胶体的制备与纯化课件

1、第三章第三章 胶体的制备与纯化胶体的制备与纯化 胶体体系分类胶体体系分类 溶胶（胶体分散体系）溶胶（胶体分散体系） 表面自由能很高，在热力学上是不稳定的，也是不可逆的， 其组成相一旦发生分离，就不易再恢复原状。 高分子溶液高分子溶液（高分子物质的真溶液天然的或合成的） 在热力学上是稳定的和可逆的，溶质从溶剂中分离后容易恢复原状。 缔合胶体缔合胶体 有时称为胶体电解质，在热力学上是稳定的 3.1 溶胶的制备方法溶胶的制备方法 溶胶的制备 （1）分散法 1.机械粉碎法 2.电分散法 3.超声波分散法 4.胶溶法 （2）凝聚法 1.化学凝聚法 2.物理凝聚法 溶胶的净化 （1）透析法 （2）超过滤法

2、 胶体的制备与纯化课件 3.1 溶胶的制备方法溶胶的制备方法 胶体系统胶体系统 1100nm 分子分散系分子分散系 统统 100nm 超声法超声法 胶体磨胶体磨 电弧法电弧法 物理凝聚法物理凝聚法化学凝聚法化学凝聚法 蒸气聚冷法蒸气聚冷法过饱和法过饱和法 用这两种方法直接制出的粒子称为用这两种方法直接制出的粒子称为原级粒子。原级粒子。视具体制视具体制 备条件不同，这些粒子又可以聚集成较大的备条件不同，这些粒子又可以聚集成较大的次级粒子次级粒子。 通常所制备的溶胶中粒子的大小不是均一的，是一个通常所制备的溶胶中粒子的大小不是均一的，是一个 多级分散体系多级分散体系。 更换溶剂法更换溶剂法 胶体的

3、制备与纯化课件 3.1 溶胶的制备方法溶胶的制备方法 1.分散法 研磨法 用机械粉碎的方法将固体磨细。用机械粉碎的方法将固体磨细。 这种方法适用于脆而易碎的物质，对于柔韧性的物质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。理，硬化后再研磨。 胶体磨的形式很多，其分散能力因构造和转速的不同胶体磨的形式很多，其分散能力因构造和转速的不同 而不同。常见的机械磨有球磨、气流磨和盘磨。而不同。常见的机械磨有球磨、气流磨和盘磨。 胶体的制备与纯化课件 分散法分散法 盘式胶体磨 A为空

4、心转轴， 与C盘相连，向 一个方向旋转， B盘反方向旋转。 转速约每分钟转速约每分钟 1 1万万 2 2万转。万转。 胶体的制备与纯化课件 分散法分散法 胶体的制备与纯化课件 3.1 溶胶的制备方法溶胶的制备方法 特点： a.效率较差，最细效率较差，最细1 1 m m b.b.颗粒自发变大颗粒自发变大 c.c.提高研磨效率提高研磨效率 防止颗粒增大，溶剂冲稀，或加入稳定剂。防止颗粒增大，溶剂冲稀，或加入稳定剂。 油漆：金属皂类；油漆：金属皂类； 岩石粉碎：表面活性剂。岩石粉碎：表面活性剂。 胶体的制备与纯化课件 分散法分散法 电弧法 电弧法主要用于电弧法主要用于 制备金、银、铂制备金、银、铂

5、等金属溶胶。等金属溶胶。 制备过程包括先制备过程包括先 分散分散后后凝聚凝聚两个两个 过程。过程。 胶体的制备与纯化课件 分散法分散法 超声波分散法 作用机理：空化效应。 超声空化是液体的一种极其复杂的 物理化学现象，液体中的微小泡核 在超声波作用下被激化，随后表现 为泡核的振荡、生长、收缩及崩溃 等一系列动力学过程。在空化泡崩 溃时的极短时间内，在空化泡的极 小空间中将产生局部高温、高压以 及强烈的冲击波和快速射流。在局 部高温高压的作用下，分散的效果 得到了极大提高。 这种方法目前只用来制备乳状液。这种方法目前只用来制备乳状液。 胶体的制备与纯化课件 分散法分散法 胶溶法又称解胶法，是将新

6、生成的沉淀重新分散在介是将新生成的沉淀重新分散在介 质中形成溶胶，并加入适当的稳定剂。质中形成溶胶，并加入适当的稳定剂。 重新分散的措施有：加入适量的电解质；重新分散的措施有：加入适量的电解质； 或置于某一温度下。或置于某一温度下。 其中所用的稳定剂又称其中所用的稳定剂又称胶溶剂胶溶剂。根据胶核所能吸附的。根据胶核所能吸附的 离子而选用合适的电解质作胶溶剂。离子而选用合适的电解质作胶溶剂。 胶体的制备与纯化课件 分散法分散法 例如： AgCl (新鲜沉淀） AgCl(溶胶） AgNOKCl 3 加或 Fe(OH)3（新鲜沉淀） Fe(OH)3 (溶胶） 3 FeCl加 这种方法一般用在化学凝聚

