参考资料：胶体与表面现象

1、第二章第二章 胶体溶液胶体溶液 【教学目标】 1掌握溶胶的稳定因素和使溶胶聚沉的方法；大分 子化合物对溶胶的保护作用，乳化作用 2熟悉溶胶的性质 3了解胶体的概念和胶团的结构 【教学重点】 大分子化合物溶液对溶胶的保护作用，乳化作用 【教学难点】 溶胶的稳定性和聚沉 【教学方法】 讲授，演示，讨论 内容提要 v胶体分散系 胶体分散系的制备 胶体分散系的表面特性 v溶胶 溶胶的基本性质 胶团结构及溶胶的稳定性 气溶胶 内容提要 v高分子溶液 高分子化合物的结构特点及其溶液的形成 聚电解质溶液 高分子溶液稳定性的破坏 高分子溶液的渗透压和膜平衡 凝胶 v表面活性剂和乳状液 表面活性剂 缔合胶体 乳

2、状液 教学基本要求 v掌握溶胶的基本性质；胶团结构及表示式；溶胶 的稳定性因素及聚沉作用。 v熟悉胶体分散系的特点；高分子溶液的稳定性与 破坏条件；表面活性剂的结构特点及其在溶液中 的状态。 v了解胶体分散系、分散度的概念、胶体的制备方 法；高分子溶液与溶胶的区别、高分子溶液的形 成特点 ；两种类型的乳状液、乳化作用。 第一节 胶体分散系 一、胶体分散系的制备 胶体分散系colloid system ：胶体分散系包括溶 胶 sol、高分子溶液 macromolecular solution 和 缔合胶体 associated colloid 三类。 胶体的分散相的粒子的大小为1100 nm，可

3、以是 一些小分子、离子或原子的聚集体，也可以是单 个的大分子。分散介质可以是液体、气体，或是 固体。 三三 种种 分分 散散 系系 的的 比比 较较 分 散 系微 粒 直 径 外 观 稳 定 性 能 否 透 过 滤 纸 半 透 膜 举例 粗 分 散 系（悬浊 液、乳状液） 100nm 100nm 不 稳 定 不 透 明 不 均 一 均 不 能 通 过 泥浆，乳汁 分 子、离子 分 散 系（真 溶液） 1nm 反射 如泥浆水是浑浊、不透明的 散射 丁达尔现象 （每个粒子相当于一个光源） 透射（ 小于1 nm时） 透射 丁达尔现象的应用丁达尔现象的应用： Tyndall现象是溶胶特有的现象 ，可以

4、用来区分溶胶和溶液 第二节 溶胶 v溶胶的基本性质 v溶胶的动力学性质 Brown Movement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。 第二节 溶胶 vBrown运动产生原因： 处于热运动状态的介质分子不断撞击胶粒。 某一瞬间胶粒受到各方撞击力不均，向合力方向 移动。 第二节 溶胶 v溶胶的基本性质 扩散和沉降平衡 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。 沉降：密度分散介质的胶粒，在重力作用下 下沉而与流体分离的过程称沉降。 第二节 溶胶 v沉降平衡： 当沉降速度=扩散速度 系统达平衡，形成一个浓度 梯度，此状态称沉降平衡。 沉降平

5、衡时，各粒子的浓度 自上而下逐渐增大。 第二节 溶胶 v溶胶的电学性质 原因胶粒带电 v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。 第二节 溶胶 v溶胶的电学性质 原因：胶粒带电 v电渗 在外电场作用下， 液体介质通过多孔 膜向其所带电荷相 反的电极方向定向 移动的现象。 第二节 溶胶 v胶团结构及溶胶的稳定性 v胶粒带电原因 胶核界面的选择性吸附 例如：制备氢氧化铁溶胶 FeCl3 (l) +3H2O(l)Fe(OH)3 (s) +3HCl(l) 溶液中部分Fe(OH)3与HCl作用， Fe(OH)3 (s) +HCl(l)FeOCl(l) +2H2O(l) FeOC

6、l(l)FeO+ (aq) + Cl- (aq) 第二节 溶胶 v胶团结构及溶胶的稳定性 v胶粒带电原因 胶核表面分子的离解 例如：硅胶的胶核由xSiO2.yH2O分子组成，表面的 H2SiO3分子可以离解。 H2SiO3 (l) HSiO3- (aq) + H+ (aq) HSiO3- (aq) SiO32- (aq) + H+ (aq) 第二节 溶胶 v胶体的双电层结构 胶团结构：例如，氢氧化铁溶胶 Fe(OH)3mnFeO+(n-x)Cl-x+xCl- 胶核 吸附层 扩散层 胶粒 胶团 第二节 溶胶 v胶粒的双电层结构 胶核表面因荷电而结合水，吸附的反离子也水 合，给胶粒覆盖了一层水合膜

