第05章 胶体溶液

1、1 在前面的几章里，我们主要讨论的是一些溶液的在前面的几章里，我们主要讨论的是一些溶液的性质（电解质溶液、缓冲溶液、稀溶液等）。物质大性质（电解质溶液、缓冲溶液、稀溶液等）。物质大都是以分子、离子等小粒子形式溶解在溶剂中。所形都是以分子、离子等小粒子形式溶解在溶剂中。所形成的系统主要是均相系统或简单的多相系统成的系统主要是均相系统或简单的多相系统(l-g;l-s)。 进一步研究表明：当分散于系统中的粒子的体积进一步研究表明：当分散于系统中的粒子的体积增大，其几何尺寸达到增大，其几何尺寸达到1100nm范围时。系统表现出范围时。系统表现出一些与小粒子系统不同的独特的性质。例如：当今的一些与小粒子

2、系统不同的独特的性质。例如：当今的纳米材料所表现出的纳米材料所表现出的光、电、磁、热导、气敏、化学光、电、磁、热导、气敏、化学活性、催化活性活性、催化活性等特殊性质纳米特性。等特殊性质纳米特性。 胶体溶液及其性质（纳米分散系统）。胶体溶液及其性质（纳米分散系统）。 2 现代医学研究表明：人体的很多组现代医学研究表明：人体的很多组织都是含水的胶体，如血液、细胞内液、织都是含水的胶体，如血液、细胞内液、淋巴液、肌肉组织、皮肤、毛发、指甲淋巴液、肌肉组织、皮肤、毛发、指甲等；等； 许多药物是以胶体分散系的形式生许多药物是以胶体分散系的形式生产和使用的。产和使用的。 因此，胶体分散系对于生命科学非因此

3、，胶体分散系对于生命科学非常重要，有着重要的研究价值和广泛的常重要，有着重要的研究价值和广泛的应用。应用。3第五章第五章 胶体溶液胶体溶液本章内容：本章内容： 分散系、胶体分散系有关概念、含义、分类方法； 溶胶及基本性质(光学、动力学、电学) 高分子结构、及高分子溶液形成特征 表面活性剂和乳化液学时安排：学时安排：3学时4学习要求学习要求v胶体(colloid)分散系概念，比表面，表面能。v溶胶基本性质：光学、动力学、电学v胶团胶粒结构表示及稳定的原因。v高分子溶液与溶胶区别，稳定性和破坏的主要原因，等电点的概念。v表面活性剂概念，特征；乳状液所属系统，分类、特点与鉴别方法。5一、分散系一、分

4、散系基本概念基本概念 v分散系分散系（dispersed system）：一种或：一种或数种物质分散在另数种物质分散在另一种物质中所形成一种物质中所形成的系统的系统 v分散相（分散相（dispersed phase）：被分散的：被分散的物质物质 介质介质 介质介质 介质介质 介质介质 介质介质 介质介质 分散相分散相 介质介质 介质介质 介质介质 介质介质 介质介质 介质介质6v分散介质（分散介质（dispersed medium）：容纳分散相：容纳分散相的介质的介质v相：指体系中物理性质和相：指体系中物理性质和化学性质完全相同化学性质完全相同 的均匀的均匀部分部分v界面：相与相之间的接触界面

5、：相与相之间的接触面。面。7二、分散系分类二、分散系分类非均，热力学不稳定系统非均，热力学不稳定系统扩散扩散 慢，不透半透膜慢，不透半透膜粗粒分粗粒分 乳状液乳状液散系散系 悬浮液悬浮液 100nm均相，热力学稳定系统均相，热力学稳定系统扩散扩散 慢，不透半透膜慢，不透半透膜缔合胶体缔合胶体非均相，热力学不稳定系统非均相，热力学不稳定系统扩散扩散 慢，不透半透膜慢，不透半透膜溶胶溶胶均相，热力学稳定系统均相，热力学稳定系统 扩散扩散 慢，不透半透膜慢，不透半透膜高分子溶高分子溶液液(大分大分子子)胶胶体体分分散散系系1100nm均相均相均相，热力学稳定系统均相，热力学稳定系统扩散快，能透过半透

6、膜扩散快，能透过半透膜真溶液真溶液分子分子(离子离子)分散系分散系1nm分散相分散相性质性质分散相粒子大小分散相粒子大小 (直径直径)非均相非均相均相均相非均相非均相8三、胶体分散系三、胶体分散系 凡粒子以凡粒子以1-100nm大小大小分散在另一物质中时就成分散在另一物质中时就成为胶体分散系。为胶体分散系。 胶体分散系主要包括胶体分散系主要包括溶胶、高分子溶液和缔合胶溶胶、高分子溶液和缔合胶体三大类体三大类。 固体分子、原子或离子的聚集体固体分子、原子或离子的聚集体分散在液体介质分散在液体介质中所形成的胶体，称为胶体溶液（简称溶胶）。中所形成的胶体，称为胶体溶液（简称溶胶）。 高分子化合物以单

