[理学]第三章 胶体溶液及表面现象.ppt

3.1 溶胶 3.2 高分子化合物溶液 3.3 表面现象 第三章 胶体溶液和表面现象 1 3.1 溶胶 分散系：一种或几种物质以细小颗粒分散 在另一种物质中所形成的体系。 分散系 分散质（分散相）：被分散的物质 分散介质（分散剂）：容纳分散质的物 质 2 一 分散系的分类 分散系 分子或离子分散系 （真溶液） d 100 nm 3 二 溶胶的性质 动力学性质 (Brownian motion) 1827 年植物学家布朗（Brown)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。 4 布朗运动示意图 5 Brown运动(Brownian motion) 1903年发明了超显微镜，为研究布朗运动 提供了物质条件。 用超显微镜可以观察到溶胶粒子不断地作 不规则“之”字形的运动，从而能够测出在一定 时间内粒子的平均位移。 通过大量观察，得出结论：粒子越小，布 朗运动越激烈。其运动激烈的程度不随时间而 改变，但随温度的升高而增加。 6 Brown运动的本质 1905年和1906年爱因斯坦（Einstein)和斯莫鲁 霍夫斯基（Smoluchowski)分别阐述了Brown运动的 本质。 认为Brown运动是分散介质分子以不同大小和不同 方向的力对胶体粒子不断撞击而产生的，由于受到 的力不平衡，所以连续以不同方向、不同速度作不 规则运动。随着粒子增大，撞击的次数增多，而作 用力抵消的可能性亦大。 当半径大于5 m，Brown运动消失。 7 液体分子对胶体粒子的碰撞 8 光学性质（丁达尔现象） 英国物理学家丁达尔(18201893年) 发现 一束会聚的强光胶体垂直方向看到一 条发亮的光柱。 9 原理： 光线照射到物体表面时，可能产生两种情况： （1）颗粒的直径远远大于入射光的波长: 此时入射光被完全反射，不出现丁达尔效应； （2）物质的颗粒直径比入射波长小: 则发生光的散射作用而出现丁达尔现象。 因为溶胶的粒子直径在1-100 nm，而一般可见光的波长 范围在400 -760 nm，所以可见光通过溶胶时便产生明显 的散射作用。 10 丁达尔现象实例 胶体：云、雾、烟尘 分散剂：空气 分散质：微小的尘埃或液滴 11 电学性质 电泳在外电场作用下， 分散质粒子在分散介质 中定向移动的现象 电泳管示意图 直流电 Fe(OH)3 12 胶粒带正电荷称为正溶胶,一般金属氢氧化 物的溶胶即为正溶胶。 胶粒带负电荷称为负溶胶,如：土壤、硫化 物、硅酸等溶胶。 13 胶体粒子带电的主要原因： 吸附作用 固体吸附剂优先选择吸附与它组成相关的 离子，或者能够在固体表面上形成难电离或难 溶解物质的离子 “相似相吸原理” 14 FeO+ FeO+ FeO+ FeO+ FeO+ FeO+ FeO+ FeO+ FeO+ FeO+ FeO+ FeO+ FeO+ FeO+ FeO+ FeO+ FeO+ 分散质 Fe(OH)3m Fe(OH)3胶核吸附电位离子的示意图 15 三 溶胶粒子的结构胶团（电中性） 1. 1.固体粒子固体粒子( (AgI)AgI)m m称为胶核 称为胶核，由于吸附而带电；由于吸附而带电； 2.2.稳定剂稳定剂KIKI存在存在: :由于静电作用，反离子被吸引在带由于静电作用，反离子被吸引在带 电胶核的周围，形成吸附层，在电场的作用下，吸电胶核的周围，形成吸附层，在电场的作用下，吸 附层随胶核运动；即胶粒在运动附层随胶核运动；即胶粒在运动； 3.3.由于热运动，部分反离子由于热运动，部分反离子 分散在紧密层外，形成扩分散在紧密层外，形成扩 散层。散层。 4.4.