胶体化学-绪论-第一章

1、绪论绪论什么是胶体？什么是胶体？ 实验：将一把泥土放入水中实验：将一把泥土放入水中一杯泥土一杯泥土泥沙泥沙+浑浊的小土粒浑浊的小土粒（底部）（底部） 土中的盐类土中的盐类形成真溶液形成真溶液既不下沉、也不溶解的既不下沉、也不溶解的极为微小的土壤颗粒极为微小的土壤颗粒称为胶体颗粒；含胶体称为胶体颗粒；含胶体颗粒的体系称为胶体颗粒的体系称为胶体体系体系可见：胶体是一个具可见：胶体是一个具有巨大相有巨大相界面的分散体系界面的分散体系胶体的定义胶体的定义1100nm100nm胶体体系胶体体系粗分散体系粗分散体系真溶液真溶液直径为直径为10nm的球形质点，当质点总体积为的球形质点，当质点总体积为1cm3

2、时，其面积为时，其面积为 600m21861年，英国科学家年，英国科学家Thomas Graham提出胶提出胶体体（colloid）概念）概念扩散慢；不能透过半透膜扩散慢；不能透过半透膜 液溶胶液溶胶：分散介质为液体：分散介质为液体 灭火泡沫（灭火泡沫（GL）；墨水（）；墨水（SL） 固溶胶固溶胶：分散介质为固体：分散介质为固体 泡沫塑料（泡沫塑料（GS）；珍珠（）；珍珠（LS）；有色玻）；有色玻璃（璃（SS） 气溶胶气溶胶：分散介质为气体：分散介质为气体 雾（雾（LG）；烟尘（）；烟尘（SG）胶体的分类胶体的分类胶体化学的发展简史胶体化学的发展简史 祖先制造陶器、汉朝利用纤维造纸、后汉发明墨

3、祖先制造陶器、汉朝利用纤维造纸、后汉发明墨水、豆腐制作等等水、豆腐制作等等 古埃及利用木材浸水膨胀来破裂山岩古埃及利用木材浸水膨胀来破裂山岩 1777年瑞典化学家做木炭吸附气体的实验年瑞典化学家做木炭吸附气体的实验 1809年俄国化学家发现土粒的电泳现象年俄国化学家发现土粒的电泳现象 1829年英国植物学家年英国植物学家BROWN观察花粉的布朗运动观察花粉的布朗运动胶体化学的发展简史胶体化学的发展简史1861年胶体化学作为一门学科，创始年胶体化学作为一门学科，创始人英国科学家人英国科学家Thomas Graham1907年年 第一本胶体化学专门刊物第一本胶体化学专门刊物胶胶体化学和工业杂志体化

4、学和工业杂志创刊；（胶体化学创刊；（胶体化学真正作为一门独立学科）真正作为一门独立学科）胶体化学的研究对象和意义胶体化学的研究对象和意义为什么自然界中液滴、气泡总是圆形的？为什为什么自然界中液滴、气泡总是圆形的？为什么气泡比液滴更容易破裂？么气泡比液滴更容易破裂？思考：与胶体界面现象相关的几个问题思考：与胶体界面现象相关的几个问题毛细现象为什么会产生？毛细现象为什么会产生？人工降雨依据什么原理？人工降雨依据什么原理？为什么会产生液体过热现象？加入沸石为为什么会产生液体过热现象？加入沸石为什么能消除过热现象？什么能消除过热现象？ 水在玻璃上能铺展，水银在玻璃上却形成液滴水在玻璃上能铺展，水银在玻

