第一章溶液和胶体 第三节.ppt

1、胶体,云,分散质：水滴（液） 分散剂：空气（气）,是否为胶体？,烟,分散质：灰尘颗粒（固） 分散剂：空气（气）,是否为胶体？,盐 酸,分散质：氯化氢气体（气） 分散剂：水（液）,L,是否为胶体？,晨雾,烟,白云,认识几种常见胶体,烟水晶,有色玻璃,发展简史：,胶体科学的形成，早期可追朔到陶瓷制造、造纸以及豆腐、墨汁、颜料等生活文化的制作。,1856年， Faraday首次由氯化金水溶液还原制得红宝石色的金溶胶；,1809年，俄国化学家Pecc发现土粒的电泳现象；,1829年，英国植物学家Brown观察到花粉的布朗运动；,1861年，英国科学家Thomas Graham系统研究多种物质的扩散过程

2、，首先提出了胶体的概念。他发现如蛋白、阿拉伯树胶、明胶等不能通过半透膜；用滲析方法制备出普鲁士蓝水溶胶；,1869年，发现了Tyndall效应,可区别溶胶及溶液；,1903年，德国科学家Zsigmondy发明了超显微镜，肯定溶胶的一个根本问题体系的多相性，从而明确了胶体化学是界面化学。,1907年，德国化学家Ostwald创办胶体化学和工业杂志胶体化学正式成为一门独立的学科。,1941年，前苏联的德查金(Derjaguin B V)和朗道(Landau L D)以及1948年荷兰的维韦(Werwey E J W）和奥佛比克(Overbeek J T G)胶体稳定性的DLWO理论。从70年代起，

3、对高分子稳定胶体的研究逐渐成为热点，其中以斯喀金(Scheutjens J M)和费里(Fleer G J)以及德让(de Gennes P G)等的统计力学理论引人注目，但有待继续完善。,近年来，随着实验测试手段的不断提高，如超离心机、光散射、X射线、多种电子显微镜、红外线以及多种能谱等的应用，使得胶体和表面化学在微观方面的研究发展很快。,广泛应用：,胶体的应用范围遍及生命现象(血液、各种凝胶、细胞膜)、材料(泡沫塑料、水泥、陶瓷、橡胶) 、食品(牛奶、慢头、面包各种饮料中香料的乳化、乳制品、冰激凌)、能源(稠油乳化开采、乳化及破乳、油品的降粘降凝输送等)、环境(烟雾、水净化、污水处理、除尘

4、)、日用品(洗涤剂、化妆品)等各领域。,1、定义：一种或一种以上的物质分散到 另一种物质中所得到的混合物,分散质：被分散的物质,分散剂：能分散分散质的物质,一、分散系,溶液、悬（乳）浊液、胶体,（其中分散成微粒的物质）,（微粒分散在其中的物质）,2、分散系的分类,本质依据分散质微粒直径大小,10-9nm,( 1nm),10-9nm-10-7nm,（1 100 nm）,10-7nm,（100 nm）, 1nm,1 100 nm,100 nm,单个分子或离子,分子集合体或有机高分子,大量分子集合体,能,能,不能,能,不能,不能,稳定,较稳定,不稳定,【小结】：三种分散系的比较,二、胶体,分散质微粒

5、的直径大小在1nm-100nm（10-9-10-7m )之间的分散系叫做胶体,1. 定义：,注：胶体的分散质又称胶粒。,练习,下列分散系中，分散质微粒直径最大的是（ ） A 雾 B 石灰乳 C 氢氧化铁胶体 D 淀粉溶液,B,石灰乳的化学式为Ca(OH)2俗称熟石灰或消石灰，白色固体，微溶于水，其水溶液常称为石灰水,2. 胶体的分类:,Fe(OH)3 AgI胶体,淀粉胶体,雾、云、烟,有色玻璃,Fe(OH)3 AgI胶体,Fe(OH)3 不是沉淀吗？为何是Fe(OH)3胶体？,温故知新 铁的氧化物,化学式,颜色,FeO,Fe2O3,Fe3O4,状态,黑色粉末,红棕色粉末,黑色晶体,三种氧化物归

