暨大无机化学课件第五章 胶体（修改）

第五章第五章 胶胶 体体第一节第一节 胶体分散系胶体分散系 1.相相体体系系中中具具有有相相同同化化学学性性质质和和物物理理性性质质的的均匀部分。均匀部分。2.相的特点相的特点(1)任何部分的物理性质和化学性质相同。任何部分的物理性质和化学性质相同。(2)一个相并不一定是一种物质，如食盐水一个相并不一定是一种物质，如食盐水(NaCl和和H2O)。(1)单相体系单相体系：如饱和食盐水、糖水等。：如饱和食盐水、糖水等。特点：特点：溶质与溶剂已成一体，组分间没有界面。溶质与溶剂已成一体，组分间没有界面。(2)多相体系多相体系：如不溶于水的盐溶液；水与油组成如不溶于水的盐溶液；水与油组成的体系等。的体系等。特点：特点：各组分的物理性质和化学性质不同，并具有各组分的物理性质和化学性质不同，并具有明显的界面。明显的界面。3.3.相的分类相的分类三组概念：三组概念：分散相：被分散的物质分散相：被分散的物质分散介质：容纳分散相的连续介质分散介质：容纳分散相的连续介质分散系分散相分散系分散相+分散介质分散介质4.分散系的分类分散系的分类(1)(1)按聚集状态分（分散相按聚集状态分（分散相-分散介质）分散介质）气气（空气）气气（空气）气液（汽水）气液（汽水）气固（浮石）气固（浮石）液气（雾）液气（雾）液液（牛奶）液液（牛奶）液固（果冻）液固（果冻）固气（烟、尘）固气（烟、尘）固液（溶液）固液（溶液）固固（合金）固固（合金）(2)(2)按分散相粒子的大小分按分散相粒子的大小分1nm 100 nm 100 nm 粗分散系（悬浊液、乳状液）粗分散系（悬浊液、乳状液）S S（总表面积）（总表面积）S S。=V V（总体积）（总体积）5.分散度与比表面分散度与比表面分分散散度度：即即物物质质的的分分散散程程度度，分分散散相相粒粒子子越越小，分散程度越大。常用比表面衡量。小，分散程度越大。常用比表面衡量。比表面：比表面：单位体积的表面积，用符号单位体积的表面积，用符号S S。表示。表示。【例例】：1 1立方厘米的正方体粒子。立方厘米的正方体粒子。S S。=S/V=6S/V=6l l2 2/l l3 3=6=6厘米厘米-1-1平均分为平均分为10101212个小立方体后个小立方体后S S。=60000=60000厘米厘米-1-1(增大增大1 1万倍万倍)分散相粒子越小，分散程度越大分散相粒子越小，分散程度越大6.表面能表面能液体或固体表面粒子比内部粒子能量高，多液体或固体表面粒子比内部粒子能量高，多出的这部分能量称为体系的表面能。出的这部分能量称为体系的表面能。表面能的形成：表面能的形成：处于表面的分子受力不均，合力指向液处于表面的分子受力不均，合力指向液体内部。若要增大表面，必须克服液相体内部。若要增大表面，必须克服液相内部分子的引力而做功，功以势能形式内部分子的引力而做功，功以势能形式储存于表面，即表面能。储存于表面，即表面能。表面能表面能即表面层分子比内部分子多出的即表面层分子比内部分子多出的那部分能量。那部分能量。表面分子受到指向液体内部的拉力，总是趋表面分子受到指向液体内部的拉力，总是趋向于液体内部移动，力图缩小表面积。如微向于液体内部移动，力图缩小表面积。如微小液滴总是呈球形，小的液滴聚集变大，肥小液滴总是呈球形，小的液滴聚集变大，肥皂泡用力吹才变大等。皂泡用力吹才变大等。这个结论对固体物质同样适用。高度分散的溶这个结论对固体物质同样适用。高度分散的溶胶比表面大，所以表面能也大，它们有自动聚胶比表面大，所以表面能也大，它们有自动聚积成大颗粒而减少表面积的趋势，称为聚结不积成大颗粒而减少表面积的趋势，称为聚结不稳定性。稳定性。第二节第二节溶胶溶胶溶胶的胶粒是由数目巨大的原子（或分子、溶胶的胶粒是由数目巨大的原子（或分子、离子）构成的聚集体。直径为离子）构成的聚集体。直径为1100nm的胶粒分散在分散介质中，形成热力学不稳的胶粒分散在分散介质中，形成热力学不稳定分散系。