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1、7.1 胶体和胶体的基本特性第7章胶体化学P323：第11章7.2 溶胶的制备和净化7.4 溶胶的动力性质7.5 溶胶的电学性质7.3 溶胶的稳定性和聚沉作用7.6 溶胶的光学性质7.5 溶胶的电学性质7.8 乳状液7.7 高分子溶液的粘度作业11- 4、11- 5、11- 6第三版的教材是接着第七章7.22之后开始设 置胶体化学的习题2胶体化学作为一门学科来说，它的历史比较 一致的看法是从1861年开始的，创始人是英国科 学家Thomas Graham，他系统研究过许多物质的 扩散速度，并首先提出晶体和胶体（colloid）的 概念制定了许多名词用来形容他所发现的事实概念，制定了许多名词用来
2、形容他所发现的事实。 现今我们所用的一些名词，如溶胶（sol）、 凝胶（gel）、胶溶（peptization）、渗析 （dialysis）、离浆（syneresis）都是Graham提 出的。由一个实际上错误的概念引出的介观领 域的一个重要科学分枝。 Graham： a)容易扩散的（例如无机盐、糖、尿素等）物质称为晶体晶体 容易通过半透膜；蒸发析出晶体容易通过半透膜；蒸发析出晶体。 b)不易扩散的（例如硅酸、氢氧化铝、明胶、蛋白质、焦糖等） 物质称为胶体胶体 不能通过半透膜不能通过半透膜蒸发析出胶状物蒸发析出胶状物不能通过半透膜不能通过半透膜；蒸发析出胶状物蒸发析出胶状物。 认为晶体和胶体分
3、属两种不同的物质世界 错误 。u1905年 维伊曼用接近200多种化合物证明：通过降 低溶解度（蒸发）或采用适当的溶剂都能制成溶胶。uu维伊曼得出结论：u气、液、固是物质的一种状态。u溶胶，胶体不是物质本身固有的。7.1 胶体及其基本特性胶体及其基本特性1. 分散系统：分散相与分散介质2. 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）按胶体溶液的稳定性分类3. 憎液溶胶的特性1. 分散相与分散介质P322:11.1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，被分散的物质例如：云，牛奶，珍珠称为分散相 （dispersed phase）， 另
4、一种物质称为分散 介质（dispersing medium)。2. 分散体系分类P324: 11.2分类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：液溶胶 按分散相和介质的聚集状态分类：液溶胶 固溶胶 气溶胶按胶体溶液的稳定性分类：憎液溶胶 亲液溶胶（1）按物质分散的程度分类）按物质分散的程度分类u分 散 体 系u粗分散体系(10- 7m) (例:悬液，乳液) 不能穿过滤纸，无扩散能力，不能穿过渗析膜； 在显微镜下可见；体系不稳定，易沉降分离u胶体分散体系( 10- 7m d 10- 9m) （例:溶胶，乳状液） 能穿过滤纸，稍有扩散能力，不能穿过渗析
5、膜；分 散 体 系u分子分散体系(Cs+Rb+NH4+K+Na+Li+对带正电的胶粒，一价阴离子的钾盐的聚沉能力 次序为： F-Cl-Br-NO3-I-这种次序称为感胶离子序（lyotropic series)。小结：电解质对溶胶稳定性的影响（3） 有机化合物的离子都有很强的聚沉能力，这可能与其具有强吸附能力有关。（4）当与胶体带相反电荷的离子相同时，则另一同性离子的价数也会影响聚沉值价数愈高聚沉能力性离子的价数也会影响聚沉值，价数愈高，聚沉能力愈低。这可能与这些同性离子的吸附作用有关。例如，对亚铁氰化铜溶胶的聚沉值：KBr 为 27.5 。 而 K4Fe(CN)6 为 260.0。3mol
