无机化学课件：第五章 胶体

1、第五章 胶 体第一节 胶体分散系 1.相体系中具有相同化学性质和物理性质的均匀部分。2.相的特点(1)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(NaCl和H2O)。 (1)单相体系：如饱和食盐水、糖水等。特点： 溶质与溶剂已成一体，组分间没有界面。(2)多相体系： 如不溶于水的盐溶液；水与油组成的体系等。特点：各组分的物理性质和化学性质不同，并具有明显的界面。 3.相的分类三组概念：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系分散相+分散介质4. 分散系的分类(1)按聚集状态分（分散相-分散介质）气气（空气） 气液（汽水） 气固（浮石）液气（雾）

2、液液（牛奶） 液固（果冻）固气（烟、尘） 固液（溶液） 固固（合金） (2)按分散相粒子的大小分100 nm 粗分散系（悬浊液、乳状液） S（总表面积） S。= V （总体积）5. 分散度与比表面分散度：即物质的分散程度，分散相粒子越小，分散程度越大。常用比表面衡量。 比表面：单位体积的表面积，用符号S。表示。【例】：1立方厘米的正方体粒子。S。= S/V=6l2/l3=6厘米-1平均分为1012个小立方体后S。= 60000厘米-1 (增大1万倍)分散相粒子越小，分散程度越大6. 表面能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。表面能的形成：处于表面的分子受力不均

3、，合力指向液体内部。若要增大表面，必须克服液相内部分子的引力而做功，功以势能形式储存于表面，即表面能。表面能即表面层分子比内部分子多出的那部分能量。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。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，它们有自动聚积成大颗粒而减少表面积的趋势，称为聚结不稳定性。 第二节 溶胶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1100 nm的胶粒分散在分散介质中，形成热力学不稳定分散系。（1）光学性质（丁达尔效应）光学原理：强光照到分散

4、相粒子上，胶粒直径（1-100nm）略小于入 射光波（400-760nm），发生散射。 散射光也称为乳光。Fe(OH)3胶体丁达尔效应示意图光源凸透镜光锥一、溶胶的基本性质14在真溶液中，溶质颗粒太小（二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子价数的六次方成反比，近似为：43 （2）带相同电荷的离子的聚沉能力虽然接近，但也略有不同。对负溶胶来说，其聚沉能力的相对大小为： H+ Cs+Rb+ NH4+ K+Na+Li+ 对正溶胶来说，其聚沉能力的相对大小为： F-Cl-Br-I- 44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

5、(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)30.06945在容易聚沉的溶胶中,加入适量的高分子，能显著地提高溶胶的稳定性，这

6、种现象称为高分子对溶胶的保护作用。产生保护作用的原因是高分子吸附在胶粒的表面上，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，从而增加了溶胶的稳定性。 2.高分子对溶胶的保护作用46由极小的固体或液体粒子悬浮在气体介质中所形成的分散系统称为气溶胶。图示是各种气溶胶的分散相粒子直径的大致范围。烟、雾的分散度较高，粉尘的分散度低，后者稳定性要差些。气溶胶（aerosol）第三节 高分子溶液高分子化合物概念：单个分子相对分子量在一万以上的大分子。蛋白质、核酸、糖原等都是与生命有关的生物高分子，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

7、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、高分子化合物的结构特点(1) 一般具有碳链，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，以n表示。天然橡胶链节为异戊二烯单位(-C5H8-) 纤维素、淀粉、糖原或高分子右旋糖酐，链节为葡萄糖单位(-C6H10O5-)，通式(C6H10O5)n蛋白质的结构单位是氨基酸。高分子化合物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量指的都是平均值。高分子化合物分子链

8、的长度以及链节的连接方式并不相同，因而形成线状或分枝状结构。高密度聚乙烯的线型结构低密度聚乙烯的枝型结构(2) 柔性和分子内旋转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各种不同形状。称为高分子链的柔性。二、高分子溶液的形成 溶胀：溶剂进入高分子链，导致化合物舒展，体积成倍增长。高分子化合物先溶胀，后溶解。与水分子形成水合膜：稳定性的主要原因。三、聚电解质溶液蛋白质等高分子化合物在水溶液中往往以离子形式存在，称为聚电解质。特征：链上有很多荷电基团，电荷密度很大；对极性溶剂的亲合力很强；分为阳离子、阴离子、两性离子三类。 54等电状态和等电点pI组成蛋白质的氨基酸既

9、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pH值，酸性解离=碱性解离，此时离子的静电荷为零，该pH值称为该物质的等电点。pH pI，蛋白质形成负离子。pH C6H5O73-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，主要与离子种类有关，阴离子起主要作用。五、高分子溶液的渗透压和膜平衡将高分子溶液与溶剂用半透膜隔开，可产生渗透现象；渗透压数值不符合vant Hoff公式；浓度改变时，渗透压的增加比浓度的增加要大得多。高分子溶液渗透压与溶液的质量浓度B(gL-1)的关系：B是常数。通过测定，以/B对B作图得直线，外推至B 0时截距为RT/Mr。 膜平衡或Donnan平衡用半透膜将聚电解质溶液与小离子的电解质溶液隔开，小离子能透过而聚电解质离子不能，但为保持溶液的电中性，平衡时小离子在膜两侧分布不均匀。Cl-从膜外向膜内渗透，为保持电中性，必有相等数目的Na+同时进入膜内。平衡时， v进= v出c(Na+)外c(Cl-)外 = c(Na+)内c(Cl-)内当c1c2时，x0，膜外几乎一点也不透入膜内当c2c1时，x c2/2 ，有接近一半的NaCl透入膜内，膜内外NaCl浓度近似相等当c2=c1时，x c2/2，1/3的NaC