胶体溶液

1第一节分散系和胶体分散系一、分散系基本概念分散系（dispersedsystem）：一种或数种物质分散在另一种物质中所形成的系统分散相（dispersedphase）：被分散的物质介质介质介质介质介质介质分散相介质介质介质介质介质介质2分散介质（dispersedmedium）：容纳分散相的连续介质相：指体系中物理性质和化学性质完全相同的均匀部分界面：相与相之间的接触面。3二、分散系分类非均，热力学不稳定系统扩散慢，不透半透膜粗粒分乳状液散系悬浮液＞100nm均相，热力学稳定系统扩散慢，不透半透膜缔合胶体非均相，热力学不稳定系统扩散慢，不透半透膜溶胶均相，热力学稳定系统扩散慢，不透半透膜高分子溶液(大分子…)胶体分散系1～100nm均相均相，热力学稳定系统扩散快，能透过半透膜真溶液分子(离子)分散系＜1nm分散相性质分散相粒子大小(直径)非均相均相非均相4三、胶体分散系凡粒子以1-100nm大小分散在另一物质中时就成为胶体分散系。胶体分散系主要包括溶胶、高分子溶液和缔合胶体三大类。固体分子、原子或离子的聚集体分散在液体介质中所形成的胶体，称为胶体溶液（简称溶胶）。高分子化合物以单个分子分散在介质中即形成高分子溶液。表面活性物质以胶束形式分散到介质中形成的分散系称为缔合胶体。5胶体的分散程度十分高，分散介质粒子表面积和表面能很大。胶体的性质都与表面现象有关。1、分散度与比表面分散度(degreeofdispersion)－－－分散相在分散介质中分散的程度。比表面(specificsurface)－－－单位体积物质所具有的表面积。)()(体积总面积VSS0讨论：①比表面S0常用来表示系统分散度。②S0越大，系统分散度愈大，导致表面现象愈显著。6界面分子的受力情况分析2、表面功、表面能、比表面自由能(比表面能)的概念7表面功—形成新表面过程中所消耗的功（能量）W′表面能—表面功转化为储存于新形成的表面上的能量称表面自由能（surfacefreeenergy）－G表比表面自由能—等温等压下(指定T、P)增加单位面积时系统表面自由能的增加称比表面能（specificsurfaceenergy)σ(J·m-2)——表面张力(与表面组成及温度有关)G表＝σ.S总降低表面能的方法：1）减少S；2）降低σ。●讨论81.G系总=G系内+G系表对于一般系统，分散度很小，比表面不大G总=G内(G表~忽)对于高度分散系(胶)，分散度很大，恒T和恒P下：G总→(G内~常量)＋G表(不能忽略)2.G表与σ、S之间的关系9由dG表=d(·s)＝Sd＋ds(s—系统表面积，—物理学称表面张力)1）当一定，(表面张力不变即界面组成不变)d＝0则dG=σ·ds若dG＜0必ds＜0即系统表面积缩小过程是自发过程。热力学告诉我们：任何系统恒T、P下，都有自动向自由能降低方向进行达稳定。2）当S一定(分散度不变)ds＝0则dG=s·dσ若dG＜0必dσ＜0即系统表面能(表面张力)减少过程是自发过程。（通过吸附作用实现）1011溶胶粒子的大小与它相仿，因此溶胶粒子的表面能也相当大，它们有自动聚积成大颗粒而减少表面积的趋势，称为聚结不稳定性。实例：1g重的水珠，表面积为4.84×10-4m2,表面能为3.5×10-5J;若将它分散成直径为10-9m(1nm)的微小水珠，则总面积达到6000m2，表面能高达434J;雾变水滴第二节溶胶(sol)12一、溶胶的分类●按分散相和分散介质的聚集状态分类。名称分散介质分散相实例气溶胶气液固云雾烟尘液溶胶液气(泡沫)液(乳状液)固(溶胶、悬浮液)各种泡沫牛奶金溶胶AS2S3溶胶浑水油漆固溶胶固气液固泡沫塑料~橡胶~陶瓷珍珠沸石有色玻璃非均匀态合金红宝石●按分散相和分散介质间亲和力大小分类：憎液溶胶(溶胶，无机溶胶------不可逆溶胶)亲液溶胶(高分子溶液，有机溶胶-----可逆溶胶)13二、溶胶的基本性质(一)基本特征：多相性、高度分散性、聚结不稳定性(二)基本性质A.