7、法制溶胶时，为了将多余的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。胶溶剂的介质中，形成溶胶。 胶体的制备与纯化课件 3.1 溶胶的制备方法溶胶的制备方法 2.凝聚法凝聚法 化学凝聚法化学凝聚法:通过各种化学反应使生成物呈过饱和状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。这种稳定剂一般是某一过量的反应物。在下形成溶胶。这种稳定剂一般是某一过量的反

8、应物。 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, 使其停留在胶使其停留在胶 核尺度阶段核尺度阶段, 而得到溶胶的方法。而得到溶胶的方法。 一般采用较大的过饱和度和较低的温度以利于晶核的大量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 形成而减缓晶体长大的速度形成而减缓晶体长大的速度, 防止难溶性物质的聚沉。防止难溶性物质的聚沉。 胶体的制备与纯化课件 凝聚法凝聚法 A.复分解反应制硫化砷溶胶 2H3AsO3（稀）+ 3H2S As2S3（溶胶）+6H2O B.水解反应制氢氧化铁溶胶 FeCl3 （稀）+3H2O （热） Fe(OH)3 （溶胶）+3H

9、Cl 例如： C.氧化还原反应制备硫溶胶 2H2S(稀）+ SO2(g) 2H2O +3S (溶胶） Na2S2O3 +2HCl 2NaCl +H2O +SO2 +S (溶胶） 胶体的制备与纯化课件 凝聚法凝聚法 E.离子反应制氯化银溶胶 AgNO3（稀）+ KCl（稀） AgCl (溶胶） +KNO3 D.还原反应制金溶胶 2HAuCl4(稀）+ 3HCHO (甲醛 )+11KOH 2Au(溶胶）+3HCOOK + 8KCl + 8H2O 四氯合金酸，王水溶解金的产物 胶体的制备与纯化课件 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将蒸气或溶解状态的物质凝聚成

10、胶体的方 法。有法。有过饱和法过饱和法、更换溶剂法更换溶剂法和和蒸气骤冷法蒸气骤冷法。 过饱和法过饱和法 用降温冷却等方法用降温冷却等方法, , 使溶质溶解度降低至使溶质溶解度降低至 过饱和过饱和, , 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。 苯的饱和水溶液 冰急骤冷却 苯的水溶胶 硫的酒精溶液 液态空气冷却 硫的醇溶胶 胶体的制备与纯化课件 更换溶剂法更换溶剂法 利用物质在不同溶剂中溶解度的显著差别来制备溶胶，利用物质在不同溶剂中溶解度的显著差别来制备溶胶， 而且两种溶剂要能完全互溶。而且两种溶剂要能完全互溶。 例例1.松香易溶于乙醇而难溶于水，将松香的乙醇溶液滴入松香

11、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水中可制备松香的水溶胶 。 例例2.将硫的丙酮溶液滴入将硫的丙酮溶液滴入90左右的热水中，丙酮蒸发后，左右的热水中，丙酮蒸发后， 可得硫的水溶胶。可得硫的水溶胶。 凝聚法凝聚法 胶体的制备与纯化课件 例图： 凝聚法凝聚法 胶体的制备与纯化课件 凝聚法凝聚法 Cu+Ti 4一Cu + Ti3+ Cu +一Cu+Cu2+ 将TiCl4溶于水配制成TiCl4储备液时, TiCl4部分水解,形成第一个水产物,水解反应式为: TiCl4 +nH2OH2Ti(OH)nCl6-n+(n-2)HCl 在强迫水解过程中,加热体系,促进TiCl4水

12、解的进一步进行, Ti(OH)nCl6-n2-发生进一步 的水解,生成钛羟基络合物,反应过程可以表示为: H2Ti(OH)nCl6-n+ (6-n)H2OTi(OH)n H2O 6-n Cl6-n+2HCl 胶体的制备与纯化课件 将汞的蒸气通入将汞的蒸气通入 冷水中就可以得冷水中就可以得 到汞的水溶胶。到汞的水溶胶。 2苯 4金属钠 5液氮 蒸气骤冷法 罗金斯基等人利用罗金斯基等人利用 右侧装置，制备碱右侧装置，制备碱 金属的苯溶胶。金属的苯溶胶。 凝聚法凝聚法 胶体的制备与纯化课件 凝聚法凝聚法 NaCl溶于水形成溶液，如果分散在酒精 可形成胶体,如何设计实验？ 胶体的制备与纯化课件 凝聚法

13、凝聚法 胶体的制备与纯化课件 3.1 溶胶的制备方法溶胶的制备方法 溶胶的净化: 将溶胶制备过程中引入或产生的过量电解将溶胶制备过程中引入或产生的过量电解 质或其它杂质除去质或其它杂质除去, , 以提高溶胶的稳定性和纯度。以提高溶胶的稳定性和纯度。 净化的方法主要有净化的方法主要有渗析法渗析法和和超过滤法超过滤法。 在制备溶胶的过程中，常生成一些多余的电解质，如制在制备溶胶的过程中，常生成一些多余的电解质，如制 备备 Fe(OH)3溶胶时生成的溶胶时生成的HCl。少量电解质可以作为溶胶的。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，稳定剂，但是过多的电解质存

