胶体的性质及其应用

胶体的性质及其应用撰稿：顾振海责编：张立［基本目标要求］1．掌握胶体的一些重要性质。2．了解胶体的一些重要应用。3．认识物质的性质与物质的聚集状态有关。［知识讲解］一、胶体的性质及其应用概述1．胶体的性质(1)丁达尔效应光束通过胶体，形成光亮的“通路”的现象叫做丁达尔效应。(2)布朗运动胶体粒子在分散剂中做不停的、无秩序的运动，这种现象叫做布朗运动。(3)电泳现象因胶粒带电，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)做定向移动的现象，叫做电泳。胶体的电泳具有广泛的实用价值。2．胶体的应用(1)研发纳米材料。(2)检验或治疗疾病。(3)土壤胶体、制作食物等。3．胶体的聚沉胶体受热或加入电解质或加入带相反电荷胶粒的胶体使胶体粒子聚集成较大颗粒从分散剂里析出的过程叫胶体的聚沉。二、胶体的性质1．丁达尔效应(胶体的光学性质)(1)产生丁达尔效应，是因为胶体分散质的粒子比溶液中溶质的粒子大，能使光波发生散射(光波偏离原来方向而分散传播)，而溶液分散质的粒子太小，光束通过时不会发生散射。(2)利用丁达尔效应可以区别溶液和胶体。2．布朗运动(胶体的动力学性质)(1)产生布朗运动现象，是因为胶体粒子受分散剂分子从各方面撞击、推动，每一瞬间合力的方向、大小不同，所以每一瞬间胶体粒子运动速度和方向都在改变，因而形成不停的、无秩序的运动。(2)胶体粒子做布朗运动的这种性质是胶体溶液具有稳定性的原因之一。3．电泳现象(胶体的电学性质)(1)产生电泳现象，是因为胶体的粒子是带电的粒子，所以在电场的作用下，发生了定向运动。(2)电泳现象证明了胶体的粒子带有电荷；同一种胶体粒子带有相同的电荷，彼此相互排斥，这是胶体稳定的一个主要原因。(3)胶体粒子带有电荷，一般说来，是由于胶体粒子具有相对较大的表面积，能吸附离子等原因引起的。(4)某些胶体粒子所带电荷情况：带正电荷的胶体带负电荷的胶体氢氧化铁氢氧化铝氢氧化铬氧化铁蛋白质在酸性溶液中卤化银（AgNO3过量时形成的胶体）硫化砷、硫化锑硅酸、锡酸土壤蛋白质在碱性溶液中酸性染料注意：①AgI胶体粒子在I—过量时，AgI吸附I—而带负电荷；Ag+过量时，AgI吸附Ag+而带正电荷。②胶体的电荷是指胶体中胶体粒子带有电荷，而不是胶体带电荷，整个胶体是电中性的。③淀粉胶体粒子因不吸附阴、阳离子而不带电荷，所以加入电解质不聚沉，也无电泳现象。三、胶体的聚沉胶体稳定的原因是胶粒带有某种相同的电荷互相排斥，胶粒间无规则的热运动也使胶粒稳定。因此，要使胶体聚沉、其原理就是：①中和胶粒的电荷、②加快其胶粒的热运动以增加胶粒的结合机会，使胶粒聚集而沉淀下来。其方法有：1．加入电解质。在溶液中加入电解质，这就增加了胶体中离子的总浓度，而给带电荷的胶体粒子创造了吸引相反电荷离子的有利条件，从而减少或中和原来胶粒所带电荷，使它们失去了保持稳定的因素。这时由于粒子的布朗运动、在相互碰撞时，就可以聚集起来。迅速沉降。如由豆浆做豆腐时，在一定温度下，加入CaSO4(或其他电解质溶液)，豆浆中的胶体粒子带的电荷被中和，其中的粒子很快聚集而形成胶冻状的豆腐(称为凝胶)。一般说来，在加入电解质时，高价离子比低价离子使胶体凝聚的效率大。如：聚沉能力：Fe3+＞Ca2+＞Na+，PO43—＞SO42—＞Cl—。2．加入带相反电荷的胶体，也可以起到和加入电解质同样的作用，使胶体聚沉。如把Fe(OH)3胶体加入硅酸胶体中，两种胶体均会发生凝聚。3．加热胶体，能量升高，胶粒运动加剧，它们之间碰撞机会增多，而使胶核对离子的吸附作用减弱，即减弱胶体的稳定因素，导致胶体凝聚。如长时间加热时，Fe(OH)3胶体就发生凝聚而出现红褐色沉淀。四、盐析与胶体聚沉的比较盐析指的是胶体如蛋白质胶体、淀粉胶体以及肥皂水等，当加入某些无机盐时，使分散质的溶解度降低而结晶析出的过程，该过程具有可逆性。