《胶体与大分子溶液(2013, new讲解》由会员分享，可在线阅读，更多相关《胶体与大分子溶液(2013, new讲解（144页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、物理化学(II) 第十四章 2019/11/17 u14.1 胶体及其基本特性 第十四章 胶体分散体系和大分子溶液 u14.2 溶胶的制备与净化 u14.3 溶胶的动力性质 u14.4 溶胶的光学性质 u14.5 溶胶的电学性质 u14.6 溶胶的稳定性和聚沉作用 u14.7 乳状液 u14.8 大分子概说 u14.9 大分子的相对摩尔质量 u14.10 Donnan平衡 2019/11/17 14.1 胶体及其基本特性 胶粒的结构 分散相与分散介质 分散体系分类 （1）按分散相粒子的大小分类 （2）按分散相和介质的聚集状态分类 （3）按胶体的稳定性分类 憎液溶胶的特性 胶粒的形状触变现象 2
2、019/11/17 一. 分散相与分散介质 把一种或几种物质分散 在另一种物质中就构成分散 体系。其中，被分散的物质 称为分散相（dispersed phase），另一种物质称为分 散介质（dispersing medium) 。 例如：云 牛奶 珍珠 Date 二. 分散体系分类 分散体系通常有三种分类方法： 分子分散体系 胶体分散体系 粗分散体系 按分散相粒子的大小分类： 按分散相和介质的聚集状态分类： 液溶胶 固溶胶 气溶胶 按胶体的稳定性分类： 憎液溶胶 亲液溶胶 Date 1. 按分散相粒子的大小分类 (1).分子分散体系 分散相与分散介质以分子或离子形式彼此混溶，没有界面，是 均匀
3、的单相体系，分子半径在10-9 m （1 nm） 以下 。通常把这种体 系称为真溶液，如CuSO4溶液。 (2).胶体分散体系 分散相粒子的半径在1 100 nm之间的体系。目测是均匀的，但， 实际是多相不均匀体系。需注意的是，a. 有时将100 1000 nm之间的 粒子也归入胶体范畴. b. 含PM2.5的空气，有人也称为气溶胶。 (3).粗分散体系 当分散相粒子半径大于100 nm, 目测就是混浊不均匀体系，放置 后会沉淀或分层，如黄河水。 Date PM2.5简介 PM2.5是指大气中直径小于或等于2.5微米的颗粒 物，也称为可入肺颗粒物。通常，PM2.5只是大气 成分中含量很少的组分
4、。但，它对空气质量和能见 度等有重要的影响。PM2.5粒径小，富含大量的有 毒、有害物质，且在大气中的停留时间长、输送距 离远，因而对人体健康、大气环境质量的影响很大 Date 2. 按分散相和介质聚集状态分类 (1) 液溶胶 将液态物质作为分散介质所形成的溶胶。当分散相为 不同状态时，则形成不同的液溶胶： A. 液-固溶胶 如油漆，AgI溶胶 B.液-液溶胶 如牛奶，石油原油等乳状液 C.液-气溶胶 如泡沫 Date (2).固溶胶 将固态物质作为分散介质所形成的溶胶。当分散相为 不同状态时，则形成不同的固溶胶： A.固-固溶胶 如有色玻璃，不完全互溶的合金 B.固-液溶胶 如珍珠，某些宝石
5、 C.固-气溶胶 如泡沫塑料 Date (3). 气溶胶 将气态物质作为分散介质所形成的溶胶。当分散 相为固体或液体时，形成气-固或气-液溶胶， 但没有 气-气溶胶， 因为不同的气体混合后是单相均一体系 ，不属于胶体范围，而是分子分散体系. A.气-固溶胶 如烟，含尘的空气 B.气-液溶胶 如雾，云 Date 3. 按胶体的稳定性分类 (1) 憎液溶胶 半径在1 100 nm之间的难溶物固体粒子分散在液体介质中 ，有很大的相界面，易聚沉，是热力学上的不稳定、不可逆体 系。 一旦将介质蒸发掉，再加入介质就无法再形成溶胶，是 一 个不可逆体系，如氢氧化铁溶胶、碘化银溶胶等。 憎液溶胶是胶体分散体系