7、。 胶粒运动时水合膜层以及膜层内的反离子一起 运动。这部分水合膜层称为吸附层；其余反离 子呈扩散状态分布在吸附层周围，形成与吸附 层荷电性质相反的扩散层。 这种由吸附层和扩散层构成的电性相反的两层 结构称为扩散双电层。 第二节 溶胶 v溶胶的稳定因素 胶粒带电 两个带电胶粒间存在静电排斥力，阻止胶粒接近， 合并变大。但是，加热溶胶，胶粒的动能增大到 能克服静电斥力时就会聚沉。 胶粒表面水化膜 胶粒表面的水合膜犹如一层弹性膜，阻碍胶粒 相互碰撞合并变大。水合膜层愈厚，胶粒愈稳定。 Brown运动也是溶胶稳定因素之一。 第二节 溶胶 v溶胶的聚沉 电解质作用加 电解质，迫使反离 子更多进入吸附层，

8、 扩散层变薄，稳定 性下降。 上：Cl-离子围绕 Fe(OH)3胶粒 下：PO43-离子围绕 Fe(OH)3胶粒 第二节 溶胶 v溶胶的聚沉 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 负离子聚沉正溶胶；正离子聚沉负溶胶； 反离子电荷大，聚沉能力强； 同价离子聚沉能力接近，但 正离子：H+Cs+Rb+NH4+K+Na+Li+ 负离子：F- Cl-Br-I- CNS- 一些有机物离子具有非常强的聚沉能力。 不同电解质对几种溶胶的临界聚沉浓度 mmolL-1 As2S2(负溶胶)AgI(负溶胶)Al2O3(正溶胶) LiCl58LiNO3165NaCl43.5 NaCl51

9、NaNO3140KCl46 KCl49.5KNO3136KNO360 KNO350RbNO3126 CaCl20.65Ca(NO3)22.40K2SO40.30 MgCl20.72Mg(NO3)22.60K2Cr2O70.63 MgSO40.81Pb(NO3)22.43K2C2O40.69 AlCl30.093Al(NO3)30.067K3Fe(CN)60.08 1/2Al2(SO4)2 0.096La(NO3)30.069 Al(NO3)20.095Ce(NO3)30.069 第一节 溶胶 vShulze-Hardy规则 电解质对溶胶的聚沉作用，有如下规律： 反离子的价数愈高，聚沉值越小，聚

10、沉能 力愈强； 一价、二价、三价反离子的临界聚沉浓度 之比近似为 (1/1)6:(1/2)6:(1/3)6=100:1.8:0.14 即临界聚沉浓度与离子价数的六次方成反比。 把电性相反的溶胶相互混合，能发生聚沉作用。 只有当两种溶胶电荷量恰好相等时，才发生完全聚沉。 否则是只能发生部分聚沉或不聚沉。 2. 2. 溶胶的相互聚沉溶胶的相互聚沉 3 3、加热、加热 加热增加了粒子的运动速度和粒子间的碰撞机会， 同时削弱了胶粒的溶剂化作用，使胶粒聚沉。如： 煮沸As2S3溶胶，会有As2S3的黄色沉淀。 高分子化合物对溶胶的保护作用(a)和敏化作用(b) 在憎液溶胶中加入适量的高分子化合物， 就可

11、显著提高溶胶 对电解质的稳定性。 v结石的形成结石的形成 血液中CaCO3、Ca3(PO4)2等微溶性盐类以溶胶的形式存在， 由于血液中的蛋白质对其起保护作用，当发生某些疾病时，使得 血液中蛋白质减少，减弱了对这些溶胶的保护作用，使得其在肝 肾等器官沉积，就形成了结石。这是形成各种结石的原因之一。 保护作用（足够浓度的高分子）：在胶粒表面形成了一层高分子膜 敏化作用（少量高分子）：大量胶粒吸附在高分子表面 第二节 高分子溶液 v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。 蛋白质、核酸、糖原、存在体液中重要物质 ； 人体肌肉、组织；又如天然 橡胶等 据来源 可分为天然的和合成的

