乳状液和胶体PPT课件

1 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 dispersedphase 另一种物质称为分散介质 dispersingmedium 例如 云 牛奶 珍珠 2 分散体系分类 小分子 离子 分散系胶体分散系粗分散系 分散系按分散相粒子的大小分为 胶体分散系按分散相和介质的聚集状态分类 液溶胶固溶胶气溶胶 胶体按稳定性分类 憎液溶胶 简称 溶胶 如Fe OH 3溶胶 亲液溶胶 又称 大分子化合物溶液 分子溶胶 如明胶等 表11 1分散系按分散相离子大小不同的分类 11 1乳状液 乳状液 emulsion 是一种液体的液滴分散在另一种不相溶的液体中所形成的粗分散体系 11 1 1表面张力 分子在表面和内部受力情况 单位表面上的表面分子比相同数量的内部分子多出的部分能量 称为比表面能 单位J m2 物理学也称表面张力 单位N m 符号 系统表面自由能和表面积的关系可表示为 式中 为系统的表面自由能 为表面张力 从量纲上来看 N m m2 N m 牛顿 米 所以比表面能在数值上等于表面张力 但二者的物理意义不同 表面张力理解为作用于液体表面每单位长度上的力 液体收缩表面的倾向常以表面张力来量度 A为系统的表面积 要降低表面能 可通过两种途径 一是缩小物体的表面积 二是降低表面张力或是两者都减小 11 1 2表面活性剂 向水中加入表面张力比水小的物质 该物质在表面层的浓度大于在溶液内部的浓度 这种吸附叫做正吸附 能产生正吸附的物质称为表面活性剂 surfactant surfaceactiveagent 表面活性剂能显著降低水表面张力 表面活性剂的结构特点是 亲脂性端亲水性端简图 图11 2表面活性物质示意图 11 1 3乳状液 能使乳浊液稳定的的表面活性物质称为乳化剂 乳化剂所起的作用称为乳化作用 水包油型乳状液 油包水型乳状液 图11 3是两种乳状液的示意图 8 11 2 溶胶的性质 1 高度分散性 粒子的大小在10 9 10 7m之间 因而扩散较慢 不能透过半透膜 渗透压低但有较强的动力稳定性和乳光现象 2 不均匀 多相性 胶粒与介质之间存在明显的物理分界面 所以溶胶是一种超微不均匀相 尽管用肉眼看是均匀的 3 聚结不稳定性 界面能大 胶粒处于不稳定状态 有相互聚结成较大颗粒而聚沉的趋势 溶胶的基本特性 9 11 2 1溶胶的性质 由基本特性引起的 1 溶胶的光学性质 3 溶胶的电学性质 2 溶胶的动力学性质 10 溶胶具有丰富多彩的光学性质 这与其对光的散射和吸收有关 也是溶胶的高度分散性及多相不均匀性特点的反映 本节着重讨论胶体的光散射 可以得到质点的分子量 体积大小等信息 光散射方法已成为研究胶体与大分子溶液的有力工具 一 溶胶的光学性质 11 1 溶胶的光学性质 1869年 Tyndall发现 令一束会聚光通过溶胶 则从侧面可以看到一个乳光柱 即明显的光的路径 这就是Tyndall效应 12 当光线射入分散体系时 有三种情况 1 分散相粒子 入射光波长 r 主要发生光的反射 体系呈现混浊 不同于乳光柱 柔和的发光体 这属于粗分散体系 2 分散相粒子 入射光波长 r 主要发生光的散射 散射 光波绕过粒子向各方向传播 产生乳光 散射光 这属于溶胶体系 大分子横截面直径很小 主要发生透射 散射光微弱 无丁达尔现象3 分散相粒子 入射光波长 r 主要发生光的透射 散射很微弱 这属于真溶液或纯液体体系 Tyndall现象是判别溶胶与其它分散系的最简便方法 13 胶粒的不规则运动导致 扩散 渗透压 外力场中的定向运动等动力性质 1 布朗运动 1827年 英国植物学家Brown发现 在显微镜下能观察到悬浮在液面 水 上的花粉末不断地作不规则的运动 后来人们发现溶胶也具有这种无规则运动 2 溶胶的动力学性质 