溶胶带正电或负电是指胶粒，溶胶带正电或负电是指胶粒， 整个胶团为电中性整个胶团为电中性 吸附层吸附层 扩散层扩散层 胶核胶核 16 胶团结构 以AgI为例： AgNO3 + KI = AgI +KNO3 当AgNO3 过量时， 胶粒带正电荷，胶团结构如 下： （AgI )m n Ag+ ( n -x ) NO3- x+ x NO3- 胶核 电位离子 反离子 反离子 吸附层 扩散层 胶粒（带正电） 胶团 17 胶团结构 以AgI为例： AgNO3 + KI = AgI +KNO3 当KI 过量时， 胶粒带负电，胶团结构如下： 18 四 溶胶的稳定性和聚沉 溶胶的稳定性 布朗运动 胶粒带电 水化膜 溶胶的聚沉 加入电解质 加入带相反电荷的溶胶 加热 19 加入电解质聚沉的原因：加入电解质后，吸 附层的反离子增多， 胶粒所带电荷大大减少 ，排斥力减弱，使胶粒合并成大颗粒而聚沉 。 注意：胶体的聚沉是不可逆的。 20 聚沉能力主要取决于能引起溶胶聚沉的反离子 电荷数（即化合价数），离子带电荷越高，其 聚沉能力越强 如：对于As2S3溶胶（负溶胶）的聚沉能力 AlCl3CaCl2NaCl 对于Fe(OH)3溶胶（正溶胶）的聚沉能力 K3Fe(CN)6 K2SO4KCl 要掌握 要掌握 21 练习： 1. 将20ml 0.1mol / L的AgNO3与10ml 0.1mol / L的KI溶液混合。下列电解质中，对 AgI溶胶聚沉能力最强的是（ ）。 A. NaCl B. CaCl2 C. K2SO4 D. K3Fe (CN)6 2. 将10ml 0.1mol / L的AgNO3与20ml 0.1mol / L的KI溶液混合。下列电解质中，对 AgI溶胶聚沉能力最强的是（ ）。 A. NaCl B. CaSO4 C. KBr D. AlCl3 要掌握 22 3.2 、高分子化合物溶液 高分子化合物通常是指相对分子质量在 104以上的化合物。 高分子化合物对溶胶的保护作用： 保护作用： 例： Fe(OH)3溶胶，加入白明胶（高分子 化合物溶液）后再加电解质不易聚沉。 为了让墨水稳定、长时间不聚沉，常常加入 明胶或阿拉伯胶起保护作用 23 3.3、表面现象 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。由于内外受力不 均匀存在着使液面紧缩的力，称为表面张力。 24 胶体是一种高度分散的多相体系，具 有很大的比表面，因此表面能很大。能量 越高，体系越不稳定，胶体是热力学的不 稳定体系。 25 表面活性剂 表面活性物质：溶于水后能显著降低水的 表面能（表面张力）的物质称为表面活性剂。 乳化剂是一种表面活性物质。 从分子结构来看，其特点是具有双亲基团 的物质：亲水基：如-OH,-COOH,-NH2,-SO3H 等，是极性部分，溶于水；憎水基(亲油性)如 烷基、苯基等，是非极性部分，溶于油。 26 亲油基 亲水基 27 亲油基 亲水基 如：CH3(CH2)16COONa 乳化剂在水面上定向排列 肥皂是最常见的表面活性物质，它是硬脂酸的 钠盐。 C17H35-COONa。 亲油基 亲水基 注：表面活性物质 在两相间的排列 28 【课后小结】 电解质的阳离子对负溶胶起聚沉作用， 负离子对正溶胶起聚沉作用。 电解质对溶胶的聚沉能力，主要取决于 与胶粒带相反电荷的离子即反离子的价数， 反离子的价数越高，聚沉能力越强。 29 【1】由10mL0.05molL3的KCl溶液与 100mL0.002molL-3的AgNO3溶液混合制得 的AgCl溶胶，若分别用下列电解质使其聚 沉，则聚沉值的大小次序为（ ） aAlCl3ZnSO4KCl bKClZnSO4AlCl3 cZnSO4KClAlCl3 dKClAlCl3ZnSO4 自测题 30 【2】制备AgI溶胶时，三支烧杯盛有25mL， 0.016moldm3的AgNO3 溶液，分别加入 0.005moLdm3的NaI溶液60mL，80mL和 100mL 1)三种不同加入量的烧杯中各有什么现象? 2) 溶胶中加入直流电压，胶体粒子如何运动? 31 答：1) 第一只烧杯中AgNO3过量，第二只烧 杯中AgNO3与NaI物质的量相等，第三只烧杯