胶体的制备与纯化

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1、第三章 胶体的制备与纯化,胶体体系分类 溶胶（胶体分散体系）表面自由能很高，在热力学上是不稳定的，也是不可逆的，其组成相一旦发生分离，就不易再恢复原状。 高分子溶液（高分子物质的真溶液天然的或合成的）在热力学上是稳定的和可逆的，溶质从溶剂中分离后容易恢复原状。 缔合胶体有时称为胶体电解质，在热力学上是稳定的,3.1 溶胶的制备方法,溶胶的制备,（1）分散法1.机械粉碎法2.电分散法3.超声波分散法4.胶溶法,（2）凝聚法1.化学凝聚法2.物理凝聚法,溶胶的净化,（1）透析法 （2）超过滤法,3.1 溶胶的制备方法,用这两种方法直接制出的粒子称为原级粒子。视具体制备条件不同，这些粒子又可以聚集成

2、较大的次级粒子。,通常所制备的溶胶中粒子的大小不是均一的，是一个多级分散体系。,更换溶剂法,3.1 溶胶的制备方法,1.分散法,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。,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。常见的机械磨有球磨、气流磨和盘磨。,分散法,盘式胶体磨,A为空心转轴， 与C盘相连，向 一个方向旋转， B盘反方向旋转。,转速约每分钟 1万2万转。,分散法,3.1 溶胶的制备方法,特点： a.效率较差，最细1m b.颗粒自发变大 c.提高研磨效率防止颗粒增大，溶

3、剂冲稀，或加入稳定剂。油漆：金属皂类；岩石粉碎：表面活性剂。,分散法,电弧法,电弧法主要用于 制备金、银、铂 等金属溶胶。 制备过程包括先 分散后凝聚两个 过程。,分散法,超声波分散法,作用机理：空化效应。 超声空化是液体的一种极其复杂的物理化学现象，液体中的微小泡核在超声波作用下被激化，随后表现为泡核的振荡、生长、收缩及崩溃等一系列动力学过程。在空化泡崩溃时的极短时间内，在空化泡的极小空间中将产生局部高温、高压以及强烈的冲击波和快速射流。在局部高温高压的作用下，分散的效果得到了极大提高。 这种方法目前只用来制备乳状液。,分散法,胶溶法又称解胶法，是将新生成的沉淀重新分散在介质中形成溶胶，并加

4、入适当的稳定剂。,重新分散的措施有：加入适量的电解质；或置于某一温度下。,其中所用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。,分散法,例如：,这种方法一般用在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，然后尽快分散在含有胶溶剂的介质中，形成溶胶。,3.1 溶胶的制备方法,2.凝聚法 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。 通过控制化学反应中不溶性产物的析晶过程, 使其停留在胶核尺度阶段, 而得到溶胶的方法。 一般采用较大的过饱和度和较

5、低的温度以利于晶核的大量形成而减缓晶体长大的速度, 防止难溶性物质的聚沉。,凝聚法,A.复分解反应制硫化砷溶胶2H3AsO3（稀）+ 3H2S As2S3（溶胶）+6H2O,B.水解反应制氢氧化铁溶胶FeCl3 （稀）+3H2O （热） Fe(OH)3 （溶胶）+3HCl,例如：,C.氧化还原反应制备硫溶胶2H2S(稀）+ SO2(g) 2H2O +3S (溶胶）Na2S2O3 +2HCl 2NaCl +H2O +SO2 +S (溶胶）,凝聚法,E.离子反应制氯化银溶胶AgNO3（稀）+ KCl（稀） AgCl (溶胶） +KNO3,D.还原反应制金溶胶2HAuCl4(稀）+ 3HCHO (甲

6、醛 )+11KOH 2Au(溶胶）+3HCOOK + 8KCl + 8H2O,四氯合金酸，王水溶解金的产物,凝聚法,物理凝聚法: 将蒸气或溶解状态的物质凝聚成胶体的方法。有过饱和法、更换溶剂法和蒸气骤冷法。过饱和法 用降温冷却等方法, 使溶质溶解度降低至过饱和, 然后从溶液中结晶而聚集成溶胶。,苯的饱和水溶液,冰急骤冷却,苯的水溶胶,硫的酒精溶液,液态空气冷却,硫的醇溶胶,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，而且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

7、，可得硫的水溶胶。,凝聚法,例图：,凝聚法,凝聚法,Cu+Ti 4一Cu + Ti3+ Cu +一Cu+Cu2+,将TiCl4溶于水配制成TiCl4储备液时, TiCl4部分水解,形成第一个水产物,水解反应式为:TiCl4 +nH2OH2Ti(OH)nCl6-n+(n-2)HCl 在强迫水解过程中,加热体系,促进TiCl4水解的进一步进行, Ti(OH)nCl6-n2-发生进一步的水解,生成钛羟基络合物,反应过程可以表示为: H2Ti(OH)nCl6-n+ (6-n)H2OTi(OH)n H2O 6-n Cl6-n+2HCl,将汞的蒸气通入 冷水中就可以得 到汞的水溶胶。,2苯 4金属钠 5液

