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1、第八章 胶体分散系统,1溶胶的分类和基本特性 2溶胶的制备和净化 3溶胶的动力学性质 4溶胶的光学性质 5溶胶的电学性质 6溶胶的稳定性和聚沉作用 7乳状液、泡沫和气溶胶,基本内容,A. 1861年,Thomas Graham提出的胶体,前言,1. 胶体化学发展简史:,2. 胶体化学所研究的对象:,B. 40年后，韦曼的发现,起因：糖、无机盐等能结晶；胶体类Al(OH)3，明胶等不能结晶.,A. 基本特性； B. 由基本特性所决定的光学, 电学, 动力学性质; C. 基本特性产生的原因, 影响因素, 变化规律;,C. 药物的稳定性：除易引起变质的有害胶体，注意溶胶 的相互凝结。,3. 胶体化学
2、同医药学的关系:,A. 杀菌：如果用蛋白银溶胶作杀菌剂，不但有强烈的 杀菌功效，还能避免对肌体的刺激作用；,B. 防腐：将硝酸汞、明胶和氯化钠的混合物制成胶态 甘汞，就比甘汞粒粉具有较高的防腐作用；,前言,分散系统的分类,分散系统：一种或几种物质分散在另一种物质中所形成的系统,分 散 相：非连续形式存在的被分散的物质,分类：,分散介质：连续相形式存在的物质,第一节 溶胶的分类和基本特征,内 容,一. 溶胶分类,二. 溶胶的基本特性,一. 溶胶分类,（一）按分散介质的聚集状态分类：,例如：云，牛奶，珍珠,一. 溶胶分类,一. 溶胶分类,（二）按分散相与分散介质的亲合力分类,胶体分散系,憎液溶胶,
3、多分子聚集体 稳定体系,高分子溶液 如：蛋白质、明胶,溶胶 如金溶胶、硫化砷溶胶,亲液溶胶,缔合胶体,有相界面（s l两相） 多相不稳定体系,无相界面 单分子单相稳定体系,胶束溶液,二. 溶胶的基本特性,溶胶是一定条件下形成的特殊状态，并非物质的本性，如,NaCl溶液,溶胶,这种特殊状态，有三个基本特征:,1. 特定分散度,2. 多相性,s、l 两相,3. 聚结不稳定性,1100 nm 粒子小，A大，am大, G表面大,第二节 溶胶的制备和净化,内 容,一. 溶胶的制备,二. 溶胶净化,三. 均匀分散胶体,四. 纳米粒子和纳米技术, 二种途径：,一. 溶胶的制备, 溶胶的直径在 1100 nm
4、之间,1分散法,2凝聚法,一. 溶胶的制备, 研磨法：,1分散法,盘式胶体磨,用机械粉碎的方法将固体磨细。,一. 溶胶的制备, 电弧法,先分散后凝聚,一. 溶胶的制备, 超声波分散法,只用来制备乳状液,一. 溶胶的制备, 胶溶法：加入盐使已沉淀的物质重新转化为溶胶。,胶溶剂：稳定剂,如钠的苯溶胶制备,钠,点击此处演示, 物理凝聚法,一. 溶胶的制备,2凝聚法, 化学凝聚法,如：水解反应制备Fe (OH)3溶胶 FeCl3 +3H2O Fe (OH)3 + 3HCl,一. 溶胶的制备,凡能有沉淀析出的化学反应都可能用来制备相应溶胶,使溶解度骤变，如,松香在乙醇中：溶,点击此处演示,水中：不溶,溶
5、胶, 改变溶剂法,二. 溶胶净化,1渗析法,普通渗析,电渗析,二. 溶胶净化,2超过滤法,减压过滤,加压过滤,：小分子电解质滤去，再用介质重新分散,溶胶 1100 nm,净化,制备,溶胶的制备和净化,三均匀分散胶体,制备需满足的条件： (1) 暴发性成核，使速率 r晶核形成 r晶体长大 (2) 同步长大,应用： (1) 验证基本理论 (2) 理想的标准材料 (3) 新材料 (4) 催化剂性能的改进 (5) 制造特种陶瓷,四. 纳米粒子和纳米技术,纳米粒子：尺度为1100 nm之间的粒子,1. 纳米粒子的结构和特性 (1) 小尺寸效应 (2) 表面效应 (3) 量子尺寸效应 (4) 宏观量子隧道
