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1、1 第十二章胶体分散系统及粗分散系统第十二章胶体分散系统及粗分散系统 引言引言 气溶胶气溶胶 ?生命现象（血液、细胞膜）生命现象（血液、细胞膜） ?材料（陶瓷、泡沫塑料、有色玻璃）材料（陶瓷、泡沫塑料、有色玻璃） ?食品（牛奶、啤酒、面包）食品（牛奶、啤酒、面包） ?能源（强化采油、乳化、破乳）能源（强化采油、乳化、破乳） ?环境（烟雾、除尘、水处理）环境（烟雾、除尘、水处理） 胶体粒子的有序排列胶体粒子的有序排列 2 表面化学研究的开拓者表面化学研究的开拓者 傅鹰傅鹰（1902-1979） ，物理化学家和 化学教育家 ，物理化学家和 化学教育家。 中国胶体科学的主要奠基人中国胶体科学的主要奠
2、基人。 他献身科学和教育事业长达半个多世 纪，对发展表面化学基础理论和培养 化学人才做出了贡献。他倡导在高等 院校开展科学研究，创建了我国创建了我国胶体 化学 胶体 化学第一个教研室，并培养了第一批 研究生。 第一个教研室，并培养了第一批 研究生。他襟怀坦荡，为人刚正不 阿，是一位忠贞不渝的爱国者，党和 人民的挚友。 3 胶体科学是研究物质在一定介质中经高度分散而成 的分散体系和表（界）面现象的科学。虽说胶体的应用 几乎和人类文明史一样长久，但对它进行系统的理论研 究却是进入世纪以后才开始的。傅鹰正是从年 代初到美国留学时，加入到胶体和表面化学开拓性研究 的行列之中。在密执安大学研究院，他师从
3、巴特尔教 授，主攻表面现象和吸附作用，旁及多种胶体体系。他 潜心研究，勇于探索，取得了系统而有开创性的丰硕成 果，受到国际学术界的重视和好评。 在年代，他对吸附作用以及影响固体从溶液中 吸附的多种因素进行的综合实验研究和具有指导意义的 理论分析，已成为吸附理论的重要组成部分。 4 胶体与界面化学教育部重点实验室胶体与界面化学教育部重点实验室 (山东大学) 主任：姜建壮教授学术委员会主任：钱逸泰院士 胶体与界面化学教育部重点实验室于 主任：姜建壮教授学术委员会主任：钱逸泰院士 胶体与界面化学教育部重点实验室于 1993年年12月经原 国家教委批准，在山东大学胶体与界面化学研究所的基础上 组建的，
4、 月经原 国家教委批准，在山东大学胶体与界面化学研究所的基础上 组建的，1996年正式对外开放， 是国内胶体与界面化学领 域研究课题覆盖面较广、理论与实践密切结合的具有一定特 色的重要研究基地。 实验室定位于应用基础研究， 年正式对外开放， 是国内胶体与界面化学领 域研究课题覆盖面较广、理论与实践密切结合的具有一定特 色的重要研究基地。 实验室定位于应用基础研究，主要研究方向有： 界面化学与有序分子膜、分散体系与超细材料和表面活性剂 与缔合结构。 主要研究方向有： 界面化学与有序分子膜、分散体系与超细材料和表面活性剂 与缔合结构。 5 12.0 概述12.0 概述 一、胶体分散系统及粗分散系统
5、研究的内容一、胶体分散系统及粗分散系统研究的内容 1、分散系统1、分散系统 定义： 定义：一种或几种物质分散在另一种物质中所构成 的系统叫 一种或几种物质分散在另一种物质中所构成 的系统叫分散系统分散系统。 分散质分散质(相相)被分散的物质；被分散的物质； 分散介质分散介质起分散作用的物质（连续分布）。起分散作用的物质（连续分布）。 6 分散系统的分类 分散系统的分类 小分子溶液 电解质溶液 小分子溶液 电解质溶液 大分子溶液（亲液胶体）大分子溶液（亲液胶体） 缔合胶束溶液（缔合胶体）缔合胶束溶液（缔合胶体） 分散 系统 分散 系统 均相分散系统均相分散系统 （溶液）（溶液） 非均相分散系统
