第五章 胶体(大纲)

1 第五章 胶体 1 基本要求 TOP 1 1 掌握溶胶的基本性质 胶团结构及表示式 溶胶的稳定性因素及聚沉作用 1 2 熟悉胶体分散系的特点 高分子溶液的稳定性与破坏条件 表面活性剂的结构特点及其在溶液中 的状态 1 3 了解胶体分散系 分散度的概念 胶体的制备方法 高分子溶液与溶胶的区别 高分子溶液的形 成特点 两种类型的乳状液 乳化作用 2 重点难点 TOP 2 1 重点 溶胶的基本性质 胶团结构 高分子溶液的性质 2 2 难点 电动电位 3 讲授学时 TOP 建议 4 5 学时 4 内容提要 TOP 第一节 第二节 第三节 第四节 4 14 1 第一节第一节 胶体分散系胶体分散系 4 1 1 胶体分散系的制备 胶体分散系包括溶胶 高分子溶液和缔合胶体三类 胶体的分散相的粒子的大小为 1 100 nm 可 以是一些小分子 离子或原子的聚集体 也可以是单个的大分子 分散介质可以是液体 气体 或是 固体 其共同特征是扩散速度慢 能透过滤纸 不能透过半透膜 制备胶体常用的方法是分散法和凝聚法 4 1 2 胶体分散系的表面特性 胶体是高度分散的分散系统 高度分散使得分散相表面积急剧增大 分散相在分散介质中分散的程度称为分散度 用比表面积So表示 So S V 式中S是分散相物质 的总表面积 V是体积 比表面越大 分散度也越大 两相界面分子与其相内分子所处状况不同 受相 内分子作用力不均匀而产生表面张力 表面张力是影响高度分散系稳定性的重要因素 2 胶体分散系包括 高分子溶液和缔合胶体 溶胶比表面大 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 是热力学不稳定系统 高分子化合物溶液属于均相的真溶液 分散相和分散介质间没有界面存在 是热力学稳定系统 缔合胶体是表面活性剂分子在溶液内部缔合形成胶束形成的分散系 表面活性物质的这种缔合作用是 自发的和可逆的 因而是热力学稳定的 4 24 2 第二节第二节 溶胶溶胶 TOP 4 2 1 溶胶的基本性质 溶胶的胶粒是由直径为 1 100nm 的胶粒分散在分散介质中形成的分散系统 多相性 高度分散性 和聚结不稳定性是溶胶的基本特性 其光学性质 动力学性质和电学性质都是由这些基本特性引起的 一 溶胶的光学性质 溶胶有乳光现象 当胶粒的直径略小于入射光的波长时 光波就被散射 成为乳光 称为 Tyndall 效应 Tyndall 效应是溶胶区别于真溶液的一个基本特征 二 溶胶的动力学性质 由于瞬间胶粒受到来自周围各方介质分子碰撞的合力未被完全抵消 引起胶粒在介质中不停地作 不规则的运动 称为 Brown 运动 运动着的胶粒可使其本身不下沉 因而是溶胶的一个稳定因素 当溶胶中的胶粒存在浓度差时 胶粒将从浓度大的区域向浓度小的区域迁移 这种现象称为扩散 扩散现象是由胶粒的 Brown 运动引起的 在重力场中胶粒受重力的作用而要下沉 这一现象称为沉降 溶胶的胶粒较小 扩散和沉降两种作用同时存在 当沉降速度等于扩散速度 系统处于平衡状态 胶 粒的浓度从上到下逐渐增大 形成一个稳定的浓度梯度 称为沉降平衡 用超速离心机可使胶粒或高 分子溶质迅速达到沉降平衡 以测定分散相粒子的大小以及高分子的相对分子质量 三 溶胶的电学性质 在外电场作用下 胶粒在分散介质中进行定向移动称为电泳 从电泳的方向可以判断胶粒所带电 荷 把溶胶充满多孔性隔膜 胶粒被吸附而固定 由于胶粒带电 介质必然带与胶粒相反电荷 在外 电场作用下 液体介质将通过多孔隔膜向与介质电荷相反的电极方向移动 称为电渗 溶胶能产生电泳和电渗现象 说明胶粒带有电荷 胶粒带电是由于胶核的选择性吸附带电荷离子 和胶核表面分子的解离 4 2 2 胶团结构及溶胶的稳定性 3 当胶核选择吸附阳离子时胶粒带正电 选择吸附阴离子时胶粒带负电 胶核表面上吸附的离子与 溶液中的带相反电荷的离子构成双电层 从而产生电位 溶胶是热力学不稳定系统 胶粒有聚集变大 而聚沉的趋势 然而经过纯化的溶胶往往可存在很长时间不聚沉 其主要原因是胶粒带有相同电荷的 相互作用 胶粒表面的溶剂化膜以及 Brown 运动 