14、在会使溶胶不稳定，容易聚沉， 所以必须除去。所以必须除去。 3.溶胶的纯化 胶体的制备与纯化课件 简单渗析 简单渗析：简单渗析：将需要净化的溶胶放在羊皮纸或动物膀胱将需要净化的溶胶放在羊皮纸或动物膀胱 等半透膜制成的容器内，膜外放纯溶剂。等半透膜制成的容器内，膜外放纯溶剂。 半透膜：火棉胶膜，硝化纤维溶入乙醚乙醇混合液，薄膜半透膜：火棉胶膜，硝化纤维溶入乙醚乙醇混合液，薄膜 赛璐玢、动物肠衣赛璐玢、动物肠衣 利用浓差因素，多余的电解质离子不断向膜外渗透，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。经常更换溶剂，就可以净化半透膜容器内的溶胶。 为加

15、快渗析作用，可加以搅拌，为加快渗析作用，可加以搅拌，加大渗透面积，适加大渗透面积，适 当提高温度或加外电场。当提高温度或加外电场。 3.1 溶胶的制备方法溶胶的制备方法 （1）透析法 胶体的制备与纯化课件 简单渗析装置 3.1 溶胶的制备方法溶胶的制备方法 胶体的制备与纯化课件 电渗析电渗析 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。 这种方法称为电渗电渗 析法析法。 电渗析 溶胶的纯化 胶体的制备与纯化课件 用半透膜作过 滤膜，利用加压或 抽气的方法使胶粒 与含有杂质的介

16、质 在压差作用下迅速 分离。 （2）超过滤法 将半透膜上的 胶粒迅速用含有 稳定剂的介质再 次分散。 溶胶的纯化 超过滤装置： 胶体的制备与纯化课件 电超过滤： 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。 溶胶的纯化 胶体的制备与纯化课件 3.2溶胶的形成和老化机理溶胶的形成和老化机理 1.溶胶的形成条件 溶胶形成两个阶段：晶核的形成 快 晶体的生长 慢 分散度高 晶核形成速率取决于 （A）固体从溶液析出速度 正比 Q-S Q：过饱和溶液浓度，S：溶解速率 （B）溶解速率，S 胶体的制备与纯化课件 溶胶的形成条件

17、1 2 () / DA() / DA vk QSS vQS 晶核形成速率 单位时间析出颗粒数 晶核生长速率 其中溶质扩散系数，晶核表面积，扩散路程 V1V2，分散度大，溶胶 V1V2，分散度小，沉淀 V1/V2表征分散度水平 (Q-S)/S 很大，V1大，V2较小，形成溶 胶或凝胶（Q过大时）； (Q-S)/S较小，V1小，晶核较少，V2较 大，大块沉淀 (Q-S)/S很小，V1、V2都小，利于溶胶。 胶体的制备与纯化课件 溶胶的形成条件 封魏曼（封魏曼（Von Weimam）于）于1908年利用下列反应年利用下列反应 研究了在酒精与水的混合物中所形成的硫酸钡沉淀的质点 大小与试剂浓度的关系。

18、 质点大小与试剂浓度的关系（对微溶物质） 浓度低，104103mol/dm3溶胶 浓度较高， 102101mol/dm3沉淀 高浓度 23mol/dm3半固体凝结 胶体的制备与纯化课件 3.2溶胶的形成和老化机理溶胶的形成和老化机理 2.溶胶老化机理 老化：新形成胶体即使经过纯化，胶粒也会随时间而慢慢增 大的过程。自发过程。 原因： （1）胶体的多分散性，大小不一的颗粒组成多聚体； （2）颗粒大小不同，溶解度不同； （3）小颗粒饱和浓度C1大颗粒饱和浓度C2 小颗粒扩散进入大颗粒周围 小颗粒溶解沉淀在大颗粒上。 胶体的制备与纯化课件 3.3 均分散体系均分散体系 1.形成原理 （1）概念 均分散体系：严格控制条件下，形状相同、颗粒尺 寸分布范围窄组成的体系。 均分散胶体 均分散颗粒 自然界：烟草斑纹病毒、 人工制备的有：S、Ag、SiO2、聚苯乙烯及一系列 金属氧化物。 胶体的制备与纯化课件 3.3 均分散体系均分散体系 （2）形成机理 LaMer观点形核、生长二阶段分开形核、生长二阶段分开机理，如下图所示。 欲制备单分散溶胶，必须控制溶质的过饱和度，使之高于成核浓度， 于是在很短的时间内形成全部晶核，称之爆发式成核。晶核形成之后，溶 液浓度迅速降到低于成核浓度，于是不再生成新的晶核，但浓度仍略高于 饱和浓度，故已有的核能因扩散而以相同的速度慢慢长大，形成单