第五章(参考资料)：胶体及表面现象

1、第二章第二章 胶体溶液胶体溶液【教学目标】 1掌握溶胶的稳定因素和使溶胶聚沉的方法；大分 子化合物对溶胶的保护作用，乳化作用 2熟悉溶胶的性质 3了解胶体的概念和胶团的结构【教学重点】 大分子化合物溶液对溶胶的保护作用，乳化作用【教学难点】 溶胶的稳定性和聚沉【教学方法】 讲授，演示，讨论内容提要n胶体分散系n胶体分散系的制备n胶体分散系的表面特性n溶胶n溶胶的基本性质n胶团结构及溶胶的稳定性n气溶胶内容提要n高分子溶液n高分子化合物的结构特点及其溶液的形成n聚电解质溶液n高分子溶液稳定性的破坏n高分子溶液的渗透压和膜平衡n凝胶n表面活性剂和乳状液n表面活性剂n缔合胶体n乳状液教学基本要求掌握

2、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colloid system ：胶体分散系包括溶胶 sol、高分子溶液 macromolecular solution 和缔合胶体 associated colloid 三类。胶体的分散相的粒子的大小为1100 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

3、子。分散介质可以是液体、气体，或是固体。三三 种种 分分 散散 系系 的的 比比 较较分 散 系微 粒 直 径外 观 稳 定 性能 否 透过 滤 纸半 透 膜举例粗 分 散 系（悬浊液、乳状液） 100nm 100nm不 稳 定 不 透 明 不 均 一均 不 能 通 过泥浆，乳汁分 子、离子 分 散 系（真溶液） 1nm 反射 如泥浆水是浑浊、不透明的 散射 丁达尔现象 （每个粒子相当于一个光源） 透射（ 小于1 nm时） 透射 丁达尔现象的应用丁达尔现象的应用： Tyndall现象是溶胶特有的现象，可以用来区分溶胶和溶液第二节 溶胶n溶胶的基本性质n溶胶的动力学性质nBrown Moveme

4、nt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n溶胶的基本性质n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。沉降平衡时，各粒子的浓度自上而下逐渐增大。 第二节 溶胶n溶胶的电学性质原因胶粒带电n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

5、。第二节 溶胶n溶胶的电学性质原因：胶粒带电n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n胶团结构及溶胶的稳定性 n胶粒带电原因n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)第二节 溶胶n胶团结构及溶胶的稳定性 n胶粒带电原因n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H2

6、SiO3分子可以离解。 H2SiO3 (l) HSiO3- (aq) + H+ (aq) HSiO3- (aq) SiO32- (aq) + H+ (aq)第二节 溶胶n胶体的双电层结构胶团结构：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 胶团第二节 溶胶n胶粒的双电层结构胶核表面因荷电而结合水，吸附的反离子也水合，给胶粒覆盖了一层水合膜。胶粒运动时水合膜层以及膜层内的反离子一起运动。这部分水合膜层称为吸附层；其余反离子呈扩散状态分布在吸附层周围，形成与吸附层荷电性质相反的扩散层。这种由吸附层和扩散层构成的电性相反的两层结构称为扩散双电

7、层。第二节 溶胶n溶胶的稳定因素 n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。n胶粒表面水化膜n 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。nBrown运动也是溶胶稳定因素之一。第二节 溶胶n溶胶的聚沉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n溶胶的聚沉n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

8、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 As2S2(负溶胶)AgI(负溶胶)Al2O3(正溶胶)LiCl58LiNO3165NaCl43.5NaCl51NaNO3140KCl46KCl49.5KNO3136KNO360KNO350RbNO3126CaCl20.65Ca(NO3)22.40K2SO40.30MgCl20.72Mg(NO3)22.60K2Cr2O70.63MgSO40.81Pb(NO3)22.43K2

