基础化学：第五章 胶体

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1、第五章第五章 胶体胶体Colloid胶体胶体是自然界中存在的一种分散是自然界中存在的一种分散体系体系，是一种特殊的分散状态，而非一种特殊成分。它在它在医学、医学、生物学生物学、土壤学、土壤学、气象学、气象学、地质学、地质学中都中都有广泛的有广泛的应用。应用。内容提要内容提要一、胶体分散系一、胶体分散系1. 胶体分散系的概念胶体分散系的概念2. 胶体分散系的分类及特点胶体分散系的分类及特点二、溶胶二、溶胶1. 溶胶的基本性质溶胶的基本性质2. 胶团结构及溶胶的稳定性胶团结构及溶胶的稳定性内容提要内容提要三、高分子溶液三、高分子溶液1. 高分子化合物的结构特点及其溶液的形成高分子化合物的结构特点及

2、其溶液的形成2. 蛋白质溶液及其性质蛋白质溶液及其性质3. 蛋白质溶液稳定性的破坏蛋白质溶液稳定性的破坏四、表面活性剂和乳状液四、表面活性剂和乳状液1. 表面活性剂表面活性剂2. 缔合胶体缔合胶体3. 乳状液乳状液第一节第一节 胶体分散系胶体分散系分散系统及分类分散系统及分类一种或几种物质分散在另一种物质中所形成的系统称一种或几种物质分散在另一种物质中所形成的系统称为为分散系分散系 dispersed system。被分散的物质（或。被分散的物质（或数量数量较较少的少的物质）物质）称为称为分散相分散相 dispersed phase，容纳分散相，容纳分散相的连续介质（或的连续介质（或数量数量较

3、多的较多的物质物质）称为）称为分散介质分散介质 dispersed medium。 分散相分散相 + 分散介质分散介质 = 分散系分散系 溶质溶质 + 溶剂溶剂 = 溶液溶液按照分散相粒子的大小，可以把分散系分为真溶液、按照分散相粒子的大小，可以把分散系分为真溶液、胶体分散胶体分散系和系和粗分散系粗分散系。 分散系分散系分散相分散相分散介质分散介质NaCl溶液Na+和Cl-水泥水小土粒水油水小油滴水举例举例分散相分散相粒子大粒子大小小分散系分散系分散相粒子分散相粒子的组成的组成性性 质质 100nm粗分散系粗分散系 悬浊液、悬浊液、乳浊液乳浊液非均相，不能透过半透膜，非均相，不能透过半透膜，热

4、力学不稳定热力学不稳定不同的分散系取决于不同的分散系取决于分散相颗粒大小分散相颗粒大小的不同的不同一、胶体分散系的分类及一、胶体分散系的分类及特点特点分散系分散系均均相相分散系分散系非均相非均相分散系分散系 小分子小分子，离子，离子 (真溶液真溶液) 分散相粒子直径分散相粒子直径D1nm 高分子溶液高分子溶液; 缔合胶体缔合胶体 胶体分散系胶体分散系分散相粒子直径分散相粒子直径D=1100nm 溶胶溶胶粗分散系粗分散系(悬浊悬浊液、乳浊液液、乳浊液) D100nm胶体分散系胶体分散系(colloidal dispersed system)：胶体胶体是分散相粒子为1100 nm的分散系。胶体胶体

5、分散系包括分散系包括溶胶、高分子溶液溶胶、高分子溶液和和缔合胶体缔合胶体三部分。三部分。 溶胶溶胶是一些是一些小分子、离子或原子的聚集体，如：小分子、离子或原子的聚集体，如： Fe(OH)3溶胶、碘化溶胶、碘化银溶胶、银溶胶、金溶胶等金溶胶等(非均相分散非均相分散系统系统)。 高分子溶液高分子溶液的分散相粒子的分散相粒子(高分子化合物高分子化合物)大小在胶大小在胶体范围内，属于胶体溶液。其分散相是以单个分子体范围内，属于胶体溶液。其分散相是以单个分子分散在分散在介质中，介质中，为均相为均相分散系统。分散系统。如如:蛋白质溶液。蛋白质溶液。 缔合胶体：缔合胶体：是是由溶液中的表面活性剂由溶液中的

6、表面活性剂分子分子( (具有具有亲水的极性基团亲水的极性基团和疏水的烃基的和疏水的烃基的两亲两亲分子分子) )超过超过某一特定某一特定浓度，分子浓度，分子在溶液内部缔合形成分子在溶液内部缔合形成分子集团，即所谓集团，即所谓 “ “胶束胶束”作为分散相作为分散相粒子，形成粒子，形成的分散系的分散系。 一些胶体的例子一些胶体的例子分散相、分散介质分散相、分散介质均均可以是液体、气体，或是固体。可以是液体、气体，或是固体。分散介质分散介质分散相分散相名称名称实例实例气体气体液体液体气溶胶气溶胶雾、云雾、云气体气体固体固体气溶胶气溶胶烟烟液体液体气体气体泡沫胶泡沫胶生奶油生奶油液体液体液体液体乳状液乳

7、状液牛奶牛奶液体液体固体固体溶胶溶胶油漆、细胞液油漆、细胞液固体固体气体气体泡沫泡沫浮石浮石固体固体液体液体凝胶凝胶果冻果冻固体固体固体固体固体溶胶固体溶胶红宝石玻璃红宝石玻璃二、胶体分散系的表面特性二、胶体分散系的表面特性1. 界面与界面现象界面与界面现象对于相互接触的不同聚集状态的物质，相与对于相互接触的不同聚集状态的物质，相与相之间的相之间的接触面（约几个分子的厚度）称为接触面（约几个分子的厚度）称为界面界面interface，如，如果其中一相为气体，这种界面通常称为果其中一相为气体，这种界面通常称为表面表面surface。2. 界（表）面现象界（表）面现象：相界面上发生的物理化学现象统