6、效应 2纳米粒子的制备方法 3纳米技术在药学中的应用,第三节 溶胶的动力性质,内 容,一. Brown运动,二. 扩散和渗透,三. 重力沉降与沉降平衡,一. Brown运动,Brown运动：,1定性解释,布朗运动是由于介质分子、离子热运动撞击悬浮胶粒的结果。,溶胶粒子在介质 中无规则的运动,一. Brown运动,其关系：,若在时间 t 内观察布朗运动位移 ，,2定量计算,r、 、T , 则Brown运动越明显！,Einstein-Brown运动公式：,Brown运动平均位移的计算,该公式把粒子的位移与粒子的大小r、 、T等联系起来。,一. Brown运动,很容易在显微镜下观察，由此可求得溶胶粒
7、子半径,与粒径 r 成反比；,（1）平均位移, 粗粒：,小到观测不到，粒子几乎静止不动。, 溶胶：, 真溶液： 无法在显微镜下观察到其运动,（2）可以从已知半径r 的离子的平均位移,计算 L。,r 很大，,说明：,二. 扩散和渗透,在有浓度梯度时，溶胶粒子因热运动而从高浓度向 低浓度移动的现象。,1扩散,二. 扩散和渗透,水平方向浓度梯度：,则扩散速度：,（与浓度梯度和 AB 截面积 A 成正比）,设通过AB面的扩散量为n，,斐克第一定律,“”表示扩散发生在浓度降低的方向：,用公式表示为：,D的物理意义：单位浓度梯度、单位时间内通过单位 截面积的粒子量。,二. 扩散和渗透,mols1,扩散系数
8、,面积,浓度梯度, 0， 而, 0。,二. 扩散和渗透,该式把扩散系数与粒子半径联系在一起，表明:,r、T，D，粒子越容易扩散!,Einstein-Brown运动位移方程：,应用：,胶粒：,扩散实验测定, D r M,设在 t 时间内粒子的扩散距离为 , 则根据斐克第一定律可导出,二. 扩散和渗透,2渗透,（1）定义：溶剂（水）分子通过半透膜，由纯溶剂进入溶液 （或由稀溶液进入浓溶液）的自发过程。,二. 扩散和渗透,（2）渗透压力,渗透压,渗透压 = p2 p1,将纯溶剂与溶液用半透膜隔开时，为维持渗透平衡而需要给溶液施加的额外压力。,渗透压,渗透压 = p,二. 扩散和渗透,（3）渗透压力与
9、浓度、温度的关系,（4）反渗透：,非电解质稀溶液：cRT,范特荷甫公式, c 很小 很小,溶胶： cRT,施加外压，使溶剂分子从溶液一侧透过半透膜进入 纯溶剂（或稀溶液）一侧。,（5）溶胶的渗透压特征： 一个溶胶粒子产生渗透压的作用只相当于一个普通分子； 溶胶的渗透压至多只是原来溶液的几千分之一； 溶胶的渗透压可随着其聚结的进行而逐渐减小。,纯水向红萝卜内渗透,渗透原理被用来处理尿毒症. 在人工肾里, 病人的血液在玻璃软管(用作半透膜)循环, 血液里的小分子废物向管外渗透, 从而使血液得到净化.,二. 扩散和渗透,三. 重力沉降与沉降平衡,悬浮在液态介质中的密度比介质大的粒子受重力作用下沉的现
10、象,沉降 粒子浓集 扩散 粒子分散,粒子小，力场小 扩散 粒子大或力场大 沉降 扩散沉降相当 平衡,沉降：,三. 重力沉降与沉降平衡,1. 重力沉降,平衡力：,F沉 = F阻,F沉 = F重 F浮= Vg V0g,F阻= 6rv,6rv,沉降速度,沉降分析法，测v求粒径r (2) 落球式粘度计，测r, v求,重力沉降速度公式,粗分散体系的粒子 ：颗粒比较大，布朗运动很不明显,三. 重力沉降与沉降平衡,2. 沉降平衡,如果粒径不太大时,平衡力：,F沉 = F扩,平衡浓度：,高度分布公式,三. 重力沉降与沉降平衡, r （ - 0） （h2 - h1） , 溶胶粒子在容器底部的浓度最大，随高度，浓