9、C2O40.69AlCl30.093Al(NO3)30.067K3Fe(CN)60.081/2Al2(SO4)20.096La(NO3)30.069Al(NO3)20.095Ce(NO3)30.069第一节 溶胶nShulze-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，聚沉值越小，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。 把电性相反的溶胶相互混合，能发生聚沉作用。 只有当两种溶胶电荷量恰好相等时，才发生完全聚沉。 否则是只能发生部分聚沉或不聚

10、沉。 2. 溶胶的相互聚沉溶胶的相互聚沉3、加热、加热 加热增加了粒子的运动速度和粒子间的碰撞机会，同时削弱了胶粒的溶剂化作用，使胶粒聚沉。如：煮沸As2S3溶胶，会有As2S3的黄色沉淀。 高分子化合物对溶胶的保护作用(a)和敏化作用(b) 在憎液溶胶中加入适量的高分子化合物， 就可显著提高溶胶对电解质的稳定性。 结石的形成结石的形成 血液中CaCO3、Ca3(PO4)2等微溶性盐类以溶胶的形式存在，由于血液中的蛋白质对其起保护作用，当发生某些疾病时，使得血液中蛋白质减少，减弱了对这些溶胶的保护作用，使得其在肝肾等器官沉积，就形成了结石。这是形成各种结石的原因之一。保护作用（足够浓度的高分子

11、）：在胶粒表面形成了一层高分子膜敏化作用（少量高分子）：大量胶粒吸附在高分子表面第二节 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高分子特征：（一）稳定性较大（二）粘度较大 与浓度、压力、温度、时间有关第三节 高分子溶液高分子溶液与溶胶性质比较高分子溶液与溶胶性质比较胶体物质相同性质不同性质溶胶n分散相粒子大小1100nmn扩散速率慢n不能透过半透膜多相Tyndall现象明显热力学不稳定系统对电解质敏感高分子溶液均相Tyndall现象微弱热力学稳定系统对电解质不太敏

12、感缔合胶体均相热力学稳定系统第二节 高分子溶液n高分子化合物的结构特点及溶液的形成n结构特征：n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n高分子化合物的结构特点及溶液的形成n结构特征：n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。n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

13、节 高分子溶液n高分子溶液的稳定与破坏稳定因素：许多亲水基团，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n高分子溶液的稳定与破坏盐析（salting out） ：因加大量无机盐使蛋白质从溶液中沉淀析出的作用。无机离子水合作用强烈，使蛋白质的水合程度大为降低，稳定因素受破坏而沉淀。 感胶离子序：阴、阳离子盐析能力的顺序SO42-C6H5O73-C4H4O62-CH3COO-CI-NO3-Br-I-CNS-NH4+K+Na+Li+第二节 高分子溶液n高分子溶液的稳定与破坏于蛋白质溶液中加入与水作用强烈的有机溶剂也能降低蛋

14、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 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。肌肉、软骨、指甲、毛发、细胞膜等都可以看成是凝胶凝胶的主要性质1、弹性：线状或分枝状结构相互交连不是很 牢固2、膨润（溶胀）： 干燥的弹性凝胶和适当的溶剂接触，便自动吸收溶剂而膨胀

15、，体积增大，这个过程称为膨润或溶胀。干木材、牛皮胶 老年人皱纹、血管硬化3、离浆： 新制备的凝胶放置一定时间之后，一部分液体可以自动从凝胶中分离出来，凝胶本身体积缩小，这种显现称之为脱水收缩或离浆。第四节 表面活性剂和乳状液n表面活性剂n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n表面活性剂n表面活性物质在溶液中能形成正吸附n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基团，亲水基端进入水中，疏水基端离开水相，在水表面定向排列，从而降低表面张力。 第四节 表面活性剂和乳状液n缔合胶体表面活性剂达到一定量，在水相表面定向排列的同时，疏水基相互紧靠，逐渐聚集，形成亲水基朝外而疏水基在内的胶束。由胶束形成的溶液称为缔合胶体。由于胶束的形成减小了疏水基与水的接触面积，从而使系统稳定。第四节 表面活性剂和乳状液n缔合胶体开始形成胶束时表面活