8、：相界面上发生的物理化学现象统称为界面称为界面现象。现象。如液滴呈球形、毛细现象、表面张力、吸附作用等。如液滴呈球形、毛细现象、表面张力、吸附作用等。为什么会产生表（界）面现象？为什么会产生表（界）面现象？ 边长为边长为1 cm立方体的表面积是立方体的表面积是 6 cm2，切成边长，切成边长10 nm（10-6 cm）的小立方体，达到胶体粒子的大小后，总体）的小立方体，达到胶体粒子的大小后，总体积不变，而总表面积积不变，而总表面积 = 6107 cm2 ，其表面积增加了其表面积增加了1000万倍万倍。 物质经物质经高度分散高度分散使其界使其界（表）面积剧增，就会产生许多（表）面积剧增，就会产生

9、许多界（表）面现象。界（表）面现象。3. 分散度和比表面分散度和比表面 分散度分散度degree of dispersion分散相在分散介质中分散分散相在分散介质中分散的程度，分散度常用比表面来表示。的程度，分散度常用比表面来表示。 比表面比表面specific surface area单位体积物质所具有的表单位体积物质所具有的表面积面积 S0 = S/V 分散度分散度 S0 S 物质的比表面愈大，其表面现象愈突出。物质的比表面愈大，其表面现象愈突出。 当分散达到当分散达到nm级的超细微粒，具有巨大的比表面积，级的超细微粒，具有巨大的比表面积，因而具有许多独特的表面效应，成为近年来纳米新因而具

10、有许多独特的表面效应，成为近年来纳米新材料的研究热点。材料的研究热点。如银的熔点如银的熔点962 ，纳米银粉熔点，纳米银粉熔点100。如灼热的铁块不会燃烧，而铁粉则可以燃烧。如灼热的铁块不会燃烧，而铁粉则可以燃烧。表面现象的产生是由于物质表面分子与内部分子表面现象的产生是由于物质表面分子与内部分子所处环境不同造成的。所处环境不同造成的。 液体表面分子与内部分子所处环境（受力）不同，表面液体表面分子与内部分子所处环境（受力）不同，表面分子受液体内部的引力要大于表面气相分子对它的引力，分子受液体内部的引力要大于表面气相分子对它的引力，使表面分子受到一指向内部的合力。使表面分子受到一指向内部的合力。

11、 当分子从液体内部移向表面时，需克服此力做功，这部当分子从液体内部移向表面时，需克服此力做功，这部分多出的能量称表面自由能，简称分多出的能量称表面自由能，简称表面能表面能（G表表）。S愈大，愈大， G表表愈大，愈大，系统愈不稳定，减系统愈不稳定，减少少G表表是自发过程。是自发过程。SBSAG表表BG表表A4. 表面能表面能 液体表面分子受液体内部的引力作用，使表面分子受到液体表面分子受液体内部的引力作用，使表面分子受到一指向内部的合力，结果导致液体表面具有自动缩小的一指向内部的合力，结果导致液体表面具有自动缩小的趋势，这种收缩力称为趋势，这种收缩力称为表面张力表面张力（）。）。 在液体表面上，

12、处处存在着表面张力，它沿着液体表面在液体表面上，处处存在着表面张力，它沿着液体表面作用于单位长度表面上。作用于单位长度表面上。 恒温下，液体的恒温下，液体的是一个常数，是一个常数，因此表面能因此表面能的减小只能的减小只能通过减小通过减小S的办法进行。的办法进行。4. 表面张力表面张力液体有自动缩小表面积的趋势。液体有自动缩小表面积的趋势。小的液滴聚集变大，可以缩小表面积，降低表面能。小的液滴聚集变大，可以缩小表面积，降低表面能。表面积减小过程是自发过程。表面积减小过程是自发过程。类似的，溶胶由于高度分散，比表面大，所以类似的，溶胶由于高度分散，比表面大，所以表面能也大，它们也有自动聚集成大颗粒

13、而减表面能也大，它们也有自动聚集成大颗粒而减少表面积的趋势，称为溶胶的少表面积的趋势，称为溶胶的聚结不稳定性聚结不稳定性。溶胶溶胶是是热力学不稳定性热力学不稳定性系统。系统。 高分子溶液高分子溶液是是均相均相的真溶液，的真溶液，分散相和分散介质分散相和分散介质间没有界面间没有界面存在，是存在，是热力学稳定热力学稳定系统。系统。缔合胶体缔合胶体是表面活性剂分子在溶液内部缔合形成是表面活性剂分子在溶液内部缔合形成胶束的分散系，这种缔合作用是自发和可逆的，胶束的分散系，这种缔合作用是自发和可逆的，因而也是因而也是热力学稳定热力学稳定系统。系统。第一节第一节 小结小结胶体是分散相粒子为1100 nm的

14、分散系。胶体分为：溶胶（第二节）高分子溶液（第三节）缔合胶体 （第四节）第二节第二节 溶溶 胶胶一、溶胶的基本性质一、溶胶的基本性质溶胶的胶粒是由数目巨大的原子（或分子、离溶胶的胶粒是由数目巨大的原子（或分子、离子）子）构成直径为构成直径为1100nm的聚集体。的聚集体。溶胶的胶粒溶胶的胶粒分散在分散介质中，形成分散在分散介质中，形成热力学不热力学不稳定稳定系统。系统。基本特性基本特性高度分散性高度分散性多相多相性性聚结不稳定性聚结不稳定性动力学性质动力学性质光学性质光学性质电学性质电学性质1. 溶胶的光学性质溶胶的光学性质丁达尔效应丁达尔效应 Tyndall Effect上：溶液上：溶液下：

15、溶胶下：溶胶Tyndall现象现象 令令一束聚焦的光束通过一束聚焦的光束通过溶胶，则从侧面可以看溶胶，则从侧面可以看到一个发光的圆锥体，到一个发光的圆锥体，这种现象称为这种现象称为Tyndall效效应应(Tyndall effect) 。又。又称称乳光乳光现象现象。产生产生原因？原因？Tyndall现象产生的原因：现象产生的原因：胶粒粒径合适且非均相胶粒粒径合适且非均相l当胶粒的直径当胶粒的直径略小于略小于入射光的波长时，光波环绕胶粒向各个入射光的波长时，光波环绕胶粒向各个方向散射，成为方向散射，成为散射光，每个微粒好像一个发光体。无数发散射光，每个微粒好像一个发光体。无数发光体散射结果就形成

