胶体及其性质

第1页共3页胶体及其性质一、胶体的由来及其认识的发展胶体一词，来自1861年T.格雷姆研究物质在水中扩散的论文《应用于分析的液体扩散》。当时发现有些物质（如某些无机盐、糖和甘油等）在水中扩散很快，容易透过一些膜；而另一些物质，如蛋白质、明胶和硅胶类水合氧化物等，则扩散很慢或不扩散。前者容易形成晶态，称为晶质；后者不易形成晶态，多呈胶态，则称为胶体。此种分类并未说明胶体的本质，因为胶状的胶体在适当条件下可以形成晶态，而晶质也可以形成胶态。直到20世纪初超显微镜的发明以及后来电子显微镜的应用，对胶体才逐渐有较清楚的了解.二、胶体体系的特点自质点大小这一特点考虑，高分子与胶体质点的大小差不多。例如，分子量为36000的胰岛素（球状）直径约4.0纳米；分子量为42000的蛋白朊长椭球长约11纳米，与一般金溶胶和硅溶胶质点大小相近。有的高分子甚至长达100纳米以上。因此,与大小有关的性质，如扩散、沉降、渗透压、光散射（见胶体光散射）等性质，二者全都相似。胶体研究的许多结果可以应用于高分子体系，从而大大推动了高分子的研究，高分子化学的部分领域也就归入胶体化学的范畴。经典的胶体体系是热力学不稳定体系，是一相（质点）分布在另一相(介质)中的多相分散体系；而高分子质点分散在介质中的这种胶体体系却是热力学稳定的体系，是均相溶液，即高分子溶于溶剂而形成的溶液。如同小分子的溶液一样,只要溶剂不挥发,高分子溶液就可以永久存在。高分子溶液的溶剂挥发后，得到高分子化合物；但若把高分子放入溶剂中，则又自动溶解而形成溶液。于是就把高分子溶液称为可逆胶体，也叫做亲液胶体，以与疏液胶体相对照、相区别。胶体质点与经典化学所研究的分子不同的另一特点，是其形状的千差万别，从完全对称的球形和比较对称的椭球形,到极不对称的不规则薄片,以至细长的线条。这将对体系的性质，特别是流变性质有重大影响。例如高分子溶液、钻井泥浆、油漆涂料、胶团溶液，以及乳状液、泡沫等的粘度、弹性、塑性及触变性等皆与质点的形状和结构有关（见非牛顿流体）。三、胶体化学中的基本术语⑴相—是指物质的物理化学性质都完全相同的均匀部分。体系中有两个或两个以上的相，称为多相体系。⑵相界面—是指相与相之间的接触面称为相界面，相与相之间的宏观物理界面。在相互接触的两相中，若一相为气体，相界面称为表面，若是液—固分界面，称为界面。⑶分散相—是指在多相分散体系中，被分散的物质。⑷分散介质—是指分散相所在的连续介质，又叫连续相。例如：钻井液中，粘土颗粒分散在水中。粘土为分散相；水为分散介质。⑸分散度D—是指分散相的分散度，是分散程度的量度，通常用分散相颗粒平均直径或长度a的倒数来表示。D=1／a。⑹比表面—是指单位体积（重量）物质的总表面积。比表面=S/V（m-1）或比表面=S/W（m2／kg）。⑺吸附—是指物质在两相界面上自动浓集（界面浓度大于内部浓度）的现象。⑻吸附质—是指被吸附的物质。第2页共3页⑼吸附剂—是指吸附吸附质的物质。⑽物理吸附—是指吸附的作用力是以静电吸引为主的吸附。⑾化学吸附—是指吸附的作用力是以化学键力为主的吸附。四、溶胶的制备1.溶胶制备的一般条件：（1）分散相在介质中的溶解度必须极小（2）必须有稳定剂存在2.胶体的制备方法：（1）凝聚法（2）分散法五、溶胶的运动性质1.扩散：过程为自发过程ddddmcDAtx，此为Fick第一扩散定律，式中dm/dt表示单位时间通过截面A扩散的物质数量，D为扩散系数，单位为m2/s，D越大，质点的扩散能力越大扩散系数D与质点在介质中运动时阻力系数f之间的关系为：ARTDNf（AN为阿伏加德罗常数；R为气体常数）若颗粒为球形，阻力系数f=6r（式中，为介质的黏度，r为质点的半径）故16RTDNAr，此式即为Einstein第一扩散公式浓度梯度越大，质点扩散越快；就质点而言，半径越小，扩散能力越强，扩散速度越快。2.