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1、第五章 胶体和乳状液,第一节 胶体高度分散系统 第二节 溶胶 第三节 高分子化合物溶液 第四节 凝胶 第五节 表面活性剂和乳状液 第六节 胶体和乳状液在医药中的应用,教 学 要 求,掌握溶胶的制备和性质 掌握溶胶相对稳定性因素、胶团结构、电动电位和聚沉 熟悉高分子溶液和凝胶 熟悉表面活性剂和胶束 了解乳状液和微乳液及其应用,胶体化学是研究广义的胶体分散系的物理化学性质的一门科学。,从胶体观点而言，整个人体就是一个典型的胶体系统，人的皮肤、肌肉、血液和毛发等都是胶体系统。,药物制备、使用和保管过程中应用到大量胶体方面的知识。,第一节 胶体高度分散系统,分散系: 把一种或几种物质分散在另一种物质中
2、所形成 分散相(dispersed phase): 被分散的物质 分散介质(dispersing medium): 容纳分散相的连续介质,胶体和晶体不是不同的两类物质，而是物质的两种不同的存在状态。,胶体是一种高度分散的系统,根据分散相粒子大小分类,第二节 溶胶,分散相粒子：一定量原子、离子或分子组成的集合体 特点：多相系统，高度分散，热力学不稳定系统 根据分散介质分类：液溶胶、气溶胶和固溶胶,一、溶胶的制备,用物理破碎的方法使大颗粒物质分散成胶粒的分散法 用化学反应使分子或离子聚集成胶粒的凝聚法。 例如： 将FeCl3溶液缓慢滴加到沸水中，反应为 FeCl3 + 3H2O Fe(OH)3 +
3、 3HCl 生成的许多Fe(OH)3分子凝聚在一起， 形成透明的红褐色溶胶,二、溶胶的性质,（一）溶胶的光学性质,在暗室或黑暗背景下，用一束强光照射在溶胶上，从光束的垂直方向观察，可以清晰地看到一条光带，称为丁铎尔现象(Tyndall effect),左边是溶胶，右边不是溶胶,树林中的丁铎尔现象,光通过颗粒直径略小于其波长的物质时，发生散射,Tyndall效应实际上已成为判别溶胶与分子真溶液的最简便的方法。,（二）溶胶的动力学性质,溶胶粒子时刻处于无规则的运动状态，因而表现出扩散、渗透、沉降等与溶胶粒子大小及形状等属性相关的运动特性，称为动力学性质,1. 布朗运动,因为介质分子不断碰撞这些粒子
4、，碰撞的合力不断改变其运动方向和位置，成为无规则的运动,2. 扩散与沉降,在重力场中，胶粒受重力的作用而要下沉，这一现象称为沉降(sedimentation) 胶粒从分散密度大的区域向分散密度小的区域迁移，这种现象称为扩散(diffusion) 沉降速率等于扩散速率，溶胶系统处于沉降平衡,（三）溶胶的电学性质电泳和电渗,用惰性电极在溶胶两端施加直流电场，可观察到胶粒向某一电极方向运动。这种在电场作用下，带电粒子在介质中的定向运动称为电泳(electrophoresis),电泳实验说明溶胶粒子是带电的，由电泳的方向可以判断胶粒所带电荷的性质,应用： 蛋白质、氨基酸和核酸等物质的分离和鉴定方面有重
5、要的应用。 例如在临床检验中，应用电泳法分离血清中各种蛋白质，为疾病的诊断提供依据。,电 渗,在外电场作用下，分散介质的定向移动现象称为电渗(electroosmosis),由电渗实验中分散介质的移动方向也可判断胶粒所带电荷的性质,三、胶团结构,（一）胶粒带电的原因,胶粒在形成过程中，胶核优先吸附与胶核中相同的某种离子，使胶粒带电。,胶核表面分子的解离使胶粒带电。,（二）胶团结构,胶核,吸附层,扩散层,胶粒,胶团,Fe(OH)3m nFeO+ (n-x)Cl-x+ xCl-,胶核,吸附层,胶粒,扩散层,胶团,胶团结构中带电荷的部分： 胶粒、吸附层、扩散层 胶团结构中不带电荷的部分： 胶核 、胶
6、团 胶体溶液亦不带电荷！,用AgNO3和KI制备AgI 溶胶，KI过量时，AgI胶团结构示意图及胶团结构的简式：,(AgI)m nI- (n-x)K+x- xK+,用AgNO3和KI制备AgI 溶胶，AgNO3过量时，AgI胶团结构示意图及胶团结构的简式：,(AgI)m nAg+ (n-x)NO3-x+ xNO3-,（三）电动电位,移动截面,讨论,电位越大，扩散层越厚，溶胶越稳定 电位越小，扩散层越薄，溶胶越不稳定 电位通常在绝对值上低于热力学电位 电位易受加入电解质的影响，其绝对值大小与吸附层中反离子的多少密切相关 电位等于0，胶粒不带电，处于等电状态，最不稳定,四、溶胶的相对稳定因素及聚沉
