搜索
第一章1.胶体体系的重要特点之一是具有很大的表面积。通常规定胶体颗粒的大小为1-100nm（直径）2.胶体是物质存在的一种特殊状态，而不是一种特殊物质，不是物质的本性。胶体化学研究对象是溶胶（也称憎液溶胶）和高分子溶液（也称亲液溶胶）。气溶胶：云雾，青烟、高空灰尘液溶胶：泡沫，乳状液，金溶胶、墨汁、牙膏固溶胶：泡沫塑料、沸石、冰淇淋，珍珠、水凝胶、红宝石、合金第二章一．溶胶的制备与净化1.溶胶制备的一般条件：（1）分散相在介质中的溶解度必须极小（2）必须有稳定剂存在2.胶体的制备方法：（1）凝聚法（2）分散法二．溶胶的运动性质1.扩散：过程为自发过程ddddmcDAtx，此为Fick第一扩散定律，式中dm/dt表示单位时间通过截面A扩散的物质数量，D为扩散系数，单位为m2/s，D越大，质点的扩散能力越大扩散系数D与质点在介质中运动时阻力系数f之间的关系为：ARTDNf（AN为阿伏加德罗常数；R为气体常数）若颗粒为球形，阻力系数f=6r（式中，为介质的黏度，r为质点的半径）故16RTDNAr，此式即为Einstein第一扩散公式浓度梯度越大，质点扩散越快；就质点而言，半径越小，扩散能力越强，扩散速度越快。2.布朗运动：本质是分子的热运动现象：分子处于不停的无规则运动中由于布朗运动是无规则的，因此就单个粒子而言，它们向各方向运动的几率是相等的。在浓度高的区域，单位体积的粒子较周围多，造成该区域“出多进少”，使浓度降低，这就表现为扩散。扩散是布朗运动的宏观表现，而布朗运动是扩散的微观基础Einstein认为，粒子的平均位移x与粒子半径r、介质黏度、温度T和位移时间t之间的关系：123ARTtxNr，此式常称为Einstein-Brown位移方程。式中x是在观察时间t内粒子沿x轴方向的平均位移；r为胶粒的半径；为介质的粘度；AN为阿伏加德罗常数。3.沉降溶胶是高度分散体系，胶粒一方面受到重力吸引而下降，另一方面由于布朗运动促使浓度趋于均一。当这两种效应相反的力相等时，粒子的分布达到平衡，粒子的浓度随高度不同有一定的梯度，如图所示。这种平衡称为沉降平衡。三、溶胶的光学性质1.光散射（1）丁达尔效应：以一束强光射入溶胶后，在入射光的垂直方向可以看到一道明亮的光带，被称为丁达尔效应光本质是电磁波，当光波作用到介质中小于光波波长的粒子上时，粒子中的电子被迫振动（其振动频率与入射光波的频率相同）,成为二次波源，向各个方向发射电磁波，这就是散射光波也就是我们看到的散射光。丁达尔效应可以认为是胶粒对光的散射作用的宏观表现。（2）Rayleigh散射定律c为单位体积中质点数，v为单个粒子的体积（其线性大小应远小于入射光波长），为入射光波长，n1、n2分别为分散介质和分散相的折射率①散射光强度与入射光波长的四次方成反比。入射光波长愈短，散射愈显著。所以可见光中，蓝、紫色光散射作用强。②分散相与分散介质的折射率相差愈显著，则散射作用亦愈显著。若n1=n2则无散射现象③散射光强度与单位体积中的粒子数成正比。④散射光强度与粒子体积的平方成正比。在低分子溶液中，散射光极弱，因此利用丁道尔现象可以鉴别溶胶和真溶液。3）溶胶的颜色：溶胶产生各种颜色的主要原因是溶胶中的质点对可见光产生选择性吸收若溶胶对可见光的各部分吸收很弱，且大致相同，则溶胶无色若溶胶能较强的选择性吸收某一波长的光，则透过光该波长的光变弱，就会呈现该波长光的补色光质点对光的吸收主要取决于其化学结构每种分子都有其自己的特征吸收波长，若特征波长在可见光波长范围内，则该物质显色四．溶胶的电学性质和胶团结构1.电动现象及其应用（1）电泳：胶粒颗粒带电，在外电场的作用下，向正极移动，后来发现，任何溶胶中的胶粒都有这样的现象，带负电的胶粒向正极移动，带负电的胶粒向负极移动，这种现象被称为电泳。（2）电渗析：水在外加电场的作用下，通过黏土颗粒间的毛细通道向负极移动的现象称为电渗析。