第八章 胶体教材

1、教学内容与过程教学内容与过程一一 分散体系及其分类分散体系及其分类1 分散体系分散体系：一种或几种物质分散在另一种物质中所形成一种或几种物质分散在另一种物质中所形成的体系叫分散体系。的体系叫分散体系。 被分散物质叫被分散物质叫分散相分散相；起分散作用物质叫；起分散作用物质叫分散介质分散介质。2 分散系的分类分散系的分类(1) 按分散度分类（分散相粒子大小）按分散度分类（分散相粒子大小） a 粗分散体系粗分散体系 悬浮体、乳状液悬浮体、乳状液 10-7m b 胶体分散体系胶体分散体系 溶胶溶胶 10-7m 10-9m c 分子分散体系分子分散体系 溶液溶液 0)或上浮或上浮(0( -)g0F14

2、33r g：重力加速度重力加速度阻滞力阻滞力F2： F26rv ：介质粘度介质粘度 v：粒子运动速度粒子运动速度重力沉降速度公式：重力沉降速度公式：( -)g0v =2r29（r 0：(2) 重力沉降平衡与高度分布重力沉降平衡与高度分布沉降平衡沉降平衡：当溶胶粒子下降所产生的浓度梯度被扩散：当溶胶粒子下降所产生的浓度梯度被扩散作用所补偿时体系处于的平衡状态称为沉降平衡。作用所补偿时体系处于的平衡状态称为沉降平衡。dhc2h2c1h1溶胶粒子高度分布F扩RTcLdcdh= -每个粒子向上的扩散力：每个粒子向上的扩散力：向下的下沉重力：向下的下沉重力：( -)g0F1433r体系沉降扩散平衡时：体

3、系沉降扩散平衡时：RTcLdcdh=( -)g0433r-RTLdh=( -)g0433rdLnc积分：积分：RTL(h2-h1)=( -)g0433rLnc2c14 超离心力场下的沉降（阅读）超离心力场下的沉降（阅读）高度分布公式为：高度分布公式为：RTL(h2-h1)=( -)g0433rc2c1exp.四四 溶胶的光学性质溶胶的光学性质 1 丁达尔现象：在暗室内用一束光线照射溶胶时，在侧丁达尔现象：在暗室内用一束光线照射溶胶时，在侧面可以看到一个发亮的光柱，此现象称为丁达尔现象。面可以看到一个发亮的光柱，此现象称为丁达尔现象。 丁达尔效应的实质是丁达尔效应的实质是溶胶粒子对光的散射作用溶

4、胶粒子对光的散射作用(散射散射是指除入射光方向外是指除入射光方向外,四面八方都能看到发光的现象四面八方都能看到发光的现象)，它是溶胶的重要性质之一。它是溶胶的重要性质之一。2 雷利公式雷利公式3 光的吸收光的吸收4 粒子大小的测定粒子大小的测定（阅读）（阅读）丁达尔效应：丁达尔效应：散射光的强度：散射光的强度：（1 1）随离子浓度的增加而增加；）随离子浓度的增加而增加；（2 2）随粒子体积的加大而显著增强；）随粒子体积的加大而显著增强；（3 3）入射光的波长愈短，散射光强度也就愈强；）入射光的波长愈短，散射光强度也就愈强；（4 4）分散相与分散介质的折射率相差越大，散射分散相与分散介质的折射率

5、相差越大，散射作用越显著。作用越显著。 1 电动现象：由于胶粒是带电的电动现象：由于胶粒是带电的, 所以在电场作用下所以在电场作用下, 或在或在外加压力、自身重力下流动、沉降时产生外加压力、自身重力下流动、沉降时产生电动现象电动现象，表现出，表现出溶胶粒子的运动与电性能之间的性质。溶胶粒子的运动与电性能之间的性质。 电泳电泳在外加电场作用下在外加电场作用下,带电的分散相粒子在分散介质带电的分散相粒子在分散介质中向相反符号电极移动的现象中向相反符号电极移动的现象。 电渗电渗在外加电场作用下，分散介质在外加电场作用下，分散介质(由过剩反离子所携带由过剩反离子所携带)通过通过多孔膜或极细的毛细管移动