6、类,碱性氧化物,Fe3O4,磁性氧化物,FeO,Fe2O3,铁的氢氧化物,FeO是一种 ，与之对应的水化物 是,Fe2O3是一种 ，与之对应的水化物 是,碱性氧化物,碱性氧化物,Fe(OH)2,Fe(OH)3,碱,碱,碱性氧化物对应的水化物是碱,碱的通性与酸反应,Fe(OH)3 +3HCl= FeCl3+3H2O,Fe(OH)2 + 2HCl= FeCl2+ 2H2O,离子方程式？,氢氧化铁、氢氧化亚铁的制备,分组实验,A组：FeCl3溶液和 NaOH 溶液 ？,B组：FeSO4溶液和 NaOH 溶液 ？,Fe(OH)3,Fe(OH)2,观察反应中 颜色变化,实验结果,A组,红褐色沉淀,Fe3

7、+3OH-=Fe(OH)3 ,实验结果,B组,这是因为白色的氢氧化亚铁很快被空气里的氧气氧化，最终氧化成为红褐色的氢氧化铁。,4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3,Fe2+2OH-=Fe(OH)2,讨论探究,讨论探究怎样制取白色的氢氧化亚铁沉淀,氧气存在？,怎样除O2？,关键：除O2,探究结果,采取措施,目的,结果,煮沸NaOH溶液,除去溶解在溶液中的O2,在溶液上方滴加石蜡油,防止空气中的氧气再溶解在溶液中,得到白色的Fe(OH)2沉淀,更多改进方案，查阅资料！,课堂小结,Fe(OH)3,Fe(OH)2,颜色、状态,红褐色沉淀,白色絮状沉淀,与酸反应,Fe(OH)3 + 3H+

8、=Fe3+3H2 O,Fe(OH)2 + 2H+ = Fe2+ 2H2O,稳定性,较稳定,不稳定，极易被空气中的O2氧化成Fe(OH)3,注：胶体不是一类物质，而是几乎任何物质都可能形成的一种分散状态。如：NaCl溶于水形成溶液，如果分散在酒精中则可形成胶体。,练习：用特殊方法把固体物质加工到纳米级(1nm100nm，1nm=10-9m)的超细粉末粒子，然后制得纳米材料。下列分散系中的分散质的粒子直径和这种粒子具有相同数量级的是 ( ) A、溶液 B、悬浊液 C、胶体 D、乳浊液,c,三、胶体的结构,图 胶体构造示意图,胶团,胶粒,扩散层,胶核,吸附层,注：胶体的分散质又称胶粒。,电位离子,反

9、离子,扩散层,胶团边界,滑动面,胶粒,吸附层,胶核,电位,电位,胶体的结构,阳离子浓度,阴离子浓度,胶团结构,溶胶具有扩散双电层结构,Cl,Cl,Cl,Cl,Cl,Cl,FeO,FeO,FeO,FeO,FeO,FeO,FeO,FeO,Cl,Cl,电位离子,反离子,反离子,例1,胶核 胶粒 胶团 吸附层 扩散层,NO3,NO3,NO3,NO3,NO3,NO3,NO3,NO3,NO3,NO3,NO3,NO3,(AgI)m,Ag +,Ag +,Ag +,Ag +,Ag +,Ag +,Ag +,Ag +,Ag +,Ag +,Ag +,Ag +,AgI 胶团示意图,胶团结构,如在稀KI溶液中缓慢加入少量

