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1、凝胶的基本特征第一页，共八十五页。纵观以上四例，体系虽然迥异，但却有着共同之处：外界条件(如温度、外力、电解质或化学反应)的变化使体系由溶液或溶胶转变为一种特殊的半固体状态，即凝胶。（又称冻胶） 凝胶指的是胶体质点或高聚物分子相互联结，搭起架子所形成的空间网状结构，在这个网状结构的孔隙中填满了液体 (分散介质)。由此可见，凝胶是胶体的一种存在形式，物质的凝胶状态相当普遍。第二页，共八十五页。2第三页，共八十五页。3第四页，共八十五页。4凝胶的特色凝胶的特色 凝胶不同于沉淀：凝胶不同于沉淀：沉淀是分散相粒子从分散介质中沉降出来，明显存在着固液两相，沉淀是分散相粒子从分散介质中沉降出来，明显存在着
2、固液两相，凝胶中却带有大量乃至全部分散介质，它们被机械地包藏于具有凝胶中却带有大量乃至全部分散介质，它们被机械地包藏于具有多孔结构的凝胶的孔洞之中。多孔结构的凝胶的孔洞之中。第五页，共八十五页。5 凝胶不同于浆糊（凝胶不同于浆糊（糨糊糨糊）：）：它是高浓度、失去了流动性的悬浮体，称为假凝胶。它是高浓度、失去了流动性的悬浮体，称为假凝胶。商品浆糊的成分：商品浆糊的成分：面粉面粉100、清水、清水100、浓硫酸、浓硫酸2、甘油、甘油1-5、水杨酸、水杨酸3、洒精少许、洒精少许先交浓硫酸徐徐注入清水中，使之变成稀硫酸，先交浓硫酸徐徐注入清水中，使之变成稀硫酸，再将面粉徐徐加入，以竹棍搅拌至溶解均匀，
3、如有小块即以指再将面粉徐徐加入，以竹棍搅拌至溶解均匀，如有小块即以指揉破，使成薄糊状，揉破，使成薄糊状，再放在炉火上慢慢加热，再放在炉火上慢慢加热，不断搅拌到渐成透明的液体时，不断搅拌到渐成透明的液体时，再加甘油和以酒清溶解了的水杨酸，冷却后即可。再加甘油和以酒清溶解了的水杨酸，冷却后即可。悬浮体的特点是什么？悬浮体的特点是什么？第六页，共八十五页。6第七页，共八十五页。7 凝胶不同于固体：凝胶不同于固体：凝胶有一定的几何外形，显示出固体的力学性质，具有一定的强度、凝胶有一定的几何外形，显示出固体的力学性质，具有一定的强度、弹性和屈服值，弹性和屈服值，但是，从内部结构看，凝胶与固体不一样，但是
4、，从内部结构看，凝胶与固体不一样，凝胶是由固液（或气）两相组成，属于胶体，凝胶是由固液（或气）两相组成，属于胶体，但具有液体的某些性质。但具有液体的某些性质。如：离子在水凝胶中的扩散速度接近于在水中的扩散速度，说如：离子在水凝胶中的扩散速度接近于在水中的扩散速度，说明：明：在新形成的水凝胶中，不仅分散相是连续相（搭成了三维网状结构），在新形成的水凝胶中，不仅分散相是连续相（搭成了三维网状结构），分散介质也是连续相。分散介质也是连续相。第八页，共八十五页。8 凝胶不同于溶胶凝胶不同于溶胶溶胶：分散相以胶体粒子大小于介质中；溶胶：分散相以胶体粒子大小于介质中； 具有流动性，无固定形状；具有流动性，
5、无固定形状； 分散介质为连续相，分散相不连续；分散介质为连续相，分散相不连续；凝胶：胶体凝胶：胶体大小的分散相粒子间相互连接形成空间三维网架；大小的分散相粒子间相互连接形成空间三维网架； 将分散介质包于其中；将分散介质包于其中； 无流动性，有固定形状，有一定的屈服值；无流动性，有固定形状，有一定的屈服值； 分散相和分散介质均为连续相；分散相和分散介质均为连续相；凝胶的普遍存在凝胶的普遍存在工业中的橡胶、硅铝催化剂和离子交换剂；工业中的橡胶、硅铝催化剂和离子交换剂；日常生活中的棉花纤维、豆腐、木材、动物的肌肉、毛发、细胞日常生活中的棉花纤维、豆腐、木材、动物的肌肉、毛发、细胞膜膜都是凝胶。都是凝