7、,（一）溶胶的相对稳定因素,胶粒带电 溶胶表面的水合膜 布朗运动,（二）高分子化合物溶液对溶胶的保护作用,高分子化合物分子将溶胶胶粒包裹起来，在胶粒表面形成保护膜，削弱了胶粒聚集的可能性,如微溶电解质MgCO3或Ca3(PO4)2等，在血液中的浓度比在体外纯水中的浓度高了近5倍，这是因为它们在血液中被蛋白质保护的缘故。当保护蛋白质减少时，这些溶胶状态的微溶就会因聚沉而形成结石。,意义：保护作用在生命体中非常重要。,（三）溶胶的聚沉,聚沉：胶粒在一定条件下聚集成较大颗粒而导致沉淀的现象,临界聚沉浓度：一定量溶胶在一定时间内发生完全聚沉所需电解质溶液的最低浓度,临界聚沉浓度越小，电解质的聚沉能力越
8、强,SchulzeHardy规则 电荷相同的反离子聚沉能力几乎相等 反离子电荷越高，聚沉能力急剧增强 对于给定的溶胶，反离子临界聚沉浓度之比,电解质聚沉、溶胶间相互聚沉,单位： mmol L-1,例题,为使10.0 mL某溶胶聚沉，需加入AlCl3 10.5mmol，或MgSO4 0.031mmol，或Na3PO4 0.0012 mmol 。 计算各电解质的聚沉值。 指出哪种电解质的聚沉能力最大，哪种最小。 指出该溶胶胶粒的带电符号。,Na3PO4聚沉能力最大， AlCl3聚沉能力最小 溶胶胶粒带正电,第三节 高分子化合物溶液,一、高分子化合物溶液及其稳定性,高分子化合物(polymer)指相
9、对分子质量大于1万的化合物 高分子化合物在液态的分散介质中形成的单相分子、离子分散系统称为高分子化合物溶液。 高分子化合物溶液的分散粒径在1100nm的胶体分散系范围内，所以也有一些胶体分散系共有的性质。,高分子化合物溶液和溶胶的性质比较,第五节 表面活性剂和乳状液,一、表面活性剂,（一）表面能与表面张力,将相内部的分子移到表面上，就必须克服向内的引力而作功，所做的功转化为移到表面层的分子的位能，称为表面能，用 G 表示。 G A,表面能,比表面能,表面积,只要有界面存在，就一定有表面能存在,在恒温恒压下，沿着液体表面作用于单位长度表面上的作用力，称为表面张力(surface tension)
10、，用( Nm-1)表示。 一定温度和压力下，多相系统表面张力越大，系统越不稳定，有自发降低表面张力的趋势,物质的分散度越大，表面积越大，表面能也就越大,比表面能在数值上等于相界面的表面张力,讨论,通常自发降低表面张力有两条途径： 液滴形成球状或分散的微小液滴聚集在一起自发降低表面积； 自发吸附(adsorbate)周围介质中能降低其表面张力的其它物质粒子填入表面层，使表层粒子的浓度大于液体内部粒子的浓度，以降低表面张力。,（二）吸附现象,吸附：物质在相界面上的浓度自动发生变化的过程。 吸附可发生在任何两相的界面上,固体表面的吸附 固体表面积无法自动变小，常常吸附其他物质以降低表面能。 液体表面
11、的吸附 液体表面会因为溶质的加入而产生吸附，液体的表面张力因此发生相应的变化,正吸附：能降低表面张力的物质， 表面吸附的溶质浓度大于溶液内部的溶质浓度,负吸附：增大表面张力的物质， 表面吸附的溶质浓度小于溶液内部的溶质浓度,表面吸附使溶质在表面层中的浓度与内部的浓度不同。,（三）表面活性剂,具有极高地降低溶液的表面张力，产生显著正吸附的物质称为表面活性剂(surface active agent, surfactant),表面活性剂的结构特征,表面活性剂分子结构上的特征： 既含有亲水的极性基团亲水基，如OH、COOH、NH2、 SH、SO3H等； 又含有疏水的非极性基团疏水基，一些直链的或带侧
12、链的有机烃基,二、乳状液,将一种液体以直径大于100 nm 的液滴作为分散相，分散在另一种与之不相溶的液体中，形成的分散系统称为乳状液(emulsion)。 一相是水 另一相统称为油（包括极性小的有机溶剂，如苯）,乳状液的类型,乳状液的类型有两类： 油分散在介质水中形成水包油型(O/W)乳状液 水分散在油介质中形成油包水型(W/O)乳状液,41,油,水包油型(O/W)乳状液,油包水型(W/O)乳状液,鉴别方法： 染色法、稀释法、电导率法,小 结,溶胶的制备和性质 光学性质、动力学性质和电学性质 溶胶的稳定性因素、胶团结构、电动电位和聚沉 高分子化合物溶液的特征 与溶胶的对比 表面活性剂的结构特征和胶束的形成 乳状液的形成、类型、判断方法以及两者的不同点,