5、璃上却形成液滴,为什么？为什么？活性碳为什么可以做防毒面具？冰箱除臭剂？活性碳为什么可以做防毒面具？冰箱除臭剂？在参观面粉厂时在参观面粉厂时,不能穿带铁钉的鞋，为什么？不能穿带铁钉的鞋，为什么？土壤为什么能将水份保存起来土壤为什么能将水份保存起来?如何抑制沙漠地带水的蒸发如何抑制沙漠地带水的蒸发?洗衣粉为什么有去污作用洗衣粉为什么有去污作用?明矾为什么能净水明矾为什么能净水?江河出口处为什么形成三角洲江河出口处为什么形成三角洲?怎样除烟去尘怎样除烟去尘? 一些涉及胶体和表面化学的实例一些涉及胶体和表面化学的实例 分析化学中的吸附指示剂、色谱等分析化学中的吸附指示剂、色谱等 物理化学中的成核作用

6、、过饱和、液晶等物理化学中的成核作用、过饱和、液晶等 生物化学和分子生物学中的电泳、膜现象生物化学和分子生物学中的电泳、膜现象 化学制造中的催化剂、洗涤剂、润滑剂、化学制造中的催化剂、洗涤剂、润滑剂、粘合剂、农药粘合剂、农药 环境科学中的气溶胶、泡沫、污水处理、环境科学中的气溶胶、泡沫、污水处理、 材料科学中陶瓷制品、水泥、涂料等材料科学中陶瓷制品、水泥、涂料等 日用品中的牛奶、豆浆等日用品中的牛奶、豆浆等 石油工业中的油品回收、乳化石油工业中的油品回收、乳化现代胶体科学的研究内容分散体系分散体系分散体系的形成与稳定分散体系的形成与稳定光学性能、流变性能光学性能、流变性能智能流体、电磁流变体智

7、能流体、电磁流变体界面现象界面现象润湿、吸附、界面润湿、吸附、界面电现象、界面双电层电现象、界面双电层结构结构有序组合体有序组合体纳米材料纳米材料生物膜、仿生膜、溶液中的有序分生物膜、仿生膜、溶液中的有序分子组合体子组合体中国胶体与界面化学的发展中国胶体与界面化学的发展 1954年年 傅鹰院士（北京大学）傅鹰院士（北京大学） 中国胶体化学的奠基人之一中国胶体化学的奠基人之一 1955年年 戴安邦院士（南京大学）戴安邦院士（南京大学） 中国有了第一批胶体化学毕业生中国有了第一批胶体化学毕业生 20世纪世纪90年代以前，只有北京大学、南京大年代以前，只有北京大学、南京大学、山东大学、华东师范大学有

8、胶体学、山东大学、华东师范大学有胶体界面界面化学的研究机构化学的研究机构 1983年在北京大学召开全国第一届胶体与界年在北京大学召开全国第一届胶体与界面化学会议，面化学会议，2002年在山东大学召开第九届年在山东大学召开第九届全国会议。全国会议。O返回2022-6-26 把一种或几种物把一种或几种物质分散在另一种物质质分散在另一种物质中就构成分散体系。中就构成分散体系。其中，其中，被分散的物质被分散的物质称为分散相称为分散相（dispersed phase），），另一种物质称为分散另一种物质称为分散介质介质（dispersing medium)。例如：云，牛奶，珍珠例如：云，牛奶，珍珠O返回2

9、022-6-26分类体系通常有三种分类方法：分类体系通常有三种分类方法：分子分散体系分子分散体系胶体分散体系胶体分散体系粗分散体系粗分散体系按分散相粒子的大小分类：按分散相粒子的大小分类：按分散相和介质的聚集状态分类：按分散相和介质的聚集状态分类：液溶胶液溶胶固溶胶固溶胶气溶胶气溶胶按胶体溶液的稳定性分类：按胶体溶液的稳定性分类： 憎液溶胶憎液溶胶亲液溶胶亲液溶胶O返回2022-6-261.分子分散体系分子分散体系 分散相与分散介质以分子或离子形式彼此混溶，分散相与分散介质以分子或离子形式彼此混溶，没有界面，是没有界面，是均匀的单相均匀的单相，分子半径大小在，分子半径大小在10-9 m以以下下