6、的现象多孔膜或极细的毛细管移动的现象(此时带电的固相不动此时带电的固相不动)。 流动电势流动电势在外加压力下，迫使液体流经相对静止的固体表面在外加压力下，迫使液体流经相对静止的固体表面（如多空膜）而产生的电势差（如多空膜）而产生的电势差叫流动电势。叫流动电势。 沉降电势沉降电势由于固体粒子或液滴在分散介质中沉降使液体的表由于固体粒子或液滴在分散介质中沉降使液体的表面层与底层之间产生的电势差面层与底层之间产生的电势差叫沉降电势。叫沉降电势。五五 溶胶的电学性质溶胶的电学性质 2 溶胶粒子表面电荷的来源溶胶粒子表面电荷的来源 (1) 电离作用电离作用 (2) 吸附作用吸附作用 法金斯规则：溶胶粒子

7、优先吸附与自身有相同成分的离子。法金斯规则：溶胶粒子优先吸附与自身有相同成分的离子。 (3) 晶格取代晶格取代 (4) 摩擦带电摩擦带电4 电泳测定（阅读）电泳测定（阅读）3 双电层理论（阅读）双电层理论（阅读） 六六 胶体的稳定性胶体的稳定性 1 胶团结构胶团结构 以以AgNO3溶液滴加至溶液滴加至KI溶液中形成的溶液中形成的AgI溶胶为例。溶胶为例。若若 KI过量，固体微粒优先吸附与其自身有相同元素的离过量，固体微粒优先吸附与其自身有相同元素的离子子,即即I-,故溶胶的胶团结构可表示为故溶胶的胶团结构可表示为:(AgI)mnI-(n-x)K+.x-K+x胶核吸附层扩散层胶粒胶团(带电)(中

8、性)2 溶胶的稳定性与聚沉溶胶的稳定性与聚沉(1) 溶胶的稳定性溶胶的稳定性 a 动力学稳定性：溶胶粒子具有强烈的布朗运动，以致胶动力学稳定性：溶胶粒子具有强烈的布朗运动，以致胶粒不因重力作用下沉。粒不因重力作用下沉。 影响溶胶动力学稳定性的因素有影响溶胶动力学稳定性的因素有分散度、介质粘度分散度、介质粘度等。等。b 胶粒带电的稳定作用胶粒带电的稳定作用 胶粒具有足够大的胶粒具有足够大的电势是溶胶稳定的主要原因。电势是溶胶稳定的主要原因。c 溶剂化的稳定作用溶剂化的稳定作用溶胶稳定存在的原因：溶胶稳定存在的原因： 溶胶的动力学稳定性溶胶的动力学稳定性胶粒带电产生的静电斥力胶粒带电产生的静电斥力

9、离子溶剂化引起的机械阻力离子溶剂化引起的机械阻力反离子对溶胶的聚沉起主要作用，聚沉值与反离子价数有关：反离子对溶胶的聚沉起主要作用，聚沉值与反离子价数有关： 聚沉值比例聚沉值比例=M+、M2+、M3+（舒尔茨哈迪规则）（舒尔茨哈迪规则） (2) 溶胶的聚沉溶胶的聚沉1 电解质的聚沉作用电解质的聚沉作用聚沉值：聚沉值：使一定量溶胶在一定时间内完全聚沉时所需电解使一定量溶胶在一定时间内完全聚沉时所需电解质的最低浓度，以质的最低浓度，以mol.L-1表示。常用来衡量不同电解质对溶表示。常用来衡量不同电解质对溶胶的聚沉能力。胶的聚沉能力。聚沉值越小，聚沉能力越大。聚沉值越小，聚沉能力越大。聚沉聚沉：溶

