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1、第十章 胶体分散系统与粗分散系统主要内容1. 胶体及其基本特性 2. 溶胶的制备与净化 3. 溶胶的动力性质 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. 高分子溶液概说8. 高分子的相对摩尔质量9. Donnan平衡重点1. 重点掌握胶体及其基本特性与溶胶的制备与净化 2. 重点掌握并理解溶胶的动力性质，溶胶的光学性质，溶胶的电学性质 3. 重点理解溶胶的稳定性和聚沉作用 难点1. 溶胶的动力性质，溶胶的光学性质，溶胶的电学性质 2. 溶胶的稳定性和聚沉作用 教学方式 1. 采用CAI课件与黑板讲授相结合的教学方式 2. 合理运用问题教学或项目教学的教学方法
2、教学过程一、胶体及其基本特性1分散相与分散介质把一种或几种物质分散在另一种物质中就构成分散体系。其中，被分散的物质称为分散相（dispersed phase），另一种物质称为分散介质（dispersing medium)。2分散体系分类分类体系通常有三种分类方法：（1）按分散相粒子的大小分类 分子分散体系 胶体分散体系 粗分散体系（2）按分散相和介质的聚集状态分类 液溶胶 固溶胶 气溶胶（3）按胶体溶液的稳定性分类 憎液溶胶 亲液溶胶3 憎液溶胶的特性（1）特有的分散程度粒子的大小在10-910-6 m之间，因而扩散较慢，不能透过半透膜，渗透压低但有较强的动力稳定性 和乳光现象。（2）多相不均
3、匀性具有纳米级的粒子是由许多离子或分子聚结而成，结构复杂，有的保持了该难溶盐的原有晶体结构，而且粒子大小不一，与介质之间有明显的相界面，比表面很大。（3）热力学不稳定性因为粒子小，比表面大，表面自由能高，是热力学不稳定体系，有自发降低表面自由能的趋势，即小粒子会自动聚结成大粒子。4 胶粒的结构形成憎液溶胶的必要条件是：（1）分散相的溶解度要小；（2）还必须有稳定剂存在，否则胶粒易聚结而聚沉。胶核吸附离子是有选择性的，首先吸附与胶核中相同的某种离子，用同离子效应使胶核不易溶解。若无相同离子，则首先吸附水化能力较弱的负离子，所以自然界中的胶粒大多带负电，如泥浆水、豆浆等都是负溶胶。例1：AgNO3
4、 + KIKNO3 + AgI 过量的 AgNO3 作稳定剂 胶团的结构表达式： 胶团的图示式：胶核胶粒胶团胶粒的形状作为憎液溶胶基本质点的胶粒并非都是球形，而胶粒的形状对胶体性质有重要影响；质点为球形的，流动性较好；若为带状的，则流动性较差，易产生触变现象。例如：（1）聚苯乙烯胶乳是球形质点（2） V2O5 溶胶是带状的质点（3） Fe(OH)3 溶胶是丝状的质点二、溶胶的制备与净化1、溶胶的制备制备溶胶必须使分散相粒子的大小落在胶体分散体系的范围之内，并加入适当的稳定剂。制备方法大致可分为两类：分散法和凝聚法。分散法：用机械、化学等方法使固体的粒子变小。 (1) 研磨法 用机械粉碎的方法将
5、固体磨细。 (2) 胶溶法胶溶法又称解胶法，仅仅是将新鲜的凝聚胶粒重新分散在介质中形成溶胶，并加入适当的稳定剂。(3) 超声分散法 这种方法目前只用来制备乳状液。凝聚法：使分子或离子聚结成胶粒(1) 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。(2) 物理凝聚法 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。 3、溶胶的净化净化的方法主要有渗析法和超过滤法。 三、溶胶的动力性质1、Brown运动(Brownian motion)1827 年植物学家布朗（B
6、rown)用显微镜观察到悬浮在液面上的花粉粉末不断地作不规则的运动。后来又发现许多其它物质如煤、 化石、金属等的粉末也都有类似的现象。人们称微粒的这种运动为布朗运动。2、胶粒的扩散胶粒也有热运动，因此也具有扩散和渗透压。只是溶胶的浓度较稀，这种现象很不显著。3、斐克第一定律（Ficks first law）4、溶胶的渗透压5、沉降平衡（sedimentation equilibrium） 溶胶是高度分散体系，胶粒一方面受到重力吸引而下降，另一方面由于布朗运动促使浓度趋于均一。 当这两种效应相反的力相等时，粒子的分布达到平衡，粒子的浓度随高度不同有一定的梯度，这种平衡称为沉降平衡。四、溶胶的光学
7、性质1、光散射现象2、Tyndall效应 1869年Tyndall发现，若令一束会聚光通过溶胶，从侧面（即与光束垂直的方向）可以看到一个发光的圆锥体，这就是Tyndall效应。其他分散体系也会产生一点散射光，但远不如溶胶显著。 Tyndall效应实际上已成为判别溶胶与分子溶液的最简便的方法。3、Rayleigh公式 从Rayleigh公式可得出如下结论：a. 散射光总能量与入射光波长的四次方成反比。入射光波长愈短，散射愈显著。所以可见光中，蓝、紫色光散射作用强。b. 分散相与分散介质的折射率相差愈显著，则散射作 用亦愈显著。c. 散射光强度与单位体积中的粒子数成正比。五、溶胶的电学性质1、胶粒
