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1、第十四章 胶体分散系统和大分子溶液 本章要求：1.了解胶体分散系统的分类，对憎液溶胶的胶粒结 构，制备和净化方法等要有一定的掌握。2. 了解憎液溶胶在动力学性质，光学性质，电学性质等方 面的特点。3. 了解溶胶在稳定性方面的特点，掌握什么是电动电位以及 电解质对溶胶稳定性的影响。会判断电解质聚沉能力的大小。4. 了解乳状液的种类，乳化剂的作用以及在工业和日常生活 中的应用。5. 了解凝胶的分类、形成及注意性质，了解大分子溶液与溶 胶的异同点及大分子物质平均摩尔质量的种类和测定方法。把一种或几种物质分散在另一种物质中构成分散系统，在分 散系统中被分散的物质叫做分散相（分散质），分散在其中的物 质
2、叫做分散介质。分散系统分类：（按分散相粒子的大小）1. 分子（或离子）分散系统：即真溶液，分散相粒子半径 r10-9m2. 胶体分散系统：多分子或离子的集合体，分散相粒子半径 为 10-9mr10-7m ，分散相和分散质不是一相的多相体系，具有很 高的表面能和比表面，是热力学不稳定系统。3. 粗分散系统：r （10-7.10-5）m14.1 胶体和胶体的基本特性一. 胶体的分类：1. 憎液溶胶：(胶体)：由难溶物分散到分散介质中所形成。分散 微粒是很大数目的分子集合体。该系统具有很大的相界面，很高 的表面自由能，很不稳定，极易被破坏而聚沉，且不能恢复原态， 是热力学不稳定和不可逆系统。2. 大
3、分子溶液：(亲液溶胶)，大分子化合物的溶液，其分子的大 小已达到胶体范围，具有胶体的一些特性，但它却是分子分散的 真溶液，大分子化合物在适当介质中可自动溶解而形成均相溶 液，若设法使它沉淀，当出去沉淀剂，再重新加入溶剂又可自动 再分散，是热力学稳定，可逆的系统。胶体系统按分散相和分散介质的聚沉状态分类，P4.6，表14.2 所示。3. 胶体的基本特性：特有的分散程度，不均匀(多相)性，易聚 集的不稳定性等。二. 胶团的结构女口 ：利用AgNO和KI溶液反应制备AgI溶胶3若 KI 过量：(AgI) nI- (n-x)K+x- xK+m若 AgNO 过量：(AgI) nAg+ (n-x)NO x
4、+ xNO3 m 3 3在溶液中胶粒是独立运动单位，通常所说的溶胶带电是指胶粒而 言，整个胶团是电中性的。14.2溶胶的制备和净化一. 制备1.分散法：用适当方法使大块物质在有稳定剂存在的情况下分散形成胶体粒子的大小，通常有以下几种方法：（1）研磨法（2）胶溶法：使暂时凝集起来的分散相，通过加少量的稳定剂 又重新分散制成溶胶。（3）超声波分散法：利用超声波所产生的能量来进行分散作用， 使分散相均匀分散而形成溶胶或乳状液。（4）电弧法（5）气相沉积法2.凝聚法：先制成难溶物的分钟（或离子）的过饱和溶液，再使 之互相结合成胶体粒子而得到溶胶，通常有以下两种方法：（1）化学凝聚法：通过化学方法，使生
5、成物呈过饱和状态，粒 子再结合成胶粒（2）物理凝聚法：利用适当的物理过程（如蒸气骤冷，改换溶 剂等）使某些物质凝聚成胶体粒子的大小。(3) 更换溶剂法。二. 溶胶的净化因过多的电解质会破坏溶胶的稳定性，因此必须将溶胶净 化。1. 渗析：由于溶胶粒子不能通过半透膜，而分子离子能通 过，故可把溶胶放在蒙有半透膜的容器内。膜外放纯溶剂，利用 膜内外浓度差，通过扩散，降低溶胶中的电解质或杂质的浓度而 达到净化。2.超过滤法：用孔径细小的半透膜，在加压吸滤的情况下使胶粒 和介质分开，这种方法称为超过滤法。三. 溶胶的形成条件和老化机理 形成：溶胶的形成要经历晶核的形成和晶体的生长两个阶段，若晶核形成的很