16、了光的通路：光体散射结果就形成了光的通路：Tyndall效应效应。l真溶液分散系微粒太小且十分均匀，散射光因相互干涉而抵真溶液分散系微粒太小且十分均匀，散射光因相互干涉而抵消，观察不到消，观察不到Tyndall现象。现象。l悬浊液分散系微粒太大，大于入射光波长很多倍，发生光的悬浊液分散系微粒太大，大于入射光波长很多倍，发生光的反射而无散射，故光线不能通过，体系呈现混浊，如乳浊液。反射而无散射，故光线不能通过，体系呈现混浊，如乳浊液。Tyndall效应的特点效应的特点l散射光强度与单位体积内胶粒数成正比；散射光强度与单位体积内胶粒数成正比；l散射光强度与胶粒体积成正比；散射光强度与胶粒体积成正比

17、；l散射光强度与波长成反比；散射光强度与波长成反比；l分散相与分散介质折射率的差愈大，散射光分散相与分散介质折射率的差愈大，散射光愈强。愈强。分散系分散系类型类型溶溶 胶胶真溶液真溶液高分子高分子溶液溶液分散系分散系性状性状粒度粒度1100 nm(小于入射光波长小于入射光波长)非均相非均相粒度粒度1 nm均相均相粒度粒度1100 nm均相均相Tyndall现象现象明显明显看不到看不到不明显不明显应用：区分真溶液和溶胶应用：区分真溶液和溶胶 Tyndall现象现象是区分是区分真溶液和溶胶的真溶液和溶胶的最简便的方法最简便的方法。 思考题：思考题： 为什么晴朗的天空为什么晴朗的天空看起来是蓝色的？

18、日出日落时看起来是蓝色的？日出日落时天空为什么常常是橙红色的？天空为什么常常是橙红色的？l胶粒的表面积很大，具有很高的胶粒的表面积很大，具有很高的表面能表面能，趋向，趋向于于减小表面积使系统能量降低，具有聚结减小表面积使系统能量降低，具有聚结不稳定性，不稳定性，是热力学不稳定系统。是热力学不稳定系统。l但是，溶胶为何能很长时间稳定存在？但是，溶胶为何能很长时间稳定存在？l溶胶能稳定存在的原因在于它具有的溶胶能稳定存在的原因在于它具有的动力学性质动力学性质和和电学性质电学性质。2. 溶胶溶胶的动力学的动力学性质性质 Brown Movement由于介质分子的热运动不断地由于介质分子的热运动不断地

19、撞击着胶体粒子所引起的现象。撞击着胶体粒子所引起的现象。将将一束强光透过溶胶并在光的垂直方向用一束强光透过溶胶并在光的垂直方向用超显微镜观超显微镜观察察，可以观察到溶胶中的胶粒在介质中作不规则运动，可以观察到溶胶中的胶粒在介质中作不规则运动。 Brown运动产生原因：运动产生原因： 处于热运动状态的介质分子不断撞击胶粒。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，向合力方某一瞬间胶粒受到各方撞击力不均，向合力方向移动。向移动。胶粒质量愈小，温度愈高，运动速度愈高，胶粒质量愈小，温度愈高，运动速度愈高，Brown运动愈剧烈。运动愈剧烈。运动着的胶粒可使其本身不下沉，即

20、具有运动着的胶粒可使其本身不下沉，即具有动力学稳定性动力学稳定性。 扩散和沉降平衡扩散和沉降平衡扩散扩散diffusion：胶粒存在浓度差时，胶粒将从浓度：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迁移的现象称为扩散。大的区域向浓度小的区域迁移的现象称为扩散。Brown运动及浓度差是引起扩散的主要因素。运动及浓度差是引起扩散的主要因素。扩散的速率与物质的浓度梯度成正比。扩散的速率与物质的浓度梯度成正比。胶粒从浓度大的区域向浓度小的区域移动。胶粒从浓度大的区域向浓度小的区域移动。粘度低、胶粒小、温度高、利于扩散。粘度低、胶粒小、温度高、利于扩散。沉降沉降sedimentation：密度

21、分散介质的胶粒，受重：密度分散介质的胶粒，受重力作用而下沉的现象称为沉降。力作用而下沉的现象称为沉降。 沉降平衡沉降平衡sedimentation equilibrium： 溶胶粘度溶胶粘度愈高、胶粒愈小，达沉降平衡时间愈长；愈高、胶粒愈小，达沉降平衡时间愈长； 重力场愈大，达沉降平衡时间愈短重力场愈大，达沉降平衡时间愈短。胶粒一方面受到重力吸引而下降，胶粒一方面受到重力吸引而下降，另一方面由于扩散和另一方面由于扩散和Brown运动运动促使浓度趋于均一，当两种效应促使浓度趋于均一，当两种效应相反的作用相等时，粒子的分布相反的作用相等时，粒子的分布达到平衡，称为达到平衡，称为沉降平衡沉降平衡。粒

22、子的浓度随高度不同有一定的粒子的浓度随高度不同有一定的梯度梯度( (底部浓度最大，随着高度的底部浓度最大，随着高度的增加，粒子浓度逐渐降低增加，粒子浓度逐渐降低) ) 。 胶体胶体分散系由于胶粒很小，因此在重力场中沉降速度分散系由于胶粒很小，因此在重力场中沉降速度非常缓慢非常缓慢。 除胶粒的除胶粒的Brown运动外，溶胶的运动外，溶胶的电学性质电学性质对其稳定性对其稳定性的影响也很大。的影响也很大。3. 溶胶的电学性质溶胶的电学性质 电泳电泳在外电场作用下，带在外电场作用下，带电胶粒在介质中定向电胶粒在介质中定向移动的现象称移动的现象称电泳电泳electrophoresis。电泳现象说明电泳现

