第二章胶体案例

第二章胶体分散系第一节胶体——高度分散的系统第二节溶胶第三节高分子化合物溶液第四节表面现象和表面活性剂学习要求掌握分散系的分类掌握溶胶的性质、胶团的结构、溶胶相对稳定的因素及溶胶的聚沉熟悉高分子溶液及其对溶胶的保护作用熟悉表面活性剂及液体表面上的吸附了解凝胶、表面张力、表面能、乳状液等概念及性质相：物理和化学性质完全相同的部分均相系统多相系统不同的相之间存在界面第一节胶体——高度分散的系统分散系：把一种或几种物质分散在另一种物质中所形成分散相：被分散的物质分散介质：容纳分散相的物质根据分散相粒子大小分类分散相粒子大小分散系类型分散相粒子性质实例＜1nm溶液小分子或离子均相、稳定系统、分散相粒子扩散快NaCl水溶液等1～100nm胶体分散系溶胶胶粒非均相、亚稳定系统、分散相粒子扩散较慢Fe(OH)3溶胶等高分子溶液高分子均相、稳定系统、分散相粒子扩散慢蛋白质溶液等＞100nm粗分散系粗分散粒子非均相、不稳定系统、易聚沉或分层泥浆、乳汁等从胶体观点而言，整个人体就是一个典型的胶体系统，人的皮肤、肌肉、血液和毛发等都是胶体系统。药物制备、使用和保管过程中应用到大量胶体方面的知识。胶体和晶体不是不同的两类物质，而是物质的两种不同的存在状态。胶体是一种高度分散的系统第二节溶胶溶胶特征高度分散性多相体系，热力学不稳定具有相对稳定性（动力学）溶胶的分散相粒子是由大量原子、离子或分子组成的聚集体，在分散相与分散介质之间存在着相界面，形成高度分散的多相亚稳定系统。溶胶的制备用物理破碎的方法使大颗粒物质分散成胶粒；用化学反应使分子或离子聚集成胶粒。例如：将FeCl3溶液缓慢滴加到沸水中，反应为FeCl3+3H2O→Fe(OH)3+3HCl产物为多个Fe(OH)3分子聚集在一起的聚合体，形成透明的红褐色溶胶（一）光学性质——丁铎尔现象(Tyndalleffect)在暗室或黑暗背景下，用一束强光照射在溶胶上，从光束的垂直方向观察，可以清晰地看到一条光带，称为丁铎尔现象(Tyndalleffect)一、溶胶的性质左边是溶胶，右边不是溶胶树林中的丁铎尔现象光通过颗粒直径略小于其波长的物质时，发生散射Tyndall效应可以作为判别溶胶与分子溶液的最简便的方法。（二）溶胶的动力学性质布朗运动溶胶粒子时刻处于无规则的运动状态，因而表现出扩散、渗透、沉降等与溶胶粒子大小及形状等属性相关的运动特性，称为动力学性质超显微镜下可观察到溶胶粒子不停地做无规则的布朗运动。因为介质分子不断碰撞这些粒子，碰撞的合力不断改变其运动方向和位置，成为无规则的运动溶胶粒子因布朗运动而自发地从高浓度区域向低浓度区域扩散，从而使溶胶粒子不易下沉。（三）电学性质——电泳（electrophoresis）用惰性电极在溶胶两端施加直流电场，可观察到胶粒向某一电极方向运动。这种在直流电场作用下，溶胶粒子在介质中的定向运动称为电泳胶粒带正电荷的溶胶称正溶胶胶粒带负电荷的溶胶称负溶胶电泳实验说明溶胶粒子是带电的，由电泳的方向可以判断胶粒所带电荷的性质胶粒在形成过程中，胶核优先吸附与胶核中组成相似的某种离子，使胶粒带电。胶核表面分子的解离使胶粒带电。Fe(OH)3+HClFeOCl+2H2OFeOClFeO++Cl-H2SiO3HSiO3-+H+HSiO3-SiO32-+H+胶粒带电的原因二、胶团结构[(Fe(OH)3]m胶核吸附层扩散层胶粒胶团{[Fe(OH)]m·nFeO+·(n-x)Cl-}x+·xCl-胶核吸附层胶粒扩散层胶团FeO+FeO+FeO+FeO+FeO+FeO+FeO+FeO+FeO+FeO+FeO+FeO+FeO+FeO+FeO+FeO+FeO+FeO+FeO+FeO+FeO+FeO+Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-双电层胶团结构中带电荷的部分：胶粒、吸附层、扩散层{[Fe(OH)]m·nFeO+·(n-x)Cl-}x+·xCl-胶核吸附层胶粒扩散层胶团胶团结构中不带电荷的部分：胶核、胶团胶体溶液不带电荷！