10、 。通常把这种体系称为真溶液，如。通常把这种体系称为真溶液，如CuSO4溶液。溶液。2.胶体分散体系胶体分散体系 分散相粒子的半径在分散相粒子的半径在109 m106 m之间的体系。之间的体系。目测是均匀的，但实际是多相不均匀体系。目测是均匀的，但实际是多相不均匀体系。3.粗分散体系粗分散体系 当分散相粒子大于当分散相粒子大于106 m,目测是混浊不均匀体系，目测是混浊不均匀体系，放置后会沉淀或分层，如黄河水。放置后会沉淀或分层，如黄河水。O返回2022-6-261.液溶胶液溶胶 将液体作为分散介质所形成的溶胶。当分散将液体作为分散介质所形成的溶胶。当分散相为不同状态时，则形成不同的液溶胶：相

11、为不同状态时，则形成不同的液溶胶：A.液液-固溶胶固溶胶 如油漆，如油漆，AgI溶胶溶胶B. .液液- -液溶胶液溶胶 如牛奶，石油原油等乳状液如牛奶，石油原油等乳状液C. .液液- -气溶胶气溶胶 如泡沫如泡沫O返回2022-6-262.固溶胶固溶胶 将固体作为分散介质所形成的溶胶。当分散相为将固体作为分散介质所形成的溶胶。当分散相为不同状态时，则形成不同的固溶胶：不同状态时，则形成不同的固溶胶：A.固固-固溶胶固溶胶 如有色玻璃，不完全互溶的合金如有色玻璃，不完全互溶的合金B. .固固- -液溶胶液溶胶 如珍珠，某些宝石如珍珠，某些宝石C. .固固- -气溶胶气溶胶 如泡沫塑料，沸石分子筛

12、如泡沫塑料，沸石分子筛O返回2022-6-263.气溶胶气溶胶 将气体作为分散介质所形成的溶胶。当分散相为将气体作为分散介质所形成的溶胶。当分散相为固体或液体时，形成气固体或液体时，形成气-固或气固或气-液溶胶，液溶胶，但没有但没有气气-气溶胶气溶胶，因为不同的气体混合后是单相均一，因为不同的气体混合后是单相均一体系，不属于胶体范围体系，不属于胶体范围.A.气气-固溶胶固溶胶 如烟，含尘的空气如烟，含尘的空气B. .气气- -液溶胶液溶胶 如雾，云如雾，云O返回2022-6-261.憎液溶胶憎液溶胶 半径在半径在109 m106 m之间的难溶物固体粒子之间的难溶物固体粒子分散在液体介质中，有很

13、大的相界面，易聚沉，分散在液体介质中，有很大的相界面，易聚沉，是是热力学上的不稳定体系。热力学上的不稳定体系。 一旦将介质蒸发掉，再加入介质就无法再形一旦将介质蒸发掉，再加入介质就无法再形成溶胶，是成溶胶，是 一个不可逆体系，如氢氧化铁溶胶、一个不可逆体系，如氢氧化铁溶胶、碘化银溶胶等。碘化银溶胶等。 这是胶体分散体系中主要研究的内容。这是胶体分散体系中主要研究的内容。O返回2022-6-262.亲液溶胶亲液溶胶 半径落在胶体粒子范围内（半径落在胶体粒子范围内（ 109 m106 m ）的大分子溶解在合适的溶剂中，一旦将溶剂蒸发，大的大分子溶解在合适的溶剂中，一旦将溶剂蒸发，大分子化合物凝聚，

14、再加入溶剂，又可形成溶胶，分子化合物凝聚，再加入溶剂，又可形成溶胶，亲液亲液溶胶是热力学上稳定、可逆的体系。溶胶是热力学上稳定、可逆的体系。O返回2022-6-26（1）特有的分散程度）特有的分散程度 粒子的大小在粒子的大小在10-910-6 m之间，因而扩散较慢，不能透之间，因而扩散较慢，不能透过半透膜，渗透压低但有较强的动力稳定性过半透膜，渗透压低但有较强的动力稳定性 和乳光现象。和乳光现象。（2）多相不均匀性多相不均匀性 具有纳米级的粒子是由许多离子或分子聚结而成，结构具有纳米级的粒子是由许多离子或分子聚结而成，结构复杂，有的保持了该难溶盐的原有晶体结构，而且粒子大小复杂，有的保持了该难