10、胶分散度降低，分散相颗粒变大，最后从介质中：溶胶分散度降低，分散相颗粒变大，最后从介质中沉淀析出的现象。沉淀析出的现象。 a 反离子的大小反离子的大小感胶离子序：感胶离子序：聚沉能力：一价正电反离子聚沉能力：一价正电反离子 H+Cs+Rb+NH4+K+Na+Li+ 一价负电反离子一价负电反离子 F-IO3-H2PO4-BrO3-Cl-ClO3-Br- I- CNS- b 同号离子的影响同号离子的影响 同号离子可以降低反离子的聚沉能力，规律是同号离同号离子可以降低反离子的聚沉能力，规律是同号离子的价数越高或离子越大，它对溶胶的稳定性越显著。子的价数越高或离子越大，它对溶胶的稳定性越显著。 c 不

11、规则聚沉不规则聚沉不规则聚沉是溶胶粒子对高价反离子强烈吸附的结果。不规则聚沉是溶胶粒子对高价反离子强烈吸附的结果。 d 相互聚沉现象相互聚沉现象 将两种带相反电荷的溶胶相互混合时会发生聚沉，这将两种带相反电荷的溶胶相互混合时会发生聚沉，这 种现象称为相互聚沉现象，电菏全部中和时聚沉最完全种现象称为相互聚沉现象，电菏全部中和时聚沉最完全 2 大分子化合物对溶胶的保护作用和敏化作用大分子化合物对溶胶的保护作用和敏化作用 a 保护作用：保护作用： 在溶胶中加入在溶胶中加入足够数量足够数量的明胶、蛋白质的明胶、蛋白质等大分子化合物，因大分子吸附在胶粒表面上，提高了等大分子化合物，因大分子吸附在胶粒表面

12、上，提高了溶胶对分散介质的亲合力，增加了溶胶的稳定性，即使溶胶对分散介质的亲合力，增加了溶胶的稳定性，即使加入少量电解质也不至于引起聚沉。加入少量电解质也不至于引起聚沉。b 敏化作用：如果在溶胶中加入的大分子化合物的敏化作用：如果在溶胶中加入的大分子化合物的量量很少很少，不足以将胶粒表面完全覆盖，则不仅起不到保护，不足以将胶粒表面完全覆盖，则不仅起不到保护作用，反而会降低溶胶的稳定性，甚至发生聚沉。作用，反而会降低溶胶的稳定性，甚至发生聚沉。 3 溶胶的稳定理论溶胶的稳定理论 DLVO理论要点：理论要点： a 胶团之间既存在着斥力势能，同时也存在着吸力势能；胶团之间既存在着斥力势能，同时也存在

13、着吸力势能； b 胶体系统的相对稳定性或聚沉取决于斥力势能和吸力胶体系统的相对稳定性或聚沉取决于斥力势能和吸力势能的相对大小；势能的相对大小； c 斥力势能、吸力势能及总势能都随粒子间距离的变化斥力势能、吸力势能及总势能都随粒子间距离的变化而变化，但由于变化趋势不同，会出现在某一距离范围而变化，但由于变化趋势不同，会出现在某一距离范围内吸力势能占优势，而在另一范围内斥力势能占优势的内吸力势能占优势，而在另一范围内斥力势能占优势的现象现象(见下图见下图)； d 胶体系统中加入电解质，对吸力势能影响不大，对斥胶体系统中加入电解质，对吸力势能影响不大，对斥力势能影响很明显，故调整电解质的浓度，可以得