溶胶的光学性质—乳光(散射光)现象14●Tyndall现象产生的原因151.Tyndall效应与分散粒子大小，投射光波长有关：当分散粒直径入射光波长→光投射在粒子上起反射作用→反射光。当分散粒直径≈或入射光波长→光波可绕过粒前进且迫使粒子振动→第二次波源向各方发射电磁波→散射光。2.可见光在400~800nm。粗分粒子直径：1000~5000nm,反射光(液混浊)胶分粒子直径：1~100nm，散射光(乳光，光锥)分子直径：＜1nm(＜＜波长)散射现象十分微弱∴观察不到散射光。●结论：Tyndall现象是区分溶液和溶胶的最简单的方法。161）散射光强度(l)与单位体积内胶粒数(n)成正比。2）散射光强度(l)与直径小于波长的胶粒体积(v2)成正比。3）散射光强度(l)与波长(λ)成反比(波长愈短的光波散射愈多)。4）分散相与分散介质折射率的差(n1~n2)愈大，散射光愈强。B.溶胶的动力学性质17Brown运动？由于介质分子的热运动不断地撞击着胶体粒子所引起的现象称~。产生原因：1.介质分子处于热运动状态，不断撞击胶粒质点。2.由于某一瞬间胶粒受到各方撞击力不均，所以向合力方向移动。扩散：胶粒存在浓度差时，胶粒将从浓度大的区域向浓度小的区域移动的现象称扩散(diffusion)(T愈高，粘度愈小，扩散现象愈明显)。沉降：胶粒的密度＞分散介质，在重力作用下下沉而与流体分离的过程称沉降(sedimentation)。沉降平衡：沉降速率=扩散速率，系统达平衡，形成一个浓度梯度，此状态称沉降平衡(sedimentationequilibrium)。1819沉降平衡示意图意义：渗析法净化溶胶实例：人工肾C、溶胶的电学性质20电泳：在外电场作用下，带电胶粒在介质中定向移动的现象称电泳（electrophoresis）讨论：1.原因：胶粒带电、种类。2.特点：介质不动、胶粒动。21意义：氨基酸、蛋白质及核酸等的分离和鉴定22电渗：在外电场作用下，液体介质通过多孔膜向与其所带电荷相反的电极方向定向移动的现象称电渗（electroosmosis）讨论：1.原因：胶粒带电；种类。2.特点：介质动、粒不动(胶粒被固定而不动)三、胶团结构及溶胶的稳定性23(一)胶粒带电两大原因（选择性吸附；胶核表面解离）●胶核界面的选择性吸附—Fe(OH)3溶胶为例分析。FeCl3+3H2O(沸)→Fe(OH)3+3HCl(缓慢、逐滴加入)溶液中部分Fe(OH)3与HCl作用：Fe(OH)3+3HCl→FeOCl+2H2OFeOCl→FeO++Cl-(反离子)(组成类似离子)选择性地吸附分散系统中与其组成类似的离子胶团结构分析24[Fe(OH)3]m·nFeO+·(n-x)Cl-x+·xCl-胶核吸附层扩散层胶粒扩散双电层胶团注意：胶粒带电，胶团不带电；溶胶中电性相反的离子Cl-均为水合的，称反离子。2526又如利用硝酸银和碘化钾制备碘化银溶胶的反应为AgNO3+KI→AgI+KNO3改变两种反应物的用量，可使制备的溶胶带有不同符号的电荷。当KI过量时，AgI胶核吸附过量的I-离子而带负电荷；反之，当AgNO3过量时，AgI胶核则吸附过量的Ag+离子而带正电荷。●胶核表面分子的离解－－硅酸溶胶形成分析胶核—由许多xSiO2·yH2O分子组成。其表面：SiO2·H2OH2SiO3H2SiO3HSiO3-+H+HSiO3-SiO32-+H+(组成类或离子)(反离子)＊H+离扩散到介质中，SiO32-离子留在胶核表面。27胶团结构分析28[SiO2]m·nSiO32-·2(n-x)H+2x-·2xH+胶核吸附层扩散层胶粒扩散双电层胶团第二292.胶粒的双电层结构扩散双电层的概念胶核表面吸附离子+部分被束缚的反离子→吸附层；其余水合反离子→扩散层。这种由吸附层和扩散层构成的电性相反的两层----称为扩散双电层。(AgI)nI-I-K+K+K+K+30电位●胶粒表面带电情况分析311.