15、溶盐的原有晶体结构，而且粒子大小不一，与介质之间有明显的相界面，比表面很大。不一，与介质之间有明显的相界面，比表面很大。（3）热力学不稳定性热力学不稳定性 因为粒子小，比表面大，表面自由能高，是热力学不因为粒子小，比表面大，表面自由能高，是热力学不稳定体系，有自发降低表面自由能的趋势，即小粒子会自稳定体系，有自发降低表面自由能的趋势，即小粒子会自动聚结成大粒子。动聚结成大粒子。O返回2022-6-26 形成憎液溶胶的形成憎液溶胶的必要条件必要条件是：是： （1 1）分散相的溶解度要小；分散相的溶解度要小； （2 2）还必须有稳定剂存在，否则胶粒易聚结而还必须有稳定剂存在，否则胶粒易聚结而 聚沉

16、。聚沉。 O返回2022-6-26 胶粒的结构比较复杂，先有一定量的难溶物分子胶粒的结构比较复杂，先有一定量的难溶物分子聚结形成胶粒的中心，称为聚结形成胶粒的中心，称为胶核胶核； 然后胶核选择性的吸附稳定剂中的一种离子，形然后胶核选择性的吸附稳定剂中的一种离子，形成紧密吸附层；由于正、负电荷相吸，在紧密层外形成紧密吸附层；由于正、负电荷相吸，在紧密层外形成反号离子的包围圈，从而形成了带与紧密层相同电成反号离子的包围圈，从而形成了带与紧密层相同电荷的荷的胶粒胶粒；胶粒与扩散层中的反号离子，形成一个电中性的胶粒与扩散层中的反号离子，形成一个电中性的胶团胶团。O返回2022-6-26 胶核吸附离子是

17、有选择性的，首先吸附与胶核胶核吸附离子是有选择性的，首先吸附与胶核中相同的某种离子，用同离子效应使胶核不易溶解。中相同的某种离子，用同离子效应使胶核不易溶解。 若无相同离子，则首先吸附水化能力较弱的负若无相同离子，则首先吸附水化能力较弱的负离子，所以自然界中的胶粒大多带负电，如泥浆水、离子，所以自然界中的胶粒大多带负电，如泥浆水、豆浆等都是负溶胶。豆浆等都是负溶胶。 O返回2022-6-26例例1 1：AgNO3 + + KIKNO3 + + AgI 过量的过量的 KI 作稳定剂作稳定剂 胶团的结构表达式胶团的结构表达式 ： (AgI)m n I (n-x)K+x xK+ |_| |_|胶核胶

18、粒（带负电）胶团（电中性）胶核胶核胶粒胶粒胶团胶团胶团的图示式：胶团的图示式：O返回2022-6-26例例2 2：AgNO3 + + KIKNO3 + + AgI 过量的过量的 AgNO3 作稳定剂作稳定剂 胶团的结构表达式：胶团的结构表达式： 胶核胶核胶粒胶粒胶团胶团 胶团的图示式：胶团的图示式：O返回2022-6-26 作为憎液溶胶基本质点的胶粒作为憎液溶胶基本质点的胶粒并非都是球形并非都是球形，而胶粒的形状对胶体性质有重要影响。而胶粒的形状对胶体性质有重要影响。 质点为球形的，流动性较好；若为带状的，质点为球形的，流动性较好；若为带状的，则流动性较差，易产生则流动性较差，易产生触变现象触