实验证明 粒子越小 温度越高 介质黏度越小 布朗运动越剧烈 14 水泵最高能将水送到10 33米的相对高度 而扩散可以将水送到40米或更高处 2 扩散 当溶胶存在浓度差时 胶粒自发地由浓度大的区域向浓度小的区域迁移 这种过程称为扩散 在生物体内 扩散是物质的输送或物质的分子 离子透过细胞膜的一种动力 15 溶胶是高度分散体系 胶粒一方面受到重力吸引而下降 另一方面由于布朗运动促使浓度趋于均一 当这两种效应相反的力相等时 粒子的分布达到平衡 粒子的浓度随高度不同有一定的梯度 如图所示 这种平衡称为沉降平衡 3 沉降 16 一 电动现象溶胶粒子的运动与电性能之间的关系 1 电动现象的发现 电泳1803年 俄国的Pe cc实验 如图 通电后 粘土粒子朝正极方向运动 其他实验也证明一些悬浮粒子也有这种在电场中作定向运动的现象 17 电泳现象说明 悬浮在液体中的胶体粒子带电 其符号可以根据胶粒在电场中的移动方向确定 电泳 在外加电场下 胶体粒子在分散介质中定向移动的现象叫电泳 3溶胶的电学性质 18 在生物化学中常用电泳法分离和区别各种氨基酸和蛋白质 在医学中利用血清在纸上的电泳 在纸上可得到不同蛋白质前进的次序 反映了其运动速度 以及从谱带的宽度反映其中不同蛋白质含量的差别 健康人和肝硬变患者的血清蛋白电泳图 健康人 肝硬变患者 19 Pe cc还发现 若固相 粘土 固定 通电后可观察到液体 水 在电场作用下向负极移动 电渗方法有许多实际应用 如溶胶净化 海水淡化 泥炭和染料的干燥等 2 电渗 在外加电场下 固相不动而液相移动的现象 20 电泳与电渗的异同 a 相同点 电场作用下 相接触的固体与液体间发生相对运动的现象 b 不同点 电泳观察到质点的运动 电渗固体不动而液体运动 电泳 电渗统称为电动现象 电动现象说明胶体粒子是带电的 那么 胶粒表面的电荷从何而来呢 21 二 溶胶粒子的表面电荷 1 电离作用 有些溶胶粒子本身就是一个可离解的基团 例 肥皂一类表面活性剂 R COO Na 由于在水中生成胶束 憎液基团在内 亲液基团在外 又由于R COO Na 的离解 则整个胶束表面带负电荷 2 吸附离子作用 胶粒在形成过程中 胶核优先吸附与其组成相似的某种离子 使胶粒带电 例如 在AgI溶胶的制备过程中 如果AgNO3过量 则胶核优先吸附Ag 离子 使胶粒带正电 如果KI过量 则优先吸附I 离子 胶粒带负电 22 三 胶团的结构 稳定剂 由于溶胶的聚结不稳定性 需在溶胶中加入少量电解质 即稳定剂 其离子吸附在分散相颗粒表面上形成双电层结构 由于带电和溶剂化作用 胶体粒子可相对稳定地存于介质中 例如以KI为稳定剂的AgI溶胶 如图 23 24 胶团 胶粒连同周围介质中的相反电荷过剩离子形成胶团 整个胶团是电中性的 胶核 大量AgI分子 m 103 形成胶核 胶粒 胶粒连同吸附在其上的离子所形成结构胶粒常带电 如上 为负电 胶粒是溶胶中的独立运动单位 25 说明 1 由于离子溶剂化 胶粒和胶团也是溶剂化的 2 胶团的结构表达 横式 须掌握 26 11 2 3 溶胶的稳定性 2 胶粒表面水化层的保护作用 在胶粒电层中的离子都是水化离子 使胶粒表面形成一层水化层 保护胶粒相互碰撞时不致引起聚沉 1 动力学稳定性由于溶胶粒子小 布朗运动激烈 在重力场中不易沉降 使溶胶具有动力稳定性 3 胶粒带电 同种溶胶中的胶粒带有相同电荷 互相间的静电斥力使胶粒不易聚集成大颗粒 保持溶胶的稳定 是溶胶稳定的主要原因 1 溶胶的稳定性 27 2 加热聚沉温度升高 粒子碰撞机会增多 碰撞强度增加 3 溶胶的相互聚沉带不同电荷的胶粒互吸而聚沉 1 电解质的聚沉作用影响最大 主要影响胶粒的带电情况 使电位下降 促使胶粒聚结 2 溶胶的聚沉 28 影响聚沉作用的一些因素 1 电解质对于溶胶聚沉作用的影响 