暨南大学有机无机化学第五章-胶体(修改)课件

第五章胶体第一节胶体分散系

1.相——体系中具有相同化学性质和物理性质的均匀部分。2.相的特点(1)任何部分的物理性质和化学性质相同。(2)一个相并不一定是一种物质，如食盐水(NaCl和H2O)。

(1)单相体系：如饱和食盐水、糖水等。特点：溶质与溶剂已成一体，组分间没有界面。(2)多相体系：如不溶于水的盐溶液；水与油组成的体系等。特点：各组分的物理性质和化学性质不同，并具有明显的界面。3.相的分类三组概念：分散相：被分散的物质分散介质：容纳分散相的连续介质分散系＝分散相+分散介质三组概念：分散相：被分散的物质分散介质：容纳分散相的连续介质分散系＝分散相+分散介质三组概念：分散相：被分散的物质分散介质：容纳分散相的连续介质分散系＝分散相+分散介质4.分散系的分类(1)按聚集状态分（分散相-分散介质）气－气（空气）气－液（汽水）气－固（浮石）液－气（雾） 液－液（牛奶）液－固（果冻）固－气（烟、尘）固－液（溶液）固－固（合金）(2)按分散相粒子的大小分<1nm真溶液（1nm=10-9m）1-100nm胶体分散系（溶胶、高分子溶液、缔合胶体）>100nm粗分散系（悬浊液、乳状液）S（总表面积）

S。=———————V（总体积）5.分散度与比表面分散度：即物质的分散程度，分散相粒子越小，分散程度越大。常用比表面衡量。

比表面：单位体积的表面积，用符号S。表示。S（总表面积）

S。=———————V（总体积）5.分散度与比表面分散度：即物质的分散程度，分散相粒子越小，分散程度越大。常用比表面衡量。

比表面：单位体积的表面积，用符号S。表示。【例】：1立方厘米的正方体粒子。S。=

S/V=6×l2/l3=6厘米-1平均分为1012个小立方体后S。=60000厘米-1(增大1万倍)分散相粒子越小，分散程度越大【例】：1立方厘米的正方体粒子。S。=

S/V=6×l2/l3=6厘米-1平均分为1012个小立方体后S。=60000厘米-1(增大1万倍)分散相粒子越小，分散程度越大6.表面能液体或固体表面粒子比内部粒子能量高，多出的这部分能量称为体系的表面能。表面能的形成：处于表面的分子受力不均，合力指向液体内部。若要增大表面，必须克服液相内部分子的引力而做功，功以势能形式储存于表面，即表面能。表面能即表面层分子比内部分子多出的那部分能量。表面能的形成：处于表面的分子受力不均，合力指向液体内部。若要增大表面，必须克服液相内部分子的引力而做功，功以势能形式储存于表面，即表面能。表面能即表面层分子比内部分子多出的那部分能量。表面分子受到指向液体内部的拉力，总是趋向于液体内部移动，力图缩小表面积。如微小液滴总是呈球形，小的液滴聚集变大，肥皂泡用力吹才变大等。这个结论对固体物质同样适用。高度分散的溶胶比表面大，所以表面能也大，它们有自动聚积成大颗粒而减少表面积的趋势，称为聚结不稳定性。第二节溶胶溶胶的胶粒是由数目巨大的原子（或分子、离子）构成的聚集体。直径为1～100nm的胶粒分散在分散介质中，形成热力学不稳定分散系。第二节溶胶溶胶的胶粒是由数目巨大的原子（或分子、离子）构成的聚集体。直径为1～100nm的胶粒分散在分散介质中，形成热力学不稳定分散系。（1）光学性质（丁达尔效应）光学原理：强光照到分散相粒子上，胶粒直径（1-100nm）略小于入射光波（400-760nm），发生散射。散射光也称为乳光。Fe(OH)3胶体丁达尔效应示意图光源凸透镜光锥一、溶胶的基本性质（1）光学性质（丁达尔效应）光学原理：强光照到分散相粒子上，胶粒直径（1-100nm）略小于入射光波（400-760nm），发生散射。散射光也称为乳光。Fe(OH)3胶体丁达尔效应示意图光源凸透镜光锥一、溶胶的基本性质21在真溶液中，溶质颗粒太小（<10-9m）,光的散射极弱，看不到丁达尔效应。故丁达尔效应是溶胶区别于真溶液的一个基本特征。知识补充利用公式讨论p72几点结论1、散射光强随单位体积内溶胶胶粒的增多而增大；2、胶粒体积越大，散射光越强；3、波长越短的光被散射越多；4、分散相与分散介质折射率相差越大，散射光越强。（2）动力学性质①布朗运动溶胶中的胶粒在介质中不停地作不规则运动布朗运动（2）动力学性质①布朗运动溶胶中的胶粒在介质中不停地作不规则运动布朗运动（2）动力学性质①布朗运动溶胶中的胶粒在介质中不停地作不规则运动布朗运动布朗运动产生的原因：分散介质对分散相粒子的不断撞击，某一瞬间介质分子对溶胶粒子的碰撞合力未被完全抵消，引起位移。

