胶体化学课件

1、00-8-11 丁达尔效应丁达尔效应 00-8-12 前言前言 1.胶体化学发展简史胶体化学发展简史: a.1861年年,thomas graham提出的胶体提出的胶体 起因：糖、无机盐等能结晶；胶体类起因：糖、无机盐等能结晶；胶体类al(oh)3，明，明 胶等不能结晶胶等不能结晶. b.40年后，韦曼的发现年后，韦曼的发现. 2.胶体化学所研究的对象胶体化学所研究的对象: a.基本特性；基本特性；b.由基本特性所决定的光学由基本特性所决定的光学,电学电学,动动 力学性质力学性质; c.基本特性产生的原因基本特性产生的原因,影响因素影响因素,变化规律变化规律; 00-8-13 前言前言 3.胶

2、体化学同医药学的关系胶体化学同医药学的关系: a.杀菌：如果用蛋白银溶胶作杀菌剂，不但有强烈杀菌：如果用蛋白银溶胶作杀菌剂，不但有强烈 的杀菌功效，还能避免对肌体的刺激作用；的杀菌功效，还能避免对肌体的刺激作用； b.防腐：将硝酸汞、明胶和氯化钠的混合物制成胶防腐：将硝酸汞、明胶和氯化钠的混合物制成胶 态甘汞，就比甘汞粒粉具有较高的防腐作用；态甘汞，就比甘汞粒粉具有较高的防腐作用； c.药物的稳定性：除易引起变质的有害胶体，注意药物的稳定性：除易引起变质的有害胶体，注意 配伍禁忌即溶胶的相互凝结。另外制药工艺中的吸配伍禁忌即溶胶的相互凝结。另外制药工艺中的吸 附、脱色、离子交换、层析技术等。附

3、、脱色、离子交换、层析技术等。 00-8-14 第一节第一节.溶胶的分类及特征溶胶的分类及特征 一一.溶胶的分类：溶胶的分类： 1.分散体系（分散体系（disperse system）:颗粒大小不等颗粒大小不等,形状不同的物形状不同的物 体分散在均匀介质中所形成的体系体分散在均匀介质中所形成的体系. 分散质分散质（dispersed phase）:被分散的物质，粒子间有间隔，被分散的物质，粒子间有间隔， 或称不连续相，相当于溶液中的溶质或称不连续相，相当于溶液中的溶质; 分散介质分散介质（dispersion medium）:有分散相在其中的均匀介有分散相在其中的均匀介 质，或称连续相，相当于

4、溶液中的溶剂质，或称连续相，相当于溶液中的溶剂. 00-8-15 引言引言 2.分散系统的分类（按粒子大小）分散系统的分类（按粒子大小） 溶液溶液(或或真溶液真溶液): 粒子直径粒子直径小于小于1nm, 均相系统均相系统, 透明透明, 不能发生光的散射不能发生光的散射, 扩散速度快扩散速度快, 为热力学稳定状态为热力学稳定状态. 胶 体 分 散 系 统胶 体 分 散 系 统 : 分 散 质 在 某 方 向 上 的 直 径 在分 散 质 在 某 方 向 上 的 直 径 在 11000nm之间之间,可透明或不透明可透明或不透明, 均可发生光散射均可发生光散射, 胶体粒子扩散速率慢胶体粒子扩散速率慢

5、, 不能透过半透膜不能透过半透膜, 有较高的渗有较高的渗 透压透压. 粗分散系统粗分散系统: 分散相粒子在某方向上的直径分散相粒子在某方向上的直径大于大于 1000nm,如悬浮液如悬浮液, 乳状液乳状液, 泡沫泡沫, 粉尘等粉尘等. 与胶体有与胶体有 许多共同特性许多共同特性. 第一节第一节.溶胶的分类及特征溶胶的分类及特征 00-8-16 3.分散系统按聚集状态分类分散系统按聚集状态分类 分散介质分散介质分散相分散相名称名称实例实例 气气 液液 固固 气溶胶气溶胶 云云, 雾雾, 喷雾喷雾 烟烟, 粉末粉末 液液 气气 液液 固固 泡沫泡沫 乳状液乳状液 液溶胶或悬浮液液溶胶或悬浮液 肥皂泡

6、沫肥皂泡沫 牛奶牛奶, 含水原油含水原油 金溶胶金溶胶, 油墨油墨, 泥浆泥浆 固固 气气 液液 固固 固溶胶固溶胶 泡沫塑料泡沫塑料 珍珠珍珠, 蛋白石蛋白石 有色玻璃有色玻璃, 某些合金某些合金 本章主要介绍以本章主要介绍以液体为分散介质液体为分散介质的系统的系统, 重点是液溶胶重点是液溶胶 (简称溶胶简称溶胶), 其次是乳状液其次是乳状液, 泡沫等泡沫等. 第一节第一节.溶胶的分类及特征溶胶的分类及特征 00-8-17 4.胶体系统又可分为三类胶体系统又可分为三类: 溶胶溶胶: 高度分散的多相系统高度分散的多相系统, 分散相与分散介质之间亲和分散相与分散介质之间亲和 力较弱力较弱, 有很

7、大的相界面有很大的相界面, 很高的表面能很高的表面能, 能自动聚集成能自动聚集成 大颗粒大颗粒, 自动吸附某种离子而带电自动吸附某种离子而带电, 是热力学不稳定系统是热力学不稳定系统. 液溶胶传统上称憎液溶胶液溶胶传统上称憎液溶胶. 高分子溶液高分子溶液: 由于高分子以分子形式溶于介质中由于高分子以分子形式溶于介质中, 分散相分散相 与分散介质之间没有相界面与分散介质之间没有相界面, 大多是均相的热力学稳定系大多是均相的热力学稳定系 统统. 传统上称亲液溶胶传统上称亲液溶胶. 缔合胶体缔合胶体: 分散相是由表面活性剂缔合形成的胶束分散相是由表面活性剂缔合形成的胶束. 通常通常 以水为分散介质以