定分散系。（1）光学性质（）光学性质（丁达尔效应丁达尔效应）光学原理：强光照到分散相粒子上，胶粒直径（光学原理：强光照到分散相粒子上，胶粒直径（1-100nm）略小于入）略小于入 射光波（射光波（400-760nm），发生散），发生散射。射。散射光也称为乳光。散射光也称为乳光。Fe(OH)3胶体丁达尔效应示意图丁达尔效应示意图光源光源凸透镜凸透镜光锥光锥一、溶胶的基本性质一、溶胶的基本性质1414在真溶液中，溶质颗粒太小（在真溶液中，溶质颗粒太小（10二价离子二价离子一价离子一价离子一价、二价、三价反离子的临界聚沉浓度与离一价、二价、三价反离子的临界聚沉浓度与离子价数的六次方成反比，近似为：子价数的六次方成反比，近似为：4343 （2 2）带带相相同同电电荷荷的的离离子子的的聚聚沉沉能能力力虽虽然然接接近近，但但也也略略有有不不同同。对对负负溶溶胶胶来来说说，其其聚聚沉沉能能力力的的相相对对大小为：大小为：H+Cs+Rb+NH4+K+Na+Li+对正溶胶来说，其聚沉能力的相对大小为：对正溶胶来说，其聚沉能力的相对大小为：F-Cl-Br-I-4444不同电解质对几种溶胶的临界聚沉浓度mmolL-1 As2S2(负溶胶)AgI(负溶胶)Al2O3(正溶胶)LiCl58LiNO3165NaCl43.5NaCl51NaNO3140KCl46KCl49.5KNO3136KNO360KNO350RbNO3126CaCl20.65Ca(NO3)22.40K2SO40.30MgCl20.72Mg(NO3)22.60K2Cr2O70.63MgSO40.81Pb(NO3)22.43K2C2O40.69AlCl30.093Al(NO3)30.067K3Fe(CN)60.081/2Al2(SO4)20.096La(NO3)30.069Al(NO3)20.095Ce(NO3)30.0694545 在容易聚沉的溶胶中在容易聚沉的溶胶中在容易聚沉的溶胶中在容易聚沉的溶胶中,加入适量的高分子，能显著加入适量的高分子，能显著加入适量的高分子，能显著加入适量的高分子，能显著地提高溶胶的稳定性，这种现象称为地提高溶胶的稳定性，这种现象称为地提高溶胶的稳定性，这种现象称为地提高溶胶的稳定性，这种现象称为高分子对溶胶高分子对溶胶高分子对溶胶高分子对溶胶的保护作用。的保护作用。的保护作用。的保护作用。产生保护作用的原因是高分子吸附在胶粒的表面上，产生保护作用的原因是高分子吸附在胶粒的表面上，产生保护作用的原因是高分子吸附在胶粒的表面上，产生保护作用的原因是高分子吸附在胶粒的表面上，包围住胶粒，形成了一层高分子保护膜，阻止了胶包围住胶粒，形成了一层高分子保护膜，阻止了胶包围住胶粒，形成了一层高分子保护膜，阻止了胶包围住胶粒，形成了一层高分子保护膜，阻止了胶粒之间及胶粒与电解质离子之间的直接接触，从而粒之间及胶粒与电解质离子之间的直接接触，从而粒之间及胶粒与电解质离子之间的直接接触，从而粒之间及胶粒与电解质离子之间的直接接触，从而增加了溶胶的稳定性。增加了溶胶的稳定性。增加了溶胶的稳定性。增加了溶胶的稳定性。2.2.高分子对溶胶的保护作用高分子对溶胶的保护作用4646n n由极小的固体或液体粒由极小的固体或液体粒由极小的固体或液体粒由极小的固体或液体粒子悬浮在气体介质中所子悬浮在气体介质中所子悬浮在气体介质中所子悬浮在气体介质中所形成的分散系统称为气形成的分散系统称为气形成的分散系统称为气形成的分散系统称为气溶胶。溶胶。溶胶。溶胶。n n图示是各种气溶胶的分图示是各种气溶胶的分图示是各种气溶胶的分图示是各种气溶胶的分散相粒子直径的大致范散相粒子直径的大致范散相粒子直径的大致范散相粒子直径的大致范围。围。围。围。n n烟、雾的分散度较高，烟、雾的分散度较高，烟、雾的分散度较高，烟、雾的分散度较高，粉尘的分散度低，后者粉尘的分散度低，后者粉尘的分散度低，后者粉尘的分散度低，后者稳定性要差些。稳定性要差些。稳定性要差些。稳定性要差些。