课程设计第五章溶胶

1、陕西中医学院医用化学课程设计（首页）课程名称：医用化学 任课教师： 职称： 所在系部：医学技术系   教 研 室：化学教研室授课对象：医学影像 授课时间：课程类型：必修基础课授课章节：第五章 胶体 基本教材：魏祖期主编基础化学第八版, 人民卫生出版社，2013年3月。自学资源：1、无机化学许善锦主编，人民卫生出版社.2、基础化学第五版.魏祖期主编，人民卫生出版社.3、基础化学徐春祥主编，高等教育出版社.4、现代化学基础朱裕贞主编，化学工业出版社.5、现代化学基础胡忠鲠主编，高等教育出版社.教学目标：（一）知识目标：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

2、聚沉作用。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。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。（二）能力目标：要求学生通过本章节的学习，初步具备 能力。（三）情感目标学生特点分析：教学重点：1.溶胶的基本性质；胶团结构；高分子溶液的性质。教学难点：1.电动电位。解决方法和处理措施：1. 讲授法·比较法·提问法·自学法·多媒体辅助教学法2. 计算机多媒体设备、自制课件、Powerpoint教学内容与教学活动： 教学媒体的

3、选择和使用方法：计算机多媒体设备、自制课件、Powerpoint教学反思与评价： 板书设计和课件： 教学改革：1. 2. 陕西中医学院医用化学课程设计（续页）时间分配教学重点、内容和步骤板书提要、课堂提问、举例要点教学方法与手段     第五章 胶体胶体研究的范畴非常广泛，与工业生产、人民生活联系密切。塑料、橡胶、纳米材料、石油工业、环境科学等领域。第一节 胶体分散系一、胶体分散系的制备复习：分散系及其有关概念按照分散相粒子的直径大小分类：二、胶体分散系的表面特性胶体分散系包括溶胶（sol）、高分子溶液（macromolecular solut

4、ion）和缔合胶体（associated colloid）三类。溶胶是高度分散多的相分散系统。高度分散使得分散相表面积急剧增大。例如：边长为1cm立方体的表面积是6cm2，当它分散为1012个小立方体，达到胶体分散相粒子的大小后，总体积不变，而总表面积却增大了一万倍，为60 000cm2，或6m2。分散相在介质中分散的程度就是分散度（degree of dispersion），分散度常用比表面（specific surface area）来表示。比表面定义为单位体积物质所具有的表面积：S0S/V （5.1）式中S0是物质的比表面，S是物质的总表面积，V是物质的体积。式（5.1）说明，胶体分散相

5、粒子的总表面积随分散程度增大时，比表面也相应增大。当物质形成高度分散系统时，因表面积大大增加，表面性质就十分突出。任何两相的界面分子与其相内分子所处状况不相同，它们的能量也不同。例如，在液-气两相中（图5-1），分析：处于液体内部的A分子受到周围分子等同的引力，合力为零。但处于液体表层的B分子和C分子受力不均，合力指向液体内部。若要增大表面，就必须克服液相内部分子的引力而做功，功以势能形式储存于表面分子。可见，表面层分子比内部分子多出一部分能量，称为表面能。表面能dG=·dS例如：液体呈球形，水银球，两个小的水银球汇成大球液体表面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

6、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。高分子化合物溶液的分散相粒子大小在胶体范围内，属于胶体溶液。但是，其分散相是以单个分子分散在介质中的，所形成的系统是均相的真溶液，分散相和分散介质间没有界面存在。高分子溶液是热力学稳定系统。缔合胶体是由溶液中的表面活性剂分子（具亲水的极性基团和亲油的碳键烃基的两亲分子）超过某一特定浓度，分子在溶液内部缔合形成分子集团，即所谓“胶团”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，因而与溶胶不同，缔合胶体溶液是热力学稳

