向移动？将KCl浓度增加100倍，溶液流动速度是变慢了还是变快了？答：因为AgCl晶体中Ag+比Cl-溶解度大，扩散快，AgCl晶体又优先吸附溶液中的Cl-离子，使多孔塞带负电，介质带正电。所以，电渗时液体介质向负极158移动。KCl浓度增加，ζ电位下降，电渗速度变慢。当用AgNO3代替KCl，AgCl优先吸附Ag+离子，介质带负电，电渗方向与刚才相反。9.为什么输油管和运送有机液体的管道要接地？答：在用泵输送石油或其它碳氢化合物时，由于压差迫使液体流动，在扩散层和管道表面会产生电势差，这就是流动电势。流动电势太大会产生火花，引起爆炸。为了防止事故发生，都将这种管道接地或加入有机电解质，以降低流动电势。10.为什么明矾能将浑浊的水很快澄清？答：明矾是硫酸钾铝复盐。溶于水后产生K+，Al3+等离子。另外，Al3+离子在水中发生水解，产生Al(OH)3絮状胶体。混浊的水中有大量带负电的泥沙胶粒，受Al3+离子作用很快凝聚，并与Al(OH)3胶体发生相互作用而一起下沉。所以明矾能使混水迅速变清。但这种含Al3+离子的水不能多吃。11.用电解质把豆浆点成豆腐，有三种盐：NaCl,MgCl2,CaSO4.2H2O,哪种聚沉能力最强？答：点豆腐是将豆浆胶粒聚沉，变成凝胶。天然的豆浆胶粒带负电，电解质中正离子起主要作用。显然NaCl聚沉能力最弱，Mg2+和Ca2+离子聚沉能力差不多，但由于MgCl2中Cl-是负一价的，所以相对而言聚沉能力最强的应该是MgCl2。但由于MgCl2加多了有苦味，所以目前较多用CaSO4.2H2O即生石膏点豆腐。12.在能见度很小的雾天飞机急于起飞，地勤人员搬来一个很大的高音喇叭，喇叭一开，很长一段跑道上的雾就消失了，这是为什么？159答：这叫高音消雾。声音是有能量的，喇叭的音波促使雾粒碰撞，使小水滴凝结成大水滴而下降，部分更小的水滴获得能量后气化。所以在音波作用的较近的范围内，雾会很快消失。由清华大学席葆树教授研制的大喇叭，输出功率为20000声瓦。喇叭长5m,直径2.86m。在雾天，这只喇叭朝飞机跑道上大吼一声，可以开出500m到1000m的清亮大道。13.江河入海处为什么会形成三角洲？答：由于水土流失，江水中常常夹带大量泥沙。到入海处河道变宽，流速变慢，泥沙沉积。另一原因是江水中的泥沙微粒是带负电的胶粒，碰到含有大量电解质的海水就凝聚下沉。这样长时间的沉积就形成了三角洲。四．概念题参考答案1．在稀的砷酸溶液中，通入H2S以制备硫化砷溶胶(As2S3)，该溶胶的稳定剂是H2S，则其胶团结构式是：()(A)[(As2S3)m·nH+(n-x)HS-]x-·xHS-(B)[(As2S3)m·nHS-,(n-x)H+]x-·xH+(C)[(As2S3)m·nH+,(n-x)HS-]x+·xHS-(D)[(As2S3)m·nHS-,(n-x)H+]x+·xH+答：(B)稳定剂H2S发生一级解离，胶核优先吸附HS-，使胶粒带负电，2．溶胶的动力性质是由于粒子的不规则运动而产生的,在下列各种现象中,不属于溶胶动力性质的是：()(A)渗透法(B)扩散(C)沉降平衡(D)电泳答：(D)电泳不属于溶胶的动力性质，属于溶胶的电学性质。3．Tyndall现象是发生了光的什么的结果：()(A)散射(B)反射(C)折射(D)透射答：(A)由于胶粒半径远小于入射光的波长，发生光的散射现象，这就是Tyndall现象，是憎液溶胶的特有性质。4．日出和日落时,太阳呈鲜红色的原因是：()(A)蓝光波长短,透射作用显著(B)蓝光波长短,折射作用显著160(C)红光波长长,透射作用显著(D)红光波长长,散射作用显著答：(C)太阳光透过厚厚的大气层时，散射作用显著的短波长光如蓝光、紫光等已被散射，剩下透射作用显著的长波长光，如红光、黄光等。