布朗运动：本质是分子的热运动现象：分子处于不停的无规则运动中由于布朗运动是无规则的，因此就单个粒子而言，它们向各方向运动的几率是相等的。在浓度高的区域，单位体积的粒子较周围多，造成该区域“出多进少”，使浓度降低，这就表现为扩散。扩散是布朗运动的宏观表现，而布朗运动是扩散的微观基础Einstein认为，粒子的平均位移x与粒子半径r、介质黏度、温度T和位移时间t之间的关系：123ARTtxNr，此式常称为Einstein-Brown位移方程。式中x是在观察时间t内粒子沿x轴方向的平均位移；r为胶粒的半径；为介质的粘度；AN为阿伏加德罗常数。3.沉降溶胶是高度分散体系，胶粒一方面受到重力吸引而下降，另一方面由于布朗运动促使浓度趋于均一。当这两种效应相反的力相等时，粒子的分布达到平衡，粒子的浓度随高度不同有一定的梯度，如图所示。这种平衡称为沉降平衡。六、溶胶的光学性质1、丁达尔效应：以一束强光射入溶胶后，在入射光的垂直方向可以看到一道明亮的光带，被称为丁达尔效应光本质是电磁波，当光波作用到介质中小于光波波长的粒子上时，粒子中的电子被迫振动（其振动频率与入射光波的频率相同）,成为二次波源，向各个方向发射电磁波，这就是散射光波也就是我们看到的散射光。丁达尔效应可以认为是胶粒对光的散射作用的宏观表现。2、Rayleigh散射定律①散射光强度与入射光波长的四次方成反比。入射光波长愈短，散射愈显著。所以可见光中，蓝、紫色光散射作用强。②分散相与分散介质的折射率相差愈显著，则散射作用亦愈显著。若n1=n2则无散射现象③散射光强度与单位体积中的粒子数成正比。④散射光强度与粒子体积的平方成正比。在低分子溶液中，散射光极弱，因此利用丁道尔现象可以鉴别溶胶和真溶液。3、溶胶的颜色：溶胶产生各种颜色的主要原因是溶胶中的质点对可见光产生选择性吸收若溶胶对可见光的各部分吸收很弱，且大致相同，则溶胶无色若溶胶能较强的选择性吸收某一波长的光，则透过光该波长的光变弱，就会呈现该波长光的补色光质点对光的吸收主要取决于其化学结构每种分子都有其自己的特征吸收波长，若特征波长在可见光波长范围内，则该物质显色第3页共3页七、胶体产生电动现象的原因在固体表面的带电离子称为定位离子或电位离子，定位离子是使胶体产生电动现象的原因。而固体表面上产生定位离子的原因：（1）吸附。胶粒在形成过程中，胶核优先吸附某种离子，使胶粒带电。（2）电离。对于可能发生电离的大分子的溶胶而言，则胶粒带电主要是其本身发生电离引起的。例如蛋白质分子，当它的羧基或胺基在水中离解时，整个大分子就带负电或正电荷。（3）同晶置换。黏土矿物中如高岭土，主要由铝氧四面体和硅氧四面体组成，而与周围4个氧的电荷不平衡，要由等正离子来平衡电荷。而这些正离子在介质中会电离并扩散，所以使黏土微粒带负电。（4）溶解量的不均衡。离子型固体物质如AgI，在水中会有微量的溶解，所以水中会有少量的银离子和碘离子。八、电动现象电泳、电渗，流动电势和沉降电势均属于电动现象电泳：在外电场作用下，胶体粒子相对于静止介质作定向移动的电动现象称电泳。电渗：在外电场作用下，分散介质相对于静止的带电固体表面作定向移动的电动现象流动电势：在外力作用下，液体流过毛细管或多孔塞时，两端产生的电势差称为流动电势。沉降电势：在外力作用下，带电胶粒作相对于液相的运动时，两端产生的电势差称为沉降电势。参考文献1、作者：赵振国书名：应用胶体与界面化学出版社：化学工业出版社出版时间：2008-08-01版2、作者：沈钟等编著书名：胶体与表面化学出版社：化学工业出版社出版时间：2004-8-13、作者：章莉娟、郑忠书名：胶体与界面化学出版社：华南理工大学出版社出版时间：2006-02-014、作者：[荷]M.A.CohenStuart著；阎云，黄建滨译书名：胶体科学出版社：科学出版社出版时间：2012-08-315、作者：周祖康/顾惕人/马季铭书名：胶体化学基础出版社：北京大学出版社出版时间：1996-12