6、m3mol m7.3.4 不同胶体的相互作用将胶粒带相反电荷的溶胶互相混合，也会发生聚沉。与加入电解质情况不同的是，当两种溶胶的用量恰 能使其所带电荷的量相等时，才会完全聚沉，否则会不 完全聚沉，甚至不聚沉。在憎液溶胶中加入某些大分子溶液，加入的量不同， 会出现两种情况：加入大分子溶液太少时，会促使溶胶的聚沉，称 为敏化作用； 当加入大分子溶液的量足够多时，会保护溶胶不聚 沉，这是保护作用。不同胶体的相互作用当加入的大分子物质的量不足时，憎液溶胶的胶 粒粘附在大分子上，大分子起了一个桥梁作用，把胶 粒联系在一起，使之更容易聚沉。敏化作用粒联系在一起，使之更容易聚沉例如，对SiO2进行重量分析时
7、，在SiO2的溶胶中 加入少量明胶，使SiO2 的胶粒粘附在明胶上，便于 聚沉后过滤，减少损失，使分析更准确。不同胶体的相互作用Brown运动(Brownian motion)1827 年植物学家布朗（Brown)用显微镜观察到悬浮在液面上的花粉粉末不断地作不规则的运动。后来又发现许多其它物质如煤化石金属等7.4溶胶的动力性质后来又发现许多其它物质如煤、 化石、金属等的粉末也都有类似的现象。人们称微粒的这种运动为布朗运动。但在很长的一段时间里，这种现象的本质没有得到阐明。Brown运动(Brownian motion)1903年发明了超显微 镜，为研究布朗运动提供 了物质条件。 用超显微镜可以
8、观察 到溶胶粒子不断地作不规到溶胶粒子不断地作不规 则“之”字形的运动，从 而能够测出在一定时间内 粒子的平均位移。 通过大量观察，得出结论：粒子越小，布朗运动 越激烈。其运动激烈的程度不随时间而改变，但随温 度的升高而增加。Brown运动的本质1905年和1906年爱因 斯坦（Einstein)和斯莫鲁霍 夫斯基（Smoluchowski)分 别阐述了Brown运动的本质。认为Brown运动是分散介质分子以不同大小和不同方向的力 对胶体粒子不断撞击而产生的，由于受到的力不平衡，所 以连续以不同方向、不同速度作不规则运动。随着粒子增 大，撞击的次数增多，而作用力抵消的可能性亦大。当半径大于5
9、m，Brown运动消失。7.5 溶胶的电学性质 胶粒带电的本质 电动现象(1) 电泳Tiselius电泳仪 界面移动电泳仪显微电泳仪（2）电渗 （3）流动电势 （4）沉降电势 双电层 动电电位显微电泳仪 区带电泳胶粒带电的本质（1）胶粒在形成过程中，胶核优先吸附某种离子， 使胶粒带电。例如：在AgI溶胶的制备过程中，如果AgNO3过量， 则胶核优先吸附Ag+离子，使胶粒带正电；如果KI过（2） 离子型固体电解质形成溶胶时，由于正、负离子溶解量不同，使胶粒带电。 例如：将AgI制备溶胶时，由于Ag+较小，活动能力强，比I-容易脱离晶格而进入溶液，使胶粒带负电。量，则优先吸附I -离子，胶粒带负电
10、。胶粒带电的本质（3） 可电离的大分子溶胶，由于大分子本身发生 电离，而使胶粒带电。例如蛋白质分子，有许多羧基和胺基，在pH较 高的溶液中，离解生成PCOO-离子而负带电；在pH高的溶液中，离解生成P COO 离子而负带电；在pH 较低的溶液中，生成P- NH3+离子而带正电。在某一特定的pH条件下，生成的- COO-和- NH3+ 数量相等，蛋白质分子的净电荷为零，这pH称为蛋 白质的等电点 。电动现象由于胶粒带电，而溶胶是电中性的，则介质 带与胶粒相反的电荷。在外电场作用下，胶粒和 介质分别向带相反电荷的电极移动，就产生了电 泳和电渗的电动现象，这是因电而动。胶粒在重力场作用下发生沉降，而
11、产生沉降电 势；带电的介质发生流动，则产生流动电势。这 是因动而产生电。以上四种现象都称为电动现象。电泳（electrophoresis）影响电泳的因素有：带电粒子的大小、形状；粒子表面电荷的数目介质中电解质的种类离子带电胶粒或大分子在外加电场的作用下向带相反电荷的电极作定向移动的现象称为电泳。粒子表面电荷的数目；介质中电解质的种类、离子强度，pH值和粘度；电泳的温度和外加电压等。从电泳现象可以获得胶粒或大分子的结构、大小和形状等有关信息。Tiselius电泳仪沿aa,bb和cc都可以水平滑移。实验开始时，从 bb处将上部移开，下面A，B部分装上溶胶，然后将上 部移到原处，在C部装上超滤液，在