（3）沉降电位，在无外加电场作用下，若使分散相粒子在分散介质中迅速沉降时，使底层与表面层的粒子浓度悬殊，从而产生电势差，这就是沉降电势。这种现象是电泳的逆过程。贮油罐中的油内常会有水滴，水滴的沉降会形成很高的电势差，有时会引发事故。通常在油中加入有机电解质，增加介质电导，降低沉降电势。（4）流动电位若用压力将液体挤过毛细管网或由粉末压成的多孔塞，则在毛细管网或多孔塞的两端会产生电位差，此之谓流动电位，此现象为电渗析的逆过程。在用泵输送原油或易燃化工原料时，要使管道接地或加入油溶性电解质，增加介质电导，防止流动电势可能引发的事故。2.质点表面的电荷的来源223222410221224()2nncVIInn（1）电离：对于可能发生电离的大分子的溶胶而言，则胶粒带电主要是其本身发生电离引起的。蛋白质分子，当它的羧基或胺基在水中解离时，整个大分子就带负电或正电荷。当介质的pH较低时，蛋白质分子带正电，pH较高时，则带负电荷。当蛋白质分子所带的净电荷为零时，这时介质的pH称为蛋白质的等电点。在等电点时蛋白质分子的移动已不受电场影响，它不稳定且易发生凝聚。（2）离子吸附：凡经化学反应用凝聚法制得溶胶，其电荷亦来源于离子吸附。胶粒在形成过程中，胶核优先吸附某种离子，使胶粒带电，如在AgI溶胶的制备过程中，如果AgNO3过量，则胶核优先吸附Ag+离子，使胶粒带正电；如果KI过量，则优先吸附I-离子，胶粒带负电。能和组成质点的离子形成不溶物的离子，最易被质点表面吸附，这个规则通常被称为Fajans规则。（3）晶格取代：黏土晶格中的铝离子往往有一部分被钙离子或镁离子取代，从而使黏土带负电，为维持电中性，必然要吸附某些正离子，这些离子又因水化而离开表面，形成双电层。（4）非水介质中质点带电的原因：当两种不同的物质接触时，相对介电常数D较大的一相带正电，另一相带负电。三、胶团结构胶核、吸附层、胶粒、扩散层、胶团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，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、豆浆等都是负溶胶。胶粒=胶核+被吸附离子+紧密层反离子胶团=胶粒+扩散层反离子当KI过量做稳定剂，[(AgI)mnI–(n-x)K+]x–xK+当AgNon3过量作稳定剂，[(AgI)mnAg+(n-x)NO3–]x+xNO3–五．胶体的稳定性（一）.溶胶的稳定性与DLVO理论1.（1）热力学上为不稳定体系：胶体体系是多相分散体系，有巨大的界面能。（2）动力学上的稳定体系：溶胶粒子较小，布朗运动激烈，因此在重力场中不易沉降，即具有动力学稳定性。（3）聚结稳定性：由于胶团双电层结构的存在，胶粒都带有相同的电荷，相互排斥，故不易聚沉。这是溶胶稳定存在的最重要原因（4）水化膜：在胶团的双电层中反离子都是水化的，因此在胶粒外有一层水化膜，它阻止了胶粒的相互碰撞而导致胶粒结合变大。2.DLVO理论：溶胶在一定条件下是稳定存在还是聚沉，取决于粒子间的相互吸引力和静电斥力。若斥力大于吸引力则溶胶稳定，反之则不稳定。(1)质点间的范德华吸引能胶粒之间的相互作用可看作是分子作用的加和若两个球形粒子体积相等H:两球表面之间的最短距离r:胶粒半径A：Hamaker常数（与物质有关10-19～10-20J)12aArVH在介质中，（2）双电层的排斥能对球形粒子n0:单位体积粒子数ε:介电常数ψ0:粒子表面电势κ:离子氛半径的倒数r:粒子半径H:离子之间的最近距离溶胶稳定理论胶粒之间有相互吸引的能量Va和相互排斥的能量Vr，总作用能为Va+Vr。如图所示：当粒子相距较大时，主要为吸力，总势能为负值；当靠近到一定距离，双电层重叠，排斥力起主要作用，势能升高。要使粒子聚结必须克服这个势垒。3.影响溶胶稳定性的因素（1）外加电解质的影响。这影响最大，主要影响胶粒的带电情况，使电位下降，促使胶粒聚结。（2）浓度的影响。浓度增加，粒子碰撞机会增多。