胶体1-2节(药学)新.ppt

胶 体,物理化学电子教案第八章(药学),一种或几种物质分散在另一种物质中所 形成的体系称为分散体系。被分散物质称为 分散相，另一种物质称为分散介质或连续相。 胶体是一种高度分散的体系，胶体化学是研 究胶体体系的科学，其基本内容包括： 粗分散体系、胶体分散体系、大分子溶液和 缔合胶体。,前 言,“胶体”一词是英国化学家格雷姆于1861 年首次提出来的。为了研究不同物质在水中的扩散速度,他用羊皮纸作半透膜进行渗透实验。发现有些物质如糖、无机盐等扩散速度快，能透过羊皮纸；另一些物质如明胶、蛋白质等扩散慢，不能或极难透过羊皮纸。当溶剂蒸发后，前一类物质成晶体析出，后一类物质呈粘稠状。于是，格雷姆把物质分为两大类， 前一类叫晶体，后一类叫胶体。 随着科学的不断发展，,随着科学的不断发展，人们发现把物质分为晶体和胶体是不合适的，任何一种物质既可制成晶体状态，也可制成胶体状态。所以： 胶体只是物质以一定分散度存在的一种状 态，而不是一种特殊类型的物质。 胶体化学是一门发展很早的学科。 它的研 究内容十分丰富,具有广泛的应用性。 药物、食 品、油漆、石油、催化剂等方面的生产过程都涉 及到胶体知识。同时，胶体化学已广泛渗透到气 象学 环境科学、材料科学、制剂学、医学等领域， 对这些学科的发展起到一定的促进作用。,从胶体化学的观点看来，人体是由各种粗分 散体系、胶体、凝胶及大分子溶液组成的复杂分 散体系。血液、体液、细胞、软骨等都是典型的 胶体体系，因此，生物体的很多生理现象和病理 变化与其胶体性质密切相关。近半个世纪以来， 胶体化学发展迅速，有些新学科如均匀胶体学、 LB膜学、纳米(nm)学等已陆续从这门学科中脱颖 而出。 总之，胶体化学是具有广泛应用性的一门 学科，切实掌握其基本概念、 基本理论与技能， 对药物工作者来说是十分必要的。,把一种或几种物质分散在另一种物质中就构成分散体系。其中，被分散的物质称为分散相（dispersed phase），另一种物质称为分散介质（dispersing medium)。,例如： 云， 牛奶， 珍珠,第一节 分散体系分类及其基本特性,分类体系通常有三种分类方法：,分子分散体系 胶体分散体系 粗分散体系,按分散相粒子的大小分类：,按分散相和介质的聚集状态分类：,液溶胶 固溶胶 气溶胶,按胶体溶液的稳定性分类：,溶胶 (憎液溶胶) 大分子溶液(亲液溶胶),一、分散系的分类,（1）.分子分散体系,分散相与分散介质以分子或离子形式彼此混溶，没有界面，是均匀的单相，分子半径大小在10-9 m以下 。通常把这种体系称为真溶液，如CuSO4溶液。,（2）.胶体分散体系,分散相粒子的半径在1 nm100 nm(10-710-9m)之间的体系。目测是均匀的，但实际是多相不均匀体系。,（3）.粗分散体系,当分散相粒子半径大于10-7 m,目测是混浊不均匀体系，放置后会沉淀或分层，如黄河水。,（一）、按分散度分类,（1）.液溶胶,将液体作为分散介质所形成的溶胶。当分散 相为不同状态时，则形成不同的液溶胶：,.液-固溶胶 如油漆，AgI溶胶,.液-液溶胶 如牛奶，石油原油等乳状液,.液-气溶胶 如泡沫,（二）、按聚集状态分类,（2）.固溶胶,将固体作为分散介质所形成的溶胶。当分散相为 不同状态时，则形成不同的固溶胶：,.固-固溶胶 如有色玻璃，不完全互溶的合金,.固-液溶胶 如珍珠，某些宝石,.固-气溶胶 如泡沫塑料，沸石分子筛,（3）.气溶胶,将气体作为分散介质所形成的溶胶。当分散相为固体或液体时，形成气-固 或气-液溶胶， 但没有气-气溶胶，因为不同的气体混合后是单相均一体系，不属于胶体范围.,.气-固溶胶 如烟，含尘的空气,.气-液溶胶 如雾，云,(1).溶胶 (憎液溶胶),半径在1 nm100 nm之间的难溶物固体粒子分散在液体介质中，有很大的相界面，易聚沉，是热力学上的不稳定体系。一旦将介质蒸发掉，再加入介质就无法再形成溶胶，是 一个不可逆体系，如氢氧化铁溶胶、碘化银溶胶等。