23、象说明胶粒带胶粒带电荷电荷。根据根据电泳方向可以确电泳方向可以确定胶粒带何种电荷。定胶粒带何种电荷。 电泳时：电泳时： 带带正正电的胶粒向电的胶粒向负负极泳动，为极泳动，为正正溶胶；溶胶； 带带负负电的胶粒向电的胶粒向正正极泳动，为极泳动，为负负溶胶。溶胶。有色有色溶胶溶胶无色无色电解质电解质 由于由于胶粒表面带某种电荷，介质必然带数量相胶粒表面带某种电荷，介质必然带数量相等且符号相反的电荷，因为整个胶体是电中性等且符号相反的电荷，因为整个胶体是电中性的。的。 电渗电渗固定胶粒，在外电场作用下，固定胶粒，在外电场作用下，液体介质通过多孔膜向其所液体介质通过多孔膜向其所带电荷相反的电极方向定向带

24、电荷相反的电极方向定向移动的现象称为移动的现象称为电渗电渗electroosmosis。 电渗时：电渗时： 介质带介质带负负电荷，向电荷，向正正极移动，胶粒带极移动，胶粒带正正电；电； 介质带介质带正正电荷，向电荷，向负负极极移动移动，胶粒，胶粒带带负负电。电。 电泳和电渗都是由于分散相和分散介质作相对运动电泳和电渗都是由于分散相和分散介质作相对运动 时产生的电动现象。时产生的电动现象。区别在于胶粒还是介质做移动。区别在于胶粒还是介质做移动。 利用电泳技术可鉴别或分离蛋白质、核酸、氨基酸等物质。利用电泳技术可鉴别或分离蛋白质、核酸、氨基酸等物质。二、胶团结构及溶胶的稳定性二、胶团结构及溶胶的稳

25、定性 溶胶的电学性质表明胶粒是带电的。溶胶的电学性质表明胶粒是带电的。为何带电？为何带电？1. 胶粒带电的原因胶粒带电的原因 胶核界面的选择性吸附胶核界面的选择性吸附 胶粒中的胶粒中的胶核胶核（原子、离子或分子的聚集体（原子、离子或分子的聚集体）比表面）比表面很大，有很大，有吸附其他物质而降低其界面能的趋势。吸附其他物质而降低其界面能的趋势。 胶核常选择性吸附与其胶核常选择性吸附与其组成类似组成类似的离子而使胶粒带一的离子而使胶粒带一定性质的电荷。定性质的电荷。 什么是组成类似的离子？什么是组成类似的离子？FeCl3 + 3H2O Fe(OH)3 + 3HClFe(OH)3 + HCl FeO

26、Cl + 2H2OFeOCl FeO+ + Cl- FeO+被Fe(OH)3选择性地吸附，Fe(OH)3带正电。AgNO3 + KI AgI + KNO3AgI Ag+ (AgNO3过量过量) 正溶胶正溶胶或或AgI I- (KI过量过量) 负溶胶负溶胶 胶核表面分子的离解胶核表面分子的离解例例：硅胶的胶核由许多：硅胶的胶核由许多 xSiO2 yH2O 分子组成，表层分子组成，表层分子与分子与H2O作用生成硅酸作用生成硅酸:H2SiO3 HSiO3 - + H+HSiO3 - SiO3 2- + H+硅酸硅酸电离出的电离出的H+扩散到介质中去，扩散到介质中去， SiO32-则留在胶核则留在胶核

27、表面，结果表面，结果使胶粒带使胶粒带负电荷负电荷。胶粒与溶液中的分散介质接触时，表面分子发生解胶粒与溶液中的分散介质接触时，表面分子发生解离，有一种离子进入溶液，使胶粒带电。离，有一种离子进入溶液，使胶粒带电。胶团胶团结构的形成结构的形成: 例如例如，氢氧化铁，氢氧化铁溶胶溶胶1. m个个Fe(OH)3分子聚成的固体粒子分子聚成的固体粒子-胶核。胶核。 Fe(OH)3m2.胶核吸附离子胶核吸附离子: 选择性选择性吸附吸附n个个FeO+离子，带正电。离子，带正电。3. 静电作用，吸附少量静电作用，吸附少量Cl- , (n-x) Cl- 吸附层吸附层： nFeO+ (n-x) Cl- 胶胶核与吸附

28、层组成胶粒，核与吸附层组成胶粒， nx, 胶粒带胶粒带x正电荷。正电荷。4.据呈电中性的要求，胶粒仍然要据呈电中性的要求，胶粒仍然要吸附吸附Cl- ，这部分这部分Cl-借借助于助于扩散作用分布于离胶核较远处扩散作用分布于离胶核较远处 形成形成扩散层扩散层: x Cl- 氢氢氧化铁氧化铁溶胶的胶团结构式：溶胶的胶团结构式： Fe(OH)3m nFeO+ (n-x)Cl-x+ xCl-吸附层吸附层胶核胶核扩散层扩散层胶粒胶粒胶团胶团吸附层及扩散层均含有溶剂分子。吸附层及扩散层均含有溶剂分子。反离子反离子吸附离子吸附离子与与胶粒带相反电胶粒带相反电荷的离子，荷的离子，称反称反离子离子。扩散层扩散层吸

29、附层吸附层胶粒胶粒胶核胶核反离子反离子反离子反离子吸附离子吸附离子胶团胶团胶团间液胶团间液 Fe(OH)3m nFeO+ (n-x)Cl-x+ xCl-吸附层吸附层胶核胶核扩散层扩散层反离子反离子胶核表面胶核表面吸附离子吸附离子（吸附层吸附层）反离子反离子吸附层吸附层扩散层扩散层扩散双电层扩散双电层反离子反离子吸附离子吸附离子滑动面滑动面扩散双电层扩散双电层 (diffused electric double layer)由吸附层和扩散层构成的电性相反的两层结构。由吸附层和扩散层构成的电性相反的两层结构。滑动面滑动面：胶粒移动：胶粒移动时，吸附层时，吸附层与扩散层分开的界面。与扩散层分开的界面