12、bb处有清晰界面。提赛留斯电泳仪的纵、横剖面图如图所示。接通直流电源， 在电泳过程中可以清 楚的观察到界面的移 动。从而可以判断胶 粒所带电荷和测定电 泳速度等。Tiselius电泳仪提赛留斯电泳仪的纵、横剖面图如图所示。界面移动电泳仪首先在漏斗中装上待测溶胶，U型管下部活塞内径 与管径相同。实验开始时，打 开底部活塞，使溶胶 进入U型管当液面进入U型管，当液面 略高于左、右两活塞 时即关上，并把多余 溶胶吸走。在管中加 入分散介质，使两臂 液面等高。界面移动电泳仪小心打开活塞 ，接通电源，观察液面的变化。若是 无色溶胶，必须用紫外吸收等光学方法读出液面的变化。另外要选择合适 的介质使电泳过程
13、根据通电时间 和液面升高或下降 的刻度计算电泳速 度。的介质，使电泳过程 中保持液面清晰。显微电泳仪该方法简单、快速，胶体用量少，可以在胶粒所 处的环境中测定电泳速度和电动电位。但只能测定显 微镜可分辨的胶粒，一般在200nm以上。 装置中用的是铂黑电 极观察管用玻璃制成极，观察管用玻璃制成。 电泳池是封闭的，电泳和 电渗同时进行。物镜观察位置选在静止层处（即电渗流动与反流 动刚好相消），这时观察到的胶粒运动速度可以代表 真正的电泳速度。区带电泳区带电泳实验简便易行样品用量少分离将惰性的固体或凝胶作为支持物，两端接正、负电极，在其上面进行电泳，从而将电泳速度不同的各组成分离。区带电泳实验简便、
14、易行，样品用量少，分离效率高，是分析和分离蛋白质的基本方法。常用的区带电泳有：纸上电泳，圆盘电泳和板上 电泳等。区带电泳a.纸上电泳用滤纸作为支持物的电泳称为纸上电泳。先将一厚滤纸条在一定 pH的缓冲溶液中浸泡，取出 后两端夹上电极，在滤纸中 央滴少量待测溶液电泳速央滴少量待测溶液，电泳速 度不同的各组分即以不同速 度沿纸条运动。经一段时间后，在纸条上形成距起点不同距离的区 带，区带数等于样品中的组分数。将纸条干燥并加热， 将蛋白质各组分固定在纸条上，再用适当方法进行分析。区带电泳b.凝胶电泳用淀粉凝胶、琼胶或聚丙烯酰胺等凝胶作为载体，则称为凝胶电泳。将凝胶装在玻管中，电泳后各组分在管中形成圆
15、盘状，称为圆盘电泳；凝胶电泳的分辨率极高。例如，纸上电泳只能将血清分成五个组分，而用聚丙烯酰胺凝胶作的圆盘电泳可将血清分成25个组分。区带电泳如果将凝胶铺在玻板上进行的电泳称为平板电泳。C.板上电泳（2）电渗（electro- osmosis)在外加电场作用下，带电的介质通过多孔膜或半径为110 nm的毛细管作定向移动，这种现象称为电渗。外加电解质对电渗速度影响显著随着电解质浓外加电解质对电渗速度影响显著，随着电解质浓度的增加，电渗速度降低，甚至会改变电渗的方向。电渗方法有许多实际应用，如溶胶净化、海水淡化、泥炭和染料的干燥等。电渗实验图中，3为多孔膜，可以用滤纸、玻璃或棉花等 构成；也可以用
16、氧化铝、碳酸钡、AgI等物质构成。如果多孔膜吸附阴离子， 则介质带正电，通电时向阴 极移动；反之，多孔膜吸附在U型管1,2中盛电解质溶 液，将电极5,6接通直流电后， 可从有刻度的毛细管 4中， 准确地读出液面的变化。极移动；反之，多孔膜吸附 阳离子，带负电的介质向阳 极移动。（3）流动电势（streaming potential)含有离子的液体在加压或重力等外力的作用下，流经多孔膜或毛细管时会产生膜或毛细管时会产生电势差。这种因流动而产生的电势称为流动电势。（3）流动电势（streaming potential)因为管壁会吸附某种离子， 使固体表面带电，电荷从固体 到液体有个分布梯度。当外力迫使扩散层移动时， 流动层与固体表面之间会产生在用泵输送原油或易燃化工原料时，要使管道 接地或加入油溶性电解质，增加介质电导，防止流 动电势可能引发的事故。流动层与固体表面之间会产生 电势差，当流速很快时，有时 会产