聚沉值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 从已知的表值可见 对同一溶胶 外加电解质的反号离子的价数越低 其聚沉值越大 聚沉能力是聚沉值的倒数 聚沉值越大的电解质其聚沉能力越小 反之 聚沉值越小的电解质 其聚沉能力越强 显然 聚沉值大小与实验条件有关 通常作相同条件下的比较 29 电解质的影响有如下一些规律 1 聚沉能力主要决定于与胶粒带相反电荷的离子的价数 异电性离子为一 二 三价的电解质 其聚沉值的比例约为 相当于 这表示聚沉值与异电性离子价数的六次方成反比 这一结论称为舒尔茨 哈迪规则 Schulze Hardy规则 影响聚沉作用的一些因素 30 2 同价数的反离子聚沉能力 反离子半径对AgI负溶胶聚沉值的影响 31 离子的水化半径可由极限电导及Stokes定律算出 绝对值大小可能有出入 但相对大小次序是正确的 离子水化后半径越小 聚沉能力越强 聚沉值越小 同价反离子聚沉能力 32 3 大的有机反离子 因大的有机反离子与胶粒之间有很强的范德华引力 易被吸附 与同价小离子比 大的有机反离子聚沉能力大得多 聚沉值小 4 同号离子的影响 在反离子相同情形下 有些同号离子由于和质点的范德华吸引而被吸附 改变了胶粒的表面性质 变大 增加了稳定性 聚沉能力降低 聚沉值增加 一般地 大的或高价的负离子对负溶胶有稳定作用 大的或高价的正离子对正溶胶有稳定作用 33 例如 下表为不同电解质对亚铁氰化铜负溶胶的聚沉值 对比左右列 高价负离子的聚沉值的明显大于低价负离子 稳定 对比上下行 由rNO3 rBr 水化后 稳定作用强 所以聚沉值 KNO3 KBr 其他各行数据同理 34 2 胶体体系的相互作用 电性相反的溶胶互相混合 发生聚沉 互沉现象 聚沉的程度与两溶胶的比例有关 在等电点附近的聚沉才完全 使胶粒上的电荷中和 例如 用明矾净水 水中的悬浮物通常带负电 粘土负电性 明矾的水解产物Al OH 3溶胶带正电 混合后发生聚沉 起到净水作用 产生相互聚沉现象的原因是 可以把溶胶粒子看成是一个巨大的离子 所以溶胶的混合类似于加入电解质的一种特殊情况 35 负电性的As2S3 以S2 为稳定剂 溶胶与负电性的S溶胶 以S5O62 为稳定剂 Raffo法制得 混合 S 聚沉原因是稳定剂的相互作用导致聚沉 一般来说 电性相同的溶胶混合后没有变化 但也有例外 若两种胶体上的稳定剂相互作用形成沉淀而破坏胶体的稳定性 则发生聚沉 例如 36 11 3大分子化合物溶液 Staudinger把相对分子质量大于104的物质称之为大分子 主要有 天然大分子 如淀粉 蛋白质 纤维素 核酸和各种生物大分子等 人工合成大分子 如合成橡胶 聚烯烃 树脂和合成纤维等 合成的功能高分子材料有 光敏高分子 导电性高分子 医用高分子和高分子膜等 1 大分子化合物溶液 大分子的分类 大分子化合物吸收溶剂 本身体积胀大 最后溶解在溶剂中 形成均相体系 即为大分子化合物溶液 简称为大分子溶液 37 三种溶液性质的比较 38 大分子溶液的稳定性 1 大分子溶液稳定的因素 2 大分子溶液的盐析 大分子电解质溶液稳定 大分子离子带有相同的电荷和大离子高度溶剂化形成溶剂化膜 大分子非电解质溶液稳定 长链上的基团高度溶剂化形成溶剂化膜 39 大分子溶液的盐析与溶胶的聚沉的区别 离子盐析能力的大小称感胶离子序 感胶离子序的顺序与离子半径大小顺序相反 与离子水化能力顺序相同 正离子感胶离子序 Li K Na NH4 Mg2 负离子感胶离子序 枸橼酸根 C4H4O62 SO42 Ac Cl NO3 I CNS 40 2 大分子溶液对溶胶的保护作用 将一定浓度的大分子溶液加入到溶胶中可以增加溶胶的稳定性 这种作用称为保护作用 例如在红色金溶胶中加入某种电解质可引起聚沉 若先加入一定量的动物胶 然后再加同样量的