12、高分子特征： （一）稳定性较大 （二）粘度较大 与浓度、压力、温度、时间有关 第三节 高分子溶液 v高分子溶液与溶胶性质比较高分子溶液与溶胶性质比较 胶体物质相同性质不同性质 溶胶分散相粒 子大小 1100nm 扩散速率 慢 不能透过 半透膜 多相Tyndall现 象明显 热力学不 稳定系统 对电解质 敏感 高分子溶 液 均相Tyndall现 象微弱 热力学稳 定系统 对电解质 不太敏感 缔合胶体均相热力学稳 定系统 第二节 高分子溶液 v高分子化合物的结构特点及溶液的形成 结构特征： 一般具有碳链，碳链由大量称为链节的结构单 位连接而成，链节重复的次数叫聚合度，以n 表示。 天然橡胶 链节为

13、异戊二烯单位(-C5H8-) 。 纤维素、淀粉、糖原或高分子右旋糖酐，链节为葡 萄糖单位(-C6H10O5-)，通式(C6H10O5)n。 蛋白质的结构单位是氨基酸。 第三节 高分子溶液 v高分子化合物的结构特点及溶液的形成 结构特征： 高分子化合物是不同聚合度的同系物分子组成 的混和物，它的聚合度和相对分子质量指的都 是平均值。 高分子化合物分子链的长度以及链节的连接方 式并不相同，因而形成线状或分枝状结构。 第三节 高分子溶液 v高分子溶液的稳定与破坏 v稳定因素：许多亲水基团，高度溶剂化 v稳定性破坏： 改变pH ：蛋白质在pI时溶解度降低。 加大量电解质：降低水合程度。 温度变化。 第

14、三节 高分子溶液 v高分子溶液的稳定与破坏 v盐析（salting out） ：因加大量无机盐使蛋白质 从溶液中沉淀析出的作用。 无机离子水合作用强烈，使蛋白质的水合程度大为降 低，稳定因素受破坏而沉淀。 v感胶离子序：阴、阳离子盐析能力的顺序 SO42-C6H5O73-C4H4O62-CH3COO-CI-NO3-Br-I- CNS- NH4+K+Na+Li+ 第二节 高分子溶液 v高分子溶液的稳定与破坏 于蛋白质溶液中加入与水作用强烈的有机溶剂 也能降低蛋白质的水合程度，蛋白质因脱水而 沉淀。 对少量电解质不太敏感 高分子溶解：高度水化系统，加少电解质不足 以破坏水合层。 第三节 凝胶 高分

15、子溶液粘度变大，失去流动性，形成有网 状结构的半固态物质，称为凝胶（gel）。 刚性凝胶：粒子间交联强，网状骨架坚固，若 将其干燥，网孔中的液体可被驱出，凝胶的体 积和外形无明显变化。 弹性凝胶：由柔性高分子化合物形成，干燥后， 体积明显缩小，有弹性，再放到合适的液体中， 它又会溶胀变大，甚至完全溶解。 肌肉、软骨、指甲、毛发、细胞膜等都可以看 成是凝胶 凝胶的主要性质 v1、弹性：线状或分枝状结构相互交连不是很 牢固 v2、膨润（溶胀）： 干燥的弹性凝胶和适当的溶剂接触，便自动吸收溶剂而膨胀， 体积增大，这个过程称为膨润或溶胀。干木材、牛皮胶 老年人皱纹、血管硬化 v3、离浆： 新制备的凝胶

16、放置一定时间之后，一部分液体可以自动从凝 胶中分离出来，凝胶本身体积缩小，这种显现称之为脱水收 缩或离浆。 第四节 表面活性剂和乳状液 v表面活性剂 v能显著降低水表面张力的物质 称为表面活性剂 （1）NaCl、NH4Cl等无机盐及蔗糖、 甘露醇等多羟基有机物，升高水 的表面张力 ； （2）醇、醛、羧酸、酯等大多数有机 物，逐渐降低水的表面张力； （3）肥皂及各种合成洗涤剂（含8个 碳原子以上的直链有机酸金属盐、 硫酸盐或苯磺酸盐），显著降低 水的表面张力 。 第四节 表面活性剂和乳状液 v表面活性剂 v表面活性物质在溶液中能形成正吸附 v表面活性物的结构特点 含有疏水性非极性基团和亲水性极性基团，亲水基端 进入水中，疏水基端离开水相，在水表面定向排列， 从而降低表面张力。 第四节 表面活性剂和乳状液 v缔合胶体 v表面活性剂达到