第五章-胶体-医用化学...ppt

第五章胶体,Colloid,内容提要,胶体分散系胶体分散系的制备胶体分散系的表面特性溶胶溶胶的基本性质胶团结构及溶胶的稳定性气溶胶,内容提要,高分子溶液高分子化合物的结构特点及其溶液的形成聚电解质溶液高分子溶液稳定性的破坏高分子溶液的渗透压和膜平衡凝胶表面活性剂和乳状液表面活性剂缔合胶体乳状液,教学基本要求,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。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。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。,第一节胶体分散系,一、胶体分散系的制备胶体分散系：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直径大小为1-100nm，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。,第一节胶体分散系,一些胶体的例子,第一节胶体分散系,胶体的制备:分散法1、研磨法2、超声波法3、胶溶法4、电弧法凝聚法1、物理凝聚法2、化学凝聚法例如：水解反应FeCl3(稀溶液)3H2OFe(OH)3(溶胶)3HCl,第一节胶体分散系,二、胶体分散系的特性分散度分散相在分散介质中分散的程度，分散度常用比表面来表示。比表面积单位体积物质所具有的表面积,第一节胶体分散系,比表面积分散系的分散度(dispersiondegree)常用比表面积来衡量。S0=S/VS0分散质的比表面积，单位是m-1；S分散质的总表面积，单位是m2；V分散质的体积，单位是m3。单位体积的分散质表面积越大，即分散质的颗粒越小,则比表面积越大，体系的分散度越高。,第一节胶体分散系,表面能表面层分子比内部分子多出一部分能量，称为表面能。,第一节胶体分散系,内部质点:同时受到各个方向并且大小相近的作用力，它所受到的总的作用力为零。物质表面的质点:受到的来自各个方向的作用力的合力就不等于零。表面能：表面质点比内部质点所多余的能量。减少表面能的方法：吸附其他物质、减少表面积。,第一节胶体分散系,表面能液体有自动缩小表面积的趋势。小的液滴聚集变大，可以缩小表面积，降低表面能。表面积减小过程是自发过程。这个结论对固体物质同样适用。高度分散的溶胶比表面大，所以表面能也大，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。,第二节溶胶,溶胶的基本性质溶胶的胶粒是由数目巨大的原子（或分子、离子）构成的聚集体。直径为1100nm的胶粒分散在分散介质中。基本特性：多相性、高度分散性、聚集不稳定性,第二节溶胶,溶胶的基本性质溶胶的光学性质TyndallEffect上：溶液下：溶胶,第二节溶胶,Tyndall现象产生的原因当分散粒直径入射光波长，光波可绕过粒子前进且迫使粒子振动：二次波源向各方发射散射光。特性散射光强度与单位体积内胶粒数成正比；散射光强度与胶粒体积成正比；散射光强度与波长成反比；分散相与分散介质折射率的差愈大，散射光愈强。,第二节溶胶,第二节溶胶,溶胶的基本性质溶胶的动力学性质BrownMovement由于介质分子的热运动不断地撞击着胶体粒子所引起的现象。,第二节溶胶,布朗(Brown)运动:溶胶中的分散相粒子的不停息的和无规则的运动.这种现象是植物学家(Brown)于1827年首先从水中悬浮花粉的运动中观察到的.用超显微镜可以观察布朗运动.,分散介质分子处于无规则的热运动状态,从各个方向不断撞击分散相粒子.布朗运动是分子热运动的必然结果,是胶体粒子的热运动.,第二节溶胶,第二节溶胶,Brown运动产生原因：处于热运动状态的介质分子不断撞击胶粒。某一瞬间胶粒受到各方撞击力不均，向合力方向移动。,第二节溶胶,溶胶的基本性质扩散和沉降平衡扩散：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移动的现象称扩散。沉降：密度分散介质的胶粒，在重力作用下下沉而与流体分离的过程称沉降。,第二节溶胶,沉降平衡：当沉降速度=扩散速度系统达平衡，形成一个浓度梯度，此状态称沉降平衡。,第二节溶胶,溶胶的电学性质电泳在外电场作用下，带电胶粒在介质中定向移动的现象称电泳。,第二节溶胶,溶胶的电学性质电渗在外电场作用下，液体介质通过多孔膜向其所带电荷相反的电极方向定向移动的现象。