6、中主要研究对象。 Date (2) 亲液溶胶 将半径落在胶体粒子范围内的大分子化合物溶解在合适的溶 剂中形成的溶液。一旦将溶剂蒸发，大分子化合物凝聚，再加入 溶剂，又可形成溶液。亲液溶胶是热力学上稳定的、可逆的体系 。 Date 三. 憎液溶胶的特性 （1）特有的分散程度 粒子的半径在10-910-7 m之间，因而扩散较慢，不能透过半透膜，渗透压 低，但有较强的动力稳定性和乳光现象。 （2）多相不均匀性 (超微不均匀性） 具有纳米级的粒子是由许多离子或分子聚结而成，结构复杂，有的保持 了该难溶盐的原有晶体结构，而且粒子大小不一，与介质之间有明显的相界面 ，比表面很大。 （3）热力学不稳定性 （
7、聚结不稳定性） 因为粒子小，比表面大，表面自由能高，是热力学不稳定体系，有自 发聚结而降低表面自由能的趋势，即小粒子会自动聚结成大粒子。 Date 四. 胶粒的结构 1. 形成憎液溶胶的必要条件是： （1）分散相的溶解度要小； （2）必须有稳定剂存在，否则胶粒易聚结而 聚沉。 Date 2. 胶粒的结构比较复杂 先有一定量的难溶物分子聚结形成胶粒的中心，称为胶核； 然后，胶核选择性地吸附稳定剂中的一种离子，形成紧密吸附层 ；由于正、负电荷相吸，在紧密层外形成反号离子的包围圈，构成 与紧密层带相同电荷的胶粒； 最终，胶粒与扩散层中的反号离子，一起形成一个电中性的胶团 。 Date 3. 胶核吸附
8、离子有选择性 优先吸附与胶核中相同的某种元素离子。因同离子效应使胶核 不易溶解。 若无相同离子，则首先吸附水化能力较弱的负离子，所以自然 界中的胶粒大多带负电，如，泥浆水、豆浆等，都是负电溶胶。 Date 例1：AgNO3 + KI KNO3 + AgI 过量的 KI 作稳定剂 胶团的结构表达式 ： (AgI)m n I (n-x)K+x xK+ |_| |_| 胶核 胶粒 胶团 胶团的图示式： Date 例2：AgNO3 + KI KNO3 + AgI 过量的 AgNO3 作稳定剂 胶团的结构表达式： (AgI)m n Ag+ (n-x)NO3x+ x NO3 |_| |_| 胶核 胶粒 胶
9、团 胶团的图示式： Date 五. 胶粒的形状 作为憎液溶胶基本质点的胶粒，并非都是球形，而胶粒的形 状对胶体性质有重要影响。 若胶粒为球形，流动性较好；若为带状或丝状，则流动性较 差，易产生触变现象。 Date 例如： （1） 聚苯乙烯胶乳是球形质点 （2）V2O5 溶胶是带状的质点 （3）Fe(OH)3 溶胶是丝状的质点 Date 六. 触变现象 有一类凝胶在外加的机械作用下会液化成溶胶,静止片刻以后,又会 恢复原来的凝胶状态,这种等温可逆转变过程,称为触变过程。 产生触变现象的原因是，凝胶结构不稳定,胶粒间仅以很弱的范德 华力相连,在外力作用下很容易被破坏,但也容易重建,这就产生了触 变
10、现象。 浓度较高的片状或长杆状凝胶，容易成触变体系。 通常见到的触变凝胶有： V2O5凝胶，Fe(OH)3凝胶，流沙，泥浆， 油漆等。例如，看上去干燥的沼泽地，是泥浆凝胶，当有动物踩上去 ，凝胶被破坏，变成溶胶，动物下沉后，表面上又恢复为凝胶状态。 Date 14.2 溶胶的制备与净化 溶胶的制备 1 分散法 （1）研磨法 （2）胶溶法 （3）超声波分散法 （4）电弧法 2 凝聚法 （1）化学凝聚法 （2）物理凝聚法 溶胶的净化 （1）渗析法 （2）超过滤法 Date 一. 溶胶的制备 制备溶胶，必须使分散相粒子的大小落在胶体分散体系的范 围之内，并加入适当的稳定剂。制备方法大致可分为两类：