8、水为分散介质, 胶束中表面活性剂的亲油基团向里胶束中表面活性剂的亲油基团向里, 亲亲 水基团向外水基团向外, 分散相与分散介质之间有很好的亲和性分散相与分散介质之间有很好的亲和性, 也也 是一类均相的热力学稳定系统是一类均相的热力学稳定系统. 有时称胶体电解质有时称胶体电解质. 第一节第一节.溶胶的分类及特征溶胶的分类及特征 00-8-18 第一节第一节.溶胶的分类及特征溶胶的分类及特征 二二.溶胶的特征溶胶的特征: a.多相的聚集体多相的聚集体:(heterogeneous polymerization) 胶体粒子为上千或上万的小分子的聚集体胶体粒子为上千或上万的小分子的聚集体; b.高分散

9、度高分散度:(high dispersity) 粒子小，粒子小，a大，大，a大，大，dg大大 c.聚结不稳定性聚结不稳定性:(accumulation unstability)分散相粒分散相粒 子有自动聚集趋势，溶胶的这种性质称为聚结不稳定子有自动聚集趋势，溶胶的这种性质称为聚结不稳定 性。性。 00-8-19 第二节溶胶的制备与净化第二节溶胶的制备与净化 一一.溶胶的制备溶胶的制备: 1.制备的条件和途径制备的条件和途径: a.条件条件: 难溶难溶; 加入合适的稳定剂加入合适的稳定剂. b.途径途径: 分散法（分散法（dispersion method ）：进一步粉碎粗分散系中）：进一步粉碎

10、粗分散系中 的大粒子，提高分散度，这种方法称为分散法。的大粒子，提高分散度，这种方法称为分散法。 凝聚法（凝聚法（condensation method）：设法使一般溶液中的）：设法使一般溶液中的 溶质分子聚集成多分子聚集体，降低分散度至粒子大小达溶质分子聚集成多分子聚集体，降低分散度至粒子大小达 到到10-7-10-9m,这种方法称为凝聚法这种方法称为凝聚法 c.均匀胶体的制备均匀胶体的制备 00-8-110 胶体系统胶体系统 11000nm 分子分散系分子分散系 统统 1000nm 电弧法电弧法 胶体磨胶体磨喷射磨喷射磨 分散法利用机械设备将粗分散物料分散成胶体分散法利用机械设备将粗分散物

11、料分散成胶体. 分散过程分散过程 所消耗的机械功或电功远大于系统表面吉布斯函数的增加所消耗的机械功或电功远大于系统表面吉布斯函数的增加, 大大 部分能量以热量耗散部分能量以热量耗散. 分散法常用下列设备分散法常用下列设备: 胶体磨胶体磨 主要部件是一高速转动的圆盘主要部件是一高速转动的圆盘, 转速转速500010000 rpm, 圆盘与外壳间的微隙可调至约圆盘与外壳间的微隙可调至约5 10 6m. 湿磨的粉碎程 湿磨的粉碎程 度更高度更高. 粉碎时常加入少量表面活性剂以防止微粒聚集粉碎时常加入少量表面活性剂以防止微粒聚集. 物理凝聚法物理凝聚法化学凝聚法化学凝聚法 蒸气凝聚法蒸气凝聚法过饱和法

12、过饱和法 分散法分散法 00-8-111 气流粉碎机气流粉碎机(又称喷射磨又称喷射磨): 主要部件是在粉碎室的边缘上装主要部件是在粉碎室的边缘上装 有与周边成一定角度的两个高压喷嘴有与周边成一定角度的两个高压喷嘴, 将两股高压气流及物将两股高压气流及物 料以大约音速的速率喷入粉碎室料以大约音速的速率喷入粉碎室, 气流形成涡流气流形成涡流, 粒子相互粒子相互 碰撞碰撞, 摩擦及剪切作用而被粉碎摩擦及剪切作用而被粉碎. 优点是效率高优点是效率高, 粉碎程度可粉碎程度可 达达10 6以下 以下, 混入杂质少混入杂质少. 电弧法电弧法: 将欲分散的金属作为电极将欲分散的金属作为电极, 浸入水中浸入水中

13、, 通入直流电通入直流电, 调节两极距离使产生电弧调节两极距离使产生电弧. 电弧温度很高电弧温度很高, 而使电极表面的而使电极表面的 金属气化金属气化, 金属蒸气遇水冷却而冷凝成胶体系统金属蒸气遇水冷却而冷凝成胶体系统. 分散法分散法 00-8-112 凝聚法凝聚法 物理凝聚法物理凝聚法: 将蒸气或溶解状态的物质凝聚成胶体的方法将蒸气或溶解状态的物质凝聚成胶体的方法. 蒸气凝聚法蒸气凝聚法 采用特制的仪器采用特制的仪器, 使金属和有机溶剂在超使金属和有机溶剂在超 低压下蒸发低压下蒸发, 而后冷凝而成金属的有机溶胶而后冷凝而成金属的有机溶胶. 过饱和法过饱和法 更换溶剂或者降温冷却更换溶剂或者降

14、温冷却, 使溶质溶解度降低使溶质溶解度降低 至过饱和至过饱和, 然后从溶液中结晶而聚集成溶胶然后从溶液中结晶而聚集成溶胶. 如制备硫如制备硫 的水溶胶的水溶胶, 树脂或脂肪的水溶胶树脂或脂肪的水溶胶, 苯的水溶胶苯的水溶胶, 硫的醇溶硫的醇溶 胶等胶等. 化学凝聚法化学凝聚法: 通过控制化学反应中不溶性产物的析晶过程通过控制化学反应中不溶性产物的析晶过程, 使其停留在胶核尺度阶段使其停留在胶核尺度阶段, 而得到溶胶的方法而得到溶胶的方法. 一般采用较一般采用较 大的过饱和度和较低的温度以利于晶核的大量形成而减缓大的过饱和度和较低的温度以利于晶核的大量形成而减缓 晶体长大的速度晶体长大的速度,

15、防止难溶性物质的聚沉防止难溶性物质的聚沉. 00-8-113 例如例如: (a) 利用利用fecl3的水解反应的水解反应,生成生成fe(oh)3溶胶溶胶 fecl3 + 3h2o fe(oh)3+3hcl 在不断搅拌下在不断搅拌下, 将将fecl3稀溶液滴入沸腾的水中稀溶液滴入沸腾的水中, 即可生成棕红即可生成棕红 色色, 透明的透明的fe(oh)3溶胶溶胶. 过量的过量的fecl3同时又起到稳定剂的作同时又起到稳定剂的作 用用, fe(oh)3的微小晶体选择性地吸附的微小晶体选择性地吸附fe3+离子离子, 可形成带正电可形成带正电 荷的胶体粒子荷的胶体粒子. (b) 利用利用as2o3的复分