19、变现象。O返回2022-6-26例如：（例如：（1 1）聚苯乙烯胶乳是球形质点）聚苯乙烯胶乳是球形质点（2 2） V2 2O5 5 溶胶是带状的质点溶胶是带状的质点（3 3） Fe(OH)3 溶胶是丝状的质点溶胶是丝状的质点O返回2022-6-261100nm离子、分子离子、分子凝聚凝聚（有新相生成）（有新相生成）粗粒子粗粒子分散分散（比表面增加）（比表面增加）溶胶的制备与净化u溶胶的制备溶胶的制备O返回2022-6-26溶胶的制备溶胶的制备 （1 1）分散法分散法 1 1. .研磨法研磨法 2. 2.胶溶法胶溶法 3. 3.超声波分散法超声波分散法 （2 2）凝聚法凝聚法 1. 1.化学凝聚

20、法化学凝聚法 2. 2.物理凝聚法物理凝聚法溶胶的净化溶胶的净化 （1 1）渗析法）渗析法（2 2）超过滤法）超过滤法O返回2022-6-26 制备溶胶必须使分散相粒子的大小落在胶体分制备溶胶必须使分散相粒子的大小落在胶体分散体系的范围之内，并加入适当的稳定剂。制备方散体系的范围之内，并加入适当的稳定剂。制备方法大致可分为两类：法大致可分为两类： （1 1）分散法分散法 用机械、化学等方法使固体的粒子变小。用机械、化学等方法使固体的粒子变小。 （2 2）凝聚法凝聚法 使分子或离子聚结成胶粒使分子或离子聚结成胶粒O返回2022-6-26用这两种方法直接制出的粒子称为用这两种方法直接制出的粒子称为

21、原级粒子。原级粒子。 视具体制备条件不同，这些粒子又可以视具体制备条件不同，这些粒子又可以聚集成较大的聚集成较大的次级粒子次级粒子。 通常所制备的溶胶中粒子的大小不是均一通常所制备的溶胶中粒子的大小不是均一的，是一个的，是一个多级分散体系多级分散体系。O返回2022-6-261 1. .研磨法研磨法 用机械粉碎的方法将固体磨细。用机械粉碎的方法将固体磨细。 这种方法适用于脆而易碎的物质，对于柔这种方法适用于脆而易碎的物质，对于柔韧性的物质必须先硬化后再粉碎。例如，将废韧性的物质必须先硬化后再粉碎。例如，将废轮胎粉碎，先用液氮处理，硬化后再研磨。轮胎粉碎，先用液氮处理，硬化后再研磨。 胶体磨的形

22、式很多，其分散能力因构造和胶体磨的形式很多，其分散能力因构造和转速的不同而不同。转速的不同而不同。O返回2022-6-26盘式胶体磨盘式胶体磨O返回2022-6-26转速约每分钟转速约每分钟1万万 2万转。万转。 A为空心转轴，与为空心转轴，与C盘相连，盘相连，向一个方向旋转，向一个方向旋转，B盘向另一方盘向另一方向旋转。向旋转。 分散相、分散介质和稳定剂分散相、分散介质和稳定剂从空心轴从空心轴A A处加入，从处加入，从C盘与盘与B盘盘的狭缝中飞出，用两盘之间的应的狭缝中飞出，用两盘之间的应切力将固体粉碎，可得切力将固体粉碎，可得17 m左右左右的粒子。的粒子。 O返回2022-6-26 胶溶

23、法胶溶法又称又称解胶法解胶法，仅仅是将新鲜的凝聚胶粒重，仅仅是将新鲜的凝聚胶粒重新分散在介质中形成溶胶，并加入适当的稳定剂。新分散在介质中形成溶胶，并加入适当的稳定剂。 这种稳定剂又称这种稳定剂又称胶溶剂胶溶剂。根据胶核所能吸附的离。根据胶核所能吸附的离子而选用合适的电解质作胶溶剂。子而选用合适的电解质作胶溶剂。 这种方法一般用在化学凝聚法制溶胶时，为了将这种方法一般用在化学凝聚法制溶胶时，为了将多余的电解质离子去掉，先将胶粒过滤，洗涤，然后多余的电解质离子去掉，先将胶粒过滤，洗涤，然后尽快分散在含有胶溶剂的介质中，形成溶胶。尽快分散在含有胶溶剂的介质中，形成溶胶。 O返回2022-6-26例