30、。NaI与过量的AgNO3混合制备AgI溶胶，其胶团结构式为？NaI + AgNO3 = AgI + NaNO3 Ag+ NO3- Na+ NO3-AgImnAg+(n-x)NO3- x+ xNO3- AgNO3与过量的NaI混合制备AgI溶胶，其胶团结构式为AgImnI -(n-x)Na+x-xNa+注意注意: 1. 胶粒胶粒带电，胶团不带电。带电，胶团不带电。 2. 胶粒胶粒带电的正负，取决于选择性带电的正负，取决于选择性吸附吸附的的离子。离子。 3. 胶团胶团结构式中的吸附层、扩散层均为水合膜结构式中的吸附层、扩散层均为水合膜层。层。 1. 吸附离子？吸附离子？反离子？反离子？2. 负负

31、溶胶？溶胶？正溶胶？正溶胶？3. 胶粒的电胶粒的电泳方向？泳方向？4. 为什么为什么AgI胶核表面胶核表面会吸附会吸附I-?3. 溶胶的稳定溶胶的稳定因素因素 ： 溶胶是热力学上的不稳定体系，其相对稳定性主要由以溶胶是热力学上的不稳定体系，其相对稳定性主要由以下三个因素决定：下三个因素决定： 胶粒带电胶粒带电胶粒胶粒都带有相同符号的电荷，两都带有相同符号的电荷，两个带电胶粒间存在个带电胶粒间存在静电排斥力，阻止胶粒接近，合并变大静电排斥力，阻止胶粒接近，合并变大。因此溶胶。因此溶胶中的胶粒能相对稳定地存在中的胶粒能相对稳定地存在。但是但是，当胶粒的动能，当胶粒的动能增大到增大到能克服这种静电能

32、克服这种静电斥力斥力(如加热如加热)时时，胶粒间就会相互碰撞合并，出现，胶粒间就会相互碰撞合并，出现聚沉。聚沉。3. 溶胶的稳定因素溶胶的稳定因素 胶团胶团结构式中的吸附层、扩散层均为水合膜层结构式中的吸附层、扩散层均为水合膜层水合双电层，水合膜犹如一层弹性膜，阻碍水合双电层，水合膜犹如一层弹性膜，阻碍了胶粒间相互碰撞，使胶粒彼此隔开，不易聚了胶粒间相互碰撞，使胶粒彼此隔开，不易聚集。集。 水水合膜越厚，胶粒越稳定。合膜越厚，胶粒越稳定。 动力因素动力因素：Brown运动、扩散也是溶胶稳定的运动、扩散也是溶胶稳定的因素之一。因素之一。因此，溶胶具有因此，溶胶具有动力学稳定性动力学稳定性。从热力

33、学角度来说，。从热力学角度来说，溶胶处于亚稳定状态，不稳定是绝对的，稳定是相对溶胶处于亚稳定状态，不稳定是绝对的，稳定是相对的（聚结的速率慢）的（聚结的速率慢）4. 影响溶胶稳定性的因素影响溶胶稳定性的因素 （1）电解质）电解质的聚沉作用的聚沉作用电解质主要电解质主要是改变胶粒吸附层的结构是改变胶粒吸附层的结构。加电解质迫使反离子更多进入吸附层，胶核表面所加电解质迫使反离子更多进入吸附层，胶核表面所带电荷被反离子中和，吸附层变薄，稳定性下降。带电荷被反离子中和，吸附层变薄，稳定性下降。实例：在豆浆中加入电解质，阳离子破坏了负电胶体的稳实例：在豆浆中加入电解质，阳离子破坏了负电胶体的稳定性，得到

34、豆腐。定性，得到豆腐。若若反离子全部进入了吸附层时，扩散层消失，胶粒反离子全部进入了吸附层时，扩散层消失，胶粒呈电中性，无电泳现象，处于呈电中性，无电泳现象，处于等电状态等电状态。有时有时外加电解质的量过多时，甚至可以使胶粒电性外加电解质的量过多时，甚至可以使胶粒电性改变，改变，称称胶粒再胶粒再带电现象带电现象 。不同电解质的聚沉能力不同。不同电解质的聚沉能力不同。负离子聚沉正溶胶；正离子聚沉负负离子聚沉正溶胶；正离子聚沉负溶胶溶胶使一定量溶胶在一定时间内发生聚沉所需电解质溶液使一定量溶胶在一定时间内发生聚沉所需电解质溶液的最小浓度，称的最小浓度，称临界聚沉浓度临界聚沉浓度(mmol/L)。临

35、界聚沉浓度越低，聚沉能力越强。临界聚沉浓度越低，聚沉能力越强。电解质的聚沉作用：电解质的聚沉作用：外加电解质外加电解质 反离子进入吸附层反离子进入吸附层 吸附层变吸附层变薄薄 胶粒的荷电减少或不带电胶粒的荷电减少或不带电 胶粒聚沉胶粒聚沉第二节 溶胶4.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（单位是mmolL-1）As2S2(负溶胶)AgI(负溶胶)Al2O3(正溶胶)LiCl58LiNO3165NaCl43.5NaCl51NaNO3140KCl46KCl49.5KNO3136KNO360KNO350RbNO3126CaCl20.65Ca(NO3)22.40

36、K2SO40.30MgCl20.72Mg(NO3)22.60K2Cr2O70.63MgSO40.81Pb(NO3)22.43K2C2O40.69AlCl30.093Al(NO3)30.067K3Fe(CN)60.081/2Al2(SO4)20.096La(NO3)30.069Al(NO3)20.095Ce(NO3)30.069电解质对电解质对溶胶的聚沉规律溶胶的聚沉规律（a）Shulze-Hardy规则规则：即临界聚沉浓度与离子价数的六次方成反比，反离子反离子的价数越高，聚沉能力越强。的价数越高，聚沉能力越强。分别用NaCl、CaCl2、Na2SO4聚沉Fe(OH)3溶胶，所需浓最小的是？电解