16、解反应制备硫化砷溶胶的复分解反应制备硫化砷溶胶: as2o3 + 3h2o 2h3aso3 2h3aso3 + 3h2s as2s3 + 6h2o 在在as2o3的饱和或过饱和的水溶液中的饱和或过饱和的水溶液中, 缓慢通入缓慢通入h2s气体气体, 即可即可 生成淡黄色生成淡黄色as2s3溶胶溶胶. hs 为稳定剂 为稳定剂, 胶粒带负电荷胶粒带负电荷. 凝聚法凝聚法 00-8-114 c.c.均匀胶体的制备均匀胶体的制备 多级分散：含有大小不一的胶体粒子。多级分散：含有大小不一的胶体粒子。 单级分散（单级分散（monodispersionmonodispersion） ：制备粒子大小一致：制备

17、粒子大小一致 的胶体粒子。的胶体粒子。 形状：形状：球形、棒性、立方形、椭圆形等各种均匀胶球形、棒性、立方形、椭圆形等各种均匀胶 体。体。 电分散电分散; ; 应用：应用：均匀胶体在特种陶瓷、催化剂、颜料、油墨、均匀胶体在特种陶瓷、催化剂、颜料、油墨、 磁性材料及感光材料的研制和产品质量的提高等方面磁性材料及感光材料的研制和产品质量的提高等方面 有着广泛的应用前景有着广泛的应用前景 00-8-115 二二. .溶胶的净化溶胶的净化 溶胶的净化溶胶的净化: : 将溶胶制备过程中引入或产生的过量电解质将溶胶制备过程中引入或产生的过量电解质 或其它杂质除去或其它杂质除去, , 以提高溶胶的稳定性和纯

18、度以提高溶胶的稳定性和纯度. . 渗析法渗析法: : 净化溶胶的最常用方法净化溶胶的最常用方法. . 利用胶粒不能透过半透利用胶粒不能透过半透 膜的特点膜的特点, , 分离出溶胶中多余的电解质或其它杂质分离出溶胶中多余的电解质或其它杂质. . 一般一般 可用羊皮纸可用羊皮纸, , 动物膀胱膜动物膀胱膜, , 硝酸或醋酸纤维素等作为半透硝酸或醋酸纤维素等作为半透 膜膜. . 为加快渗透作用为加快渗透作用, , 可加大渗透面积可加大渗透面积, , 适当提高温度或适当提高温度或 加外电场加外电场. . 电渗析电渗析: : 利用外电场来大大加速正利用外电场来大大加速正, , 负离子定向渗透速度负离子定

19、向渗透速度. . 适宜的适宜的电解质电解质是形成胶体系统必不可少的条件是形成胶体系统必不可少的条件, , 但过量的电解质的加入又是破坏胶体系统的有效方法但过量的电解质的加入又是破坏胶体系统的有效方法. . 因因 此此, , 要保持溶胶的稳定性要保持溶胶的稳定性, , 必须除去多余的电解质必须除去多余的电解质. . 00-8-116 第三节溶胶的动力学性质第三节溶胶的动力学性质 一一. .布朗运动布朗运动: :用分子运动论的观点用分子运动论的观点, , 研究胶体粒子的无规研究胶体粒子的无规 则运动以及由此而产生的扩散则运动以及由此而产生的扩散, , 渗透等现象渗透等现象, , 研究胶粒在重研究胶

20、粒在重 力场作用下力场作用下, , 粒子浓度随高度的变化规律粒子浓度随高度的变化规律. . 布朗布朗(brown)(brown)运动运动: : 溶胶中的分散相粒子的不停息的和无规溶胶中的分散相粒子的不停息的和无规 则的运动则的运动. . 这种现象是植物学家这种现象是植物学家(brown)(brown)于于18271827年首先从水中年首先从水中 悬浮花粉的运动中观察到的悬浮花粉的运动中观察到的. . 用超显微镜可以观察布朗运动用超显微镜可以观察布朗运动. . “布朗运动布朗运动”动动 画画 分散介质分子处于无规则的热运动状态分散介质分子处于无规则的热运动状态, , 从各个方向不断撞击分散相粒子

21、从各个方向不断撞击分散相粒子. . 布朗运动是布朗运动是 分子热运动的必然结果分子热运动的必然结果, , 是胶体粒子的热运动是胶体粒子的热运动. . 00-8-117 一一.布朗运动布朗运动 1905年左右年左右, 爱因斯坦爱因斯坦用几率的概念和分子运动论的观点用几率的概念和分子运动论的观点, 创立了布朗运动理论创立了布朗运动理论, 得出得出 爱因斯坦爱因斯坦-布朗运动平均位移公式布朗运动平均位移公式 在时间在时间 t 内粒子沿内粒子沿 x 轴方向的平均位移轴方向的平均位移; r 粒子半径粒子半径; 介质粘度介质粘度; l 阿佛加德罗常数阿佛加德罗常数. x 斯威德伯格斯威德伯格(svedbe

22、rg)用超显微镜对一定粒度的金溶胶用超显微镜对一定粒度的金溶胶 进行摄影实验进行摄影实验, 所得结果证实了上述公式的准确性所得结果证实了上述公式的准确性, 有力地证有力地证 明了分子运动论完全可以用于胶体分散系统明了分子运动论完全可以用于胶体分散系统. 用该公式测定用该公式测定 分散相粒子的大小及阿伏加德罗常数分散相粒子的大小及阿伏加德罗常数, 得到了同样令人满意得到了同样令人满意 的结果的结果. 00-8-118 二二.扩散与渗透扩散与渗透 一一.）扩散扩散: 在有浓度梯度时在有浓度梯度时, 物质粒子因热运动而发生宏物质粒子因热运动而发生宏 观上的定向迁移的现象观上的定向迁移的现象. 产生的

