第九章 胶体化学【PPT课件】

第九章 胶体化学 861年 体” (词，标志胶体化学的产生。 意为粘稠状的物质。 胶体”一词的由来 1805英国物理化学家 活的组织和细胞液等是蛋白质 、 核酸等的胶体溶液；体液 、 血液 、 皮肤 、 肌肉 、 脏器等也属于胶体系统 。 人体就是典型的胶体系统 第一节 分散系概述 一 、 分散系 (一种或几种物质分散在另一种物质中所形成的系统称为 分散系统 ， 简称 分散系 。 其中： 被分散的物质称为分散相 (另一种物质称为分散介质 (如：碘分散在酒精中形成碘酒，碘是分散相，酒精是分散介质，碘酒是一分散系。 油 以微滴分散在 水中 形成的 乳状液 a+ 、 散在 水中 形成的 细小的 沙粒 分散在 水中 形成的 泥浆 细小的 水滴 分散在 空气 中形成的 云雾 二、分散系的分类 分散系通常有两种分类方法： 分子分散系 胶体分散系 粗分散系 按 分散相粒子 的 大小分类： 均相分散系 按 分散相粒子的组成分类： 非均相分散系 分散相 粒子大小 分散系类型 分散相粒 子的组成 实 例 d 100 分散系（乳状液、悬浊液） 粗粒子 乳汁、泥浆等 按分散相粒子大小分类 1 10-9 m 相：系统中物理和化学性质完全相同的部分。 如：水，水蒸汽，冰各为一相。 液， 气， 固三相。 均相分散系 (单相 ) 按 分散相粒子的组成分类： 非均相分散系 (多相 ) 球形液滴（ 第二节 表面现象 界面 ( 两相接触时的分界面称为界面。 表面现象： 表面上发生的一切物理、化学现象。 表面 (： 指物体与气相相互接触的面。 将立方体分割成微小立方体： 可分为 1018个 边长 1长 10面积： 6 10-4 00 差 106倍 在高度分散的体系中表面效应不可忽视 表面化学的特点 前面各章为什么不提表面的特殊性。 前面各章所研究的系统表面小，表面现象弱， 而本章是具有巨大表面的系统。 一、表面积与表面 (一 ) 表面积和比表面 单位体积（质量）物质所具有的表面积 比表面 。 0球形：0r/滴数 A/0/表 /J 1 10 10102 3 10 3 10 10 10108 3 103 3 103 10 101014 3 105 3 105 108 1 101020 3 107 3 107 1012 水滴高度分散后比表面和表面能的变化 比表面越大，表面现象越显著。 表面分子的 受力不均 ，使得它们受到一个指向液体内部的 合力 作用 ， 其分子有被 拉入 液相的趋势 。 液体有 自动收缩 至 表面积最小 的倾向。 (二 ) 表面自由能和表面张力 1. 表面自由能 表面能 (：表面层分子比内部分子多出的能量。 A 比表面能 () 指单位表面积的表层分子比同量内部分子多出的能量 表面能等于液体的比表面能与表面积的乘积。 = A 为 表面能 为 比表面能 A 为 表面积 式中： 单位为 : J为： 1 J 1 Nm 1 N所以： 又可看作 表面张力 表面张力 是 垂直作用于单位长度上的使表面收缩并与表面相切 ，单位 N 比表面能 和 表面张力 这两个概念数值上等效，量纲相同，是对同一事物不同角度的描述。考虑界面的 热力学问题时，用比表面能 ；分析界面的 各种作用时，用表面张力 比较方便。 降低表面能途径： 1. 缩小表面积 2. 降低表面张力 表吸附：一种物质的分子、原子或离子自动地附着在另一种物质表面上的现象。 吸附 二、表面活性剂 吸附 ：固体或液体的表面吸引其它物质的分子、 原子或离子的过程。 吸附剂 ：具有吸附作用的物质 吸附质 ：被吸附的物质 图 表面张力与浓度的关系 正吸附 负吸附 （一）溶液表面上的吸附 浓度 表面张力 曲线 ： 能显著降低溶液表面张力的物质 表面活性剂 机盐、不挥发的酸碱 短链有机酸、醇、醛等 如：高级脂肪酸钠（肥皂） 结构特征：具有 “ 两亲性 ” 基团 疏水基 (亲脂基 ) 亲水基 非极性 基团 极性 基团 （二）表面活性剂 临界胶束浓度： 单分子吸附层 胶束 缔合胶体 衣物上的油污用肥皂处理后，肥皂分子疏水部分进入油污层 ，经机械振荡，油污逐渐分散并形成表面排布着亲水基团的小滴，而被水分子托入水中成乳状液，油滴不再回到衣服上而除去。 增溶作用 三、乳化作用 1. 乳状液的概念 2. 乳状液的类型 两种不同类型乳状液示意图 O/W W/O (1)水包油型 (2) 油包水型 3. 乳化剂：能增加乳状液稳定性的物质。 通常是 表面活性剂 如肥皂、胆汁酸盐等 ; 另外 蛋白质 也是常见的乳化剂。 （ O/W） 稳定的原因 ： (2)形成单分子保护膜。 (1)可以降低界（表）面张力； 乳化作用和乳状液 脂肪 消化酶 O 3O C 3C O 1 091 1781 21 81 31 51 71 62 02 1亲水侧 疏水侧 甘氨胆酸的立体构型 脂肪 消化酶 溶 胶 分散相：聚集体（分子、离子或原子构成） 非均相性 高度分散性 热力学不稳定性 第三节 溶胶 (一 ) 溶胶的光学性质 象 一、溶胶的基本性质 在暗室内用一束光线照射溶胶时，在侧面可以看到一个发亮的光柱的现象。 光的散射 象 d d d 略小于 或接近于 反射 通过 散射 可见光波长： 400 760 胶体粒径： 1 100光的散射 应用 H)3溶胶 用来区分溶胶和真溶液 1827年布朗观察到花粉颗粒作无规则移动和转动 （二）溶胶的动力学性质 1. 布朗运动的本质 当 沉降速度 = 扩散速度 2. 扩散与沉降平衡 溶胶的分散相粒子 ， 能自动地从浓度大的区域向浓度小的区域移动 ，这种现象称为 扩散 。 在重力作用下 ， 胶粒下沉而与介质分离的现象称为 沉降 。 沉降平衡 1924年 ， 研制出超速离心机 ， 用于蛋白质胶体研究 ,第一次测定了蛋白质的分子量 。 离心技术是分离、纯化细胞、病毒、蛋白、核酸和酶的最方便最有效的工具。 （三）溶胶的电学性质 1. 电泳和电渗 H)3溶胶 液 电泳 ( 在 外加电场作用下 ,带电胶粒在介质中定向移动的现象。 电渗 ( 分散介质向另一极移动的现象。 选择性吸附 + 附 粒离子带负电 附 胶粒离子带正电 2. 胶粒带电原因 表面分子的解离 硅胶的胶核是（ 表层是 22H+ + 在胶核表面， 胶核带负电 H)3 + 2+ 3 H)3(溶胶 ) + 3沸 3. 胶团的结构 H+ H+ H+ e(溶胶吸附 带正电荷 H)3 H+ H)3m 胶团结构 ( x+ H)3m H)3溶胶结构示意图 H)3m 3 H)3m + + + + + l H)3m l l l + l 3 胶核 吸附层 扩散层 H)3 H+ H)3m ( lx+ H)3溶胶结构表达式 胶粒 = 胶核 + 被吸附离子 + 吸附层反离子 胶团 = 胶粒 + 扩散层反离子 胶团 胶粒 吸附层 扩散层 胶核 吸附离子 反离子 反离子 需要注意的是：制备条件的不同，胶粒可能带正电也可能带负电。 胶的结构简式表示为： 若 33A g N O + K I = A g I + K N O(m (x+ g+ K+ 如： 33A g N O + K I = A g I + K N s) + 溶胶的结构简式表示为： (m (+ x K+ 二、溶胶的稳定性与聚沉 （一）溶胶的稳定因素 胶粒带电 溶胶表面溶剂化膜的保护作用 布朗运动 l l l l H)3m 溶胶表面水化膜的保护作用 - + + 水分子 l l l l H)3m H)3溶胶 溶液 （二）溶胶的聚沉 聚沉 (1. 电解质的聚沉作用 1. 电解质的聚沉作用 + 界聚沉浓度 :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，又称聚沉值。 聚沉能力 :是 临界聚沉浓度的倒数 。 电解质聚沉值 ，聚沉能力 。 叔尔采 则 反离子所带电荷 ，聚沉能力 ， 临界聚沉浓度 。 6 6 61 1 11 2 3 :M +:M 2+:M 3+ = 对于给定溶胶，临界聚沉浓度与反离子带电荷的关系为： 例：聚沉 下列电解质聚沉能力顺序为： . 电解质的聚沉作用 例：将 0. 1 液与 列电解质中对该溶胶聚沉能力最强的是 ( ) A B D 2. 溶胶的相互聚沉 明矾净水作用 天然水中胶态的悬浮物大多带负电 ， 明矾在水中水解产生的 H)3溶胶带正电 ， 它们相互聚沉而使水净化 。 若将两种带相反电荷的溶胶相互混合，则会发生聚沉，称为相互聚沉现象。 第四节 高分子溶液 链节：重复的结构单元 淀粉：葡萄糖 天然橡胶：异戊二烯 蛋白质：氨基酸， 20种 一、高分子化合物的结构特征 分子直径： 1100对分子质量在 10000以上的化合物。 二、高分子溶液与溶胶性质的比较 （ 1）分散相粒子能自动分散到分散介质中； （ 2）分散相与分散介质之间没有界面； （ 3）均相分散系，体系稳定。 （一）高分子溶液的形成 （二）高分子溶液与溶胶性质比较 分散相大小 扩散速度 半透膜 溶液体系 热力学 粘度 对电解质 溶胶 1 100 不能透过 单相 体系 热力学稳定体系 大 不敏感 特性 高分子溶液 1 100 不能透过 多相 体系 热力学不稳定体系 小 很敏感 聚沉 盐析 三、高分子化合物对溶胶的保护作用 1. 保护作用 （ 在溶胶中加入足量高分子化合物后， 能显著地增加溶胶的稳定性，这种现象称为保护作用。 2. 聚沉作用 （ 当加入的高分子物质的量不足时，溶胶的胶粒粘附在高分子上，高分子起了一个 桥梁作用 ，把胶粒联系在一起，使之更容易聚沉。 血液 蛋白质 保护 应用 : 四、唐南平衡（ 平衡） 1. 聚电解质 是指在水溶液中能以离子形式存在的高分 子化合物。 = + . 半透膜 ：是一种多孔性薄膜，允许水分子、小分子、小