双电层用AgNO3和KI制备AgI溶胶，KI过量时，AgI胶团结构示意图及胶团结构的简式：{(AgI)m·nI-·(n-x)K+}x-·xK+(AgI)mI-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+用AgNO3和KI制备AgI溶胶，AgNO3过量时，AgI胶团结构示意图及胶团结构的简式：{(AgI)m·nAg+·(n-x)NO3-}x+·xNO3-(AgI)mAg+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+NO3-NO3-NO3-NO3-NO3-NO3-NO3-NO3-NO3-NO3-NO3-NO3-例：将0.05mol·L-1AgNO3的溶液10mL与0.02mol·L-1KI溶液20mL混合，所形成溶胶的胶团和胶粒分别带()（A）正电荷负电荷（B）负电荷正电荷（C）电中性正电荷（D）电中性负电荷（C）电中性正电荷三、溶胶的相对稳定性和聚沉（一）溶胶的相对稳定性1、胶粒的带同种性质的电荷2、水化膜的保护作用3、胶粒的布朗运动（二）溶胶的聚沉(coagulation)胶粒在一定条件下聚集成较大颗粒而沉降的现象叫聚沉。聚沉的方法：1、电解质对溶胶的聚沉作用原因：电解质中的反离子破坏了溶胶的双电层结构2、加热聚沉（热运动破坏吸附层和离子的溶剂化作用导致聚沉）3、溶胶的相互聚沉作用聚沉值：使一定量溶胶在一定时间内完全聚沉所需电解质的最低浓度(mmol·L-1)聚沉值越小，电解质的聚沉能力越强反离子化合价愈高，聚沉能力愈大As2S3（负溶胶）NaCl51CaCl20.65AlCl30.093AgI（负溶胶）NaNO3140Ca(NO3)22.40Al(NO3)30.067Al2O3（正溶胶）KCl46K2SO40.30K3[Fe(CN)6]0.08单位：mmol·L-1例：将0.01mol·L-1AgNO3溶液与0.10mol·L-1KI溶液等体积混合制备AgI溶胶，使之发生聚沉时，所需电解质体积最少的是（浓度均为0.1mol/L）：A.K2SO4B.Al(NO3)3C.MgCl2D.K3[Fe(CN)6]E.NaClB.Al(NO3)3例题为使10.0mL某溶胶聚沉，需加入AlCl310.5mmol，或MgSO40.031mmol，或Na3PO40.0012mmol。⑴计算各电解质的聚沉值。⑵指出哪种电解质的聚沉能力最大，哪种最小。⑶指出该溶胶胶粒的带电符号。Na3PO4聚沉能力最大，AlCl3聚沉能力最小溶胶胶粒带正电第三节高分子溶液(macromolecularsolution)高分子化合物(polymer)指相对分子质量大于1万的化合物高分子化合物在液态的分散介质中形成的单相分子、离子分散系统称为高分子化合物溶液。高分子化合物溶液的分散粒径在1～100nm的胶体分散系范围内，所以也有一些胶体分散系共有的性质。