7、个分子高分子化合物以单个分子分散在介质中即形成高分散在介质中即形成高分子溶液。分子溶液。 表面活性物质以胶束形式表面活性物质以胶束形式分散到介质中形成的分分散到介质中形成的分散系称为缔合胶体。散系称为缔合胶体。9四、制备胶体须满足的条件（2）胶粒在液体介质中要保持分散，不聚结（1）固体分散相粒子大小必须在胶体分散度的范围内。10制备胶体的方法即将大块固体分割到胶体分散度的大小（一般需加稳定剂）。即在一定条件下使小分子或离子聚结成胶体分散度的大小。凝聚法分散法11五、胶体的表面特性：五、胶体的表面特性：胶体的分散程度十分高，分散相粒子表面积急剧增大。胶体的性质都与表面现象有关。1 1、分散度与比

8、表面、分散度与比表面 分散度分散度 ( (degree of dispersion) )分散相在介质中分散的程度。分散相在介质中分散的程度。 比表面比表面 ( (specific surface area) ) 单位体积物质所具有的表面积。单位体积物质所具有的表面积。 )()(体积总面积VSS 0讨论：讨论：比表面比表面S S0 0常用来表示系统分散度。常用来表示系统分散度。 S S0 0越大，系统分散度愈大，导致表面越大，系统分散度愈大，导致表面( (界面界面) ) 现象愈显著。现象愈显著。12界面分子的受力情况分析界面分子的受力情况分析132 2、表面功、表面能、的概念、表面功、表面能、的

9、概念表面功表面功形成新表面过程中，必须克服液体内部分形成新表面过程中，必须克服液体内部分子的引力，而做功。子的引力，而做功。表面能表面能表面功以势能形式储存于新形成的表面分表面功以势能形式储存于新形成的表面分子上，称为表面能子上，称为表面能降低表面能的方法：降低表面能的方法：1 1）减少）减少 表面积表面积S S（小液滴聚集变大）（小液滴聚集变大）（胶体有自动聚集成大颗粒而沉降的不稳定（胶体有自动聚集成大颗粒而沉降的不稳定性）性）14第二节第二节 溶胶溶胶( sol )一一、溶胶的分类、溶胶的分类 按分散相和分散介质的聚集状态分类。名名 称称分散分散介质介质分分 散散 相相实实 例例气溶胶气溶

10、胶气气液液固固云雾云雾烟尘烟尘液溶胶液溶胶液液 气气 (泡沫泡沫) 液液 (乳状液乳状液) 固固(溶胶、悬浮液溶胶、悬浮液) 各种泡沫各种泡沫 牛奶牛奶金溶胶金溶胶 AS2S3溶胶溶胶 浑水浑水 油漆油漆固溶胶固溶胶固固 气气 液液固固泡沫塑料泡沫塑料 橡胶橡胶 陶瓷陶瓷珍珠珍珠 沸石沸石有色玻璃有色玻璃 非均匀态合金非均匀态合金 红宝石红宝石15按分散相和分散介质间亲和力大小分类： 憎液溶胶 亲液溶胶 1617胶体分散系胶体分散系 凡粒子以凡粒子以1-100nm大小大小分散在另一物质中时就成分散在另一物质中时就成为胶体分散系。为胶体分散系。 胶体分散系主要包括胶体分散系主要包括溶胶、高分子溶

11、液和缔合胶溶胶、高分子溶液和缔合胶体三大类体三大类。 固体分子、原子或离子的聚集体固体分子、原子或离子的聚集体分散在液体介质分散在液体介质中所形成的胶体，称为胶体溶液（简称溶胶）。中所形成的胶体，称为胶体溶液（简称溶胶）。 高分子化合物以单个分子高分子化合物以单个分子分散在介质中即形成高分散在介质中即形成高分子溶液。分子溶液。 表面活性物质以胶束形式表面活性物质以胶束形式分散到介质中形成的分分散到介质中形成的分散系称为缔合胶体。散系称为缔合胶体。18二、溶胶的基本性质二、溶胶的基本性质(一一)基本特征基本特征：多相性、高度分散性、聚结不稳定性多相性、高度分散性、聚结不稳定性(二二)基本性质基本