6、快，而晶体生长的速度慢或接近于停止，则可得到分散度很高的溶胶，反之，只能得到颗粒很粗的溶胶，甚至发生沉淀。1.晶核形成的速率：V=K Q - SS 为溶解度(即平衡浓度)，Q为过饱和浓度。2-晶体的长大速率：V2=dA呼 粒子所一定的距离。D为溶质的扩散系数，A为晶核的表面积,5为扩散过程中溶质若要得到分散度很高的溶胶，则必须控制 V,V 的值，使 V1 2 2很小火接近于零。讨论：当QzS很大时，则超过过饱和的浓度较多，v很快，s1生成的晶核较多，使Q - S陡然下降，大大减慢，有利于形成溶 胶。 当Qz的值较小时，生成的胶核少，Q-S的值下降不多，Sv2 较大，即晶核长大较快，不利于溶胶形
7、成，而有利于生成大 块沉淀。 当Qz很小时，即溶液浓度超过溶质的溶解度不多，故生S成晶核极少，而且晶核长大缓慢，有利于生成溶胶。(二)溶胶的老化：溶胶经纯化以后，胶粒随时间推移饿慢 慢长大，导致沉淀的这一过程，称为溶胶的老化。在老化过程中 系统的表面能减低，故老化是自发过程。溶胶具有多分散性，它是大小不一的胶体颗粒组成的多聚 体，若在同一溶胶中，半径R 和R的颗粒相应的溶解度为S,S。1 2 1 2有开尔文公式，则：S1 M 2r 11ln 1 =(-)S 2 RT P R 2 A；M为颗粒的平均摩尔质量，p为颗粒的密度，r为颗粒与其 饱和溶液见的界面张力。若 RR, 则有 SS , 即较小颗
8、粒附近的饱和浓度 S 大于较2 1 1 2 1大颗粒的饱和浓度 S ，即溶质有从小颗粒附近长大扩散到大颗粒2附近的趋势，对大颗粒而言， S 已是其饱和浓度，开始过来的溶2质必会在大颗粒上沉淀，导致小者越小，大者越大。以至大颗粒大到一定程度发生沉淀，即老化。14.3 溶胶的动力性质动力性质：指溶胶中粒子的不规则运动以及由此产生的扩 散，渗透压以及在重力场中浓度随高度的分布平衡等性质。一.布朗运动：是不断热运动的液体分子对溶胶微粒冲击的结果，对于很 小但又远远大于液体介质分子的微粒而言，由于受不同方向，不 同速度的液体分子的冲击，所受到的力不平衡，故溶胶微粒时刻 以不同的方向，不同的速率作不规则的
9、运动。溶胶粒子愈小，布朗运动愉快，温度升高，布朗运动加快， 介质粘度降低，运动加快。布朗运动公式：-RT Tx =： L 3 叩 r二.扩散和渗透压1.扩散：由于分子的热运动和胶粒的布朗运动，胶粒从高浓度区向低浓度区迁移的现象，称为扩散作用。设通过AB截面扩散质量为m,即扩散速度为dm,它与浓度 dt梯度以及AB截面的面积成正比，即：色二-DAdC（D为扩散系数，A为截面面积，dC为浓dtdxdx此即斐克第一定律 度梯度）若考虑在扩散过程中的浓度梯度的变化，以及扩散系受浓度的影响。则dC =dxd（D空）此即斐克第二定律dxdx应用：1.求扩散系数D2. 求胶团的摩尔质量 M二.渗透压：溶胶的
10、渗透压（n）可借用稀溶液的渗透压公式来计算； 即：n = nRT.V式中n为体积等于V的溶液中所含溶质的物质的量。三. 沉降和沉降平衡若分散相的密度比分散介质的密度大，溶胶粒子受重力作 用下降。另由于布朗运动使粒子扩散，两者速度相等，达到沉降 平衡。则粒子下降的重力=粒子所受的扩散力即: - RT穿=Ndx . 4%伽子_P介质” 积分得：RT In善=-尹3（巳子-质）gL（x2 - X）或N = exP-3母3（匕子-匕质）gL（x2-xi）吉】 此即粒子的高度分布公式当胶粒以恒定速度沉降时，dxf阻力二饷万4f重力二3丐卩粒子卩介质）g当f阻疔f重力时，胶粒将以恒定速度沉降。则伽吟=3冷
