第八章 胶体

[教学内容与过程]一分散体系及其分类1分散体系：一种或几种物质分散在另一种物质中所形成的体系叫分散体系。被分散物质叫分散相；起分散作用物质叫分散介质。2分散系的分类(1)按分散度分类（分散相粒子大小）a粗分散体系—悬浮体、乳状液—10-7mb胶体分散体系—溶胶—10-7m~10-9mc分子分散体系—溶液—10-9m(2)按聚集状态分类胶气－气混合物不属于溶气－液溶胶（云、雾）的空气）气－固溶胶（烟、含尘气溶胶、沸石分子筛）固－气溶胶（泡沫塑料珍珠）固－液溶胶（白宝石、）固－固溶胶（有色玻璃固溶胶液－气溶胶（泡沫）液－液溶胶（乳状液）硫溶胶）液－固溶胶（金溶胶、液溶胶按照分散相和分散介质的聚集状态分类3胶体的基本特性a分散性b多相性c聚集不稳定性(3)按分散相和分散介质间亲和力不同a憎液胶体：难溶物质分散在介质中，粒子由很大数目分子构成，该体系有很大的相界面，属于热力学不稳定体系。b亲液胶体：大分子化合物的真溶液，不存在相界面，属于热力学稳定体系。(大分子溶液)(溶胶)二溶胶的制备与净化1制备(1)分散法：a粉碎法b乳化法(2)凝聚法：a物理凝聚法:蒸气凝聚法、改换溶剂法、包膜法b化学凝聚法2净化(1)渗析法(2)超滤法3均匀胶体的制备(单分散胶体的制备)三溶胶的动力学性质1布朗运动：在超显微镜下，观察到胶粒不断地作不规则的运动，称为布朗运动。这是由于介质分子热运动撞击悬浮粒子的结果，其实质是热运动。布朗运动的公式（假定布朗运动与分子运动完全类似）：x=RTLt3πηrx：t时间内粒子在x轴方向的平均位移。r：离子半径η：介质粘度(假定胶体粒子是球形)(1)扩散：溶胶粒子在介质中因热运动由高浓度区自发地向低浓度区迁移的现象称为扩散。扩散遵从费克扩散第一定律：-DAdndt=dcdxdn—扩散量；A—扩散面积；D—扩散系数dc/dx—浓度梯度；dt—扩散时间D=RTL16πηr扩散系数可用下式表示：x2＝2DtM＝433ρLπr胶粒的摩尔质量M：2扩散与渗透现象η—介质粘度(2)渗透：用只允许溶剂分子通过，不允许溶质分子通过的半透膜把分散体系(分子溶液或溶胶)与纯溶剂隔开时，溶剂分子会透过半透膜向分散体系扩散，引起液面升高，这种现象称为渗透。p1p0半透膜纯溶剂分散体系渗透现象示意图渗透压：膜两侧溶剂分子的渗透速率相等时的压力差(p1-p0)称分散体系的渗透压，用π表示。范霍夫公式：π＝cRTc＝nB/V,体积摩尔浓度(适用于稀溶液)3沉降与沉降平衡(1)重力沉降粗分散相体系的粒子在重力场作用下的逐将下沉(ρρ0)或上浮(ρρ0)。下沉重力F1：ρρ0(ρ-)gρ0F1＝433πrg：重力加速度阻滞力F2：F2＝6πηrvη：介质粘度v：粒子运动速度重力沉降速度公式：(ρ-)gρ0v=2r29η（r10-4m）F1＝F2时，粒子均匀下降：假设粒子为球形，半径为r，且ρρ0：(2)重力沉降平衡与高度分布沉降平衡：当溶胶粒子下降所产生的浓度梯度被扩散作用所补偿时体系处于的平衡状态称为沉降平衡。dhc2h2c1h1溶胶粒子高度分布F扩RTcLdcdh=-每个粒子向上的扩散力：向下的下沉重力：(ρ-)gρ0F1＝433πr体系沉降扩散平衡时：RTcLdcdh=(ρ-)gρ0433πr--RTLdh=(ρ-)gρ0433πrdLnc积分：RTL(h2-h1)=(ρ-)gρ0433πrLnc2c14超离心力场下的沉降（阅读）高度分布公式为：RTL(h2-h1)=(ρ-)gρ0433πrc2c1exp.四溶胶的光学性质1丁达尔现象：在暗室内用一束光线照射溶胶时，在侧面可以看到一个发亮的光柱，此现象称为丁达尔现象。丁达尔效应的实质是溶胶粒子对光的散射作用(散射是指除入射光方向外,四面八方都能看到发光的现象)，它是溶胶的重要性质之一。