23、原因是物质粒子的热运动产生的原因是物质粒子的热运动. 因分散相粒子的质量比一般分子大千百倍因分散相粒子的质量比一般分子大千百倍, 其扩散速率远其扩散速率远 小于一般分子的扩散速率小于一般分子的扩散速率(一般以扩散系数一般以扩散系数d来衡量来衡量). 胶体系统的扩散亦可用菲克第一定律描述胶体系统的扩散亦可用菲克第一定律描述: dn/dt = - -das(dc /dx) 对于球形粒子的稀溶液对于球形粒子的稀溶液, 且为且为单级分散单级分散(即粒子大小一定即粒子大小一定), 得和由 6 3 2 rn rtt d rn rtt x 上式可用于上式可用于测定扩散系数测定扩散系数. 进而可求球形粒子的摩

24、尔质量进而可求球形粒子的摩尔质量: 00-8-119 1.1.渗透压渗透压: : 渗透平衡时渗透平衡时, , 溶剂液面和同一水平的溶液截面上所溶剂液面和同一水平的溶液截面上所 受的压力之差受的压力之差, , 用用 表示表示. . 渗透平衡时渗透平衡时, , 溶液一方压力的变化对溶剂化学势的影响溶液一方压力的变化对溶剂化学势的影响 抵消了组成的影响抵消了组成的影响, , 从而有从而有 a(l)aa(l)a(l) ln xrt2.2.渗透发生的原因渗透发生的原因: : 0ddd a , a a , a a a x x p p ptxt 0dlndd aaa xrtpv - - a 1 aa dln

25、d xp p xrtpv 二）渗透二）渗透 rt n n xrtv a b aa ln - - 得得因因溶溶液液体体积积, aav nv 3.3.范特霍夫渗透压公式范特霍夫渗透压公式 00-8-120 在定温下，溶液的渗透压与溶质的浓度成正比。溶液愈稀，在定温下，溶液的渗透压与溶质的浓度成正比。溶液愈稀， 公式愈准确公式愈准确 。 渗透压测定法常被用来测定生物体内大分子的摩尔质量。渗透压测定法常被用来测定生物体内大分子的摩尔质量。 渗透现象不仅在溶液与溶剂之间存在，在不同浓度的溶液渗透现象不仅在溶液与溶剂之间存在，在不同浓度的溶液 中同样存在中同样存在 等渗溶液等渗溶液：相等渗透压的溶液彼此称

26、为等渗溶液；：相等渗透压的溶液彼此称为等渗溶液； 高渗溶液高渗溶液：对于渗透压不相等的两种溶液，渗透压相对较：对于渗透压不相等的两种溶液，渗透压相对较 高的叫高渗溶液；高的叫高渗溶液； 低渗溶液低渗溶液：渗透压相对较低的叫做低渗溶液：渗透压相对较低的叫做低渗溶液 。 等渗溶液在药学上有重要意义等渗溶液在药学上有重要意义 如眼药水必须与眼球组织内的液体具有相同的渗透压，否如眼药水必须与眼球组织内的液体具有相同的渗透压，否 则会引起疼痛；则会引起疼痛； 静脉注射用的盐水与血液是等渗溶液静脉注射用的盐水与血液是等渗溶液 二）渗透二）渗透 00-8-121 纯水向红萝卜内渗透 纯水向红萝卜内渗透 渗透

27、原理被用渗透原理被用 来处理尿毒症来处理尿毒症. 在人工肾里在人工肾里, 病人的血液在病人的血液在 玻璃软管玻璃软管(用作用作 半透膜半透膜)循环循环, 血液里的小分血液里的小分 子废物向管外子废物向管外 渗透渗透, 从而使从而使 血液得到净化血液得到净化. 例例18 渗析实验渗析实验 二）渗透二）渗透 00-8-122 二）渗透二）渗透 三）溶胶的渗透压（三）溶胶的渗透压（osmotic pressure）特征：）特征： 一个分散相粒子（多分子聚集体）才是一个动力单位，一个分散相粒子（多分子聚集体）才是一个动力单位， 所以一个溶胶粒子产生渗透压的作用只相当于一个普通所以一个溶胶粒子产生渗透压

28、的作用只相当于一个普通 分子分子; 一定浓度的溶液，当溶质分子凝聚成胶体粒子后，粒一定浓度的溶液，当溶质分子凝聚成胶体粒子后，粒 子浓度要比原来分子浓度小几千至几百万倍，因此，溶子浓度要比原来分子浓度小几千至几百万倍，因此，溶 胶的渗透压至多只是原来溶液的几千分之一胶的渗透压至多只是原来溶液的几千分之一; 溶胶的聚结不稳定性，渗透压可随着聚结的进行而逐溶胶的聚结不稳定性，渗透压可随着聚结的进行而逐 渐减小。渐减小。 00-8-123 三三.沉降与沉降平衡沉降与沉降平衡 1.沉降：悬浮在液态介质中的密度比介质大的粒子受重力作用下沉降：悬浮在液态介质中的密度比介质大的粒子受重力作用下 沉的现象，叫

29、做沉降。沉的现象，叫做沉降。 f重力重力 r为粒子半径为粒子半径 粒子密度粒子密度 0液态介质的密度液态介质的密度 2.斯托克斯定律（斯托克斯定律（stokes law）为）为 f=6ru 为液态介质的粘度，为液态介质的粘度，u为粒子沉降速度为粒子沉降速度。 3.等速沉降等速沉降： 沉降开始后，粒子在重力作用下沉降加速进行，沉降开始后，粒子在重力作用下沉降加速进行，u 越来越大，沉降阻力随之增大，当增大至沉降阻力等于粒子的越来越大，沉降阻力随之增大，当增大至沉降阻力等于粒子的 重力时，粒子处于力的平衡状态重力时，粒子处于力的平衡状态w=f，此为等速沉降。，此为等速沉降。 ) )g g r r(

30、 ( 3 3 4 4 f f 0 0 3 3 - 9 )g(2r u 0 2 - 重力沉降速度重力沉降速度 00-8-124 三三.沉降与沉降平衡沉降与沉降平衡 4.沉降平衡沉降平衡: 指分散相粒子的扩散速率与沉降速率相等的状态指分散相粒子的扩散速率与沉降速率相等的状态. 沉降与扩散是两个相反的互为竞争的过程沉降与扩散是两个相反的互为竞争的过程,大质量的粒子易于大质量的粒子易于 沉降沉降, 反之易于扩散反之易于扩散. 在重力场中达到沉降平衡时在重力场中达到沉降平衡时, 粒子浓度随高度而变化的分布定粒子浓度随高度而变化的分布定 律律 c1, c2 分别为高度分别为高度h1, h2 截面上粒子的浓