12、性质 A. 溶胶的光学性质溶胶的光学性质乳光乳光( (散射光散射光) )现象现象19 Tyndall现象产生的原因1.Tyndall效应与分散粒子大小，投射光波长有关： 当分散粒直径或pIpHpIH+OH-H+OH-46四、高分子溶液的稳定与破坏四、高分子溶液的稳定与破坏 稳定因素：稳定因素： 均相，热力学稳定均相，热力学稳定 带电带电. . 高度溶剂化高度溶剂化水合膜水合膜( (重要重要) )v改变pH 大多蛋在pI时溶解度最小。v降低水合程度加大量电解质夺H2O （盐析） v有机溶剂v加热（不可逆过程）稳定性破坏(蛋白质沉淀)47盐析：因加大量无机盐使蛋白质从溶液中 沉淀析出的作用称。实质

13、：蛋白质脱水。(无机盐与蛋液 中H2O分子强烈水合，使蛋水 合程度)规律：与离子种类有关。 阴：SO2-4CNS- 阳：NH+4 Li+关于高分子溶液的渗透压、膜平衡和凝胶关于高分子溶液的渗透压、膜平衡和凝胶在此不作详细讨论。在此不作详细讨论。同学们可自己看看同学们可自己看看。4849第四节第四节 表面活性剂和乳状液表面活性剂和乳状液一、一、溶液表面上的吸附溶液表面上的吸附(表面现象表面现象) 产生原因：一定温度下溶液产生原因：一定温度下溶液( (液体液体) )具有一定表面具有一定表面张力，有力图使表面能降低的趋势。张力，有力图使表面能降低的趋势。 若若 溶液表面张力溶液表面张力 溶剂表面张力

14、溶剂表面张力 溶质表面张力溶质表面张力 当当( (剂剂) ) ( (质质) )，则质进入剂后，则质进入剂后， CC表表C C内内产生负吸附。产生负吸附。 当当( (剂剂) ) ( (质质) ) ，则质进入剂后，此物有富集，则质进入剂后，此物有富集表面的趋势达平衡。表面的趋势达平衡。 CC表表 C C内内产生正吸附。产生正吸附。50 2、凡能形成正吸附的物质称表面活性物质 (surface active substance)(surface active substance) 凡能形成负吸附的物质称表面惰性物质 51二、表面活性物二、表面活性物(表面活性剂表面活性剂) 不同溶质水溶液表面张力变化

15、不同溶质水溶液表面张力变化1. NaClNaCl NH NH4 4Cl Cl NaNa2 2SOSO4 4 无机盐，蔗糖，无机盐，蔗糖，甘露醇等多羟基有机物溶于甘露醇等多羟基有机物溶于水使水使, , 表面惰性。表面惰性。 2. 2. 醇、醛、酸、酯绝大多数醇、醛、酸、酯绝大多数有机物溶于使水有机物溶于使水 3. 3. 肥皂及各种合成洗涤剂肥皂及各种合成洗涤剂 ( (含含8 8碳原子以上直链有机酸碳原子以上直链有机酸的金属盐、苯磺酸盐等的金属盐、苯磺酸盐等) ) 进入水使进入水使 （表面活性（表面活性物、表面活性剂物、表面活性剂）52表面活性物的结构特点表面活性物的结构特点能显著降低表面张力的物

16、质称表面活性物。能显著降低表面张力的物质称表面活性物。53两亲性两亲性 极性基团 亲水(亲水头)：-OH，-COOH 非极性基团疏水(亲脂性)：直链或 有侧链的有机烷基： 吸附特点：1.极性部分溶于极性溶剂(水) ，非非(油)2.液液表面定向排列薄膜，(使表面不饱和力场得到某种程度平衡)。54吸附机理分析：吸附机理分析： 当极少量表面活性剂溶入水中，亲水的羧当极少量表面活性剂溶入水中，亲水的羧基端进入水中，而亲脂的长碳氢链端则力图离基端进入水中，而亲脂的长碳氢链端则力图离开水相。若水中肥皂的量不大，它就主要集中开水相。若水中肥皂的量不大，它就主要集中在水的表面定向排列。在水的表面定向排列。 由

17、于表面活性剂的两亲性，它有集中在溶由于表面活性剂的两亲性，它有集中在溶液表面的倾向（或集中在互不相混溶两种液体液表面的倾向（或集中在互不相混溶两种液体的界面，或集中在液体和固体的接触界面），的界面，或集中在液体和固体的接触界面），从而降低表面张力（或界面张力）和系统的自从而降低表面张力（或界面张力）和系统的自由能。由能。 （如下图）（如下图） 55界面吸附界面吸附表面活性剂在界面上的定向排列表面活性剂在界面上的定向排列 56 表面活性物质在生命科学中有表面活性物质在生命科学中有重要的意义。如构成细胞膜的脂重要的意义。如构成细胞膜的脂类（磷酯、糖酯等）以及由胆囊类（磷酯、糖酯等）以及由胆囊分泌的