2雷利公式3光的吸收4粒子大小的测定（阅读）丁达尔效应：散射光的强度：（1）随离子浓度的增加而增加；（2）随粒子体积的加大而显著增强；（3）入射光的波长愈短，散射光强度也就愈强；（4）分散相与分散介质的折射率相差越大，散射作用越显著。1电动现象：由于胶粒是带电的,所以在电场作用下,或在外加压力、自身重力下流动、沉降时产生电动现象，表现出溶胶粒子的运动与电性能之间的性质。电泳—在外加电场作用下,带电的分散相粒子在分散介质中向相反符号电极移动的现象。电渗—在外加电场作用下，分散介质(由过剩反离子所携带)通过多孔膜或极细的毛细管移动的现象(此时带电的固相不动)。流动电势—在外加压力下，迫使液体流经相对静止的固体表面（如多空膜）而产生的电势差叫流动电势。沉降电势—由于固体粒子或液滴在分散介质中沉降使液体的表面层与底层之间产生的电势差叫沉降电势。五溶胶的电学性质2溶胶粒子表面电荷的来源(1)电离作用(2)吸附作用法金斯规则：溶胶粒子优先吸附与自身有相同成分的离子。(3)晶格取代(4)摩擦带电4电泳测定（阅读）3双电层理论（阅读）六胶体的稳定性1胶团结构以AgNO3溶液滴加至KI溶液中形成的AgI溶胶为例。若KI过量，固体微粒优先吸附与其自身有相同元素的离子,即I-,故溶胶的胶团结构可表示为:(AgI)mnI-(n-x)K+...x-K+x胶核吸附层扩散层胶粒胶团(带电)(中性)2溶胶的稳定性与聚沉(1)溶胶的稳定性a动力学稳定性：溶胶粒子具有强烈的布朗运动，以致胶粒不因重力作用下沉。影响溶胶动力学稳定性的因素有分散度、介质粘度等。b胶粒带电的稳定作用胶粒具有足够大的ζ电势是溶胶稳定的主要原因。c溶剂化的稳定作用溶胶稳定存在的原因：溶胶的动力学稳定性胶粒带电产生的静电斥力离子溶剂化引起的机械阻力反离子对溶胶的聚沉起主要作用，聚沉值与反离子价数有关：聚沉值比例=M+、M2+、M3+（舒尔茨－哈迪规则）(2)溶胶的聚沉1电解质的聚沉作用聚沉值：使一定量溶胶在一定时间内完全聚沉时所需电解质的最低浓度，以mol.L-1表示。常用来衡量不同电解质对溶胶的聚沉能力。聚沉值越小，聚沉能力越大。聚沉：溶胶分散度降低，分散相颗粒变大，最后从介质中沉淀析出的现象。a反离子的大小感胶离子序：聚沉能力：一价正电反离子H+Cs+Rb+NH4+K+Na+Li+一价负电反离子F-IO3-H2PO4-BrO3-Cl-ClO3-Br-I-CNS-b同号离子的影响同号离子可以降低反离子的聚沉能力，规律是同号离子的价数越高或离子越大，它对溶胶的稳定性越显著。c不规则聚沉不规则聚沉是溶胶粒子对高价反离子强烈吸附的结果。d相互聚沉现象将两种带相反电荷的溶胶相互混合时会发生聚沉，这种现象称为相互聚沉现象，电菏全部中和时聚沉最完全2大分子化合物对溶胶的保护作用和敏化作用a保护作用：在溶胶中加入足够数量的明胶、蛋白质等大分子化合物，因大分子吸附在胶粒表面上，提高了溶胶对分散介质的亲合力，增加了溶胶的稳定性，即使加入少量电解质也不至于引起聚沉。b敏化作用：如果在溶胶中加入的大分子化合物的量很少，不足以将胶粒表面完全覆盖，则不仅起不到保护作用，反而会降低溶胶的稳定性，甚至发生聚沉。3溶胶的稳定理论DLVO理论要点：a胶团之间既存在着斥力势能，同时也存在着吸力势能；b胶体系统的相对稳定性或聚沉取决于斥力势能和吸力势能的相对大小；c斥力势能、吸力势能及总势能都随粒子间距离的变化而变化，但由于变化趋势不同，会出现在某一距离范围内吸力势能占优势，而在另一范围内斥力势能占优势的现象(见下图)；d胶体系统中加入电解质，对吸力势能影响不大，对斥力势能影响很明显，故调整电解质的浓度，可以得到相对稳定的胶体。E=ER+EA，随着X缩小，在第二最低势能处所发生的粒子的聚集称为絮凝(可逆)，此后E值增大直至EMAX，只有两胶粒通过热运动积聚的动能能够克服这一势垒时，才能够出现第一最低势能，在此处发生粒子间的聚沉(不可逆)。第一最低势能第二最低势能练习:1:以下说法对吗?1):溶胶在热力学和动力学上都是稳定系统。2):溶胶和真溶液一样是均相系统。