14章_胶体分散系统与大分子溶液(精)

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1、V 上一内容 下一内容 回主目录 。返回 2013-&10 物理化学电子教案一第十四章 r 上一内容 下一内容 01丰曰录 返回 2013-8-10 第十四章 胶体分散体系和大分子溶液 14.1胶体及其基本特性 14.2溶胶的制备与净化 14.3溶胶的动力性质 14.4溶胶的光学性质 14.5溶胶的电学性质 14.6溶胶的稳定性和聚沉作用 14.7乳状液（见十三章） Pz-=c2 Na*左二 zCz+X CTX Na+Y Ci-x C1J右二 sx 芙资as 14.8大分子概说 14.9大分子的相对摩尔质量 14.10 Donnan 平衡 14.1胶体及其基本特性 1 分散相与分散介质 2.

2、分散体系分类 (1) 按分散相粒子的大小分类 (2) 按分散相和介质的聚集状态分类 (3) 按胶体溶液的稳定性分类 3. 憎液溶胶的特性 4. 胶粒的结构 5. 胶粒的形状 1 分散相与分散介质 把一种或几种物 质分散在另一种物质 中就构成分散体系。 其中，被分散的物质 称为分散相 (dispersed phase), 另一种物质称为分散 介质(dispersing medium)。 V 上一内容 下一内容 回主目录 2013-8-10 例如：云，牛奶，珍珠 水 水 水 散 相 乳脂 空气 蛋白质 r V 上一内容 下一内容 冋主曰录 返回 2013-8-10 2分散体系分类 分类体系通常有三

3、种分类方法: 按分散相粒子的大小分类： 分子分散体系 胶体分散体系 粗分散体系 液溶胶 按分散相和介质的聚集状态分类：固溶胶 气溶胶 (1) 按分散相粒子的大小分类 1.分子分散体系 分散相与分散介质以分子或离子形式彼此混溶， 没有界面，是均匀的单相，分子半径大小在 10-9 m以 下。通常把这种体系称为真溶液，如 C11SO4 溶液。 2胶体分散体系 分散相粒子的半径在 Inm100nm之间的体系。目 测是均匀的，但实际是多相不均匀体系。也有的将 lnm 1000 nm之间的粒子归入胶体范畴。 3 粗分散体系 当分散相粒子大于 100() nm,目测是混浊不均匀体 系，放置后会沉淀或分层，如

4、黄河水。 按胶体溶液的稳定性分类: 憎液溶胶 亲液溶胶 V 上一内容 下一内容 回主目录 2013-8-10 r 上一内容 下一内容 丰曰录 返回 2013-8-10 （2）按分散相和介质聚集状态分类 1液溶胶 将液体作为分散介质所形成的溶胶。当分散 相为不同状态时，则形成不同的液溶胶： A.液固溶胶 如油漆，Agl 溶胶 B.液-液溶胶 如牛奶，石油原油等乳状液 C.液-气溶胶 如泡沫 上一内容 下一内容 回主目录 返回 （2）按分散相和介质聚集状态分类 2固溶胶 将固体作为分散介质所形成的溶胶。当分散相为 不同状态时，则形成不同的固溶胶： A.固固溶胶 如有色玻璃，不完全互溶的合金 B.固

5、-液溶胶 如珍珠，某些宝石 C.固-气溶胶 如泡沫塑料，沸石分子筛 r 上一内容 下一内容 回丰曰录 返回 2013-840 V 上一内容 下一内容 回主目录 返回 2013-&10 (2)按分散相和介质聚集状态分类 3 气溶胶 将气体作为分散介质所形成的溶胶。当分散相为 固体或液体时，形成气固或气液溶胶，但没有 气气溶胶，因为不同的气体混合后是单相均一 体系，不属于胶体范围. A. 气固溶胶 如烟，含尘的空气 B. 气-液溶胶 如雾，云 (3) 按胶体溶液的稳定性分类 1 憎液溶胶 半径在 1 nml()()nm之间的难溶物固体粒子 分散在液体介质中，有很大的相界面，易聚沉，是 热力学上的不