,第二节溶胶,胶团结构及溶胶的稳定性胶粒带电原因胶核表面分子的离解例如：硅胶的胶核由xSiO2.yH2O分子组成，表面的H2SiO3分子可以离解。H2SiO3(l)HSiO3-(aq)+H+(aq)HSiO3-(aq)SiO32-(aq)+H+(aq),第二节溶胶,胶团结构及溶胶的稳定性胶粒带电原因胶核界面的选择性吸附例如：制备氢氧化铁溶胶FeCl3(l)+3H2O(l)Fe(OH)3(s)+3HCl(l)溶液中部分Fe(OH)3与HCl作用，Fe(OH)3(s)+HCl(l)FeOCl(l)+2H2O(l)FeOCl(l)FeO+(aq)+Cl-(aq),胶团的结构示意图,胶核,吸附层,扩散层,第二节溶胶,第二节溶胶,2、胶团结构式：例如，氢氧化铁溶胶Fe(OH)3mnFeO+(n-x)Cl-x+xCl-胶核吸附层扩散层胶粒胶团,(AgI)mnAg(nx)NO3x+xNO3胶核电位离子反离子反离子吸附层扩散层胶粒胶团,过量的稀AgNO3与稀KI溶液反应制备的AgI溶胶,AgI胶团结构简式：,第二节溶胶,第二节溶胶,溶胶的稳定因素胶粒带电两个带电胶粒间存在静电排斥力，阻止胶粒接近，合并变大。但是，加热溶胶，胶粒的动能增大到能克服静电斥力时就会聚沉。胶粒表面的水合膜犹如一层弹性膜，阻碍胶粒相互碰撞合并变大。水合膜层愈厚，胶粒愈稳定。Brown运动也是溶胶稳定因素之一。,4、溶胶的聚沉：胶体分散系中的分散质从分散剂中分离出来的过程。影响溶胶聚沉的因素主要有：（1）电解质对溶胶的聚沉作用（2）溶胶的互聚（3）长时间加热,三种溶胶聚沉.(左)Al(OH)3;(中)Fe(OH)3;(右)Cu(OH)2,第二节溶胶,第二节溶胶,电解质作用加电解质，迫使反离子更多进入吸附层，扩散层变薄，稳定性下降。上：Cl-离子围绕Fe(OH)3胶粒下：PO43-离子围绕Fe(OH)3胶粒,第二节溶胶,临界聚沉浓度：临界聚沉浓度：一定量溶胶在一定时间内发生聚沉所需电解质的最小浓度负离子聚沉正溶胶；正离子聚沉负溶胶；反离子电荷大，聚沉能力强；同价离子聚沉能力接近，但正离子：H+Cs+Rb+NH4+K+Na+Li+负离子：F-Cl-Br-I-CNS-一些有机物离子具有非常强的聚沉能力。,不同电解质对几种溶胶的临界聚沉浓度mmolL-1,第二节溶胶,Shulze-Hardy规则电解质对溶胶的聚沉作用，有如下规律：反离子的价数愈高，聚沉能力愈强；一价、二价、三价反离子的临界聚沉浓度之比近似为(1/1)6:(1/2)6:(1/3)6=100:1.8:0.14即临界聚沉浓度与离子价数的六次方成反比。,第二节溶胶,溶胶的互聚：两种带有相反电荷的溶胶按适当比例相互混合，溶胶同样会发生聚沉。例：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Al(OH)3溶胶带正电，它们相互聚沉而使水净化。,第二节溶胶,高分子化合物对溶胶的保护作用(a)和敏化作用(b),第二节溶胶,气溶胶（aerosol）由极小的固体或液体粒子悬浮在气体介质中所形成的分散系统称为气溶胶。图示是各种气溶胶的分散相粒子直径的大致范围。烟、雾的分散度较高，粉尘的分散度低，后者稳定性要差些。,10m进入鼻腔，沉积在呼吸道上,2-10m沉积在支气管可直接渗入到人体肺泡,2.5m可达到肺部无纤毛区，可携带重金属、硫酸盐、有机毒物、病毒等,第二节溶胶,第二节溶胶,雾霾：雾是指大气中因悬浮的水汽凝结、能见度低于1公里时的天气现象；灰霾的形成主要是空气中悬浮的大量微粒和气象条件共同作用的结果.,第二节溶胶,霾与雾的区别：发生霾时相对湿度不大，而雾中的相对湿度是饱和的(如有大量凝结核存在时，相对湿度不一定达到100%就可能出现饱和）。雾霾天气是一种大气污染状态，雾霾是对大气中各种悬浮颗粒物含量超标的笼统表述，尤其是PM2.5（空气动力学当量直径小于等于2.5微米的颗粒物）被认为是造成雾霾天气的“元凶”。,第二节溶胶,雾霾的源头：多种多样，比如汽车尾气、工业排放、建筑扬尘、垃圾焚烧，甚至火山喷发等等，雾霾天气通常是多种污染源混合作用形成的。但各地区的雾霾天气中，不同污染源的作用程度各有差异。,第二节溶胶,雾霾的危害：随着空气质量逐渐恶化，雾霾天气现象出现频率越来越高，它们在人们毫无防范的时候侵入人体呼吸道和肺叶中，从而引起呼吸系统疾病、心血管系统疾病、血液系统、生殖系统等疾病，诸如咽喉炎、肺气肿、哮喘、鼻炎、支气管炎等炎症，长期处于这种环境还会诱发肺癌、心肌缺血及损伤.,第二节溶胶,第二节溶胶,第二节溶胶,第二节溶胶,尘肺,“呼吸竟成了最奢侈的梦想”,一种因长期吸入过量粉尘造成肺部纤维化，且无法治愈，且死亡率极高的一种疾病。