37、质对电解质对溶胶的聚沉规律溶胶的聚沉规律（b）同价离子的聚沉能力差别不大）同价离子的聚沉能力差别不大感胶离子序感胶离子序： H+Cs+Rb+ NH4+ K+ Na+ Li+ F- IO3- H2PO4- BrO3- Cl- ClO3- Br- I- CNS-（c）一些表面活性剂和聚酰胺类的离子，其聚沉能）一些表面活性剂和聚酰胺类的离子，其聚沉能力很强。力很强。（2）溶胶相互聚沉： 胶粒电性相反的两种溶胶适量混合，电性中和，发生聚沉。实例1：明矾形成Al(OH)3正溶胶，与水中的负电微粒中和而净化水。实例2：河流入海处形成三角洲。实例3：不同牌子的墨水不能混用。3. 溶胶的稳定因素溶胶的稳定因素

38、 胶粒表面的胶粒表面的水合膜水合膜犹如一层弹性膜，阻碍胶粒犹如一层弹性膜，阻碍胶粒相互碰撞合并变大。扩散层愈厚，水合膜层愈相互碰撞合并变大。扩散层愈厚，水合膜层愈厚，胶粒愈稳定厚，胶粒愈稳定。胶团结构式中的吸附层、扩。胶团结构式中的吸附层、扩散层均为水合膜层水合双电层，水合双电层散层均为水合膜层水合双电层，水合双电层犹如一层弹性膜，阻碍了胶粒间相互碰撞，使犹如一层弹性膜，阻碍了胶粒间相互碰撞，使胶粒彼此隔开，不易聚集。胶粒彼此隔开，不易聚集。 水水合膜越厚，胶粒越稳定。合膜越厚，胶粒越稳定。 动力因素动力因素：Brown运动、扩散也是溶胶稳定因运动、扩散也是溶胶稳定因素之一。素之一。第二节 溶

39、胶4.溶胶的聚沉电解质对溶胶的聚沉作用有如下规律：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。3、高分子的作用保护作用：在溶胶中加入一定量的高分子，能显著地提高溶胶的稳定性。高分子吸附在胶粒的表面上，形成亲液的保护膜，阻止了胶粒之间及与电解质离子之间的直接接触。敏化作用：在溶胶中加入少量的高分子，降低了溶胶的稳定性，甚至发生聚沉。高分子浓度较低时，多个胶粒吸附在高分子物质上，质量变大引起聚沉。第二节第二节 小结小结溶胶是由小分子（或原子）构成的聚集体。溶胶有光学性质、动力学性质、电学性质

40、。胶粒带电原因和双电层结构溶胶的稳定因素：胶粒间的排斥力、水合膜、布朗运动溶胶的聚沉方法：加入电解质第三节第三节 高分子溶液高分子溶液高分子化合物的相对分子量在高分子化合物的相对分子量在1万以上万以上(104106)，它，它的许多的许多性质，如性质，如难溶解、有溶胀现象、溶液粘度难溶解、有溶胀现象、溶液粘度大等，大等，都都与相对分子质量大有关与相对分子质量大有关。可分天然高分子可分天然高分子(蛋白质、核酸、淀粉、糖元、纤维蛋白质、核酸、淀粉、糖元、纤维素素)和合成高分子和合成高分子(塑料、橡胶塑料、橡胶等等) 。高分子溶液高分子溶液：高分子化合物分散在介质中形成的均匀溶液。高分子溶液特征：分散

41、相粒子能自动分散到分散介质中形成溶液，分散相与分散介质之间没有界面，是一个单相分散系，体系稳定。一、高分子化合物的结构特点及溶液的形成一、高分子化合物的结构特点及溶液的形成1. 结构特征：结构特征：由大量的一种或几种小的结构单位连接而成，每个小由大量的一种或几种小的结构单位连接而成，每个小连接单位称为连接单位称为链节链节，链节，链节的的重复次数称重复次数称聚合度聚合度，以，以n表表示。示。如：如：天然橡胶天然橡胶 (C5H8)n，含，含n个异戊二烯单位个异戊二烯单位(-C5H8-) 。纤维素、淀粉、糖原或高分子右旋糖酐等多糖含纤维素、淀粉、糖原或高分子右旋糖酐等多糖含n个葡萄糖单位个葡萄糖单位

42、(-C6H10O5-)，通式，通式(C6H10O5)n。高分子化合物高分子化合物为不同聚合度的同系物的混合物，它的为不同聚合度的同系物的混合物，它的聚合度和相对分子质量均为平均值。聚合度和相对分子质量均为平均值。2. 高分子溶液的形成高分子溶液的形成 ：先：先溶胀，后溶胀，后溶解溶解 溶胀溶胀swelling：溶剂进入卷曲成团的高分子链中，导：溶剂进入卷曲成团的高分子链中，导致化合物舒展，体积成倍增长。致化合物舒展，体积成倍增长。 良良溶剂：介质与高分子化合物的亲合力强，使高分溶剂：介质与高分子化合物的亲合力强，使高分子在溶液中舒展松弛程度大。子在溶液中舒展松弛程度大。 不良溶剂：介质与高分子

43、化合物的亲合力弱，使高不良溶剂：介质与高分子化合物的亲合力弱，使高分子长链团缩，不利溶解。分子长链团缩，不利溶解。高分子在高分子在良良溶剂溶剂 高分子在高分子在不良溶剂不良溶剂中中 2. 高分子溶液的形成高分子溶液的形成 ：先：先溶胀，后溶胀，后溶解溶解 高分子化合物高分子化合物 良溶剂良溶剂 溶胀溶胀 高度舒展高度舒展 完全完全溶解。溶解。 与水分子亲和力很强的高分子化合物可以形成与水分子亲和力很强的高分子化合物可以形成水合膜水合膜：这是：这是高分子溶液稳定存在的主要原因高分子溶液稳定存在的主要原因。高分子溶液与溶胶的相同性质：高分子溶液与溶胶的相同性质：颗粒大小颗粒大小1100 nm；不能