6、稳定体系。 一旦将介质蒸发掉，再加入介质就无法再形成 溶胶，是一个不可逆体系，如氢氧化铁溶胶、碘 化银溶胶等。 这是胶体分散体系中主要研究的内容。 V 上一内容 下一内容 回主目录 返回 2013-8-10 V 上一内容 下一内容 回主目录 n 返回 2013-&10 （3）按胶体溶液的稳定性分类 2 亲液溶胶 半径落在胶体粒子范围内的大分子溶解在 合适的溶剂中，一旦将溶剂蒸发，大分子化合物凝 聚，再加入溶剂，又可形成溶胶，亲液溶胶是热力 学上稳定、可逆的体系。 V 上一内容 下一内容 回主目录 返回 3 憎液溶胶的特性 （1）特有的分散程度 粒子大小在 10-9-10-7m之间，因而扩散较慢

7、，不能透过 半透膜，渗透压低但有较强的动力稳定性和乳光现象。 （2） 多相不均匀性 具有纳米级的粒子是由许多离子或分子聚结而成，结构 复杂，有的保持了该难溶盐的原有晶体结构，而且粒子 大小不一，与介质之间有明显的相界面，比表面很大。 （3） 热力学不稳定性 因为粒子小，比表面大，表面自由能高，是热力学 不稳定体系，有自发降低表面自由能的趋势，即小粒 子会自动聚结成大粒子。 V 上一内容 下一内容 回主目录 n 返回 2013-&10 4胶团的结构 形成憎液溶胶的必要条件是： (1) 分散相的溶解度要小； (2) 还必须有稳定剂存在，否则胶粒易聚结而 聚沉。 胶团的结构比较复杂， 先有一定量的难

8、溶物分子 聚结形成胶粒的中心，称为胶核； 然后胶核选择性的吸附稳定剂中的一种离子， 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； 胶粒与扩散层中的反号离子，形成一个电中性的胶团。V 上一内容 下一内容 回主目录 4返回 2013&10 4 胶团的结构 胶核吸附离子是有选择性的，首先吸附与胶核 中相同的某种离子，用同离子效应使胶核不易溶解。 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。 彳列仁 AgNOs + KIf KNO3 + Aglj 过量的 KI 作稳定剂 胶

9、团的结构表达式: (Agl)m n I-(n-x)K+x- xK+ 1 _ 1 1 狡粒(带负电) _ | 胶团(电中性)胶团的图示式: 胶核 胶粒 胶团 4 胶团的结构 例 2： AgNO3 + KIKNO3 + AgH 过量的 AgNO3作稳定剂 胶团的结构表达式： (Agl)m n Ag+(n-x)NO3-x+ xNO3- I _ I I 胶粒(带正电) _ j 胶团(电中性) 上一内容 下一内容 回主目录 n返回 4胶团的结构 例 Fe(OH)3 (新鲜沉淀) ；JIIFeC13 Fe(OH)3 (溶胶) 写出 Fe(OH)3溶胶的胶团结构为 Fe(OH)3in HFe3+-3(H-x

10、)Cr3x+-3xCr 溶胶的胶团结构还可写为 Fe(OH)3m nFe3+-(3n-x)Cl-x+*xCl- r 上一内容 下一内容 (5丰曰录 返回 2013-8-10 胶团的图示式: 胶团 V 上一内容 下一内容 回主目录 n 返回 2013-8-10 5 胶粒的形状 作为憎液溶胶基本质点的胶粒并非都是球形, 而胶粒的形状对胶体性质有重要影响。 质点为球形的，流动性较好；若为带状的， 则流动性较差，易产生触变现象。 例如：(1)聚苯乙烯胶乳是球形质点 (2) V2O5溶胶是带状的质点 (3) Fe(OH)3溶胶是丝状的质点 V 上一内容 下一内容 回主目录 n 返回 2013-&10 1

