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1、第五章第五章 胶体和乳状液胶体和乳状液教教 学学 要要 求求 掌握溶胶的制备和性质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、电动电位和掌握溶胶相对稳定性因素、胶团结构、电动电位和聚沉聚沉 熟悉高分子溶液和凝胶熟悉高分子溶液和凝胶 熟悉表面活性剂和胶束熟悉表面活性剂和胶束 了解乳状液和微乳液及其应用了解乳状液和微乳液及其应用 胶体化学胶体化学是研究广义的胶体分散系的物理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。性质的一门科学。 从胶体观点而言，整个从胶体观点而言，整个人体人体就是一个典型的胶体系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。统，人的皮肤
2、、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药物制备、使用和保管过程中应用到大量胶体方面的知识。方面的知识。第一节第一节 胶体胶体高度分散系统高度分散系统分散系分散系: 把一种或几种物质分散在另一种物质中所形成把一种或几种物质分散在另一种物质中所形成分散相分散相(dispersed phase): 被分散的物质被分散的物质分散介质分散介质(dispersing medium): 容纳分散相的连续介质容纳分散相的连续介质 胶体和晶体胶体和晶体不是不同的两类物质不是不同的两类物质，而是，而是物质的物质的两两种不同的存在状态。种不同的存在状态。胶体是一种高度分散的系统
3、胶体是一种高度分散的系统根据分散相粒子大小分类根据分散相粒子大小分类分散相粒分散相粒子大小子大小分散系类型分散系类型分散相粒子分散相粒子性质性质实例实例1nm溶液溶液小分子或离小分子或离子子均相、稳定系统、均相、稳定系统、分散相粒子扩散分散相粒子扩散快快NaCl水溶水溶液等液等1100nm胶胶体体分分散散系系溶胶溶胶胶粒胶粒多相、热力学不多相、热力学不稳定系统、有相稳定系统、有相对稳定性、分散对稳定性、分散相粒子扩散较慢相粒子扩散较慢Fe(OH)3溶胶等溶胶等高分子高分子溶液溶液高分子高分子均相、稳定系统、均相、稳定系统、分散相粒子扩散分散相粒子扩散慢慢蛋白质溶蛋白质溶液等液等100nm粗分散
4、系粗分散系粗分散粒子粗分散粒子非均相、不稳定非均相、不稳定系统、易聚沉或系统、易聚沉或分层分层泥浆、乳泥浆、乳汁等汁等第二节第二节 溶胶溶胶分散相粒子：分散相粒子：一定量原子、离子或分子组成的集合体一定量原子、离子或分子组成的集合体特点：特点：多相系统，高度分散，热力学不稳定系统多相系统，高度分散，热力学不稳定系统根据根据分散介质分散介质分类：分类：液溶胶、气溶胶和固溶胶液溶胶、气溶胶和固溶胶一、溶胶的制备一、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用物理破碎的方法使大颗粒物质分散成胶粒的分散法分散法 用化学反应使分子或离子聚集成胶粒的凝聚法。用化学反应使分子或离子聚集成胶粒的凝聚
5、法。 例如：例如： 将将FeCl3溶液缓慢滴加到沸水中，反应为溶液缓慢滴加到沸水中，反应为 FeCl3 + 3H2O Fe(OH)3 + 3HCl 生成的许多生成的许多Fe(OH)3分子凝聚在一起，分子凝聚在一起， 形成透明的红褐色溶胶形成透明的红褐色溶胶二、溶胶的性质二、溶胶的性质（一）溶胶的光学性质（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，称为一条光带，称为丁铎尔现象丁铎尔现象(Tyndall effect) 左边是溶胶，右边不是溶胶左边是溶
6、胶，右边不是溶胶树林中的丁铎尔现象树林中的丁铎尔现象光通过颗粒直径略小于其光通过颗粒直径略小于其波长的物质时，发生散射波长的物质时，发生散射 Tyndall效应实效应实际上已成为判别溶际上已成为判别溶胶与分子真溶液的胶与分子真溶液的最简便的方法。最简便的方法。（二）溶胶的动力学性质（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，因而表现溶胶粒子时刻处于无规则的运动状态，因而表现出出扩散、渗透、沉降扩散、渗透、沉降等与溶胶粒子大小及形状等属等与溶胶粒子大小及形状等属性相关的运动特性，称为性相关的运动特性，称为动力学性质动力学性质1. 1. 布朗运动布朗运动 因为介质分子不断碰撞这些粒子