44、透过半透膜。；不能透过半透膜。高分子溶液与溶胶性质的差异高分子溶液与溶胶性质的差异高分子溶液高分子溶液溶胶溶胶均相均相非均相非均相稳定稳定不稳定不稳定粘度、渗透压较大粘度、渗透压较大粘度、渗透压较小粘度、渗透压较小分散相与介质亲合力强（能分散相与介质亲合力强（能自动溶解）自动溶解）分散相与介质亲合力小（不分散相与介质亲合力小（不能溶解）能溶解）Tyndall效应弱效应弱Tyndall效应强效应强对电解质不敏感、多量对电解质不敏感、多量盐析盐析 对电解质敏感、少量即对电解质敏感、少量即聚沉聚沉形成凝胶形成凝胶可逆可逆聚结聚结沉淀沉淀不可逆不可逆二、蛋白质溶液及其性质二、蛋白质溶液及其性质1. 蛋

45、白质分子的特征：蛋白质分子的特征：链上有很多链上有很多荷电基团荷电基团电荷密度很大电荷密度很大能解离能解离对极性溶剂分子的亲合力很强对极性溶剂分子的亲合力很强高分子电解质高分子电解质（polyelectrolyte）：蛋白质等高分子化）：蛋白质等高分子化合物，其结构单元上含有能解离的基团，在水溶液中合物，其结构单元上含有能解离的基团，在水溶液中往往以带电离子形式存在，因而常往往以带电离子形式存在，因而常称之为高分子电解称之为高分子电解质质(聚电解质聚电解质)。2. 蛋白质水溶液的特点蛋白质水溶液的特点蛋白质是高分子电解质，具有很多荷电基团，主要由蛋白质是高分子电解质，具有很多荷电基团，主要由-

46、COOH及及-NH2提供。提供。蛋白质在水溶液中具有一定的蛋白质在水溶液中具有一定的pH。不同的蛋白质呈。不同的蛋白质呈不同的不同的pH，这由蛋白质的结构（种类）所决定。，这由蛋白质的结构（种类）所决定。在水溶液中，蛋白质可以是带正电的阳离子，或带负在水溶液中，蛋白质可以是带正电的阳离子，或带负电的阴离子，或同时带正、负电荷的两性离子。蛋白电的阴离子，或同时带正、负电荷的两性离子。蛋白质的荷电是大量酸碱基团所带正、负电荷的综合结果。质的荷电是大量酸碱基团所带正、负电荷的综合结果。调整溶液的调整溶液的pH可以使蛋白质的带电状态改变。可以使蛋白质的带电状态改变。2. 等等电状态和等电点电状态和等电

47、点(isoelectric point) pI 恰好使蛋白质所带正电荷量与负电荷量相等时溶恰好使蛋白质所带正电荷量与负电荷量相等时溶液的液的pH，称为蛋白质的，称为蛋白质的等电点等电点，以，以pI 表示。表示。RCOOHNH3+RCOO-NH3+RCOO-NH2RCOOHNH2)(pIpHpIpHpIpH pI，蛋白质形成负离子。 pH C6H5O73-C4H4O62-CH3COO-CI-NO3-Br-I-CNS- 阳阳离子盐析能力的顺序离子盐析能力的顺序：NH4+K+Na+Li+ 盐析时，所用无机盐以硫酸铵最佳：溶解度大饱和溶液浓度盐析时，所用无机盐以硫酸铵最佳：溶解度大饱和溶液浓度随温度变

48、化不大不会引起蛋白质生物活性丧失。随温度变化不大不会引起蛋白质生物活性丧失。 酸碱沉淀法酸碱沉淀法（条件：使（条件：使pH稍小于稍小于pI ） 如加入单宁酸、苦味酸、三氯乙酸等如加入单宁酸、苦味酸、三氯乙酸等。 机理机理：在酸性条件下，蛋白质带正电，可在酸性条件下，蛋白质带正电，可 以以与试剂的酸根离子结合而产生沉淀。与试剂的酸根离子结合而产生沉淀。 “柿石症柿石症”的产生的产生：由于空腹吃了大量的柿子，：由于空腹吃了大量的柿子，柿子中含有大量单宁酸，使肠胃中的蛋白质凝柿子中含有大量单宁酸，使肠胃中的蛋白质凝固变性而成为不能被消化的固变性而成为不能被消化的“柿石柿石”。 有机溶剂沉淀法有机溶剂

49、沉淀法：于蛋白质溶液中，加入能与：于蛋白质溶液中，加入能与水作用强烈的水作用强烈的有机溶剂如乙醇、丙酮等，使蛋有机溶剂如乙醇、丙酮等，使蛋白质产生沉淀。白质产生沉淀。 机理机理：破坏蛋白质的水合膜，降低蛋白质的水：破坏蛋白质的水合膜，降低蛋白质的水合程度，蛋白质因脱水而沉淀合程度，蛋白质因脱水而沉淀 通常在低温条件下进行，否则有机溶剂与水互通常在低温条件下进行，否则有机溶剂与水互溶产生的溶剂热，会使蛋白质产生变性。溶产生的溶剂热，会使蛋白质产生变性。 重金属盐沉淀重金属盐沉淀（条件：（条件：pH稍大于稍大于pI）：在蛋）：在蛋白质溶液中加入重金属溶液，使蛋白质沉淀。白质溶液中加入重金属溶液，使

50、蛋白质沉淀。 机理机理：重金属盐加入后与蛋白质带负电的羧基：重金属盐加入后与蛋白质带负电的羧基结合。结合。 用蛋白质可以做重金属的解毒。用蛋白质可以做重金属的解毒。 长期从事重金属作业的人应多吃高蛋白食品，长期从事重金属作业的人应多吃高蛋白食品，以防止重金属离子被机体吸收后造成对肌体的以防止重金属离子被机体吸收后造成对肌体的损害。损害。2. 蛋白质的蛋白质的变性变性 denaturation:由于外界因素的作用，由于外界因素的作用，使蛋白质分子构象发生变化，导致丧失生物活性以及使蛋白质分子构象发生变化，导致丧失生物活性以及物化性质物化性质 的改变，这种现象称为的改变，这种现象称为蛋白质的变性蛋