14、到相力势能影响很明显，故调整电解质的浓度，可以得到相对稳定的胶体。对稳定的胶体。E=ER+EA，随着随着X缩小，在第二最低势能处所发生的粒子缩小，在第二最低势能处所发生的粒子的聚集称为絮凝的聚集称为絮凝(可逆可逆)，此后，此后E值增大直至值增大直至EMAX，只有两只有两胶粒通过热运动积聚的动能能够克服这一势垒时，才能够胶粒通过热运动积聚的动能能够克服这一势垒时，才能够出现第一最低势能，在此处发生粒子间的聚沉出现第一最低势能，在此处发生粒子间的聚沉(不可逆不可逆)。第一最低势能第一最低势能第二最低势能第二最低势能练习练习: 1:以下说法对吗以下说法对吗?1): 溶胶在热力学和动力学上都是稳定系统

15、。溶胶在热力学和动力学上都是稳定系统。 2): 溶胶和真溶液一样是均相系统。溶胶和真溶液一样是均相系统。 3): 溶胶是憎液胶体溶胶是憎液胶体,而大分子溶液是亲液胶体。而大分子溶液是亲液胶体。 4): 有无丁达尔效应是溶胶和分子分散系统的主要区别之一。有无丁达尔效应是溶胶和分子分散系统的主要区别之一。1): 溶胶的三个基本特征是溶胶的三个基本特征是_；大分子溶液的主要特征是大分子溶液的主要特征是_。 2:填空题填空题:2): 溶胶的动力学性质包括溶胶的动力学性质包括_ _ _。 3): 布朗运动的实质是布朗运动的实质是_。七七 乳状液、泡沫和气溶胶乳状液、泡沫和气溶胶 1 乳状液乳状液 一种或

16、几种液体分散在另一种与之不相溶的一种或几种液体分散在另一种与之不相溶的液体中形成的分散体系称为乳状液。属于粗分散体系。液体中形成的分散体系称为乳状液。属于粗分散体系。 种类种类 分散相分散相 分散介质分散介质 水包油型水包油型(O/W) 油油 水水 油包水型油包水型(W/O) 水水 油油 复乳复乳(O/W/O)(W/O/W) 乳状液乳状液 油或水油或水(1) 乳化剂及其稳定作用乳化剂及其稳定作用 a 乳化剂乳化剂 亲水性乳化剂亲水性乳化剂O/W 亲油性乳化剂亲油性乳化剂W/O b 稳定作用稳定作用 降低界面张力降低界面张力 形成界面膜形成界面膜 形成双电层形成双电层 固体粉末的稳定作用固体粉末

17、的稳定作用(2) 乳状液的破坏乳状液的破坏 a 电解质破乳电解质破乳 如如NaCl、NaOH b 通过改变乳化剂的类型破乳通过改变乳化剂的类型破乳 c 通过破坏保护膜破乳通过破坏保护膜破乳 d 通过破坏乳化剂破乳通过破坏乳化剂破乳 (3) 微乳状液微乳状液 分散相：分散相：810-9 810-8微乳状液微乳状液乳状液乳状液不不同同点点透明或半透明液体透明或半透明液体热力学稳定体系热力学稳定体系(离心不分离离心不分离)水、油、乳化剂、辅助剂水、油、乳化剂、辅助剂(成份成份)乳白色不透明液体乳白色不透明液体热力学不稳定体系热力学不稳定体系(久置分层久置分层)水、油、乳化剂水、油、乳化剂 (成份成份

18、)相相同同点点类型：类型：W/O O/W微乳状液与乳状液的异同点微乳状液与乳状液的异同点2泡沫泡沫 泡沫是气体分散在液体中形成的体系。泡沫是气体分散在液体中形成的体系。 发泡剂：降低表面张力，形成具有一定表面粘度和机发泡剂：降低表面张力，形成具有一定表面粘度和机 械强度的膜。械强度的膜。 (1) 泡沫的形成泡沫的形成 (2) 泡沫的稳定性泡沫的稳定性 泡沫表面的修复作用泡沫表面的修复作用 表面粘度表面粘度 表面电荷表面电荷 (3) 削泡与削泡剂削泡与削泡剂 削泡：物理削泡法削泡：物理削泡法 化学削泡法化学削泡法八八 大分子化合物结构（大分子化合物结构（P337）大分子化合物：真溶液，热力学稳定