10、AgNO3稀溶液, 得到AgI溶胶(负溶胶), 过剩的KI则起稳定剂的作用.,固态微粒更易于吸附那些构成该固态微粒的元素的离子, 这样有利于胶核的进一步长大. 在同一个溶胶中, 每个固体微粒所含分子个数 m及其所吸附的离子个数 n 都不一定是相等的. 整个胶团是电中性的, 总电荷数应为零, n = ( nx ) + x,如在AgNO3稀溶液中缓慢加入少量KI 稀溶液, 得到AgI溶胶(负溶胶), 过剩的AgNO3则起稳定剂的作用.,胶团结构,1、胶体双电层的基本概念,中心称为胶核，其表面选择性地吸附了一层带有同号电荷的离子（可以是胶核的组成物直接电离产生的，也可以是从水中选择吸附的H+或OH-

11、造成的），成为胶体的电位离子。 由于电位离子的静电引力，在其周围又吸附了大量的异号离子，胶粒表面的电荷与其周围的离子层构成了胶体的 “双电层”。,胶核,在胶核同周围介质的界面区域就形成所谓双电层，内层是胶核固相的电位离子层，外层是液相中的反离子层。,胶核,这些异号离子，其中紧靠电位离子的部分被牢固的吸引着，当胶核运动时，它也随着一起运动，形成固定的离子层，称为吸附层。而其它的异号离子，距离电位离子较远，受到的引力较弱，不随胶核一起运动，并有向水中扩散的趋势，形成了扩散层。 吸附层与扩散层之间的交界面称为滑动面。,2. 胶体的吸附层和扩散层,胶核表面拥有电位离子，吸附了一部分可随微拉移动、紧附在

12、固体表面的反离子，称为束缚反离子，共同组成吸附层。剩余部分的反离子由于热运动和液体溶剂化作用而向外扩散，当微粒运动时，其中绝大部分可与固体表面脱开而与液体一起运动，它们包围着吸附层，形成了扩散层，称它们为白由反离子。,胶体制备的方法：,直接分散：例如蛋白质胶体、淀粉胶体,研磨法：如研墨得到墨汁,四、胶体的制备,原理：使分散质粒子大小在1nm 100nm之间,物理方法,思考：淀粉胶体的胶体粒子带电吗？,淀粉为有机高分子，非电解质,化学方法,水解法,注意：不能过度加热，以免出现Fe(OH)3胶体凝聚。,红褐色,FeCl3溶液中存在微弱的水解,生成极少量的Fe(OH)3 ,加热, 加大水解程度, 使

13、Fe(OH)3聚集成较大颗粒 胶体,条件：,饱和FeCl3溶液、沸水,思考： 生成的盐酸（酸）和氢氧化铁（碱）是不是会发生中和反应 ？ 如果是，氢氧化铁胶体又如何幸存下来呢？为何不用饱和Fe2(SO4)3溶液？,首先,水解反应是很微弱的,然后,盐酸是挥发性酸,加热时会挥发,这也是为什么不用硫酸铁而用氯化铁的原因,如果是硫酸铁 ，等到硫酸浓度升高会失败,注意：不能过度加热，以免出现Fe(OH)3胶体凝聚。,红褐色,FeCl3溶液中存在微弱的水解,生成极少量的Fe(OH)3 ,加热, 加大水解程度, 使Fe(OH)3聚集成较大颗粒 胶体,条件：,饱和FeCl3溶液、沸水,问答：Fe(OH)3胶体胶

14、核吸附的为何是FeO离子?,注意胶体是不带电的,胶粒可以带电.氢氧化铁胶体：胶体粒子吸附溶液中的离子而带电,当吸附了正离子时,胶体粒子荷正电,吸附了负离子则荷负电.不同情况下胶体粒子容易吸附何种离子,与被吸附离子的本性及胶体粒子表面结构有关.法扬斯规则表明：与胶体粒子有相同化学元素的离子优先被吸附.在制备氢氧化铁胶体的实验中,操作是向沸水中加入FeCl3溶液,由于Fe3+的水解,使溶液显酸性,溶液中的OH浓度较小,溶液中部分Fe(OH)3和HCl起反应：Fe(OH)3+HCl=FeOCl+2H2O FeOCl电离为：FeOCl=FeO+Cl FeO是与Fe(OH)3组成类似的离子,所以被优先吸

