第十二章 胶体及大分子溶液

第十二章胶体及大分子溶液 思考题 1 纯液体有无散射光 为什么 一般溶液如何 溶胶具有乳光现象 但体系透明 为何 对于纯液体或纯气体 其n1 n2 便应无散射现象 但实际上它们都有微弱的乳光 这是由于密度的涨落致使其折射率也有变化而引起的 对一般溶液的散射光是很微弱的 由于一般低分子其溶液的分子体积很小 因而乳光很微弱 远不如溶液明显 因此丁达尔效应便能成为辨别溶胶与其它溶液的简便的方法 2 超显微镜为何要用强的光源 因根据Rayllgh公式 对一个体系 真散射光的强度与入设光强度成正比 因此有强光源于超显微镜能有效地提高显微镜的观测能力 3 为何说我们观察到的布朗运动 不是胶粒真实运动的情况 布郎运动是由于分散介质的分子由于热运动不断地有各个方向同时冲击胶粒 合力未被抵消 短时向某一方向有一显著作用 而导致胶粒运动 因此布朗运动不是胶粒的真实运动 又因胶粒受不平衡冲击引起振动周期约为10 8秒 而肉眼能分辨得振动周期最低为0 1秒 因此我们所观察到的胶粒平均位移微粒在每秒钟内受各个方向装几百万次运动变化的结果 4 布朗运动扩散方程式 可以解决哪些问题 根据 1 证实原子 分子存在的真实性 2 分子运动学说的可靠性 3 测算阿佛加德罗常数的实验手段 4 运用该式可研究分散体系的动力性质 胶粒扩散系数以及离子大小等 5 为什么胶体粒子量 胶团量 M 4 3 r3 L 因 4 3 r3 为一个胶团粒的质量 L为阿佛加德罗常数根据SI制 摩尔的概念是指体系中所包含的物质的基本单元的数目与0 012kg12C的原子数目 L 相等 所谓基本单元可以是原子 分子 离子 电子及其它离子或这些粒子的特定组合 因此对于胶体体系来说 具有6 022 1023 即L 数目的胶粒 便可谓是1mol的胶粒 这样 4 3 r3 xL即 4 3 r3 L便是胶体粒子量 胶团量 6 试比较胶粒表面电势 Stern层 紧密层 电势及 电势 胶体表面电势是指固体表面由于电离吸附离子等原因使溶胶粒子带电与溶液深处的电势差 是属于热力学的平衡电势中 stern层电势是指溶胶粒子表面由于静电或分子间相互作用而紧密吸附一层的总电势 显然这层电势小于胶粒表面电势 电势 滑动面电势 是指当溶胶粒子在液相中运动时 在上述紧密层之外有一层滑动面 以滑动面的电势 与液相内部为零的电势差称为滑动面电势或称 Zeta 电势 可参见P502图102 a 及 b 7 亚铁氰化铜溶胶的稳定剂是亚铁氰化钾 试写出其胶团表示式 胶粒电荷符号如何 以K4Fe CN 6为亚铁氰化铜的稳定剂 则必是Fe CN 64 进入溶胶粒子的紧密层内 胶团为 Cu2Fe CN 6 m nFe CN 64 4n g K q qK 8 如何理解溶胶是动力学上稳定而热力学上不稳定体系 且有聚沉不稳定的特性 由于熔胶的布朗运动以及扩散作用 更由于胶粒表面的双电层结构及粒子溶剂化膜造成溶胶的动力学稳定性 但由于溶胶是高度分散得非均相体系 具有很大的表面自由能 因此有自发聚沉以降低体系能量的趋势 因此是热力学的不稳定体系 9 在三个烧杯中各装有20cm3同种溶胶 假如电解质溶液使其开始显著聚沉时 在第一个烧杯需加1mol dm 3KCl溶液2 1cm3 第二个需加12 5cm3的0 005mol dm 3Na2SO4溶液 第三个烧杯需加7 5cm3的3 3 10 4mol dm 3Na3PO4溶液 是确定其聚沉值及该溶胶电荷符号 在溶胶中加入电解质溶液 当溶胶开始明显聚沉时 每升溶胶中加入电解质的最小体积浓度称为这种电解质的聚沉值 1mol dm 3KCl溶液 1 2 1 1000 20 2 1 95 02m mol dm 30 005mol dm 3Na2SO4 0 005 12 5 1000 20 12 5 1 923m mol dm 33 3 10 4mol dm 3Na3PO4溶液 0 00033 7 5 