19、体系大分子化合物：真溶液，热力学稳定体系大分子化合物的结构特点大分子化合物的结构特点分子量：分子量：104106 结构：结构：线型线型 支链型支链型 体型体型3气溶胶气溶胶 气溶胶指的是分散介质是气体的分散体系，粒子大小气溶胶指的是分散介质是气体的分散体系，粒子大小110-4 110-7m。削泡剂：好的削泡剂应满足以下要求削泡剂：好的削泡剂应满足以下要求 a 必须是表面活性物质必须是表面活性物质 b 铺展系数大铺展系数大 c 溶解度小溶解度小 d 必须是惰性物质必须是惰性物质特性特性溶胶溶胶大分子溶液大分子溶液小分子溶液小分子溶液分散相大小分散相大小分散相存在单元分散相存在单元扩散速度扩散速度

20、半透膜半透膜溶液体系溶液体系与溶剂亲合力与溶剂亲合力热力学特性热力学特性稳定性稳定性渗透压渗透压粘度粘度对电解质对电解质丁达尔效应丁达尔效应10-7 10-9m许多分子组成的胶粒许多分子组成的胶粒慢慢不能透过不能透过多相体系多相体系小小不平衡体系不平衡体系不符合相律不符合相律热力学不稳定体系热力学不稳定体系小小小小(与分散介质相似与分散介质相似)很敏感很敏感强强10-7 10-9m单分子单分子慢慢不能透过不能透过单相体系单相体系大大平衡体系平衡体系符合相律符合相律热力学稳定体系热力学稳定体系大大大大不太敏感不太敏感微弱微弱10-9m单分子单分子快快能透过能透过单相体系单相体系大大平衡体系平衡体

21、系符合相律符合相律热力学稳定体系热力学稳定体系大大小小(与溶剂相似与溶剂相似)不敏感不敏感微弱微弱三种溶液性质的比较三种溶液性质的比较大分子电解质溶液大分子电解质溶液大分子电解质溶液：具有可电离基团，在水溶液中可以大分子电解质溶液：具有可电离基团，在水溶液中可以 电离成带电离子的大分子化合物。电离成带电离子的大分子化合物。分类：阳离子型、阴离子型、两性型分类：阳离子型、阴离子型、两性型电性：高电荷密度：分子链上带电基团电性：高电荷密度：分子链上带电基团 (高密度相同电荷高密度相同电荷) 之间具有相互排斥作用。之间具有相互排斥作用。 高度水化：亲水基水化层高度水化：亲水基水化层 疏水基水化层疏水

22、基水化层 pH对水溶液中蛋白质电荷的影响对水溶液中蛋白质电荷的影响 等电点等电点：蛋白质链上：蛋白质链上NH3+与与COO-基数目相等时这基数目相等时这时蛋白质处于等电状态，该时蛋白质处于等电状态，该pH值称为蛋白质的等电点。值称为蛋白质的等电点。 电泳现象电泳现象（见（见p353）唐南平衡唐南平衡膜内膜外Na+R-Cl-c1c2c1膜平衡前平衡后Na+c1c2膜内膜外Na+R-Cl-c1c2膜Na+xCl-x-x c2-x唐南平衡示意图唐南平衡唐南平衡(唐南效应唐南效应)：因大分子离子的存在而导致小分子离因大分子离子的存在而导致小分子离子在半透膜两边分布不均匀的现象。子在半透膜两边分布不均匀的现象。（见（见p355）唐南平衡的条件：唐南平衡的条件： 体系渗透平衡时，体系渗透平衡时，(x+c1).x=(c2-x)2x=c22c1+2c2平衡时膜两边平衡时膜两边NaCl浓度之比为：浓度之比为： NaCl.内内NaCl.外外(a Na+ . aCl-)内内 (aNa+ . aCl-)外外RTlna NaCl.内内 RTlna NaCl.外外a NaCl.内内