15、附使Fe(OH)3胶粒带正电；如果在碱性环境下,则可吸附OH带负电.由此,我们常说的氢氧化铁胶体带正电,是由于制备胶体的实验过程的特殊性决定的,而非氢氧化铁胶体一定带正电.,复分解法,AgNO3+KI=AgI（胶体）+KNO3,注意：浓度控制，浓度过大会生成沉淀,逐滴滴加，同时要不断振荡。,胶体较为稳定，但是长时间放置之后也会出现沉淀。所以胶体通常现配现用。,浅黄色,自主学习,胶体有哪些性质及应用？,丁达尔现象、电泳、聚沉、渗析,布朗运动,（胶体）,（溶液）,五、胶体的性质,1、丁达尔效应(光学性质) 实验：光束分别通过Fe（OH）3胶体和CuSO4溶液，观察现象。,现象：一束光通过胶体时，从

16、侧面可观察到胶体里产生一条光亮的“通路”。,uSO4溶液 Fe(OH)3胶体,早晨的阳光射入森林的美丽景象,(自然界的丁达尔现象),原因：胶粒直径大小与光的波长相近,胶粒对 光有散射作用；而溶液分散质的粒子太 小，不发生散射。,应用：鉴别胶体和溶液。,练习:不能发生丁达尔现象的分散系是（ ） A、碘酒 B、无水酒精 C、蛋白质溶液 D、钴玻璃,A B,丁达尔效应：由于胶体粒子对光线散射而形成的光亮的通路。 丁达尔效应是区分胶体与溶液的一种常用物理方法。,普遍存在的现象,2、 布朗运动,在超显微镜下观察胶体溶液可以看到胶体颗粒不断地作无规则的运动。,(动力学性质),对应训练 下列关于胶体的说法正

17、确的是（ ） A 胶体外观不均匀 B 胶体不能通过滤纸 C 胶体不停地做无规则运动 D 胶体不稳定静置后容易产生沉淀,C,胶体粒子由于做布朗运动而使它们不容易聚集成质量较大的颗粒而沉降下来。这是胶体相对稳定的因素之一。,其实最主要的因素是因为胶体粒子可以通过吸附而带有电荷。同种胶体粒子的电性相同，它们之间相互排斥阻碍胶体粒子变大，使它们不易聚沉。,当颗粒表面带有电荷，在颗粒-溶液界面上即产生扩散双电层。当它们互相接近，两个双电层相互重叠，即产生静电斥力,颗粒间的静电斥力使颗粒互相远离，有利于稳定,胶粒间的静电斥力,在外加电场作用下, 胶体粒子在分散剂里向电极 (阴极或阳极) 作定向移动的现象,

18、 叫做电泳,Fe(OH)3胶体向阴极 移动带正电荷,3、 电泳和电渗,电泳实验：证明胶粒带电,（电学性质）,3、 电泳和电渗,（电学性质）,原因：由于胶核有相对较大的表面积，具有很强的吸附性，可以吸附胶体中的离子而带同种电荷。当胶粒带正电荷时向阴极运动，当胶粒带负电荷时向阳极运动。,应用：静电除尘；电泳电镀，利用电泳将油漆、 乳胶、橡胶等粒子均匀地沉积在镀件上。,注：胶体的胶粒有的带电，有电泳现象；有的不带电，没有电泳现象。,3、 电泳和电渗,（电学性质）,重要胶粒带电的一般规律:,胶粒带同种电荷，相互间产生排斥作用，不易结合成更大的沉淀微粒，这是胶体具有稳定性的主要因素。,思考：为什么胶体较

19、稳定，不会形成沉淀呢？,在陶瓷工业上常遇到因陶土里混有Fe2O3而影响产品质量的问题。解决方法之一是把这些陶土和水放在一起搅拌，使粒子大小在1nm100nm之间，然后插入两根电极，接通直流电源，这时阳极聚积 ， 阴极聚积 ，理由 是 。,例题,带负电荷的胶粒（粒子陶土）,带正电荷的胶粒（Fe2O3),含有杂质的陶土和水形成了胶体，利用电泳将 陶土和杂质分离除杂,思考：如何分离胶体和溶液？,（半透膜：只能容许某些分子或离子通过的薄膜）,一定时间之后， 烧杯中能够检测出的是： 检测不出的是：,盛有淀粉胶体和食盐溶液的半透膜浸在蒸馏水中,氯化钠,淀粉,3、 电泳和电渗,（电学性质）,利用半透膜把胶体