11、4.2溶胶的制备与净化 1溶胶的制备 (1) 分散法 (2)凝聚法 研磨法 化学凝聚法 胶溶法 物理凝聚法 超声波分散法 电弧法 2溶胶的净化 (1)渗析法 制备溶胶必须使分散相粒子的大小落在胶体分 散体系的范围之内，并加入适当的稳定剂。制备方 法大致可分为两类： (1 )分散法 用机械、化学等方法使固体的粒子变小。 (2) 凝聚法 使分子或离子聚结成胶粒。 (2)超过滤法 r 上一内容 下一内容 向牛曰录 *3返回 2013-8-10 V 上一内容 下一内容 回主目录 n 返回 2013-&10 1 溶胶的制备 用这两种方法直接制出的粒子称为原级粒子。 视具体制备条件不同，这些粒子又可以 聚

12、集成较大的次级粒子。 通常所制备的溶胶中粒子的大小不是均一 的，是一个多级分散体系。 1溶胶的制备一研磨法 (1)研磨法 用机械粉碎的方法将固体磨细。 常用设备为胶体磨。 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 转速的不同而不同。V 上一内容 下一内容 回主目录 2013-&10 .溶胶的制备一研磨法 1溶胶的制备一研磨法 向一个方向旋转，B盘向另一方 向旋转。 分散相、分散介质和稳定剂 从空心轴 A处加入，从 C盘与 B盘的 狭缝中飞出， 用两盘之间的应切 力将固体粉碎，转速

13、约每分钟 1 万2 万转。 A为空心转轴, 与 C盘相连, 盘式胶体磨 n 返回 V 上一内容 下一内容 回主目录 2013-8-10 盘式胶体籀 V 上一内容 下一内容 回主目录 n 返回 2013-&10 可得 1000 nm左右 的粒子。 上一内容 下一内容 51主曰录 返回 2013-8-10 V 上一内容 下一内容 回主目录 n 返回 2013&10 1溶胶的制备一胶溶法 （2）胶溶法 胶溶法又称解胶法，仅仅是将新鲜的凝聚胶粒重 新分散在介质中形成溶胶，并加入适当的稳定剂。 这种稳定剂又称胶溶剂。根据胶核所能吸附的离 子而选用合适的电解质作胶溶剂。 这种方法一般用在化学凝聚法制溶胶时

14、，为了将 多余的电解质离子去掉，先将胶粒过滤，洗涤，然后 尽快分散在含有胶溶剂的介质中，形成溶胶。 1 溶胶的制备一胶溶法 例如: Fe(OH)3 (新鲜沉淀) 加Fa3 Fe(OH)3 (溶胶) V 上一内容 下一内容 回主目录 2013810 V 上一内容 下一内容 回主目录 n 返回 2013-8-10 AgCl （新鲜沉淀） 加AgNC字KC Agd（溶胶）V 上一内容 下一内容 回主目录 n 返回 2013-8-10 1 溶胶的制备-超声分散法 （3）超声分散法 这种方法目前只用来制备乳 状液。 如图所示，将分散相和分散 介质两种不混溶的液体放在样品 管 4中。样品管固定在变压器油

15、浴中。 在两个电极上通入高频电 流，使电极中间的石英片发生 机械振荡，使管中的两个液相 均匀地混合成乳状液。 V 上一内容 下一内容 回主目录 n 返回 2013-8-10 1 溶胶的制备一超声分散法2013-8-10 V 上一内容 下一内容 回主目录 超声分散法 n 返回 V 上一内容 下一内容 回主目录 n 返回 2013-8-10 1 溶胶的制备-电弧法 1 溶胶的制备-电弧法 （4）电弧法 电弧法主要用于制备金、 银、钳等金属溶胶。制备过程 包括先分散后凝聚两个过程。 将金属做成两个电极，浸在 水中，盛水的盘子放在冷浴中。 在水中加入少量 NaOH作为稳定 剂。 制备时在两电极上施加

16、100V左右的直流电，调节电 极之间的距离，使之发生电火花，这时表面金属蒸发，是 分散过程，接着金属蒸气立即被水冷却而凝聚为胶粒。 V 上一内容 下一内容 回主目录 2013-8-10 电弧法 .溶胶的制备一凝聚法 （1）化学凝聚法 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 在下形成溶胶，这种稳定剂一般是某一过量的反应 物。例如: A.复分解反应制硫化碎溶胶 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）+3HC1 1 溶胶的制备-一凝聚法