6、胶。第九页，共八十五页。9凝胶是个总的名称。根据分散相质点的性质(刚性或柔性)，凝胶可以分为以下2类：二、凝胶的分类第十页，共八十五页。10 由柔性的线型大分子物质，如明胶 (是一种蛋白质)、洋菜(学名琼脂，主要成分是多糖类)等形成的凝胶属于弹性凝胶。这类凝胶的干胶干胶在水中加热溶解后，在冷却过程中便胶凝成凝胶。此凝胶经脱水干燥又成干胶，并可如此重复下去说明这一过程完全是可逆的，故又称为可逆凝胶1 弹性凝胶水凝胶干燥脱水第十一页，共八十五页。11 大多数的无机凝胶，如Si02、Ti02、Fe203等凝胶属于此， 因质点本身和骨架具有刚性，活动性很小，故凝胶吸收或释出液体时自身体积变化很小自身体
7、积变化很小，属于非膨胀型非膨胀型。通常此类凝胶具有多孔性结构，液体只要能润湿，均能被其吸收，即吸收作用无选择。这类凝胶脱水干燥后再置水中加热一般不形成这类凝胶脱水干燥后再置水中加热一般不形成原来的凝胶，更不能形成产生此凝胶的溶胶，原来的凝胶，更不能形成产生此凝胶的溶胶，因此这类凝胶也称为不可逆凝胶。因此这类凝胶也称为不可逆凝胶。2.刚性凝胶第十二页，共八十五页。12 第二节 凝胶的形成 可以从两种途径形成凝胶（1）干凝胶吸收亲和性液体(溶剂)形成凝胶；（2）溶液或溶胶在适当的条件下分散颗粒相联成网络而形成凝胶，这种过程称为胶凝。本节重点讨论胶凝过程如硅胶、明胶、阿拉伯胶等如豆腐等第十三页，共八
8、十五页。13（1）降低被分散物质在溶剂中的溶解度，以便分散相的析出；（2）析出的分散颗粒相联成连续的网络结构，而不是聚结成大颗粒沉降下来。 只有同时满足以上两个基本条件，溶液或溶胶才会转变成凝胶。对于不同的体系要采用不同的方法来创造形成凝胶的基本条件。由溶液或溶胶转变成凝胶的基本条件有二：第十四页，共八十五页。14 是形成凝胶的关键，是形成凝胶的关键，如果不能有效控制，即使溶解度降低而产生如果不能有效控制，即使溶解度降低而产生过饱和，也只是形成沉淀，而不是凝胶。过饱和，也只是形成沉淀，而不是凝胶。形成凝胶主要方法如下。第十五页，共八十五页。15 利用升、降温来实现胶凝过程是常用的一种方法。例如
9、，琼脂或明胶等在水中受热后可以溶解，其溶液冷却后一方面分散相的溶解度下降，另一方面分散颗粒相互联结而形成凝胶。1改变温度 也有的溶液或溶胶在升温时分散相发生交联而形成凝胶。例如，2的甲基纤维素水溶液升温至5060时发生胶凝，蛋白质溶液受热后胶凝等。第十六页，共八十五页。16第十七页，共八十五页。17许多线型高分子溶液中，溶质的分子链很长且有柔顺性，在溶液中多以卷曲的线团状存在。升温时卷曲的分子舒展开来，在较小的区域内产生有序的排列，形成许多微晶区。利用X射线衍射法可以证实微晶区的存在。随着胶凝的发生，微晶区不断扩大，最后联成网络体系成为凝胶。蛋清蛋白溶液受热时，由球形分子转变成纤维状分子，纤维
10、状分子的有序排列和交联使蛋白质凝固。第十八页，共八十五页。18用分散相溶解度较小的溶剂替换溶液或溶胶中原有的溶剂可以使体系胶凝。例如，高级脂肪酸钠的水溶液加入乙醇可以使溶液胶凝，固体酒精就是利用这个原理制造的。2转换溶剂高级脂肪酸钠盐与乙醇混合第十九页，共八十五页。19在植物体中的多糖物质果胶水溶液中加在植物体中的多糖物质果胶水溶液中加入酒精，可形成凝胶入酒精，可形成凝胶；（果冻）（果冻）Ca(Ac)Ca(Ac)2 2的饱和溶液加入酒精中，形成凝胶的饱和溶液加入酒精中，形成凝胶, ,高级脂肪酸钠盐与乙醇混合可制得固体酒精高级脂肪酸钠盐与乙醇混合可制得固体酒精*作为沉淀剂的酒精的用量要合适；作为
11、沉淀剂的酒精的用量要合适； 要注意快速混合，使体系均匀；要注意快速混合，使体系均匀；第二十页，共八十五页。20固体酒精的制作 近年来家庭或餐馆利用火锅用餐近年来家庭或餐馆利用火锅用餐, ,野外作业和旅游野餐者野外作业和旅游野餐者, ,常使用固体酒精作燃料常使用固体酒精作燃料. .它是一种理想的方便燃料它是一种理想的方便燃料. .固体酒精是将工业酒精固体酒精是将工业酒精( (乙醇乙醇) )中加入凝固剂使之成为胶冻状中加入凝固剂使之成为胶冻状. .使用时用一根火柴即可点燃使用时用一根火柴即可点燃, ,燃烧时无烟尘燃烧时无烟尘, ,无毒无毒, ,无异味无异味, ,火焰温度均匀火焰温度均匀, , 可达