20、中混有的离子或分子从胶体溶液里分离的操作，叫做渗析。 其原理为胶体微粒不能透过半透膜，而溶液中的分子和离子能透过半透膜。,应用：分离和提纯胶体,如人工肾 部分替代肾病患者排泄功能的体外血液渗析设备，通过渗析可除去血液中的代谢废物如尿素、尿酸等,3、 电泳和电渗,（电学性质）,有时为加快速度，还可加电场做电渗析。接通电源，溶胶中的正负离子分别向带异电的电极移动，可较快除去溶胶中过多的电解质。,所用半透膜：铜氨膜、醋酸纤维素膜等,电滲析示意图,3、 电泳和电渗,（电学性质）,练习 为了除去蛋白质溶液中混入的 氯化钠，可以采取的方法是（ ） A 过滤 B蒸发结晶 C 渗析 D 加入硝酸银溶液,C,4

21、、胶体的聚沉,要使胶体凝聚成沉淀，就要减少或消除胶粒吸附的同种电荷。,Q1：胶体为什么能够稳定存在？ 胶粒带同种电荷,Q2：如何破坏胶体的稳定状态？,定义：当通过某种手段，使胶体微粒聚集 成较大的微粒，从而使分散质粒子 直径增大，当大于100nm时，在重 力作用下形成沉淀析出,思考：胶体聚沉是物理过程还是化学过程呢？,应用：明矾净水；土壤保肥；豆浆变豆腐； 肥皂水制肥皂；沙洲的形成；血液 透析；使用微波手术刀进行外科手 术等,豆腐脑,豆浆里加盐卤(MgCl26H2O)或石膏(CaSO42H2O)溶液使之凝聚成豆腐；,我们吃的果冻,长江入海口泥沙沉积在江河与海的交汇处形成的三角洲。,生活中的有色

22、玻璃，,实例： 浑浊的井水中加入少量石灰能使水变澄清； 豆浆里加盐卤(MgCl26H2O)或石膏(CaSO42H2O)溶液使之凝聚成豆腐； 在江河与海的交汇处形成的沙洲。,(1)加入强电解质,由于电解质可以电离出阴阳离子，可以中和胶体粒子所带的电荷，使粒子聚集成大颗粒而沉淀下来。电解质所带的电荷越多则使胶体聚沉效果越好。,(2)加入胶粒带相反电荷的胶体,带不同电荷的胶体微粒相互吸引发生电性中和，从而发生凝聚，形成沉淀。,实验：将Fe(OH)3胶体与硅酸胶体混合 现象：形成大量的沉淀. 结论：Fe(OH)3胶粒与H2SiO3胶粒带相反电荷.,实例：用明矾、氯化铁等净水；不同种类的墨水混合使用时有沉淀产生，堵塞笔孔。 注：带电荷数越多，效果越好。,(3)加热,胶粒碰撞增多 温度升高 离子吸附力减弱 （电荷运动快，不易吸附）,实例：淀粉溶液加热后凝聚成了浆糊凝胶，蛋清加热后凝聚成了白色胶状物。,练习:下列事实：用盐卤点豆腐 用明矾净水 河海交汇处可沉积沙洲 钢笔使用两种不同颜色的墨水，易出现堵塞。其中与胶体知识有关的是 （ ） A、 B、 C、 D、全部都是,D,三、胶体的应用,农业生产:土壤的保肥作用.土壤里许多物质如粘土,腐殖质等常以胶体形式存在. 医疗卫生:血液透析,血清纸上电泳,利用电泳分离各种氨基酸和蛋白质