3气溶胶（aerosol）第三节第三节 高分子溶液高分子溶液高分子化合物高分子化合物概念：单个分子相对分子量概念：单个分子相对分子量在一万以上的大分子在一万以上的大分子。蛋白质蛋白质、核酸、糖原等都是与生命有关的、核酸、糖原等都是与生命有关的生物高分子，生物高分子，n n高分子溶液与溶胶性质比较高分子溶液与溶胶性质比较胶体物质相同性质不同性质溶胶(1)分散相粒子大小1100nm(2)扩散速率慢(3)不能透过半透膜多相Tyndall现象明显热力学不稳定系统对电解质敏感高分子溶液均相Tyndall现象微弱热力学稳定系统对电解质不太敏感缔合胶体均相热力学稳定系统一、高分子化合物一、高分子化合物的结构的结构特点特点(1)一般一般具有碳链，碳链由大量称为链节的结具有碳链，碳链由大量称为链节的结构单位连接而成，链节重复的次数叫聚合度，构单位连接而成，链节重复的次数叫聚合度，以以n表示。表示。天然橡胶链节天然橡胶链节为异戊二烯单位为异戊二烯单位(-C5H8-)纤维素、淀粉、糖原或高分子右旋糖酐，纤维素、淀粉、糖原或高分子右旋糖酐，链节为葡萄糖单位链节为葡萄糖单位(-C6H10O5-)，通式，通式(C6H10O5)n 蛋白质的结构单位是氨基酸。蛋白质的结构单位是氨基酸。高分子化合物高分子化合物是不同聚合度的同系物分子是不同聚合度的同系物分子组成的混和物，它的聚合度和相对分子质组成的混和物，它的聚合度和相对分子质量指的都是平均值。量指的都是平均值。高分子化合物分子高分子化合物分子链链的的长长度以及度以及链节链节的的连连接方式并不相同，因而形成接方式并不相同，因而形成线线状状或或分枝状分枝状结结构。构。高密度聚乙烯的线型结构高密度聚乙烯的线型结构低密度聚乙烯的枝型结构低密度聚乙烯的枝型结构(2)柔性柔性和分子和分子内旋转内旋转高分子链中含有很多单键，这些单键均可高分子链中含有很多单键，这些单键均可作内旋转，从而使高分子链很容易卷曲成作内旋转，从而使高分子链很容易卷曲成各种不同形状。称为高分子链的柔性。各种不同形状。称为高分子链的柔性。二、高分子溶液二、高分子溶液的形成的形成溶胀：溶剂进入高分子链，溶胀：溶剂进入高分子链，导致化合物舒展，导致化合物舒展，体积成倍增长。体积成倍增长。高分子化合物先溶胀，后溶解。高分子化合物先溶胀，后溶解。与与水分子形成水分子形成水合膜：稳定性的主要原因。水合膜：稳定性的主要原因。三、聚电解质三、聚电解质溶液溶液n n蛋白质等高分子化合物在水溶液中往往以离蛋白质等高分子化合物在水溶液中往往以离子形式存在，称为子形式存在，称为聚电解质。聚电解质。n n特征特征：链上链上有很多荷有很多荷电电基团，电荷密度很大；基团，电荷密度很大；对对极性溶剂的极性溶剂的亲合力很亲合力很强；强；分为阳离子、阴离子、两性离子三类。分为阳离子、阴离子、两性离子三类。54542.等电状态和等电点等电状态和等电点pI组成蛋白质的氨基酸既有质子给体，又有质子组成蛋白质的氨基酸既有质子给体，又有质子受体，在溶液中常常发生两性解离，由于酸性受体，在溶液中常常发生两性解离，由于酸性解离和碱性解离的程度不同，氨基酸解离后的解离和碱性解离的程度不同，氨基酸解离后的离子常常带有电荷。但在某一离子常常带有电荷。但在某一pH值，酸性解离值，酸性解离=碱性解离，此时离子的静电荷为零，该碱性解离，此时离子的静电荷为零，该pH值值称为该物质的等电点。称为该物质的等电点。pHpI，蛋白质形成负离子。，蛋白质形成负离子。pHC6H5O73-C4H4O62-CH3COO-CI-NO3Br-I-CNS-NH4+K+Na+Li+盐析中，无机盐离子的价数不太重要，主要与离子盐析中，无机盐离子的价数不太重要，主要与离子种类有关，阴离子起主要作用。种类有关，阴离子起主要作用。五、高分子溶液五、高分子溶液的渗透压和膜平衡的渗透压和膜平衡将将高分子溶液与溶剂用半透膜隔开，可产高分子溶液与溶剂用半透膜隔开，可产生渗透现象；生渗透现象；渗透压数值不符合渗透压数值