31、度截面上粒子的浓度; , 0 分别为粒子分别为粒子 及介质的密度及介质的密度; g 为重力加速度为重力加速度. na：阿弗加德罗常数：阿弗加德罗常数 上式不受粒子形状的限制上式不受粒子形状的限制, 但要求粒子大小相等但要求粒子大小相等. 一般分散系统为一般分散系统为多级分散多级分散(粒子大小不等粒子大小不等), 可用上式分别可用上式分别 计算出不同大小粒子的分布计算出不同大小粒子的分布. 粒子愈大粒子愈大, 其平衡浓度梯度愈大其平衡浓度梯度愈大. ) )g gh h ( ( r r 3 3 4 4 r rt t n n c c c c l ln n 0 0 3 3 a a 0 0 - 00-8

32、-125 三三.沉降与沉降平衡沉降与沉降平衡 由于溶胶分散相粒子的沉降与扩散速率皆很慢由于溶胶分散相粒子的沉降与扩散速率皆很慢, 达到沉降平达到沉降平 衡状态往往需要很长时间衡状态往往需要很长时间. 若系统温度发生变化若系统温度发生变化, 所引起的对流所引起的对流 作用也能阻碍平衡的建立作用也能阻碍平衡的建立. 上式也可用于计算大气压的高度分布上式也可用于计算大气压的高度分布. 将大气视为理想气体将大气视为理想气体 且不考虑气温的高度变化且不考虑气温的高度变化, 则不同高度处有则不同高度处有 c2 / c1 = p2 / p1. 另大另大 气粒子无须考虑浮力校正气粒子无须考虑浮力校正, 即即

33、1( 0 / ) = 1, 所以有所以有 式中式中m为空气的平均摩尔质量为空气的平均摩尔质量(29 10 3 kg mol1 ). 上式也可 上式也可 用于各组分的计算用于各组分的计算, 如可算出如可算出298.15k 的大气层中氧气的分压的大气层中氧气的分压 降低一半的高度为降低一半的高度为 5.473 km. 显然愈靠近大地显然愈靠近大地, co2, so2, no2 等分子量较大的气体的含量愈高等分子量较大的气体的含量愈高. 00-8-126 第四节溶胶的光学性质第四节溶胶的光学性质 一一. .丁铎尔效应：由于溶胶的高度分散性和多相不均匀性丁铎尔效应：由于溶胶的高度分散性和多相不均匀性,

34、 , 当一束波长大于溶胶分散相粒子尺寸的入射光照射到当一束波长大于溶胶分散相粒子尺寸的入射光照射到 溶胶系统溶胶系统, , 可发生散射现象丁铎尔现象可发生散射现象丁铎尔现象. . 透镜透镜 溶胶溶胶 丁铎尔效应丁铎尔效应 光光 源源 00-8-127 一一.丁铎尔效应丁铎尔效应 当入射光的频率与分子的固有频率相同时当入射光的频率与分子的固有频率相同时, 发生光的发生光的吸收吸收. 当光束与系统不发生任何相互作用时当光束与系统不发生任何相互作用时, 则可则可透过透过. 当入射光的波长小于分散粒子的尺寸时当入射光的波长小于分散粒子的尺寸时, 则发生光的则发生光的反射反射. 若入射光的波长大于分散粒

35、子的尺寸时若入射光的波长大于分散粒子的尺寸时, 则发生光的则发生光的散射散射. 可见光波长在可见光波长在400700nm范围内范围内, 大于一般胶体粒子的大于一般胶体粒子的 尺寸尺寸(1100)nm, 可发生光的散射可发生光的散射. 光的振动频率高达光的振动频率高达1015hz, 光的照射相当于外加电磁场作光的照射相当于外加电磁场作 用于胶体粒子用于胶体粒子, 使围绕分子或原子运动的电子被迫产生振动使围绕分子或原子运动的电子被迫产生振动, 而质量达大于电子的原子核是无法跟上如此高频率的振动而质量达大于电子的原子核是无法跟上如此高频率的振动 的的, 这样被光照射的微小晶体上的每个分子这样被光照射

36、的微小晶体上的每个分子, 便以一个次级便以一个次级 光源的形式光源的形式, 向四面八方辐射出与入射光有相同频率的次级向四面八方辐射出与入射光有相同频率的次级 光波光波. 丁铎尔现象的实质是光的散射作用丁铎尔现象的实质是光的散射作用. 丁铎尔效应又称丁铎尔效应又称 为为, 散射光的强度可由瑞利公式计算散射光的强度可由瑞利公式计算. 00-8-128 二二.雷利公式雷利公式 假设假设: 粒子的尺寸远小于入射光波长粒子的尺寸远小于入射光波长; 粒子间距离较远粒子间距离较远, 可可 不考虑各个粒子散射光的相互干涉不考虑各个粒子散射光的相互干涉; 粒子不导电粒子不导电. 雷利雷利(l.w.rayleig

37、h)公式公式 i 单位单位体积液溶胶的体积液溶胶的散射光强度散射光强度; i0入射光强度入射光强度; l 观察者与散射中心的距离观察者与散射中心的距离; v 分散相粒子的体积分散相粒子的体积; 单位体积中的粒子数单位体积中的粒子数; 入射光波长入射光波长; 散射角散射角; n, n0 分别为分散相及分散介质的折射率分别为分散相及分散介质的折射率; i v 2, 真真溶液小分子体积微小溶液小分子体积微小, 丁铎尔效应微弱丁铎尔效应微弱; 粗分散悬浮粗分散悬浮 液粒子尺寸大于可见光波长液粒子尺寸大于可见光波长, 无丁铎尔效应无丁铎尔效应; 只有溶胶丁铎尔只有溶胶丁铎尔 效应显著效应显著. 用丁铎尔