3):溶胶是憎液胶体,而大分子溶液是亲液胶体。4):有无丁达尔效应是溶胶和分子分散系统的主要区别之一。1):溶胶的三个基本特征是____________________________；大分子溶液的主要特征是_____________________________。2:填空题:2):溶胶的动力学性质包括___________________________。3):布朗运动的实质是_____________________。七乳状液、泡沫和气溶胶1乳状液一种或几种液体分散在另一种与之不相溶的液体中形成的分散体系称为乳状液。属于粗分散体系。种类分散相分散介质水包油型(O/W)油水油包水型(W/O)水油复乳(O/W/O)(W/O/W)乳状液油或水(1)乳化剂及其稳定作用a乳化剂亲水性乳化剂－O/W亲油性乳化剂－W/Ob稳定作用Ⅰ降低界面张力Ⅱ形成界面膜Ⅲ形成双电层Ⅳ固体粉末的稳定作用(2)乳状液的破坏a电解质破乳如NaCl、NaOHb通过改变乳化剂的类型破乳c通过破坏保护膜破乳d通过破坏乳化剂破乳(3)微乳状液分散相：8×10-9~8×10-8微乳状液乳状液不同点透明或半透明液体热力学稳定体系(离心不分离)水、油、乳化剂、辅助剂(成份)乳白色不透明液体热力学不稳定体系(久置分层)水、油、乳化剂(成份)相同点类型：W/OO/W微乳状液与乳状液的异同点2泡沫泡沫是气体分散在液体中形成的体系。发泡剂：降低表面张力，形成具有一定表面粘度和机械强度的膜。(1)泡沫的形成(2)泡沫的稳定性泡沫表面的修复作用表面粘度表面电荷(3)削泡与削泡剂削泡：物理削泡法化学削泡法八大分子化合物结构（P337）大分子化合物：真溶液，热力学稳定体系大分子化合物的结构特点分子量：104~106结构：线型支链型体型3气溶胶气溶胶指的是分散介质是气体的分散体系，粒子大小1×10-4~1×10-7m。削泡剂：好的削泡剂应满足以下要求a必须是表面活性物质b铺展系数大c溶解度小d必须是惰性物质特性溶胶大分子溶液小分子溶液分散相大小分散相存在单元扩散速度半透膜溶液体系与溶剂亲合力热力学特性稳定性渗透压粘度对电解质丁达尔效应10-7~10-9m许多分子组成的胶粒慢不能透过多相体系小不平衡体系不符合相律热力学不稳定体系小小(与分散介质相似)很敏感强10-7~10-9m单分子慢不能透过单相体系大平衡体系符合相律热力学稳定体系大大不太敏感微弱10-9m单分子快能透过单相体系大平衡体系符合相律热力学稳定体系大小(与溶剂相似)不敏感微弱三种溶液性质的比较大分子电解质溶液大分子电解质溶液：具有可电离基团，在水溶液中可以电离成带电离子的大分子化合物。分类：阳离子型、阴离子型、两性型电性：高电荷密度：分子链上带电基团(高密度相同电荷)之间具有相互排斥作用。高度水化：亲水基水化层疏水基水化层pH对水溶液中蛋白质电荷的影响等电点：蛋白质链上－NH3+与－COO-基数目相等时这时蛋白质处于等电状态，该pH值称为蛋白质的等电点。电泳现象（见p353）唐南平衡膜内膜外Na+R-Cl-c1c2c1膜平衡前平衡后Na+c1c2膜内膜外Na+R-Cl-c1c2膜Na++xCl-x-xc2-x唐南平衡示意图唐南平衡(唐南效应)：因大分子离子的存在而导致小分子离子在半透膜两边分布不均匀的现象。（见p355）唐南平衡的条件：体系渗透平衡时，(x+c1).x=(c2-x)2x=c22c1+2c2平衡时膜两边NaCl浓度之比为：μNaCl.内＝μNaCl.外(aNa+.aCl-)内＝(aNa+.aCl-)外RTlnaNaCl.内＝RTlnaNaCl.外aNaCl.内＝aNaCl.外稀溶液：(cNa+.cCl-)内＝(cNa+.cCl-)外c2cc1c2+xc2-x=NaCl.外cNaCl.内=1+c1c2=大分子电解质的渗透压π内＝2RT(c1+x)π外＝2RT(c2-x)唐南平衡时：体系总的渗透压π测为：π测＝π内－π外＝