1000 20 7 5 0 091m mol dm 3 10 考虑唐南平衡建立后 大分子溶液渗透关系如何 当唐南平衡建立后 由于电解质对高分子溶液渗透压的影响 溶液两侧的浓度差低于纯高分子溶液的浓度 因此一般结果都低于无电解质的情况 11 当膜内 外没有共同离子 及膜外只是溶剂水时的唐南膜平衡的关系如何 当膜内 外无共同离子 例如膜内膜外Na R K Cl C1C1C2C2达到唐南平衡后Na R K Cl K Cl Na C1 ZC1XYC2 XC2 YZ因满足电中性 有X C1 Z C1 Y Y X Z满足唐南平衡 C1 Z Y Z C2 Z C1 Z X Z Z C2 X Z 1 以及X Y C2 X C2 Y 即X X Z C2 X C2 X Z 2 解 1 2 两个方程X C2 C2 C1 2C2 C1 Y C22 2C2 C1 Z C1C2 2C2 C1 当膜外只是溶剂水如膜内膜外起初Na R H2OC1C1CH COH KW膜平衡Na R H Na OH C1 XC1XXX唐南平衡条件 C1 X KW X X2X KW C1 X 1 3若X C1则X KWC1 1 3 膜内酸性 膜外碱性 若大分子电解质为R Cl 则结果相反 这类膜平衡称为膜水解 由此可以部分解释生理上细胞内外呈不同的PH及胃酸的形成 习题解 1 若金溶胶每cm3含金1mg 已知金原子的半径为1 46 10 10m 密度为1 93 103g m3 设胶粒皆呈球形 且为单分散体系 半径为1 10 8m 试求 1 1cm3溶胶中含有多少金胶粒 2 1cm3溶胶中胶粒的总表面积是多少 3 每个胶粒含有多少金原子 1 每个胶粒的重量 4 3 1 10 8 3 1 93 103 8 084 10 21g1cm3胶粒中的金胶粒散为1 10 3 8 084 10 21 1 24 1017个 2 1cm3胶粒中的总表面积为4 1 10 8 2 1 24 1017 155 4m2每个胶粒含有的金原子个数8 084 10 21 4 3 1 46 10 10 3 1 93 103 3 21 105个 2 在碱性溶液中用甲醛还原HAuCl4以制备金溶胶 反应为这里Na AuO2 是稳定剂 写出胶团结构式 若胶核为 Au m 由于Na AuO2 为稳定剂 故AuO2 进入紧密层 Au mnAuO2 n x Na x xNa 3 如欲制备AgI负性溶胶 应在25cm3 0 016mol dm3的KI溶液内加入多少体积的0 005mol dm3的硝酸银溶液 25 0 016 0 005 80cm3 4 在287K进行胶乳微粒的布朗运动实验 在30秒之间 测得微粒的平均位移为6 83 10 4cm 试以此结果求阿伏加德罗常数L 设微粒半径为2 12 10 5cm 分散介质水的粘度0 0012Pa s 2 2Dt RTt 3 LL RTt 3 2 8 314 287 30 3 2 12 10 7 0 0012 6 83 10 6 2 6 40 1023 5 设有一金溶胶 微粒半径为13 10 10m 试计算在293K时 其在水中的扩散系数 293K水的粘度0 001Pa s D RT 6 L 8 314 293 6 13 10 10 0 001 6 023 1023 1 65 10 10m2 s 6 一胶体溶液每毫升含有0 0015gFe2O在超显微镜下观察时 又稀释10000倍 在厚为0 04mm 半径0 04mm的圆视野中测得平均微粒为4 1个 若已知质点的密度 为 5 2g cm3设胶粒为球形 试计算胶粒的平均半径及胶团量 每cm3溶胶中含有胶粒数n为n 4 1 0 04 10 3 2 0 04 10 3 2 039 1013个 m3 2 039 107个 cm3因测试溶胶稀释10000倍 故原溶胶的1cm3体积的胶粒数为2 04 107 104 2 04 1011个其中含Fe2O30 0015mg 