38、效应可鉴别分散系统种类用丁铎尔效应可鉴别分散系统种类. 00-8-129 二二.雷利公式雷利公式 i , 波长愈短散射光愈强 波长愈短散射光愈强. 白光中蓝光和紫光散射白光中蓝光和紫光散射 最强最强, 红光最弱红光最弱. 当用白光照射溶胶时当用白光照射溶胶时, 在与入射光垂直在与入射光垂直 方向呈淡蓝色方向呈淡蓝色, 而透过光呈现橙红色而透过光呈现橙红色. 分散相与介质的折射指数相差越大分散相与介质的折射指数相差越大, 散射光越强散射光越强. 憎液溶憎液溶 胶分散相与介质之间有明显的界面胶分散相与介质之间有明显的界面, 其折射率相差较大其折射率相差较大, 乳光效应很强乳光效应很强. 而高分子真

39、溶液是均相系统而高分子真溶液是均相系统, 乳光甚微乳光甚微, 故可依此来区别高分子溶液与溶胶故可依此来区别高分子溶液与溶胶. i c, 此关系可用来测量溶胶的浓度此关系可用来测量溶胶的浓度. 乳光强度又称为浊乳光强度又称为浊 度度, 浊度计就是根据这一原理设计的浊度计就是根据这一原理设计的. 00-8-130 三三.超显微镜与粒子大小的近似测定超显微镜与粒子大小的近似测定 在超显微镜下看到的是粒子的散射光的影像在超显微镜下看到的是粒子的散射光的影像, 其大小比胶其大小比胶 体粒子本身的投影大数倍之多体粒子本身的投影大数倍之多. 粒子的平均大小可以估算粒子的平均大小可以估算. 如果已知单位体积溶

40、胶中分散相的质量如果已知单位体积溶胶中分散相的质量, 则由数密度可求出每则由数密度可求出每 个粒子的质量个粒子的质量m, 假设粒子是半径为假设粒子是半径为r 的球形的球形, 粒子密度为粒子密度为 , 则由则由 m = (4/3) r3 即可求得胶粒的平均半径即可求得胶粒的平均半径: 超显微镜是根据丁铎尔效应而设计的可看到胶体粒子的超显微镜是根据丁铎尔效应而设计的可看到胶体粒子的 存在及运动的显微镜存在及运动的显微镜. 与普通显微镜的差别是与普通显微镜的差别是强光源照射强光源照射, 在在 与入射光垂直的方向上及黑暗视野条件下观察与入射光垂直的方向上及黑暗视野条件下观察. 超显微镜与电子显微镜超显

41、微镜与电子显微镜:电子波长为电子波长为0.005nm前者为虚前者为虚 影影,(从侧面）后者为实影从侧面）后者为实影 5.溶胶的颜色溶胶的颜色: 粒子的大小粒子的大小,越大越大,向长波长方向移动向长波长方向移动;补色；补色； 以颜色可判断其溶胶的稳定性以颜色可判断其溶胶的稳定性. 00-8-131 第五节第五节 溶胶的电学性质溶胶的电学性质 一.电动现象电动现象:（electrokinetic phenomena） 指溶胶粒子的运动与电性质之间的关系，包括：电泳、电指溶胶粒子的运动与电性质之间的关系，包括：电泳、电 渗、流动电势和沉降电势。渗、流动电势和沉降电势。 1. 电泳和电渗电泳和电渗 1

42、)电泳电泳: (electrophonesis) :在外电场作用在外电场作用 下下, 胶体粒子在分散介质中定向移动的现胶体粒子在分散介质中定向移动的现 象象. 电泳现象表明电泳现象表明胶体粒子是带电的胶体粒子是带电的. nacl 溶液溶液 fe(oh)3 溶胶溶胶 + 电泳示意图电泳示意图 图中图中fe(oh)3 溶胶在电场作用下向阴溶胶在电场作用下向阴 极方向移动极方向移动, 证明证明fe(oh)3的胶体粒子是的胶体粒子是 带正电荷的带正电荷的. 对于半径对于半径r 较大较大, 双电层厚度较小的质双电层厚度较小的质 点点, 其表面可作为平面表面处理其表面可作为平面表面处理, 此时电泳此时电泳

43、 速度速度 与与 电势的关系为电势的关系为 00-8-132 一一.溶胶的电动现象溶胶的电动现象 2)电渗电渗(electro-osmosis): : 在多孔膜在多孔膜(或毛细管或毛细管)的两端施加一的两端施加一 定电压定电压, 液体液体(分散介质分散介质)将通过多孔膜而定向移动的现象将通过多孔膜而定向移动的现象(带带 电的固相不动电的固相不动). 导线管导线管 多孔塞多孔塞 + 电极电极 毛细管毛细管气泡气泡 吹入吹入 一个一个 气泡气泡 水或溶液水或溶液 电渗测定装置 电渗测定装置 如图所示如图所示, 通电后液体通过多孔塞而定向流动通电后液体通过多孔塞而定向流动, 可从水平毛可从水平毛 细

44、管中小气泡的移动来观察循环流动的方向细管中小气泡的移动来观察循环流动的方向.若多孔塞阻力远大若多孔塞阻力远大 于毛细管阻力于毛细管阻力, 可通过小气泡在一定时间内移动的距离来计算电可通过小气泡在一定时间内移动的距离来计算电 渗流的流速渗流的流速. 流动方向和流速大小与多孔塞材料流动方向和流速大小与多孔塞材料(带电的固相带电的固相), 流体性质以及外加电解质有关流体性质以及外加电解质有关. 00-8-133 一一.溶胶的电动现象溶胶的电动现象 3)流动电势流动电势: 在外力作用下在外力作用下, 迫使液体通过多孔隔膜迫使液体通过多孔隔膜(或毛细管或毛细管) 定向流动定向流动, 多孔隔膜两端所产生的

45、电势差多孔隔膜两端所产生的电势差.它是电渗的逆现象它是电渗的逆现象. n2加压加压 电位差计电位差计 电极电极 多孔塞多孔塞 流动电势测量示意图流动电势测量示意图 4)沉降电势沉降电势: 分散相粒子在重力场或离心力场的作用下迅速移分散相粒子在重力场或离心力场的作用下迅速移 动时动时, 在移动方向的两端所产生的电势差在移动方向的两端所产生的电势差. 它是电泳的逆现象它是电泳的逆现象. 沉降电势测量示意图沉降电势测量示意图 00-8-134 二二.粒子带电原因粒子带电原因 1.胶核的选择吸附：溶胶粒子（胶核）是多分子聚集体，与介胶核的选择吸附：溶胶粒子（胶核）是多分子聚集体，与介 质之间有巨大界面