8、带电的本质 （1）胶粒在形成过程中，胶核优先吸附某种离子，使胶粒带电。（2）离子型固体电解质形成溶胶时，由于正、负离子溶解量不同，使胶粒带电。 （3） 可电离的大分子溶胶，由于大分子本身发生电离，而使胶粒带电。2、电动现象 由于胶粒带电，而溶胶是电中性的，则介质带与胶粒相反的电荷。在外电场作用下，胶粒和介质分别向带相反电荷的电极移动，就产生了电泳和电渗的电动现象，这是因电而动。 胶粒在重力场作用下发生沉降，而产生沉降电势；带电的介质发生流动，则产生流动电势。这是因动而产生电。 以上四种现象都称为电动现象。电泳（electrophoresis） 带电胶粒或大分子在外加电场的作用下向带相反电荷的电
9、极作定向移动的现象称为电泳。 电渗（electro-osmosis) 在外加电场作用下，带电的介质通过多孔膜或半径为110 nm的毛细管作定向移动，这种现象称为电渗。 流动电势（streaming potential) 含有离子的液体在加压或重力等外力的作用下，流经多孔膜或毛细管时会产生电势差。这种因流动而产生的电势称为流动电势。沉降电势 (sedimentation potential) 在重力场的作用下，带电的分散相粒子，在分散介质中迅速沉降时，使底层与表面层的粒子浓度悬殊，从而产生电势差，这就是沉降电势。 双电层（double layer) 当固体与液体接触时，可以是固体从溶液中选择性吸
10、附某种离子，也可以是固体分子本身发生电离作用而使离子进入溶液，以致使固液两相分别带有不同符号的电荷，在界面上形成了双电层的结构。 对于双电层的具体结构，一百多年来不同学者提出了不同的看法。最早于1879年Helmholz提出平板型模型； 1910年Gouy和1913年Chapman修正了平板型模型，提出了扩散双电层模型； 后来Stern又提出了Stern模型。电动电势（electrokinetic potential）六、溶胶的稳定性和聚沉作用1、溶胶的稳定性 动力学稳定性 由于溶胶粒子小，布朗运动激烈，在重力场中不易沉降，使溶胶具有动力稳定性。2、影响溶胶稳定性的因素a. 外加电解质的影响。
11、 这影响最大，主要影响胶粒的带电情况，使电位下降，促使胶粒聚结。b. 浓度的影响。 浓度增加，粒子碰撞机会增多。c. 温度的影响。 温度升高，粒子碰撞机会增多，碰撞强度增加。d. 胶体体系的相互作用。 带不同电荷的胶粒互吸而聚沉。3、聚沉值与聚沉能力聚沉值: 使一定量的溶胶在一定时间内完全聚沉所需电解质的最小浓度。从已知的表值可见，对同一溶胶，外加电解质的离子价数越低，其聚沉值越大。聚沉能力: 是聚沉值的倒数。聚沉值越大的电解质，聚沉能力越小；反之，聚沉值越小的电解质，其聚沉能力越强。4、Schulze-Hardy规则 聚沉能力主要决定于胶粒带相反电荷的离子的价数。聚沉值与异电性离子价数的六次
12、方成反比，这就是Schulze-Hardy规则。5、电解质对溶胶稳定性的影响(1) 与胶粒带相反电荷的离子的价数影响最大，价数越高，聚沉能力越强。(2) 与胶粒带相反电荷的离子就是价数相同，其聚沉能力也有差异。(3) 有机化合物的离子都有很强的聚沉能力，这可能与其具有强吸附能力有关。(4) 当与胶体带相反电荷的离子相同时，则另一同性离子的价数也会影响聚沉值，价数愈高，聚沉能力愈低。这可能与这些同性离子的吸附作用有关。6、不同胶体的相互作用 将胶粒带相反电荷的溶胶互相混合，也会发生聚沉。与加入电解质情况不同的是，当两种溶胶的用量恰能使其所带电荷的量相等时，才会完全聚沉，否则会不完全聚沉，甚至不聚
13、沉。 在憎液溶胶中加入某些大分子溶液，加入的量不同，会出现两种情况： 加入大分子溶液太少时，会促使溶胶的聚沉，称为敏化作用； 当加入大分子溶液的量足够多时，会保护溶胶不聚沉，常用金值来表示大分子溶液对金溶液的保护能力。七、高分子溶液1、三种溶液性质的比较2、高分子分类 Staudinger 把相对分子质量大于104的物质称之为大分子，主要有： 天然高分子：如淀粉、蛋白质 、纤维素、核酸和各种生物大分子等。 人工合成高分子： 如合成橡胶、聚烯烃、树脂和成纤维等。合成的功能高分子材料有：光敏高分子、导电性高分子、医用高分子和高分子膜等。八、高分子相对摩尔质量1、聚合物摩尔质量的表示法 由于聚合过程
14、中，每个分子的聚合程度可以不一样，所以聚合物的摩尔质量只能是一个平均值。而且，测定和平均的方法不同，得到的平均摩尔质量也不同。常用有四种平均方法，因而有四种表示法： 数均摩尔质量 有一高分子溶液，各组分的分子数分别为N1，N2，, NB ,其对应的摩尔质量为M1，M2，MB。则数均摩尔质量的定义为： 数均摩尔质量可以用端基分析法和渗透压法测定。质均摩尔质量 设B组分的分子质量为mB，则质均摩尔质量的定义为： 质均摩尔质量可以用光散射法测定。Z均摩尔质量 在光散射法中利用Zimm图从而计算的高分子摩尔质量称为Z均摩尔质量，它的定义是：粘均摩尔质量 用粘度法测定的摩尔质量称为粘均摩尔质量。它的定义是：九、Donnan平衡高分子电解质的膜平衡 在大分子电解质中通常含有少量电解质杂质，即使杂质含量很低，但按离子数目计还是很可观的。 在半透膜两边，一边放大分子电解质，一边放纯水。大分子离子不能透过半透膜，而离解出的小离子和杂质电解质离子可以。 由于膜两边要保持电中性，使得达到渗