其密度为5 2g cm3 故溶胶固相体积为0 0015 5 2 2 885 10 4cm3 则每个胶粒的平均体积为2 885 10 4 2 04 1011 1 414 10 15cm3 1 414 10 18m3故平均半径 为 3 1 414 10 15 4 1 3 6 96 10 6cm 6 96 10 8m胶团量M 4 3 6 96 10 6 3 5 2 L 4 43 109g 4 43 106kg 7 在293K 肌红蛋白的比容V 0 749cm3 g 在水中的扩散系数D 1 24 10 11m2 s 水的粘度系数 0 001005Pa s 计算肌红蛋白的平均摩尔质量 设肌红蛋白为球形分子 半径为 平均分子质量M为M 4 3 3 L 1 V 3MV 4 L 1 3D RT 6 L D RT 6 L 4 L 3MV 1 3M 4 L 3V RT 6 DL 3 4 L 3 0 749 10 6 103 8 314 293 6 0 001005 1 24 10 11L 3 1 72 104kg mol 8 在298K 测得SiO2溶胶在电势梯度为1V cm时 电泳速率为 已知水的介电常数为79 粘度0 89 10 3Pa 试求此溶胶的 电势是多少伏特 1静电V N 10 5 1 2 先将 进行量纲分析 证实的单位为静电伏 1 5 U E 1 5 NS m2 cm S N 10 5 1 2cm 1 1 5Ncm2m 2 N 10 5 1 2 1 5N m 2 m2 10 4 N 10 5 1 2 1 5 N 10 5 10 N 10 5 1 2 1 5 10 N 10 5 1 2 1 5 10静电V 若上述的电势E非静电V 则有 1 5 10 静电V 2 V1静电伏 300V 1 5 10 U E 300 2 1 5 10 0 89 10 3 3 10 4 79 300 2 0 0047V 9 设有溶胶的粒子平均直径为24 10 10m 若其粘度与纯水相同 即 0 001Pa s 试计算 1 298K时胶粒的扩散系数 2 在1秒钟内由于布朗运动 粒子沿 轴方向的平均位移 2 2Dt RTt 3 L D RT 6 L 8 314 298 6 12 10 10 0 001 6 022 1023 1 1 819 10 10m2 s 2 2 1 819 10 10 1 3 638 10 10 1 907 10 5m 10 试问 对于混合等体积的0 08mol dm3KI和0 1mol dm3AgNO3溶液 所得溶胶对下列电解质中何者聚沉能力最强 1 CaCl2 2 Na2SO4 3 MgSO4 因AgNO3过量 故胶粒AgI吸附Ag 带正电 负离子起聚沉作用 Na2SO4 MgSO4 CuCl2 11 在298K 从一组聚苯乙烯的酮溶液的 c c数据作图 求得截距为110 已知该溶液在298K的密度为0 8g cm3 求此样品中聚苯乙烯的摩尔质量 M limRT c c c 0 RT M上式中 应以为Pa单位 现题中 以液柱高cm为单位 则应作转换 101325 110 0 8 1033 8626Pa g cm3 8626 10 3Pa kg m3 M 8 314 298 8626 10 3 287 22kg mol 287220g mol c 0 12 用奥氏粘度计在298K时测得不同浓度的聚苯乙烯在甲苯中的相对粘度如下 浓度c 102 g cm3 24 949 999 9199 8相对粘度 r 01 3551 7822 8796 090已知此聚合物的K 3 7 10 4 0 62 求摩尔质量 以 r c c作图 其截距为6 98即 6 98 3 7 10 4M0 62M 7 87 106 13 DNA M 6 106g mol 的特性粘度为5000cm3 g 欲使DNA与水混合液的相对粘度为1 1时 计算DNA浓度近似值应是多少 lim sp c 0 1 c c