46、，表面能很大，能选择吸附作为稳定剂的离质之间有巨大界面，表面能很大，能选择吸附作为稳定剂的离 子到界面上来。子到界面上来。 里巴托夫规则（里巴托夫规则（liepatoffs rule）：溶胶粒子选择吸附和它组）：溶胶粒子选择吸附和它组 成相同或相类似的离子。成相同或相类似的离子。 2.固体表面上的物质粒子固体表面上的物质粒子, 在溶液中发生电离在溶液中发生电离.在某些胶体粒子在某些胶体粒子 的生成过程中，粒子表面上的一部分分子发生电离，把与粒子的生成过程中，粒子表面上的一部分分子发生电离，把与粒子 组成相类似的离子作为决定电位的离子吸附到表面上使粒子带组成相类似的离子作为决定电位的离子吸附到表

47、面上使粒子带 电电。 如如:硅胶粒子为硅胶粒子为sio2的多分子聚集体，表面上的的多分子聚集体，表面上的sio2 生成生成 h2sio3，h2sio3是弱酸，部分电离出是弱酸，部分电离出sio32-离子离子; 如蛋白质中的氨基酸分子如蛋白质中的氨基酸分子, 在在ph值低时氨基形成值低时氨基形成- -nh3+而带正而带正 电电,在在ph值高时羧基形成值高时羧基形成- -coo- -而带负电而带负电. 00-8-135 二二.粒子带电原因粒子带电原因 3.两相接触生电（摩擦带电）：两相接触生电（摩擦带电）： 溶胶的分散相粒子与分散介质若为介电常数不同溶胶的分散相粒子与分散介质若为介电常数不同 的非

48、导电物质，则互相接触时可因摩擦而生电。由于的非导电物质，则互相接触时可因摩擦而生电。由于 它们对电子的亲和力不同，电子可从亲和力较小的一它们对电子的亲和力不同，电子可从亲和力较小的一 相流入亲和力较大的一相，使粒子带电。科恩相流入亲和力较大的一相，使粒子带电。科恩 （cohen）总结出一条经验规律：介电常数较大的一）总结出一条经验规律：介电常数较大的一 相带正电，另一相带负电。相带正电，另一相带负电。 4.晶格取代：晶格取代： 泥土粒子中，晶格中泥土粒子中，晶格中al3+，si4+被被ca2+，mg2+取代取代 后，整个粒子带正电，与原本电荷相比，正负电荷数后，整个粒子带正电，与原本电荷相比，

49、正负电荷数 不相同。不相同。 00-8-136 三三.扩散双电层理论扩散双电层理论 x0 亥姆霍兹双电层模型亥姆霍兹双电层模型 处在溶液中的带电固体表面处在溶液中的带电固体表面, 主要由于主要由于 静电吸引力的存在静电吸引力的存在, 必然要吸引等电量的异必然要吸引等电量的异 电离子电离子(或反离子或反离子)环绕在固体周围环绕在固体周围, 这样便这样便 在固液两相之间形成在固液两相之间形成双电层双电层. 1.双电层电容器模型双电层电容器模型(1879年亥姆霍兹年亥姆霍兹 提出提出): 正负离子整齐地排列于界面层的两正负离子整齐地排列于界面层的两 侧侧, 电荷分布情况就如同平行板电容器电荷分布情况

50、就如同平行板电容器, 两两 层间的距离很小层间的距离很小, 与离子半径相当与离子半径相当. 该模型过于简单该模型过于简单, 与实际情况矛盾很多与实际情况矛盾很多, 如不能解释带电质点的表面电势如不能解释带电质点的表面电势 0 与质点与质点 运动时固液两相发生相对移动时所产生的运动时固液两相发生相对移动时所产生的 电势差电势差 电势电势(电动电势电动电势)的区别的区别, 也不也不 能解释电解质对能解释电解质对 电势的影响等电势的影响等. 00-8-137 三三.扩散双电层理论扩散双电层理论 古依的扩散双电层模型古依的扩散双电层模型 0 x0 2.扩散双电层模型扩散双电层模型(1910年古依和查年

51、古依和查 普曼提出普曼提出): 溶液中的反离子因为热运动溶液中的反离子因为热运动 应呈扩散状态分布在溶液中应呈扩散状态分布在溶液中, 而不是整而不是整 齐地排列在一个平面上齐地排列在一个平面上. 如图紧靠固体表面如图紧靠固体表面, 反离子浓度最反离子浓度最 大大, 随着离开固体表面愈远随着离开固体表面愈远, 反离子浓度反离子浓度 降低降低, 形成一个反离子的扩散层形成一个反离子的扩散层.古依和古依和 查普曼假设查普曼假设, 在质点表面可看作无限大在质点表面可看作无限大 的平面的平面, 表面电荷分布均匀表面电荷分布均匀, 溶剂介电常溶剂介电常 数到处相同的条件下数到处相同的条件下, 距表面一定距

52、离距表面一定距离x 处的电势处的电势 与表面电势与表面电势 0 的关系遵守的关系遵守: 玻耳兹曼定律玻耳兹曼定律: = 0 e - - x 式中式中 的倒数具有双电层厚度的含义的倒数具有双电层厚度的含义. 该模型没有考虑到反该模型没有考虑到反 离子的吸附及离子的溶剂化离子的吸附及离子的溶剂化, 未能反映界面紧密层的存在未能反映界面紧密层的存在. 00-8-138 三三.扩散双电层理论扩散双电层理论 3.斯特恩双电层模型斯特恩双电层模型(1924年年stern 提提 出出): 该模型认为溶液一侧的带电层应该模型认为溶液一侧的带电层应 分为紧密层和扩散层两部分分为紧密层和扩散层两部分. 紧密层紧密

53、层: 溶液中反离子及溶剂分子溶液中反离子及溶剂分子 受到足够大的静电力受到足够大的静电力, 范德华力或范德华力或 特性吸附力特性吸附力, 而紧密吸附在固体表而紧密吸附在固体表 面上面上. 其余反离子则构成扩散层其余反离子则构成扩散层. 斯特恩面斯特恩面: 紧密层中反离子的电性紧密层中反离子的电性 中心所连成的假想面中心所连成的假想面. 距固体表面距固体表面 的距离约为水化离子的半径的距离约为水化离子的半径.斯特恩斯特恩 面上的电势面上的电势 称为称为斯特恩电势斯特恩电势. 滑动面滑动面: 指固液两相发生相对移动指固液两相发生相对移动 的界面的界面, 在斯特恩面稍外一些在斯特恩面稍外一些, 是凹