5．在电泳实验中，观察到分散相向阳极移动，表明:()(A)胶粒带正电(B)胶粒带负电(C)电动电位相对于溶液本体为正(D)Stern面处电位相对溶液本体为正答：(B)异电性相吸。6．胶体粒子的Zeta电势是指：()(A)固体表面处与本体溶液之间的电位降(B)紧密层、扩散层分界处与本体溶液之间的电位降(C)扩散层处与本体溶液之间的电位降(D)固液之间可以相对移动处与本体溶液之间的电位降答：(D)Zeta电势又称为动电电势，只有胶粒在移动时才能显示出来，是指固液之间可滑移的界面与本体溶液之间的电位降7．溶胶的电学性质由于胶粒表面带电而产生，下列不属于电学性质的是：()(A)布朗运动(B)电泳(C)电渗(D)沉降电势答：(A)布朗运动属于溶胶的动力性质。8．均匀的牛奶是乳浊液，从其中沉淀脂肪和蛋白质的方法是：()(A)加入一些酒精(B)将牛奶静置(C)过滤(D)加入酸答：(D)牛奶是乳脂分散在水中形成的乳浊液，加入酸这种强电解质会破坏乳浊液，使脂肪与水分离。9．对于有过量的KI存在的AgI溶胶，下列电解质中聚沉能力最强者是：()(A)NaCl(B)K3[Fe(CN)6](C)MgSO4(D)FeCl3答：(D)AgI胶核优先吸附碘离子，使胶粒带负电，阳离子价数越高，聚沉能力越强。10．混合等体积的0.08mol·dm-3KI和0.1mol·dm-3AgNO3溶液，得到一溶胶系统，分别加入：(1)MgSO4；(2)CaCl2；(3)Na2SO4，则其聚沉能力大小是：()(A)(1)＞(2)＞(3)(B)(2)＞(1)＞(3)(C)(3)＞(1)＞(2)(D)(3)＞(2)＞(1)答：(C)AgNO3溶液过量，AgI胶核优先吸附银离子，使胶粒带正电，阴离子价数越高聚沉能力越强。MgSO4中阳离子价数比Na2SO4高，所以MgSO4聚沉能力最强。11．用渗透压法测大分子化合物的摩尔质量，这样测得的摩尔质量属于：()(A)质均摩尔质量(B)数均摩尔质量(C)Ｚ均摩尔质量(D)粘均摩尔质量答：(B)渗透压法利用的是稀溶液的依数性，所以测得的是数均摩尔质量。16112．将大分子电解质NaR的水溶液用半透膜和水隔开，达到Donnan平衡时，膜外水的pH值：()(A)大于7(B)小于7(C)等于7(D)不能确定答：(A)大分子电解质中的R-离子不能透过半透膜，而Na+和H+可以。为了维持溶液的电中性，有Na+出来，必有H+进去，使膜外水的pH值升高。五．习题解析1．对于AgI的水溶胶,当以AgNO3为稳定剂时,如果电势为0,请写出等电态时的胶团结构式。解：(AgI)m为胶核，胶核优先吸附稳定剂中的Ag+，由于是在等电态时，NO3与Ag+等量，胶团呈电中性，胶团结构式示意图为：[(AgI)m·nAg+·nNO3]2．把人工培育的珍珠长期收藏在干燥箱内，为什么会失去原有的光泽?能否再恢复?解：珍珠是一种胶体分散系统，其分散相为液体水，分散介质为蛋白质固体。珍珠长期在干燥箱中存放,分散相水逐渐被干燥箱吸收,胶体分散系统被破坏，故失去光泽。此变化是不可逆的，不能再恢复。3．用化学凝聚法制成Fe(OH)3胶体的反应如下：FeCl3+3H2O=Fe(OH)3(溶胶)+3HCl溶液中一部分Fe(OH)3有如下反应：Fe(OH)3+HCl=FeOCl+2H2OFeOCl=FeO++Cl-请写出Fe(OH)3溶胶的胶团结构式。解：Fe(OH)3]m胶核优先吸附水解产物中的FeO+，另外，由于正负离子相互吸引的原因，使部分Cl-离子围绕在周围，胶粒带正电，整个胶团结构式为：{[Fe(