24、如：例如：AgCl (新鲜沉淀）新鲜沉淀） AgCl(溶胶）溶胶）AgNOKCl3加或 Fe(OH)3（新鲜沉淀）新鲜沉淀） Fe(OH)3 ( (溶胶）溶胶）3FeCl加O返回2022-6-26 3 3. .超声分散法超声分散法 这种方法目前只用来制备乳状液。这种方法目前只用来制备乳状液。 如图所示，将分散相和分如图所示，将分散相和分散介质两种不混溶的液体放在散介质两种不混溶的液体放在样品管样品管4 4中。样品管固定在变压中。样品管固定在变压器油浴中。器油浴中。 在两个电极上通入高频电在两个电极上通入高频电流，使电极中间的石英片发生流，使电极中间的石英片发生机械振荡，使管中的两个液相机械振荡

25、，使管中的两个液相均匀地混合成乳状液。均匀地混合成乳状液。 O返回2022-6-26超声分散法超声分散法O返回2022-6-26 1 1. .化学凝聚法化学凝聚法 通过各种化学反应使生成物呈通过各种化学反应使生成物呈过饱和过饱和状态，状态，使初生成的难溶物微粒结合成使初生成的难溶物微粒结合成胶粒胶粒，在少量稳定，在少量稳定剂存在下形成剂存在下形成溶胶溶胶，这种稳定剂一般是某一过量，这种稳定剂一般是某一过量的反应物。例如：的反应物。例如：A. .复分解反应制硫化砷溶胶复分解反应制硫化砷溶胶 2H3AsO3（稀）稀）+ 3H2S As2S3（溶胶）溶胶）+6H2OB.水解反应制氢氧化铁溶胶水解反应

26、制氢氧化铁溶胶 FeCl3 （稀）稀）+3H2O （热）热） Fe(OH)3 （溶胶）溶胶）+3HClO返回2022-6-26 C. .氧化还原反应制备硫溶胶氧化还原反应制备硫溶胶 2H2S( (稀）稀）+ SO2( (g) ) 2H2O +3S ( (溶胶）溶胶） Na2S2O3 +2HCl 2NaCl +H2O +SO2 +S ( (溶胶）溶胶） E.离子反应制氯化银溶胶离子反应制氯化银溶胶 AgNO3（稀）稀）+ KCl（稀）稀） AgCl ( (溶胶）溶胶） +KNO3D.还原反应制金溶胶还原反应制金溶胶 2HAuCl4( (稀）稀）+ 3HCHO +11KOH 2Au( (溶胶）溶胶

27、）+3HCOOK + 8KCl + 8H2O O返回2022-6-26 2. 2.物理凝聚法物理凝聚法 A. . 更换溶剂法更换溶剂法 利用物质在不同溶剂中溶解度的显著差别来制利用物质在不同溶剂中溶解度的显著差别来制备溶胶，而且两种溶剂要能完全互溶。备溶胶，而且两种溶剂要能完全互溶。 例例1 1. .松香易溶于乙醇而难溶于水，将松香的乙醇溶松香易溶于乙醇而难溶于水，将松香的乙醇溶液滴入水中可制备松香的水溶胶液滴入水中可制备松香的水溶胶 。 例例2 2. .将硫的丙酮溶液滴入将硫的丙酮溶液滴入90左右的热水中，丙酮左右的热水中，丙酮蒸发后，可得硫的水溶胶。蒸发后，可得硫的水溶胶。O返回2022-6-26例图：例图：O返回2022-6-26 在制备溶胶的过程中，常生成一些多余的电解质，在制备溶胶的过程中，常生成一些多余