18、胆汁酸盐都是表面活性物分泌的胆汁酸盐都是表面活性物质质57三、缔合胶体 如果在纯水中加入极少量表面活性剂，它将如果在纯水中加入极少量表面活性剂，它将被吸附在水相表面定向排列形成薄膜。但若加入水被吸附在水相表面定向排列形成薄膜。但若加入水中的表面活性剂达到一定量时，表面活性剂也逐渐中的表面活性剂达到一定量时，表面活性剂也逐渐聚集起来，互相把疏水基靠在一起，形成亲水基朝聚集起来，互相把疏水基靠在一起，形成亲水基朝向水而疏水基在内的直径在胶体分散相粒子大小范向水而疏水基在内的直径在胶体分散相粒子大小范围的缔合体，这种缔合体称为围的缔合体，这种缔合体称为胶束胶束（micellemicelle）( (如

19、如下下图图) )。 由于胶束的形成、减小了疏水基与水的接触由于胶束的形成、减小了疏水基与水的接触面积，从而使系统稳定。面积，从而使系统稳定。由胶束形成的溶液称为由胶束形成的溶液称为缔缔合胶体合胶体。缔合胶体是热力学稳定系统。缔合胶体是热力学稳定系统。58 开始形成胶束时表面活性剂的最低开始形成胶束时表面活性剂的最低浓度称为浓度称为临界胶束浓度临界胶束浓度（critical critical micelle concentrationmicelle concentration，CMCCMC）。表面活）。表面活性剂的临界胶束浓度的数值受温度、表面性剂的临界胶束浓度的数值受温度、表面活性剂的种类、分

20、子缔合程度、溶液的活性剂的种类、分子缔合程度、溶液的pHpH值以及电解质存在的影响。值以及电解质存在的影响。 胶束的形态随表面活性剂的增加可发胶束的形态随表面活性剂的增加可发生变化。生变化。59缔合胶体特点单相，热力学稳定体系60临介胶束浓度临介胶束浓度（critical micelle concentrationcritical micelle concentration，CMCCMC） 单体单体胶束胶束单体单体柱状胶束柱状胶束球状胶束球状胶束板层胶束板层胶束61四、乳状液和乳化作用四、乳状液和乳化作用 乳状液乳状液（emulsion）是以液体为分散相分散在）是以液体为分散相分散在另一种不相

21、溶或部分相溶的液体中所成的粗分散系。另一种不相溶或部分相溶的液体中所成的粗分散系。 乳状液中的分散相颗粒较大，可在一般光学显乳状液中的分散相颗粒较大，可在一般光学显微镜的视野中观察到。微镜的视野中观察到。 1. 概念概念62 将两种不相混溶的液体（油和水）加以剧烈振将两种不相混溶的液体（油和水）加以剧烈振摇，油、水滴就互相分散，但静置一段时间后，两摇，油、水滴就互相分散，但静置一段时间后，两液体即分层，不能得到稳定的乳状液。这是因为液液体即分层，不能得到稳定的乳状液。这是因为液滴分散后，系统的界面滴分散后，系统的界面 能大为增高，当细小液滴相能大为增高，当细小液滴相互碰撞时，会自动结合，使系统

22、的界面能降低。互碰撞时，会自动结合，使系统的界面能降低。 要制得稳定的乳状液，就必须有使乳状液稳定要制得稳定的乳状液，就必须有使乳状液稳定的第三种物质存在。的第三种物质存在。 能增加乳状液稳定性的物质称为能增加乳状液稳定性的物质称为乳化剂乳化剂 ， 乳化剂使乳状液稳定的作用称乳化剂使乳状液稳定的作用称乳化作用乳化作用。常用的乳化剂是一些表面活性剂常用的乳化剂是一些表面活性剂。63 于乳状液中加表面活性剂，表面活性剂的亲于乳状液中加表面活性剂，表面活性剂的亲水基朝向水相，而疏水基朝向油相，表面活性剂水基朝向水相，而疏水基朝向油相，表面活性剂分子在两相界面上作定向排列，其结果不仅降低分子在两相界面上作定向排列，其结果不仅降低了界面张力，而且还在细小液滴周围形成了界面张力，而且还在细小液滴周围形成 一层保一层保护膜，阻止液滴之间聚集合并，使乳状液得以稳护膜，阻止液滴之间聚集合并，使乳状液得以稳定。定。64 乳状液中一相是极性大的物质（水），另一相为乳状液中一相是极性大的物质（水），另一相为极性小的物质，称为油（包括极性小的有机溶剂）极性小的物质，称为油（包括极性小的有机溶剂） 乳状液中的水相以乳状液中的水相以“水水”或或“W”表示；油表示；油相以相以“油油”或或“O”表示。显然，不论是表示。显然，不论是“油油”或或“水水