8、氮,蒸气骤冷法,罗金斯基等人利用 右侧装置，制备碱 金属的苯溶胶。,凝聚法,凝聚法,NaCl溶于水形成溶液，如果分散在酒精可形成胶体,如何设计实验？,凝聚法,3.1 溶胶的制备方法,溶胶的净化: 将溶胶制备过程中引入或产生的过量电解质或其它杂质除去, 以提高溶胶的稳定性和纯度。 净化的方法主要有渗析法和超过滤法。,在制备溶胶的过程中，常生成一些多余的电解质，如制备 Fe(OH)3溶胶时生成的HCl。少量电解质可以作为溶胶的稳定剂，但是过多的电解质存在会使溶胶不稳定，容易聚沉，所以必须除去。,3.溶胶的纯化,简单渗析,简单渗析：将需要净化的溶胶放在羊皮纸或动物膀胱等半透膜制成的容器内，膜外放纯溶

9、剂。 半透膜：火棉胶膜，硝化纤维溶入乙醚乙醇混合液，薄膜赛璐玢、动物肠衣,利用浓差因素，多余的电解质离子不断向膜外渗透，经常更换溶剂，就可以净化半透膜容器内的溶胶。,为加快渗析作用，可加以搅拌，加大渗透面积，适当提高温度或加外电场。,3.1 溶胶的制备方法,（1）透析法,简单渗析装置,3.1 溶胶的制备方法,电渗析 为了加快 渗析速度，在装有 溶胶的半透膜两侧 外加一个电场，使 多余的电解质离子 向相应的电极作定 向移动。溶剂水不 断自动更换，这样 可以提高净化速度。这种方法称为电渗析法。,电渗析,溶胶的纯化,用半透膜作过 滤膜，利用加压或 抽气的方法使胶粒 与含有杂质的介质 在压差作用下迅速

10、 分离。,（2）超过滤法,将半透膜上的胶粒迅速用含有稳定剂的介质再次分散。,溶胶的纯化,超过滤装置：,电超过滤：,有时为了加快 过滤速度，在半透膜两边安放电极，施以一定电压，使电渗析和超过滤合并使用，这样可以降低超过滤压力。,溶胶的纯化,3.2溶胶的形成和老化机理,1.溶胶的形成条件 溶胶形成两个阶段：晶核的形成 快晶体的生长 慢 分散度高 晶核形成速率取决于（A）固体从溶液析出速度 正比 Q-SQ：过饱和溶液浓度，S：溶解速率（B）溶解速率，S,溶胶的形成条件,V1V2，分散度大，溶胶 V1V2，分散度小，沉淀 V1/V2表征分散度水平,(Q-S)/S 很大，V1大，V2较小，形成溶胶或凝胶

11、（Q过大时）； (Q-S)/S较小，V1小，晶核较少，V2较大，大块沉淀 (Q-S)/S很小，V1、V2都小，利于溶胶。,溶胶的形成条件,封魏曼（Von Weimam）于1908年利用下列反应,研究了在酒精与水的混合物中所形成的硫酸钡沉淀的质点 大小与试剂浓度的关系。,质点大小与试剂浓度的关系（对微溶物质）,浓度低，104103mol/dm3溶胶 浓度较高， 102101mol/dm3沉淀 高浓度 23mol/dm3半固体凝结,3.2溶胶的形成和老化机理,2.溶胶老化机理 老化：新形成胶体即使经过纯化，胶粒也会随时间而慢慢增大的过程。自发过程。 原因： （1）胶体的多分散性，大小不一的颗粒组成

12、多聚体； （2）颗粒大小不同，溶解度不同； （3）小颗粒饱和浓度C1大颗粒饱和浓度C2小颗粒扩散进入大颗粒周围小颗粒溶解沉淀在大颗粒上。,3.3 均分散体系,1.形成原理 （1）概念 均分散体系：严格控制条件下，形状相同、颗粒尺寸分布范围窄组成的体系。 均分散胶体 均分散颗粒 自然界：烟草斑纹病毒、 人工制备的有：S、Ag、SiO2、聚苯乙烯及一系列金属氧化物。,3.3 均分散体系,（2）形成机理,LaMer观点形核、生长二阶段分开机理，如下图所示。,欲制备单分散溶胶，必须控制溶质的过饱和度，使之高于成核浓度，于是在很短的时间内形成全部晶核，称之爆发式成核。晶核形成之后，溶液浓度迅速降到低于成

13、核浓度，于是不再生成新的晶核，但浓度仍略高于饱和浓度，故已有的核能因扩散而以相同的速度慢慢长大，形成单分散溶胶。,3.3 均分散体系,颗粒同步生长 颗粒尺寸与生长速率关系,3.3 均分散体系,分隔沉淀区 在发生沉淀反应之前，先将体系分隔成许多微小区域。 沉淀反应被限制在这些微区内进行，颗粒酌尺寸受到分隔区的限制，所以能形成细小而均匀的颗粒。 乳状液法和微乳液法制备均分散体系的技术就是基于这种原理。,3.3 均分散体系,（3）控制措施 A、控制沉淀组分加入量 B、使用逐步释放沉淀组分的储存剂 C、采用掩蔽剂，金属离子配合物，控制条件，金属离子适当的过饱和浓度。 D、分隔沉淀区，乳液、微乳液均分散颗粒形成,3.3 均分散体系,例：,尿素，碳酰二胺,3.3 均分散体系,2.制备方法 3.应用 （阅读课本P112114),知识,教师上课授课，让学生看书、复习、做作业、考试,这些手段的目的都不是让学生非得知道这些知识,而是让学生亲自体会接受知识、学习本领的一个过程。这个过程是”教育的本质“，也是学生将来最最受用终生的。 知识作为“工具”、“载体”，让学生打下“学习能力“的基础，而不是知识基础。,