这是胶体分散体系中主要研究的内容。,3 、 按胶体溶液的稳定性分类,(2).大分子溶液(亲液胶体),半径落在胶体粒子范围内的大分子溶解在合适的溶剂中，即形成大分子溶液。一旦将溶剂蒸发，大分子化合物凝聚，再加入溶剂，又可形成大分子溶液，大分子溶液是热力学上稳定、可逆的体系。,从50年代起,开始把“亲液胶体”改称“大分子溶液”, 把“憎液胶体”称为“胶体分散体系”或“溶胶”,大分子溶液中，大分子的大小已处于溶胶分散相颗粒范围以内，并具有溶胶的某些特征，故大分子溶液可以作为胶体化学的一方面加以研究；但因大分子与溶剂之间不存在相界面，又有真溶液的某些特征，是一热力学稳定体系。 根据对分散系分类的观点，大分子溶液应纳入真溶液的范畴。 实际上三类分散系之间并无明显界限，略小于10-9m和略大于10-7m的颗粒仍具有不太明显的胶体性质。,（一）.高分散性是一个高度分散的多相体系，具有很大的表面积。 分散性是胶体的主要特性。分散相粒子的半径在1 nm100 nm(10-710-9m)之间，胶体的许多性质如扩散慢、 不能透过半透膜、动力学稳定性强等都与其分散性有关。 分散性可以用分散度表示, 它等于粒子的总表面积A与其总体积V之比。 显然，粒子的总表面积越大，其胶体体系所特有的某些性质表现得越明显。,二、 基本特性,只有典型的憎液溶胶才能全面地表现出胶体的特性。这些特性可以归纳为以下三点。,（二）.多相性-粒子与介质之间存在着明显的相界面，是一超微不均匀体系。 各类胶体的分散相粒子都是由大量原子或分子组成的。粒子与介质之间存在着明显的相界面，是一超微不均匀体系。多相性是胶体体系更普遍的特点，只考虑分散性而不考虑多相性并不能确定一个研究对象是否属于胶体体系。例如真溶液是一高度分散体系，但它不一定是胶体体系；相反，如果一个体系存在相界面，它必然具有分散性。因此，多相性是胶体化学区别其它学科的重要标志之一,（三）. 聚结不稳定性具有很大的总表面积和表面能，是热力学不稳定体系，分散相粒子有自动聚结趋势。 胶体体系是一个高度分散的多相体系，具有很大的总表面积和表面能，是热力学不稳定体系，分散相粒子有自动聚集趋势，胶体体系的这种性质称为聚结不稳定性。 讨论胶体体系时必须综合考虑上述三个基本特性才会得到正确的概念，否则，其结果将会不全面，甚至是错误的。,一、溶胶的制备 （1）分散相的溶解度要小； （2）还必须有稳定剂存在， 否则胶粒易聚结而聚沉。 胶体分散体系，由于其分散相粒子处于粗分散体系与分子分散体系之间，因而有两类不同的制备方法。一类是将大块物体粉碎到胶体范围；另一类是使分子或离子凝聚成胶体分散相。前者称为分散法，后者称为凝聚法。,第二节、溶胶的制备与净化,必要条件,溶胶的制备的途径,1.分散法 （1）.研磨法（2）.胶溶法（3）.超声波法（4）.电弧法,2.凝聚法 （1）.化学凝聚法 （2）.物理凝聚法,分散法 用机械、化学等方法使固体的粒子变小。,凝聚法 使分子或离子聚结成胶粒。,使粒子的大小落在胶体的范围之内，并加入适当的稳定剂,1.粉碎法 用机械粉碎的方法将固体磨细。,这种方法适用于脆而易碎的物质，对于柔韧性物质必须先硬化后再粉碎。在实验室和工业上常用球磨机、研压机等机械粉碎固体物质。,胶体磨的形式很多，其分散能力因构造和转速的不同而不同。,（一）、分散法,转速约每分钟1万2万转。,A为空心转轴，与C盘相连，向一个方向旋转，B盘向另一方向旋转。,分散相、分散介质和稳定剂从空心轴A处加入，从C盘与B盘的狭缝中飞出，用两盘之间的应切力将固体粉碎，可得1000 nm左右的粒子。,超声波法,这种方法目前只用来制备乳状液。,如图所示，将分散相和分散介质两种不混溶的液体放在样品管4中。样品管固定在变压器油浴中。,在两个电极上通入高频电流，使电极中间的石英片发生机械振荡，使管中的两个液相均匀地混合成乳状液。,电弧法主要用于制备金、银、铂等金属溶胶。制备过程包括先分散后凝聚两个过程。