当溶胶的稳定因素受到破坏 即引起聚沉 其中最主要的是加入电解质引起的聚沉 聚沉作用主要 是电解质中与胶粒带相反电荷的离子 反离子的价数愈高聚沉能力愈强 电解质聚沉能力的大小用临 界聚沉浓度表示 带相反电荷的溶胶有相互聚沉能力 少量的高分子溶液加入溶胶中 可引起溶胶聚 沉 这种现象称作敏化作用 而适量高分子溶液加入溶胶中 对溶胶有保护作用 4 2 3 气溶胶 略 4 34 3 第三节第三节 高分子溶液高分子溶液 TOP 4 3 1 高分子化合物的结构特点及其溶液的形成 高分子化合物的相对分子质量很大 通常为 104 106 在合适的介质中高分子化合物能自动分散形 成均匀的溶液 高分子溶液因为其分散相颗粒的直径达胶粒大小 某些性质与溶胶类似 如扩散速度 慢 但是其本质是真溶液 高分子溶液是稳定单相系统 其稳定性主要来自分散相高度的水化作用 当加入大量电解质时 除中和高分子所带电荷外 更重要的是电解质离子发生强烈地水化作用 使原来高度水化的高分子去 水化 使其失去稳定性而沉淀析出 高分子对溶胶的保护作用和敏化作用是由高分子的链状结构所引 起的 4 3 1 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 聚电解质的特征是 在 每个分子链上有很多荷电基团 电荷密度大 对极性溶剂的亲和力强 蛋白质溶液为例 蛋白质是不 同氨基酸以肽键连接 形成多肽链 多肽链上可离解基团的类型很多 既有质子给体 又有质子受体 数量也大 蛋白质分子所带电荷主要是由羧基给出质子或由氨基接受质子决定的 蛋白质的电荷数量以及电荷分布受溶液 pH 影响 使蛋白质所带正电荷与负电荷数量相等时溶液的 pH 值称为该蛋白质的等电点 以 pI 表示 若 pH pI 蛋白质带负电 若 pH pI 蛋白质带正电 若 pH pI 蛋白质处于等电状态 4 3 3 高分子溶液稳定性的破坏 蛋白质等高分子化合物在水溶液中往往以离子形式存在 在蛋白质溶液中加入大量无机盐时 无 4 机离子强烈的水合作用使蛋白质的水合程度大为降低而沉淀 这种作用称为盐析 盐析过程实质上是 蛋白质的脱水过程 盐析时所用无机盐中以硫酸铵为最佳 无机盐的盐析能力与离子的种类有关 离 子的盐析能力的顺序称为感胶离子序 4 3 4 高分子溶液的渗透压和膜平衡 高分子溶液的渗透压数值常不符合 van t Hoff 公式 产生这种现象的一个原因是呈卷曲状的高 分子长链的空隙间包含和束缚着大量溶剂 随着浓度增大 单位体积内溶剂的有效分子数减少 因此 高分子溶液的渗透压与溶液的质量浓度的关系可通过近似校正公式计算 用半透膜将聚电解质溶液与小离子的电解质溶液隔开 小离子能透过半透膜而聚电解质离子不能 透过 平衡状态时小离子在膜两侧分布不均匀 这种现象称为膜平衡 或 Donnan 平衡 膜平衡对研究 电解质离子在细胞内外的分布有一定意义 4 3 5 凝胶 在温度下降或溶解度减小时 不少高分子溶液的粘度会逐渐变大 最后失去流动性 形成具有网 状结构的半固态凝胶 形成凝胶的过程叫胶凝 凝胶可分为刚凝胶和弹性凝胶 干燥的弹性凝胶放置 于合适的液体中 它自动吸收液体而使其体积增大的现象称为溶胀 如果这种溶胀作用进行到一定的 程度便停止 这种溶胀称为有限溶胀 有的凝胶在液体中的溶胀可一直进行下去 最终使凝胶的网状 骨架完全消失而形成溶液 这种溶胀称为无限溶胀 凝胶溶胀吸收了水分 与凝胶结合得相当牢固的 那部分水称结合水 将弹性凝胶露置一段时间 一部分液体会自动从凝胶中分离出来 凝胶的体积也 逐渐缩小 这种现象称为脱液收缩或称离浆 4 44 4 第四节第四节 表面活性剂和乳状液表面活性剂和乳状液 TOP 4 4 1 表面活性剂 能显著减小表面张力的物质称为表面活性剂 表面活性剂分子中一般同时含有疏水性基团和亲水 性基团 表面活性剂的活性决定于其组成中的亲水基团和亲脂基团的相对强弱 若亲脂基团的疏水性 影响较大 表面活性就增大 它有集中在溶液表面形成正吸附的倾向 从而降低表面张力 4 4 2 缔合胶体 当进入水中的表面活性剂逐渐增多便可形成胶束 由胶束可形成稳定的缔合胶体 开始形成胶束时表面活性剂的最低浓度