11、3（ p粒子-p介质）gr = ：E竺L2（P粒子-P介质）g若已知密度和粘度，则可以从测定粒子沉降的速度计算粒子 的半径。另利用超离心力场，当沉降达到平衡，扩散力与超离心力相 等，可求得胶团的摩尔质量或大分子物质的摩尔质量。14.4 溶胶的光学性质 溶胶的光学性质是其高度分散性和不均匀性特点的反映 错误！未找到引用源。丁达尔效应和瑞利公式错误！未找到引用源。 丁达尔效应：让一束光通过溶胶， 从垂直于光束的方向看到溶胶中呈现出一浑浊发亮光的光柱，并 有微粒闪烁，此种现象称为丁达尔效应。错误！未找到引用源。 光线射入分散系统可能发生的情况； 错误！未找到引用源。若分散相的粒子大于入射光的波长，
12、则主要发生光的反射或折射击现象。（如粗分散系统） 错误！未找到引用源。若分散相的粒子小于入射光的波长， 则主要发生光的散射。（如溶胶系统）错误！未找到引用源。许多溶胶是无色的，这是由于它们对 可见光的各波段的光的吸收都很弱，并且吸收大致相同。若溶胶 对可见光中某一波长的光有较强的选择性吸收，则透过光中该波 长段将变弱，这时透射光将呈该波长的补色光。对光的选择性吸收，主要取决于系统的化学结构，但粒子 的大小不同能引起颜色的变化。错误！未找到引用源。瑞利公式： 对于单位体积的被研 究系统，它所散射来的光能总量为；24兀 2 A 2 V 2 vn 2 - n 2 2 ( 1 九 4n 2 + 2n
13、212式中A为入射光的振幅，入为入射光的波长，V为单位体积中 的粒子数， v 为每个粒子的体积， n1,n2 分别为分散相和分散介质 的折射率该式适用于不导电粒子并且半径W 47nm的系统以分散程 度更高的系统。错误！未找到引用源。由公式可知，散射光的总能量与入射光 波长的四次方成反比，因此要观察散射光，光源的波长以短者为 宜，而观察透过光时，则以较长的波长为宜。错误！未找到引用源。分散介质与分散相之间折射率相差愈 显著则散射作用也愈显著。错误！未找到引用源。当其他条件均相同时，i二k巳，九4若分散相粒子的密度为p，浓度为C （以dm-a表示）.而单 粒子的V=4“r3，则v= C,故3vpv
14、V 2 41 K 兀 r 3 K cr 3九43即散光的强度和r 3及粒子的浓度C或成正比，因此，若两个浓度 相同的溶胶,则I172r3_Lr3若胶粒大小相同，14.5溶胶的电学性质错误！未找到引用源。 电动现象：分散系统是分散相质点 由于吸附，电离，同晶置换，溶解量的不均衡而常某种电荷，在 外电场作用下，带电粒子发生运动的现象，称为电动现象错误！未找到引用源。 吸附：实验表明，凡与溶胶粒子中 某一组成相同的离子则被优先吸附：若没有与溶胶粒子组成相同 的离子存在时，则胶粒子孙般先吸附水化能力较弱的阴离子，而 水化能力较强的阳离子，而水化能力较强的阳离子留在溶液中， 故通常反电荷的胶粒较多.错误
15、！未找到引用源。电离：对可能发生电离的大分子溶胶则胶粒带电主要是本身发生电离引起的.错误！未找到引用源。同晶置换错误！未找到引用源。溶解量的不均衡错误！未找到引用源。 电泳：在外加电场作用下，带电荷 的溶胶粒子作定向迁移，称作为电泳（胶粒动，而介质不动） 错误！未找到引用源。胶体的电泳证明胶粒是带电的 错误！未找到引用源。影响电泳证明胶粒的大小，形状， 粒子表面的电荷数目，溶剂中电解质的种类，离子强度以及PH, 温度和所加的电压错误！未找到引用源。应用：分离和区别各种氨基的和蛋 白质错误！未找到引用源。 电渗：外加电场下，分散介质通过孔性 物质而移动，即固相不动而液相移动，这种现象称作为电渗液体运动的原因：在多孔性固体和液体界面上有双电层存 在，在外加电场作用下，当表面结结合不牢的扩散层离子向带反 号电荷的电极方向移动，而与表面