（3）温度的影响。温度升高，粒子碰撞机会增多，碰撞强度增加。（4）胶体体系的相互作用。带不同电荷的胶粒互吸而聚沉。（二）溶胶的聚沉聚沉值：使一定量的溶胶在一定时间内完全聚沉所需电解质的最小浓度。从已知的表值可见，对同一溶胶，外加电解质的离子价数越低，其聚沉值越大。聚沉能力：是聚沉值的倒数。聚沉值越大的电解质，聚沉能力越小；反之，聚沉值越小的电解质，其聚沉能力越强。1.电解质的聚沉作用：质对溶胶稳定性的影响不仅取决于其浓度，还与离子价有关。在离子浓度相同时，离子价越高，聚沉能力越大，聚沉值越小。聚沉能力主要决定于胶粒带相反电荷的离子的价数。聚沉值与异电性离子价数的六次方成反比，这就是Schulze-Hardy规则。2．带相反电荷的离子就是价数相同，其聚沉能力也有差异。相同价数离子的聚沉能力不同：胶粒带负电的溶胶，一价阳离子硝酸盐的聚沉能力次序为：H+Cs+Rb+NH4+K+Na+Li+Li+半径最小，水化能力最强，水化半径最大，故聚成能力最小；带正电的胶粒，一价阴离子的钾盐的聚沉能力次序为：F-Cl-Br-NO3-I-SCN-，种次序称为感胶离子序（lyotropicseries)。3.有机化合物的离子都有很强的聚沉能力，这可能与其具有强吸附能力有关。2()AAA质点介质200264exp()rnkTVH0020211zekTzekTee4．与胶体带相反电荷的离子相同时，则另一同性离子的价数也会影响聚沉值，价数愈高，聚沉能力愈低。这可能与这些同性离子的吸附作用有关5.溶胶的相互聚沉:将两种电性不同的溶胶混合，可以发生相互聚沉作用。但仅在这两种溶胶的数量达到某一比例时才发生完全聚沉，否则可能不发生聚沉或聚沉不完全。第三章1.所有新形成的都含有大量的液体（液体含量通常在95%以上）所含液体为水的凝胶称为水凝胶，所有水凝胶外表相似，呈半固体状，无流动性。一定浓度的溶胶或大分子化合物的真溶液在放置过程中自动形成凝胶的过程称为胶凝。在新形成的水凝胶中，不仅分散相（搭成网结）是连续相，分散介质（水也是连续相），这是凝胶的主要特征。2.凝胶的分类（1）弹性凝胶：由柔性的线性大分子物质形成的凝胶。这类凝胶的干胶在水中加热溶解后，在冷却过程中便胶凝成凝胶。此凝胶经脱水干燥又成干胶，并可如此反复下去，说明这一过程是完全可逆的，故又称为可逆凝胶。（2）非弹性凝胶：由刚性质点溶胶所形成的凝胶。在吸收或脱除溶剂后刚性凝胶的骨架基本不变，所以体积也无明显变化这类凝胶脱水干燥再置水中加热一般不形成原来的凝胶，更不能形成产生此凝胶的溶胶，因此，此类凝胶也称为不可逆凝胶。二．凝胶的形成1.凝胶形成的条件：（1）降低溶解度，使被分散相的物质从溶液中以“胶体分散状态”析出。（2）析出的质点既不沉降也不能自由行动，而是构成骨架，在整个溶液中形成连续的网状结构。2.凝胶形成的方法（1）改变温度，降低温度，质点因碰撞相互连结而形成凝胶。（2）加入非溶剂，在Ca(Ac)2的饱和水溶液中加入酒精中，制成凝胶。（3）加入盐类在亲水性较大和粒子形状不对称的溶胶中，加入适量的电解质可形成凝胶。（4）化学反应，利用化学反应生成不溶物时，如果条件合适也可以形成凝胶。不溶物形成凝胶的条件是（1）在产生不溶物的同时生成大量的小晶体；(2)晶粒的形状以不对称的为好，这样有利于形成骨架。三．凝胶的结构1.结构分类（1）球形质点相互联结，由质点联成的链排成三维的网架（2）棒状或片状质点搭成的网架（3）线性大分子构成的凝胶，在骨架中一部分分子链有序排列构成微晶区（4）线性大分子因化学交联而形成凝胶2.凝胶结构间的区别主要表现在质点的形状、质点的刚性或柔性和质点之间联结的特殊方式。（1）质点的形状：质点形状对形成凝胶所需的最低浓度值有明显的影响。形状越不对称，所需的浓度越低。（2）质点的刚性或柔性：柔性大分子通常形成弹性凝胶，而刚性质点形成非弹性凝胶，这两类凝胶的许多性质都不一样。（3）网状结构中质点联结的性质①靠质点间