7、，碰撞的合力不因为介质分子不断碰撞这些粒子，碰撞的合力不断改变其运动方向和位置，成为无规则的运动断改变其运动方向和位置，成为无规则的运动2. 2. 扩散与沉降扩散与沉降 在重力场中，胶粒受重力的作用在重力场中，胶粒受重力的作用而要下沉，这一现象称为而要下沉，这一现象称为沉降沉降(sedimentation) 胶粒从分散密度大的区域向分散胶粒从分散密度大的区域向分散密度小的区域迁移，这种现象称为密度小的区域迁移，这种现象称为扩散扩散(diffusion) 沉降速率等于扩散速率，溶胶系沉降速率等于扩散速率，溶胶系统处于统处于沉降平衡沉降平衡（三）溶胶的电学性质三）溶胶的电学性质电泳和电渗电泳和电渗
8、 用惰性电极在溶胶两端施加直流电场，可观察到胶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，粒向某一电极方向运动。这种在电场作用下，带电粒带电粒子在介质中的子在介质中的定向定向运动运动称为称为电泳电泳(electrophoresis) 电泳实验说明电泳实验说明溶胶粒子是带电的溶胶粒子是带电的，由电泳的方向，由电泳的方向可以判断可以判断胶粒胶粒所带电荷的性质所带电荷的性质应用：应用： 蛋白质、氨基酸和核酸等物质的分离和蛋白质、氨基酸和核酸等物质的分离和鉴定方面有重要的应用。鉴定方面有重要的应用。 例如在临床检验中，应用电泳法分离血例如在临床检验中，应用电泳法
9、分离血清中各种蛋白质，为疾病的诊断提供依据。清中各种蛋白质，为疾病的诊断提供依据。电电 渗渗 在外电场作用下，在外电场作用下，分散介质的定向移动现象分散介质的定向移动现象称为称为电渗电渗(electroosmosis) 由电渗实验中由电渗实验中分散介质的移动分散介质的移动方向也可判断胶粒所方向也可判断胶粒所带电荷的性质带电荷的性质三、胶团结构三、胶团结构（一）胶粒带电的原因（一）胶粒带电的原因v 胶粒在形成过程中，胶粒在形成过程中，胶核优先吸附与胶核中相同胶核优先吸附与胶核中相同的某种离子的某种离子，使胶粒带电。，使胶粒带电。v 胶核表面分子的解离胶核表面分子的解离使胶粒带电。使胶粒带电。（二
10、）胶团结构（二）胶团结构胶核胶核吸附层吸附层扩散层扩散层胶粒胶粒胶团胶团Fe(OH)3m nFeO+ (n-x)Cl-x+ xCl-胶核胶核吸附层吸附层胶粒胶粒扩散层扩散层胶团胶团 胶团结构中胶团结构中带电荷带电荷的部分：的部分： 胶粒、吸附层、扩散层胶粒、吸附层、扩散层 胶团结构中胶团结构中不带电荷不带电荷的部分：的部分： 胶核胶核 、胶团、胶团 胶体溶液亦不带电荷！胶体溶液亦不带电荷！Fe(OH)m nFeO+ (n-x)Cl-x+ xCl-胶核胶核吸附层吸附层胶粒胶粒扩散层扩散层胶团胶团 用用AgNO3和和KI制备制备AgI 溶胶，溶胶，KI过量过量时，时，AgI胶胶团结构示意图及胶团结
11、构团结构示意图及胶团结构的简式：的简式：(AgI)m nI- (n-x)K+x- xK+ 用用AgNO3和和KI制备制备AgI 溶胶，溶胶，AgNO3过量过量时，时，AgI胶团结构示意图及胶胶团结构示意图及胶团结构的简式：团结构的简式：(AgI)m nAg+ (n-x)NO3-x+ xNO3-（三）电动电位（三）电动电位移动移动截面截面 讨论讨论 电位电位越大越大，扩散层，扩散层越厚越厚，溶胶，溶胶越稳定越稳定 电位电位越小越小，扩散层，扩散层越薄越薄，溶胶，溶胶越不稳定越不稳定 电位通常在绝对值上低于热力学电位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电位