11、度呈指数,则（c2 / c1） 即（c2 / c1）1,三. 重力沉降与沉降平衡, 当 c1 = 2c2时 (h2 - h1) 1/2 粒子浓度降低一半时所需的高度, 当 r （ - 0）,此时：,应用：,可计算或计算 r (r M),(h2 - h1) 1/2 ,第四节 溶胶的光学性质,内 容,一. 溶胶的光散射现象,二. 光散射定律Reyleigh公式,三. 溶胶的颜色,四. 光学方法测定粒子大小,一溶胶的光散射现象,光通过分散系统时基本现象：,真溶液,粗分散,溶胶,透明,有色 (补色),混浊,乳光,透射,吸收,反射,散射,吸收：取决于化学组成 透射：粒径 波长 散射：粒径 波长,一溶胶的
12、光散射现象,Tyndall效应,现象：暗室中光线通过溶胶时形成的“光柱”,成因：,二次光源,散射是溶胶特有的现象：,电磁场 作用,Fe(OH)3溶胶,二光散射定律Reyleigh公式,(2) I ,(3) I V,(4) I 与折光率差 n 有关,(1),浊度法测定溶胶的浓度: I1I2=c1c2,适用范围：r 1/20,从乳光强度分布确定粒度分布尘粒测定仪,n I,当一束会聚光通过溶胶时，站在与光线垂直方向的同学 看到的光柱的颜色是淡蓝色，而站在入射光180度方向的同 学看到的是橙红色，这是为什么？,问题：,二光散射定律Reyleigh公式,三. 溶胶的颜色,吸收，与观察方向无关 散射，与观
13、察方向有关,若吸收很弱，主要表现为散射，如AgCl，BaSO4溶胶：乳光 若吸收较强，主要表现为其补色， 如Au 溶胶（红），As2S3 溶胶（黄） 粒子大小可改变吸收 散射相对比 如Au溶胶 高度分散时，吸收为主：红 放置后粒子增大，散射为主：兰,四. 光学方法测定粒子大小,1. 超显微镜法,普通显微镜：明视野，分辩率107m，无法计数,方法：,计数：每mL中粒子数n,称重：每mL中粒子重量m,计算：m = nV,由此式计算r,2. 激光散射法 3. 电镜,暗视野，观察散射光，一个粒子一个光点，可计数 （用血球计数器）,超显微镜：,第五节 溶胶的电学性质,内 容,一. 电动现象,二. 溶胶粒
14、子带电的原因,三. 溶胶表面双电层理论,四. 电泳的测定,由于胶粒是带电的，会产生电动现象：,一电动现象,一电动现象,1. 电泳：在外电场的作用下，带电的分散相粒子在分散介质 中作定向移动的现象。,胶粒带负电,一电动现象,分散介质带正电,2. 电渗：在外电场的作用下， 分散介质做定向移动的现象。,一电动现象,在外加压力下， 迫使分散介质流经相对静止的 固体表面而产生的电势。 电渗的逆过程,3. 流动电势：,一电动现象,分散相粒子在沉降时, 在沉降方向的两端产生的电势。 电泳的逆现象,4. 沉降电势：,一电动现象,1. 电泳：胶粒在电场中定向移动,2. 电渗：分散介质在电场中定向移动,3. 流动
15、电势：外力使介质移动，产生电场,4. 沉降电势：外力使胶粒移动，产生电场,电动现象说明：溶胶质点与介质分别带电，在电场中 发生移动，或移动时产生电场,总结：,问题： 贮油罐中通常要加入少量有机电解质，否则有爆炸得危险， 这是为什么？为什么输油管要接地？,二. 溶胶粒子带电的原因,1. 吸附带电, 非选择性吸附：, 选择性优先吸附 Fajans规则：,难溶盐晶体的溶胶，优先吸附与其成分相同的离子,吸附介质中H+，OH 或其它,溶胶粒子通过吸附介质中的离子而带电。,2. 电离带电,硅酸溶胶H2SiO3 （不同pH时）,3. 同晶置换,4. 摩擦带电,粘土A13+或Si4+部分被Mg2+或Ca2+取代带负电,非水介质中无电离，质点与介质摩擦带电,碱性条件,酸性条件,三. 溶胶表面双电层理论,1. 平板双电层（Helmholtz模型）,+ + + + + + + + + +,粒子表面与本体溶液之间的电位差。,优点：理论上可解释电动现象。,缺点：模型过于简单。,表面电势0（热力学电势）：,0 是定值，与胶粒表面的吸附能力、 溶胶种类有关，与介质中的电解质 浓度无关。,