高分子化合物溶液和溶胶的性质比较性质高分子化合物溶液溶胶分散相颗粒特征粒径1～100nm；粒径1～100nm；通透性不能透过半透膜不能透过半透膜扩散速度慢慢分散相组成单个水合分子均匀分散胶团由胶核与吸附层、扩散层组成均一性单相系统多相系统稳定性稳定系统不稳定系统粘度大小外加电解质离子的影响不敏感，加入大量造成盐析敏感，加入少量引起聚沉一、高分子溶液对溶胶的保护作用高分子化合物分子将溶胶胶粒包裹起来，在胶粒表面形成保护膜，削弱了胶粒聚集的可能性*人体结石的形成：血浆中微溶性盐MgCO3、Ca3(PO4)2等无机盐浓度比水中高近5倍，是因为它们在血液中以溶胶形式存在，血液中的蛋白质对其起保护作用。当发生某些疾病时，血液中蛋白质减少，微溶性盐类便沉淀出来，在某些器官内形成结石。第四节表面现象和表面活性剂表面现象：一个相的表面分子和内部分子性质的差异以及由此引发的界面上的一系列现象任何两相界面上的分子与相内部分子所处的环境均不一样一、表面张力和表面能在恒温恒压下，液体表面分子存在使液面紧缩的力，称为表面张力(surfacetension)，用σ(N·m-1)表示。表面张力是分子间相互作用的结果，不同物质分子间的作用力不同，表面张力也不同。只要有界面存在，就一定有表面能存在物质的分散度越大，表面积越大，表面能也就越大一定温度和压力下，多相系统表面张力越大，系统越不稳定，有自发降低表面张力的趋势将液体内部的分子移到表面上，必需克服向内的引力而做功，所做的功转化为表面层分子的位能，称为表面能。表面能实为液体表面分子比其处于液体内部时多出的能量。讨论通常自发降低表面能有两条途径：液滴形成球状或分散的微小液滴聚集在一起自发降低表面积；自发吸附(adsorbate)周围介质中能降低其表面张力的其它物质粒子填入表面层，使表层粒子的浓度大于液体内部粒子的浓度，以降低表面张力。二、吸附现象吸附：物质在相界面上的浓度自动发生变化的过程。吸附可发生在任何两相的界面上固体表面的吸附固体表面积无法自动变小，常常吸附其他物质以降低表面能。液体表面的吸附液体表面会因为溶质的加入而产生吸附，液体的表面张力因此发生相应的变化正吸附：能降低表面张力的物质，表面的浓度大于溶液内部的浓度负吸附：增大表面张力的物质，表面的浓度小于溶液内部的浓度表面吸附使溶质在表面层中的浓度与内部的浓度不同三、表面活性剂在系统中加入某些物质可使相间的表面张力急剧降低，这种物质叫做表面活性剂(surfaceactiveagent,surfactant)（一）表面活性剂的结构特点及性能表面活性剂的结构特征表面活性剂分子结构上的特征：既含有亲水的极性基团，如－OH、－COOH、－NH2、－SH、－SO3H等；又含有疏水的非极性基团，一些直链的或带侧链的有机烃基（二）表面活性剂的应用——稳定乳状液将一种液体分散在另一种与之不相溶的液体中，形成分散系统的过程称为乳化作用，得到的分散系称为乳状液(emulsion)。一相是水另一相统称为油（包括极性小的有机溶剂，如苯）要得到稳定的乳状液必须加入表面活性剂乳状液的类型乳状液的类型有两类：油分散在介质水中形成水包油型(O/W)乳状液水分散在油介质中形成油包水型(W/O)乳状液水油42油水油水水包油型(O/W)乳状液油包水型(W/O)乳状液鉴别方法：染色法、稀释法、电导率法油溶性苏丹红（Ⅲ）为染料乳状液和乳化作用在生物学和医学上都具有重要的意义。例如在消化过程中，食物中的脂肪经过胆酸盐和胆固醇（表面活性剂）的乳化，形成乳状液，不仅便于在体内通过血液运输，而且加速了消化油脂的脂肪酸水解反应速率。一些药物制成乳状液使药物增溶（提高血药浓度），便于更好得发挥药效。小结溶胶的制备和性质光学性质、动力学性质和电学性质溶胶的稳定性因素、胶团结构、电动电位和聚沉高分子化合物溶液的特征与溶胶的对比表面活性剂的结构特征乳状液的形成、类型、判断方法人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。