当加水后，分散质又可溶解形成溶液。胶体的聚沉指的是由于某种原因(如加入电解质、加热、加入带相反电荷的胶体)破坏了胶粒的结构，从而破坏了胶体的稳定因素，使胶体凝聚产生沉淀的过程。该过程具有不可逆性。如Fe(OH)3胶体、AgI胶体等的凝聚都是不可逆的。因此，过程是否可逆，这是盐析与胶体的聚沉的重要区别。五、胶体中胶粒带电荷的原因1．吸附作用吸附是指物质(主要是固体物质)表面吸住周围介质(液体或气体)中的分子或离子的现象。吸附作用和物质的表面积有关。表面积越大，吸附能力越强。胶体粒子比较小，具有很大的表面积，因此表现出强烈的吸附作用。由于胶体溶液内存在其他电解质，所以就发生对离子的选择性吸附。一般说，胶体优先吸附与它组成有关的离子，例如用AgNO3和KI制备AgI溶胶其反应式为：AgNO3＋KI=AgI（胶体）＋KNO3，溶液中存在的Ag+离子和I—离子都是AgI胶体的组成离子，它们都能被吸附在胶粒表面。如果形成胶体时KI过量，则AgI胶体粒子吸附I—离子而带负电；反之，当AgNO3过量时，则AgI胶粒吸附Ag+离子而带正电，所以AgI胶粒在不同情况下可以带相反的电荷。当AgNO3和KI等物质的量反应时，溶液中的K+离子或NO3—离子都不能直接被吸附在胶粒表面而使胶粒带电，这说明胶粒的吸附是具有选择性的。又如FeCl3水解而形成Fe(OH)3胶体，其反应为Fe3+＋3H2O=Fe(OH)3(胶体)＋3H+，溶液中一部分Fe(OH)3与H+反应Fe(OH)3＋HCl=FeOCl＋2H2O，FeOCl再电离为：FeOCl=FeO+＋Cl—，由于FeO+和Fe(OH)3有类似的组成，因而易吸附在胶粒表面，使Fe(OH)3胶粒带正电荷。2．电离作用有些胶体溶液是通过表面基团的电离而产生电荷的，例如硅酸溶胶中，胶体粒子是由许多硅酸分子缩合而成的。表面上的硅酸分子可以电离出H+离子，在胶体粒子表面留下SiO32—和HSiO3—离子，而使胶体粒子带负电荷。总之，胶体粒子由于吸附溶液中的离子，或者表面基团的电离，而带有电荷。［例题分析］例1、下列关于胶体的叙述不正确的是()A．布朗运动是胶体粒子特有的运动方式，可以据此把胶体和溶液、悬浊液区别开来B．光线透过胶体时，胶体发生丁达尔效应C．用渗析的方法净化胶体时，使用的半透膜只能让较小的分子、离子通过D．胶体粒子具有较大的表面积，能吸附阳离子或阴离子，故在电场作用下会产生电泳现象解析：布朗运动是微观粒子不断运动的宏观表现，悬浊液、乳浊液等都有布朗运动，而不是胶体粒子所特有，A错。观察胶体的布朗运动需要高倍的显微镜，所以通常区分胶体和溶液是观察是否产生丁达尔效应而不是观察布朗运动；区分胶体和悬浊液，只要观察其分散系是否稳定即可。由于胶体粒子在1nm－100nm间，能对光线产生散射作用而产生丁达尔现象。B、C、D都正确。答案：A例2、已知土壤胶体带负电荷，施用含氮量相同的下列化肥时，胶效最差的是()A．NH4ClB．(NH4)2SO4C．NH4NO3D．NH4HCO3解析：因土壤胶粒带负电荷，故应易吸附带正电荷的NH4+，供作物吸收。当施用含氮量相同的4种化肥时，其中阴离子(NO3—)含氮元素的NH4NO3应是肥效最差的。答案：C例3、“纳米材料”是指粒子直径在几纳米到几十纳米的材料。如将“纳米材料”分散到液体分散剂中，所得混合物具有的性质是()A．能全部透过半透膜B．有丁达尔效应C．所得液体一定能导电D．所得物质一定为悬浊液或乳浊液解析：由于“纳米材料”粒子在1nm～100nm之间，恰好在胶体粒子范围内，属于胶体这种分散系。故应具有胶体的性质，因此B正确，A、D错误。而这种液体能否导电不能确定(如淀粉胶体不吸附电荷而不能导电；但氢氧化铁胶体由于胶粒吸附电荷，所以能导电)。答案：B