胶粒因布朗运动而具有一定的扩散作用。27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：胶粒受重力作用下沉的过程称沉降。28沉降平衡：当沉降速度=扩散速度系统达平衡，胶粒浓度由上至下逐渐增大，形成一个浓度梯度，此状态称沉降平衡。29知识拓展——离心用离心方法分离生物大分子和亚细胞物质的基本原理是根据它们在液体介质中沉降速度不同而形成不同的区带，或者密度不同而停留在液体介质中不同的位置，利用离心机高速旋转产生的强大的离心力，而把它们一一分开。30知识拓展——离心用离心方法分离生物大分子和亚细胞物质的基本原理是根据它们在液体介质中沉降速度不同而形成不同的区带，或者密度不同而停留在液体介质中不同的位置，利用离心机高速旋转产生的强大的离心力，而把它们一一分开。31知识拓展——离心用离心方法分离生物大分子和亚细胞物质的基本原理是根据它们在液体介质中沉降速度不同而形成不同的区带，或者密度不同而停留在液体介质中不同的位置，利用离心机高速旋转产生的强大的离心力，而把它们一一分开。（3）溶胶的电学性质（Ⅰ）电动现象：在外电场作用下，分散相和分散介质发生相对位移的现象称为溶胶的电动现象。电动现象分为电泳和电渗。电泳管中:Fe(OH)3溶胶粒子向负极移动，说明Fe(OH)3溶胶中分散相粒子带正电荷。

电泳管示意图直流电(1)电泳——在电场中，分散相粒子作定向移动，称为电泳。胶粒带正电荷称为正溶胶,一般金属氢氧化物的溶胶即为正溶胶。胶粒带负电荷称为负溶胶,如：土壤、硅酸、硫化物、金、银、硫等溶胶。胶粒带正电荷称为正溶胶,一般金属氢氧化物的溶胶即为正溶胶。胶粒带负电荷称为负溶胶,如：土壤、硅酸、硫化物、金、银、硫等溶胶。由于胶体溶液是电中性的，所以，胶粒带正电荷（或负电荷），则分散介质必带负电荷（或正电荷）。由于胶体溶液是电中性的，所以，胶粒带正电荷（或负电荷），则分散介质必带负电荷（或正电荷）。(2)电渗：胶粒设法固定不动，分散介质在电场中作定向移动，该现象称为电渗。正极

+负极

—多孔性隔膜，固定胶粒电渗管示意图

注意：电泳是介质不动，胶粒运动。39胶核(胶粒？)分子的离解例：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)（Ⅱ）胶体粒子带电的主要原因：40胶核(胶粒？)分子的离解例：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)（Ⅱ）胶体粒子带电的主要原因：41（2）吸附作用胶粒中的胶核（原子、离子或分子的聚集体）有吸附其它物质而降低界面自由能的趋势，常吸附与其组成类似的离子。例如：Fe(OH)3胶核很容易吸附与它结构相似的FeO+离子，而带正电荷。

[Fe(OH)3]m·nFeO+FeCl3+3H2O=Fe(OH)3+3HClFe(OH)3+HCl=FeOCl+2H2OFeOCl=FeO++Cl-例如：Fe(OH)3胶核很容易吸附与它结构相似的FeO+离子，而带正电荷。

[Fe(OH)3]m·nFeO+FeCl3+3H2O=Fe(OH)3+3HClFe(OH)3+HCl=FeOCl+2H2OFeOCl=FeO++Cl-二、胶团结构