11、分散法 用机械、化学等方法使固体的粒子变小。 凝聚法 使分子或离子聚结成胶粒 Date 用这两种方法直接制得的粒子，称为原级粒子。 因为具体的制备条件不同，这些原级粒子又可以聚集 成较大的次级粒子。 所以，通常得到的溶胶中，粒子的大小并不是均一的 ，是一个多级分散体系。 Date (1)研磨法 用机械粉碎的方法将固体磨细。 这种方法适用于脆而易碎的物质，对于柔韧性的物质必 须先硬化后再粉碎。例如，将废轮胎粉碎，先用液氮处理， 硬化后再研磨。 常用的设备：胶体磨 胶体磨的形式很多，其分散能力因构造和转速的不同而不 同 1. 分散法 Date 盘式胶体磨 Date 转速约每分钟1万2万转。 A为空
12、心转轴，与C盘相连，向一个 方向旋转，B盘向另一方向旋转。 分散相、分散介质和稳定剂从空心轴A 处加入，从C盘与B盘的狭缝中飞出，利用 两盘之间的应切力将固体粉碎，可得1000 nm左右的粒子。 其它研磨设备：如球磨机 Date (2).胶溶法 胶溶法又称解胶法，是将新鲜的凝聚胶粒重新分散在介质中形成 溶胶，并加入适当的稳定剂。 加入的稳定剂又称胶溶剂。根据胶核所能吸附的离子而选用合 适的电解质作胶溶剂。 该方法一般用于化学凝聚法制溶胶时，为了将多余的电解质离 子去掉，先将胶粒过滤，洗涤，然后再尽快再分散在含有胶溶剂的 介质中，形成溶胶。 Date 例如： AgCl (新鲜沉淀） AgCl(溶
13、胶） Fe(OH)3（新鲜沉淀） Fe(OH)3 (溶胶 ） Date (3).超声分散法 这种方法目前只用来制备乳状液。 如图所示，将分散相和分散介质两种 不互溶的液体放在样品管4中。样品管固 定在变压器油浴中。 在两个电极上通入高频电流，使电 极中间的石英片发生机械振荡，使管中 的两个液相均匀地混合成乳状液。 Date 超声分散法 Date 电弧法主要用于制备金、银、铂等金 属溶胶。制备过程包括(先)分散与(后)凝 聚两个步骤。 (4) 电弧法 将被分散的金属做成两个电极，浸在 水中，盛水的盘子放在冷浴中。在水中加 入少量NaOH 作为稳定剂。 制备时在两电极上施加 100V 左右的直流电
14、，调节电极之间的距离 ，使之发生电火花，这时电极表面金属蒸发，是分散过程，接着金属蒸 气立即被水冷却而凝聚为胶粒。 Date Date 2. 凝聚法 (1)化学凝聚法 通过各种化学反应使生成物呈过饱和状态，使初生成的难 溶物微粒结合成胶粒，在少量稳定剂存在下形成溶胶。这种稳 定剂一般是某一过量的反应物。例如： A.复分解反应制硫化砷溶胶 As2O3（稀）+ 3H2S As2S3（溶胶）+ 3H2O B. 水解反应制氢氧化铁溶胶 FeCl3 （稀）+3H2O （热） Fe(OH)3 （溶胶）+3HCl Date C.氧化还原反应制备硫溶胶 2H2S(稀）+ SO2(g) 2H2O +3S (溶胶
15、） Na2S2O3 +2HCl 2NaCl +H2O +SO2 +S (溶胶） E. 复分解反应制氯化银溶胶 AgNO3（稀）+ KCl（稀） AgCl (溶胶） +KNO3 D. 还原反应制金溶胶 2HAuCl4(稀）+ 3HCHO +11KOH 2Au(溶胶）+3HCOOK + 8KCl + 8H2O Date （2）物理凝聚法 A. 更换溶剂法 利用物质在不同溶剂中溶解度的显著差别来制备溶胶，而两种 溶剂要能完全互溶。 例1.松香易溶于乙醇而难溶于水，将松香的乙醇溶液滴入水中可 制备松香的水溶胶 。 例2.将硫的丙酮溶液滴入90左右的热水中，丙酮蒸发后，可得 硫的水溶胶。 Date 例图： Date 将汞的蒸气通入冷水中就可以得到汞的水溶胶。 4金属钠，2苯,5液态空气 B.蒸气骤冷法 罗金斯基等人利用右图装置，制备碱金属的苯溶胶。 先将体系抽真空，然后适当加 热管2和管4，使钠和苯的蒸气同时 在管5 外壁凝聚。除去管5中的液态 空气，凝聚在外壁的混合物融化， 在管3中获得钠的苯溶胶。 Date 蒸气骤冷法 Date 二. 溶胶的净化 在用化学凝聚法制备溶胶的过程中，常生成一些多余的电解质