12、可达600 600 左右左右. .每每250 g250 g可以燃烧可以燃烧1.51.5小时以上小时以上. .比使用电炉比使用电炉, ,酒精炉都节省酒精炉都节省, ,方便方便, ,安全安全. .第二十一页，共八十五页。21固体酒精的制作实验原理：硬脂酸与氢氧化钠混合后将发生反应：C17H35COOH + NaOH C17 H35 COONa + H2O 反应生成的硬脂酸钠是一个长碳链的极性分子，室温下在酒精中不易溶。在较高的温度下，可以均匀地分散在液体酒精中，而冷却后则形成凝胶体系，使酒精分子被束缚于相互连接的大分子之间，呈不流动状态我们说酒精凝固了，形成了固体状态的酒精。我们说酒精凝固了，形成
13、了固体状态的酒精。第二十二页，共八十五页。22固体酒精的制作改进后的方法 在装有搅拌器、温度计和回流冷凝管的1000mL三口烧瓶中加入14.5g(约0.051mol)硬脂,4.0g石蜡,300mL酒精,在水浴上加热至70,并保温至固体全部溶解。将2.5g(约0.062mol)氢氧化钠和10g水进入100mL烧杯中,搅拌,全部溶解后再加入200mL酒精,搅匀,将液体在一分钟内从冷凝管上端加进烧瓶中(要始终让酒精沸腾)在水浴上加热,搅拌数分钟后加入0.2g硝酸铜,再回流15min,使反应完全,移去水浴,趁热倒进模具,冷却后密封即得到成品。 第二十三页，共八十五页。233加电解质高分子溶液中加入大量
14、电解质(盐)可以引起胶凝，这与盐析作用有关，引起胶凝的主要是电解质中的负离子。亲水性较大以及粒子形状不对称的溶胶，亲水性较大以及粒子形状不对称的溶胶，加入适量的电解质可形成凝胶。加入适量的电解质可形成凝胶。第二十四页，共八十五页。24电解质浓度较大(例如05moldm-3)时，各种负离子对胶凝过程影响的能力可用Hofmeister次序表示：这个次序与这些离子的水化能力次序大致相同，这说明水化能力强的负离子对高分子链的有序化产生的影响大。通常以C1为界，对大多数体系，Cl-以前的负离子可以加速体系的胶凝过程；第二十五页，共八十五页。25 事实上，胶凝可看作胶体聚沉过程中的一个特殊阶段。与聚沉不同
15、的是，胶凝时胶粒相互联结成网状，不再能自由流动，因此失去了胶体的聚结稳定性。但是相互联结的胶粒联成的网络结构使胶粒并不沉降，所以体系尚未失去动力稳定性，不会生成沉淀。现以电解质KCl加到Fe(OH)3：溶胶中的变化过程为例，说明胶凝与聚沉的关系。第二十六页，共八十五页。26见教材加入KCl（22mM）加入KCl（8mM）老化聚沉第二十七页，共八十五页。27 化学反应化学反应: :1.能使分子链相互联接的化学反应称为交联反应。进行交联反应是使高分子溶液或溶胶产生胶凝的主要手段。凝胶渗透色谱中常用的有机聚苯乙烯凝胶，凝胶渗透色谱中常用的有机聚苯乙烯凝胶，也是通过苯乙烯与交联剂二乙烯苯在适当条也是通
16、过苯乙烯与交联剂二乙烯苯在适当条件下经聚合反应制得件下经聚合反应制得血液凝结是血纤维蛋白质在酶的作用下发生血液凝结是血纤维蛋白质在酶的作用下发生的形成凝胶的过程的形成凝胶的过程；（血小板）；（血小板）第二十八页，共八十五页。282.2.利用化学反应生成不溶物，利用化学反应生成不溶物， 如果条件合适也可以形成凝胶。如果条件合适也可以形成凝胶。化学反应生成不溶物，形成凝胶的条件是：化学反应生成不溶物，形成凝胶的条件是：A.A.产生不溶物的同时生成大量小晶粒；产生不溶物的同时生成大量小晶粒；B.B.晶粒的形状最好不对称，利于搭成骨架；晶粒的形状最好不对称，利于搭成骨架；例如：例如： MnSO MnSO4 4与与Ba(SCN)Ba(SCN)2 2作用作用二者浓度很稀时二者浓度很稀时： 相混合可得几十纳米的相混合可得几十纳米的BaSOBaSO4 4溶胶；溶胶；二者浓度中等时二者浓度中等时： 相混合析出相混合析出BaSOBaSO4 4沉淀；沉淀；二者为饱和溶液时二者为饱和溶液时：相混合可得：相混合可得BaSOBaSO4 4凝胶；凝胶；第二十九页，共八十五页。29硅酸凝胶、硅铝凝胶均是由化学反应生成