以AgI为例：

AgNO3+KI=AgI+KNO3

当AgNO3

过量时，分散相带正电荷，胶团结构如下：[（AgI)m•nAg+•(n-x)NO3-]x+•xNO3-

胶核电位离子反离子反离子吸附层扩散层

胶粒胶团二、胶团结构

以AgI为例：

AgNO3+KI=AgI+KNO3

当AgNO3

过量时，分散相带正电荷，胶团结构如下：[（AgI)m•nAg+•(n-x)NO3-]x+•xNO3-

胶核电位离子反离子反离子吸附层扩散层

胶粒胶团当KI过量时，胶粒带负电荷，胶团结构如下：

[(AgI)m•nI-

•(n-x)K+]x-•xK+

胶核电位离子反离子反离子吸附层扩散层

胶粒胶团

Fe(OH)3溶胶：{[Fe(OH)3]m•nFeO+•(n-x)Cl-}x+•xCl-

胶核电位离子反离子反离子吸附层扩散层

胶粒胶团注意：因制备溶胶条件不同，可使胶体粒子带不同电荷。制备AgCl溶胶：AgNO3+KCl=AgCl+KNO3由于溶液中存在的Ag+和Cl-都是胶体的组成离子，它们都有可能被吸附，若制备过程中：当AgNO3过量时，溶液中有Ag+、NO3-、K+

，胶核AgCl优先吸附Ag+而带正电荷。Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+胶核AgCl注意：因制备溶胶条件不同，可使胶体粒子带不同电荷。制备AgCl溶胶：AgNO3+KCl=AgCl+KNO3由于溶液中存在的Ag+和Cl-都是胶体的组成离子，它们都有可能被吸附，若制备过程中：当AgNO3过量时，溶液中有Ag+、NO3-、K+

，胶核AgCl优先吸附Ag+而带正电荷。Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+胶核AgCl注意：因制备溶胶条件不同，可使胶体粒子带不同电荷。制备AgCl溶胶：AgNO3+KCl=AgCl+KNO3由于溶液中存在的Ag+和Cl-都是胶体的组成离子，它们都有可能被吸附，若制备过程中：当AgNO3过量时，溶液中有Ag+、NO3-、K+

，胶核AgCl优先吸附Ag+而带正电荷。Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+胶核AgClKCl过量时，溶液中有过量的K+、Cl-、NO3-

，胶核优先吸附Cl-而带负电荷。Cl--Cl--Cl--Cl--Cl--Cl--Cl--Cl--Cl--Cl--Cl--Cl--Cl--Cl--Cl--Cl--Cl--胶核AgCl521、先有一定量的难溶物分子聚结形成胶核。

2、胶核选择性的吸附与胶核中相同的某种离子(同离子效应使胶核不易溶解),形成紧密吸附层；由于正、负电荷相吸，在紧密层外形成反号离子的包围圈，从而形成了带与紧密层相同电荷的胶粒。