φ电位(热力学电位)：胶核带电表面与液相之间的电位差(a～c两处电位差)。2.位(zetapotential)(电动电位)：滑动面与液相之间的电位差(b～c两处电位差)。显著特点：加入电解质→迫使反离子由扩散层进入吸附层，扩散层变薄，↓●等电状态和再带电现象32等电状态：加入电解质的量愈多，进入吸附层的反离子愈多，当达一定量时，电位甚至降至零，胶粒不带电，不泳动，此称处于等电状态。再带电现象：若加入过量电解质(高价反离子)，此时进入吸附层的电解质又使胶粒处于带电状态，此称再带电现象。(电位符号发生改变，因胶粒强烈吸附电解质离子。)四、溶胶的稳定与聚沉33●稳定原因：带电稳定性：胶粒同种电荷(斥)大小溶剂化稳定作用(水合膜保护)动力学稳定性(Brown运动)其中，电位的大小是主要的，∵电位大，胶粒带电多；电位大，扩散层愈厚，水合膜愈厚，胶粒愈稳定。但其中，Brown运动是一把双刃剑。ζζζζ●溶胶的聚沉(胶粒从介质中析出的现象)34电解质作用——去电，去水合膜(溶剂化)∵加电解质，迫使反离子更多进入吸附层，∴扩散层变薄，↓稳定性↓溶胶相互聚沉；胶粒电性相反的两种溶胶--适量混合----电性中和，降低发生聚沉；浓度……加热可以使溶胶聚沉高分子化合物对溶胶的保护与敏化作用35高分子物质对溶胶的保护作用和敏化作用保护作用敏化作用条件加入足量高分子溶液加极少量的高分子溶液原因高分子被吸附在胶粒表面→高分子吸附层将包裹胶粒，阻碍聚沉多个胶粒吸附在一个线型高分子链上，阻碍胶粒自由运动→促进聚沉图示临界聚沉浓度：一定量溶胶在一定时间内发生聚沉所需电解质的最小浓度(单：mmol·L-1)36规律：1.正溶胶－－－负离子负溶胶－－－正离子2.反离子价↑，聚沉能力↑。且临界聚沉浓度反比于Z6(∝1/Z6)3.同价离子聚沉能力接近，且正：H+＞……Li+负：F-＞……CNS-4.一些有机物离子具有非常强的聚沉能力。第三节高分子溶液一、高分子化合物概念：单个分子相对分子量在一万以上的大分子物质称为高分子化合物。如蛋白质、核酸、糖原都是在生命体的体液中具有生物活性的重要高分子物质；人体肌肉、组织；天然橡胶等也是高分子物质。根据来源可将高分子物质分为天然的和合成的高分子。3738二、高分子溶液与溶胶性质比较溶胶高分子溶液(大)缔合胶体相同性质1.分散相粒子大小均在1~100nm范围内2.扩散速率慢3.不能透过半透膜不同性质多相聚集体Tyndall明显均相具有一定溶解度Tyndall微弱均相缔合体形成胶束溶液热力学不稳定系统热力学稳定系统热力学稳定系统分散相和分散介质亲和力小、不可逆分散相与分散介质亲和力大、可逆对电解质敏感对电解质不太敏感三、高分子化合物的结构特点及溶液的形成39结构特征：一般具有碳链→由大量一种或多种小结构单位(链节)重复连接而成→[如天然橡胶：数千个异戊二烯(-C6H8-)连成—化学式(C6H8)n(n→聚合度)]由于构成高分子化合物的链长、链节、连接方式不同→高分子化合物一般是无定型的(线状，分枝状、网状等型)→很少全部成晶体→常温下有一定弹性，塑性，机械强度，可拉成纤维，制成薄膜。内旋转：∵链节组成→C-C原子以sp3杂轨σ单键→σ键电子云呈键轴对称→∴每个单键都能在键角不变条件下绕键轴旋转→此称分子内旋转。40柔性：∵内旋转→导致高分子形态不断改变(碳链构型)→高分子长链两端距离随之改变→决定了高分子链具有柔性(容易弯曲，卷成线团等)。柔性和分子内旋转41●高分子溶液形成特点：42与小分子化合物形成的明显不同是→要经过溶胀(溶剂慢慢进入卷曲的高分子链的空隙中，高分子缓慢舒展开来，体积↑)→逐步扩散到溶剂中去→完全溶解。43线形高分子化合物在良溶剂(a)和不良溶剂(b)中的形态示意图●高分子化合物溶液的基本性质441.均相，热力学稳定性由于其结构中C-C单键可自由旋转→柔性，溶解过程中→混乱度↑△s＞0，溶解在溶剂中形成高度水合或溶剂化△H＜0∴△G＜02.