12、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层中反离子的多少密切相关 电位等于电位等于0，胶粒不带电，处于等电状态，最不稳，胶粒不带电，处于等电状态，最不稳定定四、溶胶的相对稳定因素及聚沉四、溶胶的相对稳定因素及聚沉（一）溶胶的相对稳定因素（一）溶胶的相对稳定因素1.胶粒带电胶粒带电2. 溶胶表面的水合膜溶胶表面的水合膜3. 布朗运动布朗运动（二）高分子化合物溶液对溶胶的保护作用（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粒表面形成保护膜，削弱了胶粒聚集的可能
13、性 如微溶电解质如微溶电解质MgCO3或或Ca3(PO4)2等，在血液等，在血液中的浓度比在体外纯水中的浓度高了近中的浓度比在体外纯水中的浓度高了近5倍，这是倍，这是因为它们在血液中被蛋白质保护的缘故。当保护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。而形成结石。 意义：意义：保护作用在生命体中非常重要。保护作用在生命体中非常重要。（三）溶胶的聚沉（三）溶胶的聚沉 聚沉聚沉：胶粒在一定条件下聚集成较大颗粒而导致：胶粒在一定条件下聚集成较大颗粒而导致沉淀的现象沉淀的现象 临界聚沉浓度临界聚沉浓度：一定量
14、溶胶在一定时间内发生完：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强临界聚沉浓度越小，电解质的聚沉能力越强SchulzeHardy规则规则 电荷相同的反离子聚沉能力几乎相等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、溶胶间相互聚沉电解质聚沉、溶胶间相互聚沉As2S3（负负溶胶）溶胶）NaCl51CaCl20.65AlCl30.093AgI（负负溶胶）溶胶）NaNO314
15、0Ca(NO3)22.40Al(NO3)30.067 Al2O3（正正溶胶）溶胶）KCl46K2SO4 0.30K3Fe(CN)60.08单位：单位： mmol L-1例题例题为为使使10.0 mL某某溶溶胶胶聚聚沉沉，需需加加入入AlCl3 10.5mmol，或或MgSO4 0.031mmol，或或Na3PO4 0.0012 mmol 。 计算各电解质的聚沉值。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。指出该溶胶胶粒的带电符号。 Na3PO4聚沉能力聚沉能力最大最大， AlCl3聚沉能力聚沉能力最小最小
16、溶胶胶粒溶胶胶粒带正电带正电第三节第三节 高分子化合物溶液高分子化合物溶液一、高分子化合物溶液及其稳定性一、高分子化合物溶液及其稳定性 高分子化合物高分子化合物(polymer)指相对分子质量指相对分子质量大于大于1万万的的化合物化合物 高分子化合物在液态的分散介质中形成的单相分子、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。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高分子化合物溶液的分散粒径在1100nm的胶体分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。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
17、性质比较高分子化合物溶液和溶胶的性质比较性质性质高分子化合物溶液高分子化合物溶液溶胶溶胶分散相颗粒分散相颗粒特征特征粒径粒径1100nm；粒径粒径1100nm；通透性通透性不能透过半透膜不能透过半透膜不能透过半透膜不能透过半透膜扩散速度扩散速度慢慢慢慢分散相组成分散相组成单个水合分子均匀分散单个水合分子均匀分散胶团由胶核与吸附层、扩胶团由胶核与吸附层、扩散层组成散层组成均一性均一性单相系统单相系统多相系统多相系统稳定性稳定性稳定系统稳定系统不稳定系统不稳定系统粘度粘度大大小小外加电解质外加电解质离子的影响离子的影响不敏感，加入大量造成不敏感，加入大量造成盐析盐析敏感，加入少量引起聚沉敏感，加入
18、少量引起聚沉第五节第五节 表面活性剂和乳状液表面活性剂和乳状液一、表面活性剂一、表面活性剂（一）表面能与表面张力（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，称为位能，称为表面能表面能，用，用 G 表示。表示。 G A表面能表面能比表面能比表面能表面积表面积只要有界面存在，就一定有表面能存在只要有界面存在，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，称为面上的作用力，
