胶体的定义及胶体的制备与净化

118.1.胶体概论8.1.1分散系统把一种或几种物质分散在另一种物质中所构成的体系叫分散体系,被分散的物质叫分散相,它是不连续的；另一种物质叫分散介质，它是连续的。自然界中所遇到的实际物系，严格地讲均为一种或几种物质分散在另一种物质中的分散物系。例如，地壳、海洋、大气、人体、生物体、工业原料及其产品等，无一不是分散物系。分散物系如此广泛地存在，因此研究它们的性质及其有关规律是十分重要的。分散物系按分散相的分散程度分类如表1。由上面的分类可知，多相性，高度分散性，热力学不稳定性是胶体物系的主要特征。胶体分散系具有很大的相界面能，是热力学不稳定体系，易聚沉。同时，胶体具有高比表面积，吸附带电离子，胶粒之间相互排斥，是动力学稳定体系。我们还可将分散物系按分散相和分散介质的聚集状态分类，如表2。表1分散物系的分类－按分散相的分散度分类类型分散相粒子半径分散相性质举例低分子分散物系（溶液）＜10-9m原子、离子、分子均相，热力学稳定物系，扩散快，能透过半透膜，形成真溶液.透明，无光散射Au-Ag固溶体蔗糖水溶液混合气体高分子化合物溶液(亲液溶胶)10-9m～10-7m高分子均相，热力学稳定物系，扩散慢，不能透过半透膜，形成真溶液，透明，无光散射聚乙烯醇的水溶液胶体分散物系（憎液溶胶）10-9m～10-7m胶粒(原子、离子或分子的聚集体)多相，热力学不稳定物系，扩散慢，不能透过半透膜，形成胶体,不透明，有光散射金溶胶，氢氧化铁溶胶粗分散物系＞10-7m粗颗粒多相，热力学不稳定物系，扩散慢或不扩散，不能透过半透膜及滤纸，形成悬浮液或乳状液,不透明,有光反射混浊泥水牛奶或豆浆221861年英国化学家格莱姆（Graham）发现，有些物质，如蔗糖和无机盐类在水中扩散很快，能透过羊皮纸；而另一类物质如明胶、蛋白质和氢氧化铝等扩散慢，很难或者不能透过羊皮纸。前者当溶剂蒸发掉时易成晶体析出，后者则成胶状物质。因此当时格莱姆把物质分成两类，一类叫晶体，一类叫胶体。后来经过大量的研究发现这种分类是不合适的，特别是俄国化学家韦曼（1905）经过200多种物质的实验，结果表明任何典型晶体物质都可以用降低其溶解度或选用适当的分散介质而制成胶体物系，也能具有扩散慢，不透过羊皮纸等特点。例如，氯化钠分散在苯中可形成胶体物系，而硫分散在酒精中可形成真溶液。因此，他正确地提出，胶体是物质以一定的分散度而存在的一种状态，而不是一种特殊的物质。我们研究胶体物系主要是研究胶体物系的形成、性质、稳定与破坏。8.1.2胶体物系的制备和纯化8.1.2.1胶体物系的制备胶体物系制备有两种方法：分散法和凝聚法。分散法是使粒子较大的物质分散成胶体物系，通常利用机械能和电能等以达到分散的目的。最常用的是胶体磨，气流粉碎，也可用超声波，电弧等。凝聚法是使溶质分子、原子或离子自行结合成胶粒大小而制成凝胶的方法，通常分物理凝聚法和化学凝聚法两类。胶体物系制备方法如图。表格2分散物系的分类－按分散相和分散介质的聚集状态分类分散相分散介质名称实例气液固液泡沫乳状液悬浮液，液溶胶肥皂泡沫牛奶泥浆,金溶胶气液固固固溶胶浮石，泡沫玻璃珍珠，某些矿石某些合金气液固气气溶胶空气云，雾烟，尘33机械分散主要使用胶体磨和气流粉碎机。物料进胶体磨之前，先入球磨机粉碎至0.2mm左右，再进胶体磨粉碎到1m(1000nm)以下，最小可达10nm。为了防止极微小颗粒聚结，一般还加少量表面活性物质如丹宁或明胶等作稳定剂。工业上常利用此法制备胶体石墨、油漆和矿物颜料等。气流粉碎机是一种高效超细粉碎设备，它被广泛用于染料、技术陶瓷及制药等行业，它也可将物料粉碎至1m以下。超声分散是用频率大于20000Hz，人耳不能听到的弹性波将物料撕碎。实验室常用此法将某些松软的物质分散，或将一种液体分散在另一种液体中以形成乳状液。电弧分散主要用于制备金属的水溶胶。该方法是将被分散的金属作电极，插入水中，通电使之产生电弧。在高温下金属被气化，遇水冷凝成胶粒。加少量碱作稳定剂。物理凝聚是将被分散物质的蒸气骤冷或改换溶剂或骤冷饱和溶液等使被分散物质凝聚成胶体粒子。如将汞蒸气通入冷水中就可得到汞溶胶；将含松香的酒精溶液滴入水中，由于松香在水中的溶解度低，溶质成胶粒的大小析出，形成松香的水溶胶；用冰骤冷苯的饱和水溶液得到苯的水溶胶。化学凝聚是利用化学反应在适宜的反应条件（反应物的浓度、溶剂、温度、pH值和搅拌等）下，生成的不溶物由分子分散状态逐步凝聚达到胶体状态的方法。为此必须使反应物的浓度很低，并缓慢混合，而不至于生成沉淀。按照化学反应的类别，可分为复分解反应、分解反应、还原反应、氧化反应和水解等几种。如用AgNO3稀溶液与KCl稀溶液进行复分解反应：AgNO3+KCl=AgCl↓+KNO3其中任何一种适当地过量，就可制得稳定的AgCl溶胶。将FeCl3缓慢滴入沸水中，胶体物系(10-7m～10-9m)粗颗粒（＞10-7m）分散法凝聚法分子、原子或离子（＜10-9m）机械分散超声分散电弧分散物理凝聚化学凝聚44即得红棕色的Fe(OH)3胶体：FeCl3+H2O=Fe(OH)3+3HCl8.1.2.2胶体物系的纯化最初制备的溶胶常含有过多的电解质或其他杂质，它们不利于溶胶的稳定，因此需将其除去，即所谓胶体物系的净化。最普通的方法是渗析法。渗析法是将待净化的溶胶用半透膜（羊皮纸，动物膀胱膜，硝酸纤维和醋酸纤维等）与溶剂隔开，溶胶中的电解质或其他杂质（分子、离子）就可穿透半透膜进入溶剂。若不断更换溶剂，即可将多余的电解质或其他杂质移去，达到净化的目的。为了提高渗透速度，可在半透膜两侧加一电场，以加速离子迁移，这就是电渗析法。另外，增加半透膜两边浓度差，扩大半透膜面积或适当地提高温度均可使渗析加速。应当指出，适当数量的电解质对溶胶是起稳定作用的，因此，渗析法净化溶胶要注意控制时间，以保证稳定溶胶所需的电解质。温度过高将加剧布朗运动，也会破坏溶胶的稳定性。