胶体的制备

胶体的制备胶体是指粒子粒径在1nm—100nm间的高度分散的多相体系。由于这种粒子的比表面积极大，表面效应极为显著，因此具有许多特殊的物理和化学性质。由于粒径较小，只有通过特定的方法创造出适合胶体形成的条件，才能制备出所要求的胶体。1制备胶体的方法要制备分散颗粒尺寸在胶体范围内的分散体系，一般遵循下面几条原则：①固体分散相粒子要足够小；②分散相在分散介质中的溶解度要足够小，形成分散相的反应物浓度低；③体系中必需有第三种物质存在，这些物质可以是外加的，也可以是生产分散相粒子的反应物本身或产物。配制胶体的方法有两类：一类是使用固体粒子变小的分散法；另一类是将分子或离子凝聚成胶粒，称凝聚法。1.1分散法制备胶体分散法制备胶体主要包括机械法、电分散法、超声分散、胶溶法，多采用的是物理手段。1.11机械法制备胶体工业应用中采用很多粉碎设备将较大的物料分裂成细小颗粒，如球磨机、振动磨、离心磨、粉碎机等。超细粉碎机是将物料由进料装置输送至主机粉碎腔，物料与高速回转器件及颗粒之间互相冲击、碰撞、磨擦、剪切、挤压而实现粉碎。粉碎后的物料通过分级轮实现粗细粉的分离，粗粉流入粉碎腔再次粉磨，净化的气体由引风机排出。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，将废轮胎粉碎，先用液氮处理，硬化后再研磨。此类方法也存在着一定的不足：①耗能大，效率差；②在研磨过程中，由于比表面积的增加，体系的表面能升高，颗粒有狙击复原的倾向；③这类设备最细只能磨到1μm左右，当达到一定的细度后，分散作用和聚集作用达到平衡，再磨，颗粒也不会变细。要提高粉磨效率，防止颗粒的凝聚长大，一般采用添加剂或稳定剂的方法，来稳定或者保护颗粒。1.12电分散法制备胶体电分散法主要用于制备金、银、铂等金属溶胶。制备过程包括先分散后凝聚两个过程。首先将金属做成两个电极，浸在水中，盛水的盘子放在冷浴中。然后在水中加入少量NaOH作为稳定剂。制备时在两电极上施加100V左右的直流电，调节电极之间的距离，使之发生电火花，这时表面金属蒸发，是分散过程，接着金属蒸气立即被水冷却而凝聚为胶粒。1.13超声波法制备胶体超声波法目前只用来制备乳状液，其制备的方法为：首先将分散相和分散介质两种不混溶的液体放在样品管中，样品管固定在变压器油浴中。然后在两个电极上通入高频电流，使电极中间的石英片发生机械振荡，使管中的两个液相均匀地混合成乳状液。1.14胶溶法制备胶体胶溶法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。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，然后尽快分散在含有胶溶剂的介质中，形成溶胶。其具体包括吸附胶溶法、洗涤沉淀胶溶法、表面解离胶溶法。①吸附胶溶法：以电解质为胶溶剂，胶体粒子吸附胶溶剂的某种离子而带电，使沉淀物中粒子静电排斥，在外力作用下胶溶重新分散为溶胶。②洗涤沉淀胶溶法：粒子表面电解质浓度太大，压缩双电层使粒子聚沉。故洗去过量的电解质，使双电层厚度增大，静电斥力起作用，沉淀物又转化为溶胶。③表面解离胶溶法：加入适宜的胶溶剂，使其与沉淀物中粒子表面作用生成可溶性、易电离的物质，使粒子表面形成双电层，斥力使沉淀物变成溶胶。1.2凝聚法制备溶胶凝聚法制备溶胶主要采用化学手段使分子或离子聚结成胶粒。其大致可以分为化学凝聚法和物理凝聚法两类。1.21化学凝聚法通过各种化学反应使生成物呈过饱和状态，使初生成的难溶物微粒结合成胶粒，在少量稳定剂存在下形成溶胶，其稳定剂一般是某一过量的反应物。