7、定的。第二节 溶胶一、溶胶的基本性质二、胶团结构及溶胶的稳定性（一）胶粒带电的原因1胶核界面的选择性吸附 胶粒中的胶核（原子、离子、或分子的聚集体）有吸附其它物质而降低界面能趋势，常选择性地吸附分散系统中与其组成类似的离子作为稳定剂，而使其界面带有一定电荷。例如将FeCl3溶液缓慢滴加到沸水中，制备氢氧化铁溶胶。反应为FeCl3(aq) + 3H2O(l)Fe(OH)3(溶胶) + 3HCl(aq)溶液中部分Fe(OH)3与HCl作用，Fe(OH)3(s) +HCl(aq) FeOCl(aq)+ 2H2O(l)FeOCl(aq) FeO+(aq) + Cl-(aq)Fe(OH)3胶核吸附溶胶中

8、与其组成类似的FeO+离子而带正电，而溶胶中电性相反的Cl-离子（称反离子）则留在介质中。 又如利用硝酸银和碘化钾制备碘化银溶胶的反应（略）2胶核表面分子的离解 例如，硅胶的胶核是由许许多多xSiO2.yH2O分子组成的，其表面的H2SiO3分子可以离解成SiO32-和H+。 H2SiO3(溶胶) HSiO3-(aq) + H+(aq) HSiO3-(aq) SiO32-(aq) + H+(aq)H+离子扩散到介质中去，而SiO32-离子则留在胶核表面，结果使胶粒带负电荷。（二）胶粒的双电层结构图5-6 胶团结构示意图例如，氢氧化铁溶胶的胶团结构式可以表示为： Fe(OH)3m·nF

9、eO+·(n-x)Cl-x+·xCl- 胶核 吸附层 扩散层 胶粒胶团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层（三）溶胶的稳定因素溶胶之所以具有相对的稳定性，主要是由下述因素决定的。1胶粒带电 在带有相同电荷的两个胶粒间存在着静电排斥力，阻止两胶粒接近，合并变大。因此溶胶中的胶粒能相对稳定地存在。但是，当胶粒的动能增大到能克服这种静电斥力时，胶粒间就会互碰撞合并，出现聚沉。故而加热溶胶会引起聚沉。通常溶胶胶粒的动能没有那么大，故溶胶能稳定存在。2胶粒表面水合膜的保护作用 胶团的水合双电层膜犹如一层弹性膜，阻碍胶粒相互碰撞合并变大。因此溶胶的稳定性与胶粒的水

10、合膜层厚度有密切关系。水合膜层愈厚，胶粒愈稳定。另外，布朗运动也是溶胶稳定因素之一。（四）溶胶的聚沉现象当溶胶的稳定因素受到破坏，胶粒碰撞时会合并变大，从介质中析出而下沉。此现象称为聚沉（coagulation）。引起溶胶聚沉的因素很多，如加热、辐射、加入电解质等。其中最主要的是加入电解质所引起的聚沉。1电解质的聚沉作用 电解质对溶胶的聚沉作用主要是改变胶粒吸附层的结构。电解质加入后，使扩散层中的反离子更多地进入吸附层，胶核表面所带电荷被反离子中和，吸附层随之变薄，溶胶的稳定性下降，最终导致聚沉。溶胶对电解质很敏感。虽然在制备溶胶时极少量电解质的存在对溶胶有稳定作用，但只要稍微过量，即会引起溶

11、胶的聚沉。电解质聚沉能力的大小，常用临界聚沉浓度表示。临界聚沉浓度就是使一定量溶胶在一定时间内发生聚沉所需电解质溶液的最小浓度，单位为mmol·L-1。各种电解质的聚沉能力有差别，临界聚沉浓度愈小，聚沉能力愈强。表5-2是几种电解质对三种溶胶聚沉的临界聚沉浓度。 2溶胶的相互聚沉 带相反电荷的溶胶有相互聚沉能力。当正、负溶胶按适当比例混合致使胶粒所带电荷恰被中和时，就可完全聚沉。两者比例不适当，则聚沉不完全，甚至不发生聚沉。例如污水中的胶状悬浮物一般带负电，加入明矾后，明矾中的Al3+可水解成Al(OH)3正溶胶使悬浮物发生聚沉，达到净水目的。3高分子物质对溶胶的保护作用和敏化作用 在溶胶中加入高分子溶液，高分子物质吸附于胶粒的表面包围住了胶粒（如图5-7(a)），使其对介质的亲和力加强，从而增加了溶胶的稳定性