总结533、胶粒与扩散层中的反号离子，形成一个电中性的胶团。

4、胶核吸附离子是有选择性的，若无相同离子，则首先吸附水化能力较弱的负离子，所以自然界中的胶粒大多带负电，如泥浆水、豆浆等都是负溶胶。幻灯片26

三、溶胶的稳定性(1)布朗运动：布朗运动使胶粒不沉降。（作用是双向的，同时也促使胶粒间不断发生碰撞而聚集。）

(2)溶剂化作用：胶团的水合双电层膜可起到阻碍胶粒相互碰撞合并变大的作用。水合膜越厚，胶粒越稳定。

三、溶胶的稳定性(1)布朗运动：布朗运动使胶粒不沉降。（作用是双向的，同时也促使胶粒间不断发生碰撞而聚集。）

(2)溶剂化作用：胶团的水合双电层膜可起到阻碍胶粒相互碰撞合并变大的作用。水合膜越厚，胶粒越稳定。

三、溶胶的稳定性(1)布朗运动：布朗运动使胶粒不沉降。（作用是双向的，同时也促使胶粒间不断发生碰撞而聚集。）

(2)溶剂化作用：胶团的水合双电层膜可起到阻碍胶粒相互碰撞合并变大的作用。水合膜越厚，胶粒越稳定。

57(3)聚集稳定性：溶胶能稳定存在的最重要的原因是胶粒之间存在静电排斥力而阻止胶粒聚沉，静电斥力越大，溶胶越稳定。

不稳定性：胶粒比表面积大，表面能大， 体系可自动聚集降低表面能，所以溶胶是热力学的不稳定体系。四、溶胶的聚沉定义：分散相粒子合并变大，最后从分散介质中分离出来的过程称为聚沉或凝结。溶胶聚沉后外观呈现浑浊。溶胶的聚沉是不可逆的。1、加入电解质；（研究最多应用最广）2、加入带相反电荷的胶体；3、长时间加热。促使胶体聚沉的方法有：四、溶胶的聚沉定义：分散相粒子合并变大，最后从分散介质中分离出来的过程称为聚沉或凝结。溶胶聚沉后外观呈现浑浊。溶胶的聚沉是不可逆的。1、加入电解质；（研究最多应用最广）2、加入带相反电荷的胶体；3、长时间加热。促使胶体聚沉的方法有：1、加入电解质聚沉的原因：加入电解质后，吸附层的反离子增多，胶粒所带电荷大大减少，排斥力减弱，使胶粒合并成大颗粒而聚沉。1、加入电解质聚沉的原因：加入电解质后，吸附层的反离子增多，胶粒所带电荷大大减少，排斥力减弱，使胶粒合并成大颗粒而聚沉。电解质的聚沉能力大小常用临界聚沉浓度来表示。临界聚沉浓度越小，表示该电解质的聚沉能力越大。临界聚沉浓度：使一定的溶胶在一定的时间内开始聚沉所需的电解质溶液的最低浓度。单位：mmol·L-1聚沉能力主要取决于能引起溶胶聚沉的反离子电荷数（即化合价数），离子带电荷越高，其聚沉能力越强一般来说聚沉能力：三价离子>>二价离子>>一价离子一价、二价、三价反离子的临界聚沉浓度与离子价数的六次方成反比，近似为：聚沉能力主要取决于能引起溶胶聚沉的反离子电荷数（即化合价数），离子带电荷越高，其聚沉能力越强一般来说聚沉能力：三价离子>>二价离子>>一价离子一价、二价、三价反离子的临界聚沉浓度与离子价数的六次方成反比，近似为：66

（2）带相同电荷的离子的聚沉能力虽然接近，但也略有不同。对负溶胶来说，其聚沉能力的相对大小为：

H+＞

Cs+＞Rb+＞NH4+＞K+＞Na+＞Li+

对正溶胶来说，其聚沉能力的相对大小为：

F-＞Cl-＞Br-＞I-

67不同电解质对几种溶胶的临界聚沉浓度mmol·L-1

As2S2(负溶胶)AgI(负溶胶)Al2O3(正溶胶)LiCl58LiNO3165NaCl43.5NaCl51NaNO3140KCl46KCl49.5KNO3136KNO360KNO350RbNO3126CaCl20.65Ca(NO3)22.40K2SO40.30MgCl20.72Mg(NO3)22.60K2Cr2O70.63MgSO40.81Pb(NO3)22.43K2C2O40.69AlCl30.093Al(NO3)30.067K3[Fe(CN)6]0.081/2Al2(SO4)20.096La(NO3)30.069Al(NO3)20.095Ce(NO3)30.06968不同电解质对几种溶胶的临界聚沉浓度mmol·L-1

As2S2(负溶胶)AgI(负溶胶)Al2O3(正溶胶)LiCl58LiNO3165NaCl43.5NaCl51NaNO3140KCl46KCl49.5KNO3136KNO360KNO350RbNO3126CaCl20.65Ca(NO3)22.40K2SO40.30MgCl20.72Mg(NO3)22.60K2Cr2O70.63MgSO40.81Pb(NO3)22.43K2C2O40.69AlCl30.093Al(NO3)30.067K3[Fe(CN)6]0.081/2Al2(SO4)20.096La(NO3)30.069Al(NO3)20.095Ce(NO3)30.06969在容易聚沉的溶胶中,加入适量的高分子，能显著地提高溶胶的稳定性，这种现象称为高分子对溶胶的保护作用。产生保护作用的原因是高分子吸附在胶粒的表面上，包围住胶粒，形成了一层高分子保护膜，阻止了胶粒之间及胶粒与电解质离子之间的直接接触，从而增加了溶胶的稳定性。2.高分子对溶胶的保护作用

70在容易聚沉的溶胶中,加入适量的高分子，能显著地提高溶胶的稳定性，这种现象称为高分子对溶胶的保护作用。产生保护作用的原因是高分子吸附在胶粒的表面上，包围住胶粒，形成了一层高分子保护膜，阻止了胶粒之间及胶粒与电解质离子之间的直接接触，从而增加了溶胶的稳定性。2.高分子对溶胶的保护作用