常用方法有氧化还原法：金溶胶制备；水解法：氢氧化铁溶胶；复分解反应法：碘化银（1）氧化还原法制备金溶胶原理：2HAuCl4+3HCHO(还原剂)+11KOH＝2Au(溶胶)+3HCOOK+8KCl+8H2O（2）水解法制备氢氧化铁溶胶制备原理：FeCl3（稀）+3H2O（热）→Fe(OH)3(溶胶)+3HCl步骤：往烧杯中注入20mL蒸馏水，加热至沸腾．然后往沸水中滴加饱和氯化铁溶液1～2mL。继续煮沸，待溶液呈红褐色后，停止加热，得到Fe(OH)3胶体。制备时应注意以下几点：①不能用自来水，应用蒸馏水，自来水中有电解质会使胶体发生凝聚。②FeCl3加入要少，不能过量，FeCl3本身是电解质，过量的FeCl3也能使胶体发生凝聚。③加热时至溶液变为红褐色为止，不能加热过度或长时间加热，因加热过度会使胶粒运动加快，发生凝聚。（3）复分解反应法制备碘化银原理：AgNO3+KI→AgI(胶体)+KNO3步骤：取一支大试管，加入0.01mol∕LKI溶液10ml，再向试管中滴入8～10滴0.01mol∕L的AgNO3溶液，边滴边振荡，即可得到AgI胶体。制备时应注意以下几点：①应将AgNO3溶液加入KI溶液中，而且要逐滴加人。②边加入边振荡，防止产生AgI速度过快，形成的颗粒较大出现沉淀。1.22物理凝聚法用物理方法（改变溶剂或温度，降低其溶解度）使分散相在介质中凝聚。（1）蒸汽凝聚法将物质的蒸气通入另一种不能将其溶解和发生化学反应而形成可溶物的分散介质中。罗金斯基等人利用下列装置，制备碱金属的苯溶胶。先将体系抽真空，然后适当加热管2和管4，使钠和苯的蒸气同时在管5外壁凝聚。除去管5中的液氮，凝聚在外壁的混合蒸气融化，在管3中获得钠的苯溶胶。（2）改换介质法利用物质在不同溶剂中溶解度的显著差别来制备溶胶，将一种物质的溶液在搅拌条件下逐渐加入不能溶解该物质的另一种液体中，而且两种溶剂要能完全互溶。如：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；将硫的丙酮溶液滴入90℃左右的热水中，丙酮蒸发后，可得硫的水溶胶。（3）利用有序分子组合体法特点是降低形成新相的表面能，使已经形成的新相不再长大。主要包括单分子膜法、反胶束法、泡囊法、自组装法等。2胶体的净化用凝聚法制备的溶胶都是多分散性的，即体系中含有大小不等的各类粒子。而化学法制得的溶胶常常含有较多电解质，过多的电解质会降低溶胶的稳定性，如制备Fe(OH)3溶胶时生成的HCl。少量电解质可以作为溶胶的稳定剂，但是过多的电解质存在会使溶胶不稳定，容易聚沉，因此，净化是必要的。2.1胶体的净化的方法净化是为了提高胶体的稳定性，并不是要除掉所有的电解质。净化的方法主要有渗析法和超过滤法。2.11渗析法（1）简单渗析将需要净化的溶胶放在羊皮纸或动物膀胱等半透膜内，膜外放纯溶剂。利用浓差因素，多余的电解质离子不断向膜外渗透，经常更换溶剂，就可以净化半透膜容器内的溶胶。如将装有溶胶的半透膜不断旋转，可以加快渗析速度。（2）电渗析为了加快渗析速度，在装有溶胶的半透膜两侧外加一个电场，使多余的电解质离子向相应的电极作定向移动。溶剂水不断自动更换，这样可以提高净化速度。这种方法称为电渗析法。2.12超过滤法用半透膜作过滤膜，利用吸滤或加压的方法使胶粒与含有杂质的介质在压差作用下迅速分离。然后将半透膜上的胶粒迅速用含有稳定剂的介质再次分散。有时为了加快过滤速度，在半透膜两边安放电极，施以一定电压，使电渗析和超过滤合并使用，这样可以降低超过滤压力，这种方法被称之为电超过滤。