,“会呼吸的痛”,行业：旷工、建筑工、隧道工、冶金工、电焊工、纺织,第二节溶胶,第三节高分子溶液,高分子化合物概念：单个分子相对分子量在一万以上的大分子。蛋白质、核酸、糖原、存在体液中重要物质；人体肌肉、组织；又如天然橡胶等据来源可分为天然的和合成的,第三节高分子溶液,高分子溶液与溶胶性质比较,第三节高分子溶液,高分子化合物的结构特点及溶液的形成结构特征：一般具有碳链，碳链由大量称为链节的结构单位连接而成，链节重复的次数叫聚合度，以n表示。天然橡胶链节为异戊二烯单位(-C5H8-)。纤维素、淀粉、糖原或高分子右旋糖酐，链节为葡萄糖单位(-C6H10O5-)，通式(C6H10O5)n。蛋白质的结构单位是氨基酸。,第三节高分子溶液,高分子化合物的结构特点及溶液的形成结构特征：高分子化合物是不同聚合度的同系物分子组成的混和物，它的聚合度和相对分子质量指的都是平均值。高分子化合物分子链的长度以及链节的连接方式并不相同，因而形成线状或分枝状结构。,第三节高分子溶液,柔性和分子内旋转内旋转：分子链中许多C-C单键，C原子以sp3杂化，单键能在键角不变条件下绕键轴旋转。柔性：内旋转导致碳链构型改变，高分子长链两端的距离也随之改变。,第三节高分子溶液,高分子溶液的形成溶胀：溶剂进入高分子链，导致化合物舒展，体积成倍增长。高分子化合物先溶胀，后溶解。与水分子亲和力很强的高分子化合物形成水合膜：稳定性的主要原因。,上：高分子化合物在良溶剂下：高分子化合物在不良溶剂中,第三节高分子溶液,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（polyelectrolyte）特征：链上有荷电基团很多电荷密度很大对极性溶剂分子的亲合力很强分为阳离子、阴离子、两性离子三类。,第三节高分子溶液,等电状态和等电点(isoelectricpoint)pI恰好使高分子上(蛋白质)所带正电荷量与负电荷量相等时溶液的pH，称为等电点。,第三节高分子溶液,等电状态和等电点(isoelectricpoint)pI,第三节高分子溶液,高分子溶液的稳定与破坏稳定因素：高度溶剂化稳定性破坏：改变pH：蛋白质在pI时溶解度降低。加大量电解质：降低水合程度。温度变化。,第三节高分子溶液,具体过程：盐析（saltingout）：因加大量无机盐使蛋白质从溶液中沉淀析出的作用。感胶离子序：SO42-C6H5O73-C4H4O62-CH3COO-CI-NO3-Br-I-CNS-NH4+K+Na+Li+,第三节高分子溶液,于蛋白质溶液中加入与水作用强烈的有机溶剂（乙醇、甲醇、丙酮等）也能降低蛋白质的水合程度，蛋白质因脱水而沉淀。对少量电解质不太敏感高分子溶解：高度水化系统，加少电解质不足以破坏水合层。,第三节高分子溶液,高分子溶液的渗透压和膜平衡高分子溶液的渗透压将高分子溶液与溶剂用半透膜隔开，可产生渗透现象；渗透压数值不符合vantHoff公式；浓度改变时，渗透压的增加比浓度的增加要大得多。,第三节高分子溶液,高分子溶液的渗透压高分子溶液渗透压与溶液的质量浓度B(gL-1)的关系：,第三节高分子溶液,膜平衡或Donnan平衡,第三节高分子溶液,平衡时，v进=v出c(Na+)外c(Cl-)外=c(Na+)内c(Cl-)内当c1c2时，x0，膜外几乎一点也不透入膜内。当c2c1时，xc2/2，膜内外NaCl浓度近似相等。当c2=c1时，xc2/2，1/3的NaCl透入膜内。,第三节高分子溶液,凝胶高分子溶液粘度变大，失去流动性，形成有网状结构的半固态物质，称为凝胶（gel）。刚性凝胶：粒子间交联强，网状骨架坚固，若将其干燥，网孔中的液体可被驱出，凝胶的体积和外形无明显变化。,弹性凝胶：由柔性高分子化合物形成，干燥后，体积明显缩小，有弹性，再放到合适的液体中，它又会溶胀变大，甚至完全溶解。,凝胶的性质：,1、溶胀,2、结合水,3、脱液收缩（离浆）,例：人体衰老时皮肤的变皱、面制食品的变硬，临床化验血清的制备,实验：用孔纸片托水,第四节表面活性剂和乳状液,表面活性剂能显著降低水表面张力的物质称为表面活性剂（1）NaCl、NH4Cl等无机盐及蔗糖、甘露醇等多羟基有机物，升高水的表面张力；（2）醇、醛、羧酸、酯等大多数有机物，逐渐降低水的表面张力；（3）肥皂及各种合成洗涤剂（含8个碳原子以上的直链有机酸金属盐、硫酸盐或苯磺酸盐），显著降低水的表面张力。,第四节表面活性剂和乳状液,表面活性剂表面活性物质在溶液中能形成正吸附表面活性物的结构特点含有疏水性非极性基团和亲水性极性