54、是凹 凸不平的曲面凸不平的曲面.滑动面至溶液本体间滑动面至溶液本体间 的电势差称为的电势差称为 电势电势. 00-8-139 三三.扩散双电层理论扩散双电层理论 电势电势 距离距离 滑动面滑动面 c1 c2 c3 cs+rb+nh4+k+na+li+ ba 2+ sr 2+ ca 2+ mg 2+ f io3 h2po4 bro3 clclo3 brno3 clo4 iscnoh 00-8-153 溶胶的聚沉溶胶的聚沉 (2)高分子化合物的聚沉作用高分子化合物的聚沉作用 高分子化合物既可使溶胶稳定高分子化合物既可使溶胶稳定, 也可使溶胶聚沉也可使溶胶聚沉. 好的聚好的聚 沉剂应是沉剂应是相对分

55、子量很大的线型聚合物相对分子量很大的线型聚合物, 如聚丙烯酰胺及其衍如聚丙烯酰胺及其衍 生物生物, 其相对分子量可高达几百万其相对分子量可高达几百万. 聚沉剂可以是离子型的聚沉剂可以是离子型的, 也也 可以是非离子型的可以是非离子型的. 搭桥效应搭桥效应: 一个长碳链的高聚物分子可以同时吸附在许多个一个长碳链的高聚物分子可以同时吸附在许多个 分散相微粒上分散相微粒上, 通过通过“搭桥搭桥”把胶粒联结在一起把胶粒联结在一起, 引起聚沉引起聚沉. 脱水效应脱水效应: 高聚物分子由于亲水作用强高聚物分子由于亲水作用强, 其溶解与水化作用使其溶解与水化作用使 胶粒脱水胶粒脱水, 失去水化外壳而聚沉失去

56、水化外壳而聚沉. 电中和效应电中和效应: 离子型高聚物吸附在带电的胶粒上而中和了胶离子型高聚物吸附在带电的胶粒上而中和了胶 粒的表面电荷粒的表面电荷, 使粒子间的斥力势能降低使粒子间的斥力势能降低, 而使溶胶聚沉而使溶胶聚沉. 00-8-154 溶胶的聚沉溶胶的聚沉 高分子化合物对溶胶聚沉和保护作用示意图高分子化合物对溶胶聚沉和保护作用示意图 (a)聚沉作用聚沉作用 (b)保护作用保护作用 若在溶胶中加入较多的高分子化合物若在溶胶中加入较多的高分子化合物, 许多个高分子化合许多个高分子化合 物的一端吸附在同一个分散相粒子的表面上物的一端吸附在同一个分散相粒子的表面上, 或者是许多个高或者是许多

57、个高 分子线团环绕在胶体粒子周围分子线团环绕在胶体粒子周围, 形成水化外壳形成水化外壳, 将分散相粒子将分散相粒子 完全包围起来完全包围起来, 对溶胶则起保护作用对溶胶则起保护作用. 00-8-155 一一.乳状液乳状液 1.乳状液乳状液: 由两种不互溶或部分互溶的液体所形成的粗分散系由两种不互溶或部分互溶的液体所形成的粗分散系 统统. 如牛奶如牛奶, 含水石油含水石油, 炼油厂的废水炼油厂的废水, 乳化农药等乳化农药等. 2.乳化作用乳化作用: 油水互不相溶油水互不相溶, 只有加入乳化剂才能得到比较稳只有加入乳化剂才能得到比较稳 定的乳状液定的乳状液, 乳化剂的这种作用称为乳化作用乳化剂的这

58、种作用称为乳化作用. 常用的乳化剂常用的乳化剂 多为表面活性剂多为表面活性剂, 某些固体也能起乳化作用某些固体也能起乳化作用. 3.乳状液的类型乳状液的类型:水包油型水包油型, 微小油滴分散在水中微小油滴分散在水中, 符号符号o/w. 油包水型油包水型, 微小水滴分散在油中微小水滴分散在油中, 符号符号w/o. 复乳型复乳型.微小水滴分散在油中，再分散在水中微小水滴分散在油中，再分散在水中w/o/w 界面膜有两个界面，存在界面膜有两个界面，存在水和水和油两个界面张力，此二界面油两个界面张力，此二界面 张力大小不同，膜总是向界面张力大的那面弯曲，因这样可张力大小不同，膜总是向界面张力大的那面弯曲

59、，因这样可 减少这个面的面积，使体系趋于稳定，结果在界面张力大的减少这个面的面积，使体系趋于稳定，结果在界面张力大的 一边的液体就成了分散相。一边的液体就成了分散相。 第七节乳状液、泡沫和气溶胶第七节乳状液、泡沫和气溶胶 00-8-156 4.乳状液的鉴别乳状液的鉴别 在药物中的应用在药物中的应用:缓释缓释,靶向靶向,增溶提高稳定性等增溶提高稳定性等 w/o, o/w可增溶可增溶,靶向靶向,避免避免 肠胃液的破坏肠胃液的破坏,方便服用方便服用 w/o/w型又称复乳型又称复乳,二级乳二级乳,可肠用药可肠用药(缓释缓释) 内外均带药内外均带药,既具吸收的迅速既具吸收的迅速,又可持久给药又可持久给药

60、. 鉴别乳状液的类型的方法鉴别乳状液的类型的方法: 染色法染色法 在乳状液中加入少许油溶性或水溶性的染料在乳状液中加入少许油溶性或水溶性的染料, 在在 显微镜下观察是内相还是外相被染色显微镜下观察是内相还是外相被染色. 稀释法稀释法 取少量乳状液滴入水中或油中取少量乳状液滴入水中或油中, 若乳状液能在水若乳状液能在水 中稀释即为中稀释即为o/w型型; 在油中稀释则为在油中稀释则为w/o型型. 导电法导电法 未加离子型乳化剂时未加离子型乳化剂时, o/w型导电性比型导电性比w/o强强. 00-8-157 5.乳状液的稳定乳状液的稳定 乳化剂主要从以下几个方面增强乳化液的稳定性乳化剂主要从以下几个