6、粗分散系统 非均相分散系统 粗分散系统 （乳状液，泡沫、悬浮液及悬浮体）（乳状液，泡沫、悬浮液及悬浮体） 溶胶（憎液胶体）溶胶（憎液胶体） ? 按分散质在分散介质中的存在形式区分：按分散质在分散介质中的存在形式区分： 胶体分散系统胶体分散系统 7 分散系统的分类 分散系统的分类 ? 按分散质质点大小区分：按分散质质点大小区分： 分散系统 分子(或离子)分散系统 分散系统 分子(或离子)分散系统 粗分散系统粗分散系统 胶体分散系统胶体分散系统 相应粒子直径相应粒子直径 d1 nm 1 nmd1000 nm d 1 m 8 ?按分散相及分散介质的聚集态分类按分散相及分散介质的聚集态分类 分散介质分
7、散相通称举例 气气 泡沫肥皂及灭火泡沫 液液 乳状液牛奶及含水原油 固 溶胶 固 溶胶或 悬浮液 碘化银溶胶、油墨、软膏 气固体泡沫 沸石、泡沫玻璃、泡沫金属 液 固珍珠 固加颜料的塑料、有色玻璃 液 气 气溶胶云、雾 固悬浮体烟、粉尘、沙尘暴 表表12-1 非均相分散系统按聚集状态分类非均相分散系统按聚集状态分类 液液 固态乳状液 固态悬浮液 9 2、胶体分散系统研究的对象2、胶体分散系统研究的对象 由难溶物难溶物分散在介质中形成多原子或分子 的聚集体，高度分散、高度分散、多相、多相、热力学热力学 不稳定不稳定系统系统 如Fe(OH)3溶胶； 由表面活性剂表面活性剂缔合形成的胶束溶于 分散介
8、质中，高度分散、均相、 热力学稳定系统 高度分散、均相、 热力学稳定系统； 线尺寸达到1 nm 1000nm之间的大分子 溶于分散介质中，高度分散、均相、 热力学稳定系统 高度分散、均相、 热力学稳定系统。 溶胶溶胶(憎液胶体憎液胶体) 胶束溶液胶束溶液(缔合胶体缔合胶体) 大分子溶液大分子溶液 (亲液胶体亲液胶体) 胶体分散系统 IUPAC定义定义：分散相可以是一种或几种物质，可以是由许多原子 或分子(通常103109个)组成的粒子，也可以是一个大分子，只要 它们至少有一维空间的尺寸在至少有一维空间的尺寸在1nm1000nm范围并分散于分散介 质之中，即构成胶体分散系统。 范围并分散于分散介
9、 质之中，即构成胶体分散系统。包括三类： 10 3、 粗分散系统研究的对象3、 粗分散系统研究的对象 粗分散系统 乳状液 泡沫 悬浮液 乳状液 泡沫 悬浮液/体体 胶体分散系统与小分子溶液相比，有很多特殊性：胶体分散系统与小分子溶液相比，有很多特殊性： 小分子溶液透明，不发生光散射，溶质扩散速度快， 溶质与溶剂均可通过半透膜，是热力学稳定系统； 胶体分散系统可透明或不透明，但均可发生光散射， 胶体粒子扩散速度慢，不能通过半透膜，有较高的渗透 压，是热力学不稳定系统。 胶体分散系统可透明或不透明，但均可发生光散射， 胶体粒子扩散速度慢，不能通过半透膜，有较高的渗透 压，是热力学不稳定系统。 分散
10、相粒子大于胶体粒子，也 是高度分散的、高度分散的、多相、多相、热力学热力学 不稳定不稳定系统；系统； 11 二、胶体分散系统及粗分散系统的研究方法二、胶体分散系统及粗分散系统的研究方法 热力学方法 量子力学方法 统计热力学方法 热力学方法 量子力学方法 统计热力学方法 实验方法与技术实验方法与技术 光散射技术 能谱技术 超显微技术 高速离心技术 电泳散射技术 光散射技术 能谱技术 超显微技术 高速离心技术 电泳散射技术 动力学方法动力学方法 12 I 胶体分散系统I 胶体分散系统 溶胶质点大小 1nm 1000nm 小分子溶液小分子溶液 质点大小 1nm 由小变大由小变大 凝聚法凝聚法 由大变
11、小由大变小 分散法分散法 (加稳定剂) 粗分散系统粗分散系统 质点大小 1m 更换溶剂法更换溶剂法化学反应法化学反应法 物理凝聚法 (蒸气凝聚法) 物理凝聚法 (蒸气凝聚法) 研磨法 (胶体磨) 研磨法 (胶体磨) 超声波分散法超声波分散法 (多制备乳状液) 电弧法电弧法 一、溶胶的制备 12.1 溶胶的制备及纯化 一、溶胶的制备 12.1 溶胶的制备及纯化 要求： 分散相粒子大小落在要求： 分散相粒子大小落在1 nm1000 nm范围内； 具有足够的稳定性（有适当的稳定剂存在）。 范围内； 具有足够的稳定性（有适当的稳定剂存在）。 Bottom-up Top-down 13 TOP DOWN