,电弧法（电分散法）,将金属做成两个电极，浸在水中，盛水的盘子放在冷浴中。在水中加入少量NaOH 作为稳定剂。,制备时在两电极上施加 100V 左右的直流电，调节电极之间的距离，使之发生电火花，这时表面金属蒸发，是分散过程，接着金属蒸气立即被水冷却而凝聚为胶粒。,胶溶法（解胶法）仅仅是将新鲜的凝聚胶粒重新分散在介质中形成溶胶，并加入适当的稳定剂。,这种稳定剂又称胶溶剂。根据胶核所能吸附的离子而选用合适的电解质作胶溶剂。,这种方法一般用在化学凝聚法制溶胶时，为了将多余的电解质离子去掉，先将胶粒过滤，洗涤，然后尽快分散在含有胶溶剂的介质中，形成溶胶。,例如：,2乳化法 可以采用机械方法粉碎两种不相 混溶的液体制备乳状液。在很多情况下，简 单振动或搅拌就可以达到目的，在某些情况 下需要用胶体磨或乳匀机。 乳化法的成功与否在很大程度上取决于两 种液体间界面张力的大小,需加入合适的乳化 剂以尽可能地使之降低。有时乳化剂可以使 界面张力降得很低,这时形成乳状液需要的能 量相当小,只需热运动或轻微搅动就可以满足 要求,这就是所谓“自动乳化”现象。农药在水 中自动分散成乳剂就是一种自动乳化现象。,1物理凝聚法,（1）.蒸气凝聚法,将汞的蒸气通入冷水中就可以得到汞的水溶胶。,罗金斯基等人利用下列装置，制备碱金属的苯溶胶。,4金属钠，2苯,5液氮。,先将体系抽真空，然后适当加热管2和管4，使钠和苯的蒸气同时在管5 外壁凝聚。除去管5中的液氮，凝聚在外壁的混合蒸气融化，在管3中获得钠的苯溶胶。,（二）、凝聚法,（2）.溶剂更换法 ： 利用物质在不同溶剂中溶解度的显著差别来制备溶胶，而且两种溶剂要能完全互溶。,例1.松香易溶于乙醇而难溶于水，将松香的乙醇溶液滴入水中可制备松香的水溶胶 。,例2.将硫的丙酮溶液滴入90左右的热水中，丙酮蒸发后，可得硫的水溶胶。,1.化学凝聚法,通过各种化学反应使生成物呈过饱和状态，使初生成的难溶物微粒结合成胶粒，在少量稳定剂存在下形成溶胶，稳定剂一般是某一过量的反应物。例如：,（1）.复分解反应制硫化砷溶胶 2H3AsO3（稀）+ 3H2S As2S3（溶胶）+6H2O,（2）.水解反应制氢氧化铁溶胶 FeCl3 （稀）+3H2O （热） Fe(OH)3 （溶胶）+3HCl,（3）.氧化还原反应制备硫溶胶 2H2S(稀）+ SO2(g) 2H2O +3S (溶胶） Na2S2O3 +2HCl 2NaCl +H2O +SO2 +S (溶胶）,（5）.离子反应制氯化银溶胶 AgNO3（稀）+ KCl（稀） AgCl (溶胶） +KNO3,（4）.还原反应制金溶胶 2HAuCl4(稀）+ 3HCHO +11KOH 2Au(溶胶）+3HCOOK + 8KCl + 8H2O,由上述方法制备的溶胶是多分散的，含有大小不一的胶体粒子。制备粒子大小一致的单分散胶体无论从理论上还是从实际上都是非常重要的，因而越来越受到人们的重视。例如，作为一种简单模型，均匀球形胶粒在胶体的形成、稳定性理论、表面吸附、催化过程等方面的研究中发挥了一定作用。在工业上，均匀胶体在特种陶瓷、催化剂、颜料、油墨、磁性材料及感光材料的研制和产品质量的提高等方面有着广泛的应用前景。 目前，国内外胶体化学界对这方面的技术研究已形成热点。在实验室中已研制出球形、棒形、立方形、椭球形 等各种均匀胶体。,（三）、均匀胶体的制备,在制备溶胶的过程中，常生成一些多余的电解质，例如：制备 Fe(OH)3溶胶时生成的HCl。,少量电解质可以作为溶胶的稳定剂，但是过量的电解质存在会使溶胶不稳定，容易聚沉，所以必须除去。,净化的方法主要有渗析法和超过滤法。,二、 溶胶的净化,1. 渗析法,简单渗析： 将需要净化的溶胶放在羊皮纸或动物膀胱等半透膜制成的容器内，膜外放纯溶剂。,利用浓差因素，多余的电解质离子不断向膜外渗透，经常更换溶剂，就可以净化半透膜容器内的溶胶。,如将装有溶胶的半透膜容器不断旋转，可以加快渗析速度。,电渗析： 为了加快渗析速度，在装有溶胶的半透膜两侧外加一个电场，使