51、白质的变性。 化学因素化学因素 ：强酸、强碱、重金属、有机溶剂等。：强酸、强碱、重金属、有机溶剂等。 物理因素物理因素：加热、干燥、高压、振荡、紫外线、超声：加热、干燥、高压、振荡、紫外线、超声波、波、X线等。线等。 蛋白质变性后不一定沉淀，蛋白质沉淀后不一定变性。蛋白质变性后不一定沉淀，蛋白质沉淀后不一定变性。五、五、 凝胶凝胶定义：定义：在一定条件下，如温度下降或溶解度减小时，在一定条件下，如温度下降或溶解度减小时，高分子溶液的粘度会逐渐变大，最后失去流动性，高分子溶液的粘度会逐渐变大，最后失去流动性，形成具有网状结构的半固态物质，这个过程为胶凝，形成具有网状结构的半固态物质，这个过程为胶

52、凝，所形成的立体网状结构物质为凝胶。所形成的立体网状结构物质为凝胶。分类：分类：凝胶可分为刚性凝胶和弹性凝胶两类。凝胶可分为刚性凝胶和弹性凝胶两类。性质：性质：溶胀、结合水以及脱液收缩溶胀、结合水以及脱液收缩等。等。第三节第三节 小结小结高分子溶液特点：均相、热力学稳定。等电点 pI ：恰好使高分子上(蛋白质)所带正电荷量与负电荷量相等时溶液的pH。pH pI，蛋白质形成负离子。pH pI，蛋白质形成正离子。pH = pI，蛋白质以两性离子形式存在。第四节第四节 表面活性剂和乳状液表面活性剂和乳状液1. 表面活性剂的概念表面活性剂的概念由于液体表面分子的受力情况与液体内部分子的受力情况不由于液

53、体表面分子的受力情况与液体内部分子的受力情况不同，故存在一个指向液体内部的合力。同，故存在一个指向液体内部的合力。恒温恒压下，沿着液体表面作用于单位长度表面上的作用力，恒温恒压下，沿着液体表面作用于单位长度表面上的作用力，称为称为表面张力表面张力 。它是使液体表面积尽量缩小的一种液体分子间的凝聚力：要它是使液体表面积尽量缩小的一种液体分子间的凝聚力：要使液体表面伸展，就必须抵抗这个力。使液体表面伸展，就必须抵抗这个力。不同液体，其表面张力不同不同液体，其表面张力不同，如，如汞汞水水乙醇乙醇当溶质加入到溶剂中，溶液的表面张力因溶质的加入而发生当溶质加入到溶剂中，溶液的表面张力因溶质的加入而发生变

54、化。变化。原因：原因：溶液表面吸附不同的溶质，使液体表面张力发生变化。溶液表面吸附不同的溶质，使液体表面张力发生变化。第四节 表面活性剂和乳状液一表面活性剂1.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 。表面活性剂达到一定量时发生定向排列，形成胶束表面活性剂达到一定量时发生定向排列，形成胶束。由胶束形成的溶液称为缔合胶体。由胶束形成的溶液称为缔合胶体

55、。缔合胶体缔合胶体是表面活性剂分子在溶液内部缔合形成是表面活性剂分子在溶液内部缔合形成胶束的分散系。胶束的分散系。这种缔合这种缔合作用减小了疏水基与水的接触面积，是作用减小了疏水基与水的接触面积，是自发和可逆的，因而是自发和可逆的，因而是热力学稳定热力学稳定系统。系统。1. 起泡、消泡作用起泡、消泡作用 “泡泡”就是由液体薄膜包围着气体。有的表面活性剂和水可就是由液体薄膜包围着气体。有的表面活性剂和水可以形成一定强度的薄膜，包围着空气而形成泡沫，用于浮游以形成一定强度的薄膜，包围着空气而形成泡沫，用于浮游选矿、泡沫灭火和洗涤去污等，这种活性剂称为选矿、泡沫灭火和洗涤去污等，这种活性剂称为。 也

56、有时要使用也有时要使用，在刷油漆、制糖、制中药过程中，在刷油漆、制糖、制中药过程中泡沫太多，要加入适当的表面活性剂降低薄膜强度，消除泡沫太多，要加入适当的表面活性剂降低薄膜强度，消除气泡，防止事故。气泡，防止事故。乳状液乳状液：是互不相溶的一种液体分散在另一种液是互不相溶的一种液体分散在另一种液体中所成的粗分散系体中所成的粗分散系。组成：由两种液体构成的分散体系，其中一个相是水，另一相统称为油（包括极性小的有机溶剂）。分散相颗粒较大，为1001000 nm，属于粗分散系，可用光学显微镜观察。三三、乳状液、乳状液乳状液的类型O/W型型：水包油型，微小油滴分散在水中。 O/W型乳状液能与水互溶，如

57、牛奶。W/O型型：油包水型，微小水滴分散在油中。 W/O型乳状液能与油互溶，如原油。 习惯上将不连续以液珠形式存在的相（分散相）称为内相，将连续存在的液相（分散介质）称为外相。 简单的乳状液按照内外相的不同分为两大类。稀释法：稀释法：将数滴乳状液滴入蒸馏水中，若在水中立即散开为O/W类型，否则为W/O型乳状液导电法：导电法：O/W类型乳状液导电性好，而W/O型乳状液导电性能差染色法：染色法：向乳状液滴入水溶性染料（如亚基蓝溶液）若被染成蓝色为O/W类型乳状液，如内相变为蓝色则为W/O型乳状液乳状液的鉴别方法乳状液的鉴别方法2022-6-28乳状液鉴别检验水包油乳状液加入水溶性染料如亚甲基蓝，说明水是连续相。加入油溶性的染料红色苏丹，说明油是不连续相。第四节第四节 小结小结表面活性剂结构含有疏水基团和亲水性基团，能显著降低表面张力。 表面活性剂达到一定量时发生定向排列形成胶束，由胶束形成的溶液称为缔合胶体。乳状液是互不相溶的一种液体分散在另一种液体中所成的粗分散系，能稳定乳状液的物质称为乳化剂。第五章第五章 作业作业 习题习题 7, 8, 9, 10, 13