12、TOP DOWN，BOTTOM UPBOTTOM UP 物理学家物理学家物理学家物理学家 化学家化学家化学家化学家 胶体磨胶体磨 14 二、溶胶的纯化二、溶胶的纯化 1、渗析法、渗析法：利用溶胶质点不能通过半透膜，而离子或 小分子能通过半透膜的性质，将多余的电解质或小分子 化合物等杂质从溶胶中除去； ：利用溶胶质点不能通过半透膜，而离子或 小分子能通过半透膜的性质，将多余的电解质或小分子 化合物等杂质从溶胶中除去； 常用的半透膜：动物膀胱膜、羊皮纸、火棉胶膜、醋酸纤维 膜等。 常用的半透膜：动物膀胱膜、羊皮纸、火棉胶膜、醋酸纤维 膜等。增加半透膜面积、适当加热或加外电场增加半透膜面积、适当加热
13、或加外电场（电渗析），（电渗析）， 可提高渗析速度。可提高渗析速度。 2、超过滤法、超过滤法：用孔径极小而孔数极多的膜片作为滤膜， 利用压差（加压或吸滤）使溶胶流经过滤器，使杂质透 过滤膜而除掉。 ：用孔径极小而孔数极多的膜片作为滤膜， 利用压差（加压或吸滤）使溶胶流经过滤器，使杂质透 过滤膜而除掉。最后所得胶粒应立即分散在新的分散介质中，以 免聚结成块。 最后所得胶粒应立即分散在新的分散介质中，以 免聚结成块。 （电超过滤）（电超过滤） 应用举例应用举例 提纯溶胶及高分子化合物； 工业污水处理、海水淡化及水的纯化； 医学 提纯溶胶及高分子化合物； 工业污水处理、海水淡化及水的纯化； 医学“人
14、工肾人工肾”血透。血透。 应用举例应用举例 提纯溶胶及高分子化合物； 工业污水处理、海水淡化及水的纯化； 医学 提纯溶胶及高分子化合物； 工业污水处理、海水淡化及水的纯化； 医学“人工肾人工肾”血透。血透。 15 光学性质光学性质 运动性质 电学性质 流变性质 运动性质 电学性质 流变性质 12.2 溶胶的性质12.2 溶胶的性质 是溶胶高度分散性和 不均匀性特点的反映。 是溶胶高度分散性和 不均匀性特点的反映。 16 溶胶 图12-1丁达尔现象图12-1丁达尔现象 一、 溶胶的光学性质一、 溶胶的光学性质 透镜 光源 丁达尔效应丁达尔效应（乳光效应）（乳光效应） 当一束经聚集的光线照射到溶胶
15、系统，在与入射光垂直的 方向上可观察到一个发亮的园锥体： 当一束经聚集的光线照射到溶胶系统，在与入射光垂直的 方向上可观察到一个发亮的园锥体： 17 发生光散射条件： 系统具有光学不均匀性； 发生光散射条件： 系统具有光学不均匀性； 入射光波长分散相粒子尺寸。入射光波长分散相粒子尺寸。 溶胶符合此条件溶胶符合此条件 大分子溶液有丁达尔效应吗? 小分子溶液呢? 大分子溶液有丁达尔效应吗? 小分子溶液呢? 溶胶为何能产生丁达尔效应?实质是什么? 溶胶为何能产生丁达尔效应?实质是什么? 丁达尔现象的实质是溶胶对光的散射作用。丁达尔现象的实质是溶胶对光的散射作用。 透过 吸收 反射或折射 透过 吸收
16、反射或折射 散射散射 一束会聚光线照射系统一束会聚光线照射系统 丁达尔效应可用于鉴别丁达尔效应可用于鉴别 溶胶(显著)溶胶(显著) 大分子溶液大分子溶液（微弱）（微弱） 小分子溶液小分子溶液（无）（无） 18 散射光强度散射光强度瑞利(L.W.Rayleigh)公式 () 0 2 2 0 2 2 2 0 2 2 24 0 2 cos1 22 9 I nn nn l nv I + + =(12-1) I 散射光强度； 0 入射光波长； v 分散相粒子的体积；n (C)体积粒子数；体积粒子数； l 观察者与散射中心的距离； n2,n0分别为分散相及分散介质的折射率；散射角. I0入射光强度。 丁达尔现象的实质是丁达尔现象的实质是溶胶对光的散射作用溶胶对光的散射作用。 19 由式（由式（12-1）可知： 散射光强度与入射光波长