71由极小的固体或液体粒子悬浮在气体介质中所形成的分散系统称为气溶胶。图示是各种气溶胶的分散相粒子直径的大致范围。烟、雾的分散度较高，粉尘的分散度低，后者稳定性要差些。气溶胶（aerosol）第三节高分子溶液高分子化合物概念：单个分子相对分子量在一万以上的大分子。蛋白质、核酸、糖原等都是与生命有关的生物高分子，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(1)分散相粒子大小1~100nm(2)扩散速率慢(3)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(1)分散相粒子大小1~100nm(2)扩散速率慢(3)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(1)分散相粒子大小1~100nm(2)扩散速率慢(3)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一、高分子化合物的结构特点(1)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。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。高密度聚乙烯的线型结构低密度聚乙烯的枝型结构(2)柔性和分子内旋转高分子链中含有很多单键，这些单键均可作内旋转，从而使高分子链很容易卷曲成各种不同形状。称为高分子链的柔性。二、高分子溶液的形成溶胀：溶剂进入高分子链，导致化合物舒展，体积成倍增长。高分子化合物先溶胀，后溶解。与水分子形成水合膜：稳定性的主要原因。二、高分子溶液的形成溶胀：溶剂进入高分子链，导致化合物舒展，体积成倍增长。高分子化合物先溶胀，后溶解。与水分子形成水合膜：稳定性的主要原因。二、高分子溶液的形成溶胀：溶剂进入高分子链，导致化合物舒展，体积成倍增长。高分子化合物先溶胀，后溶解。与水分子形成水合膜：稳定性的主要原因。三、聚电解质溶液蛋白质等高分子化合物在水溶液中往往以离子形式存在，称为聚电解质。特征：链上有很多荷电基团，电荷密度很大；对极性溶剂的亲合力很强；分为阳离子、阴离子、两性离子三类。83等电状态和等电点——pI组成蛋白质的氨基酸既有质子给体，又有质子受体，在溶液中常常发生两性解离，由于酸性解离和碱性解离的程度不同，氨基酸解离后的离子常常带有电荷。但在某一pH值，酸性解离=碱性解离，此时离子的静电荷为零，该pH值称为该物质的等电点。pH>pI，蛋白质形成负离子。pH<pI，蛋白质形成正离子。pH=pI，蛋白质以两性离子存在。蛋白质的等电点蛋白质等电点蛋白质等电点蛋白质等电点鱼精蛋白12.0~12.4肌凝蛋白6.2~6.6卵白蛋白4.6~4.9细胞色素C9.8~10.3胰岛素5.3~5.35胃蛋白酶4.6肌红蛋白7.0乳清蛋白5.1~5.2酷蛋白2.7~3.0血红蛋白6.7~7.1白明胶4.7~4.9丝蛋白2.0~2.4pH>pI，蛋白质形成负离子。pH<pI，蛋白质形成正离子。pH=pI，蛋白质以两性离子存在。蛋白质的等电点蛋白质等电点蛋白质等电点蛋白质等电点鱼精蛋白12.0~12.4肌凝蛋白6.2~6.6卵白蛋白4.6~4.9细胞色素C9.8~10.3胰岛素5.3~5.35胃蛋白酶4.6肌红蛋白7.0乳清蛋白5.1~5.2酷蛋白2.7~3.0血红蛋白6.7~7.1白明胶4.7~4.9丝蛋白2.0~2.4四、高分子溶液的稳定与破坏稳定因素：高度溶剂化(水合作用)稳定性破坏：加大量电解质，降低水合程度。盐析：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。四、高分子溶液的稳定与破坏稳定因素：高度溶剂化(水合作用)稳定性破坏：加大量电解质，降低水合程度。盐析：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。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+盐析中，无机盐离子的价数不太重要，主要与离子种类有关，阴离子起主要作用。五、高分子溶液的渗透压和膜平衡将高分子溶液与溶剂用半透膜隔开，可产生渗透现象；渗透压数值不符合van’tHoff公式；浓度改变时，渗透压的增加比浓度的增加要大得多。五、高分子溶液的渗透压和膜平衡将高分子溶液与溶剂用半透膜隔开，可产生渗透现象；渗透压数值不符合van’tHoff公式；浓度改变时，渗透压的增加比浓度的增加要大得多。高分子溶液渗透压π与溶液的质量浓度ρB(g·L-1)的关系：B是常数。通过测定，以π/ρB对ρB作图得直线，外推至ρB

→0时截距为RT/Mr。膜平衡或Donnan平衡