19、称为表面张力表面张力(surface tension)，用用( Nm-1)表示。表示。 一定温度和压力下，多相系统表面张力越大，系一定温度和压力下，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比表面能在数值上等于相界面的表面张力讨论讨论通常自发降低表面张力有两条途径：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；降低表面积； 自发吸附自发
20、吸附(adsorbate)周围介质中能降低其表面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。度大于液体内部粒子的浓度，以降低表面张力。（二）吸附现象（二）吸附现象 吸附：物质在吸附：物质在相界面相界面上的上的浓度自动发生变化浓度自动发生变化的的过程。过程。 吸附可发生在任何两相的界面上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的吸附 固体表面积无法自动变小，常常吸附其他物质以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。降低表面能。 液体表面的吸附液体表面的吸附 液体表
21、面会因为溶质的加入而产生吸附，液体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的表面张力因此发生相应的变化 正吸附正吸附：能降低：能降低表面张力的物质，表面张力的物质， 表面吸附的溶质表面吸附的溶质浓度浓度大于大于溶液内部溶液内部的溶质浓度的溶质浓度 负吸附负吸附：增大表面：增大表面张力的物质，张力的物质， 表面吸附的溶质浓表面吸附的溶质浓度度小于小于溶液内部的溶溶液内部的溶质浓度质浓度表面吸附使溶质在表面层中表面吸附使溶质在表面层中的浓度与内部的浓度不同。的浓度与内部的浓度不同。（三）表面活性剂（三）表面活性剂 具有极高地降低溶液的表面张力，产生显著正吸具有极高地降低
22、溶液的表面张力，产生显著正吸附的物质称为附的物质称为表面活性剂表面活性剂(surface active agent, surfactant)表面活性剂的结构特征表面活性剂的结构特征 表面活性剂表面活性剂分子结构上的特征分子结构上的特征： 既含有亲水的极性基团既含有亲水的极性基团亲水基亲水基，如，如OH、COOH、NH2、 SH、SO3H等；等； 又含有疏水的非极性基团又含有疏水的非极性基团疏水基疏水基，一些直，一些直链的或带侧链的有机烃基链的或带侧链的有机烃基二、乳状液二、乳状液 将一种液体以直径大于将一种液体以直径大于100 nm 的液滴作为分散相，的液滴作为分散相，分散在另一种与之不相溶的
23、液体中，形成的分散系统分散在另一种与之不相溶的液体中，形成的分散系统称为称为乳状液乳状液(emulsion)。 一相是一相是水水 另一相统称为另一相统称为油油（包括极性小的有机溶剂，如苯）（包括极性小的有机溶剂，如苯）乳状液的类型乳状液的类型乳状液的类型有两类：乳状液的类型有两类： 油分散在介质水中形成油分散在介质水中形成水包油型水包油型(O/W)乳状液乳状液 水分散在油介质中形成水分散在油介质中形成油包水型油包水型(W/O)乳状液乳状液水水油油油油水水水水水包油型水包油型(O/W)乳状液乳状液油包水型油包水型(W/O)乳状液乳状液鉴别方法：鉴别方法： 染色法、染色法、稀释法、电导率法稀释法、电导率法小小 结结溶胶的制备和性质溶胶的制备和性质 光学性质、动力学性质和电学性质光学性质、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高分子化合物溶液的特征 与溶胶的对比与溶胶的对比表面活性剂的结构特征和胶束的形成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乳状液的形成、类型、判断方法以及两者的不同点