17、 C. 氧化还原反应制备硫溶胶 2H2S（稀）+ SO2 （g） 2H2O +3S （溶胶） Na2S2O3 +2HC1 2NaCl +比 0 +SO2 +S （溶胶） D. 还原反应制金溶胶 2HAUC14 （稀）+ 3HCHO+11KOH A 2Au（溶胶）+3HCOOK 4- 8KC1 + 8H2O E. 离子反应制氯化银溶胶 AgNO3 （稀）+KC1 （稀）AgCl （溶胶）+KNO3 V 上一内容 下一内容 回主目录 2013-8-10 溶胶的制备一凝聚法 匸上一内容 下一内容 5丰曰录 返回 2013-8-10 (2)物理凝聚法 A.更换溶剂法 利用物质在不同溶剂中溶解度的显著差

18、别来制 备溶胶，而且两种溶剂要能完全互溶。 例 1 松香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。 例 2.将硫的丙酮溶液滴入 90 C 左右的热水中，丙酮 蒸发后，可得硫的水溶胶。 上一内容 下一内容 回主曰录 n 返回 2013-8-10 1 溶胶的制备- -凝聚法 例图: 溶胶的制备一凝聚法 r 上一内容 下一内容 回主曰录 返回 2013-840 1 溶胶的制备-凝聚法 B.蒸气骤冷法 将汞的蒸气通入冷水中就可以得到汞的水溶胶。 罗金斯基等人利用下列装置，制备碱金属的苯溶胶。 4金属钠，2本，5液殂。 先将体系抽真空，然后 适当加热管 2 和管 4,使钠和 苯

19、的蒸气同时在管 5 外壁凝 聚。除去管 5 中的液氮， 凝 聚在外壁的混合蒸气融化， 在管 3 中获得钠的苯溶胶。 V 上一内容 下一内容 回牛曰录 n 返回 2013-&10 1.溶胶的制备- 一-凝聚法 2 溶胶的净化 在制备溶胶的过程中，常生成一些多余的电解质, 如制备Fe(OH)3溶胶时生成的 HC1。 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，所以必须除去。 净化的方法主要有渗析法和超过滤法。 2 溶胶的净化 (1)渗析法 简单渗析将需要净化的溶 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。 利用浓差因素，多余的电解质离子不断向

20、膜外渗 透，经常更换溶剂，就可以净化半透膜容器内的溶胶。 如将装有溶胶的半透膜容器不断旋转 ， 可 以 加 快 渗 析 速 度 。 r V 上一内容 下一内容 向丰曰录 返回 2013-8-10 V 上一内容 下一内容 回主目录 2013-8-10 2 溶胶的净化 2 溶胶的净化 （1）渗析法 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， 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 种方法称为电渗析法。 r 上一内容 下一内容 回牛曰录 返回 2013-840 简单渗析 V 上一内容 下一内容 回主目录 n 返回 201

21、3-8-10 2 溶胶的净化 V 上一内容 下一内容 回主目录 n 返回 2013&10 用半透膜作过滤膜，利 用吸滤或加压的方法使胶粒 与含有杂质的介质在压差作 用下迅速分离。 将半透膜上的胶粒迅 速用含有稳定剂的介质再 次分散。（2）超过滤法 2 溶胶的净化 V 上一内容 下一内容 回主目录 n 返回 2013&10 2 溶胶的净化 2）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。1.Brown 1）超过滤装置: n 返回 2013&10 V 上一内容 下一内容 回主目录 14.3 溶胶的动力性质 V

22、上一内容 下一内容 回主目录 n 返回 2013-8-10 运动 2胶粒的扩散 3溶胶的渗透压 4沉降平衡 5高度分布定律 上一内容 下一内容 回主目录 n 返回 1. Brown运动(Brownian motion) 1827 年植物学家布朗(Brown)用显微镜观察到 悬浮在液面上的花粉粉末不断地作不规则的运动。 后来又发现许多其它物质如煤、化石、金属等 的粉末也都有类似的现象。人们称微粒的这种运动 为布朗运动。 但在很长的一段时间里，这种现象的本质没有 得到阐明。V 上一内容 下一内容 回主目录 n 返回 2013&10 1. Brown运动(Brownian motion) 1903

23、年发明了超显微 镜，为研究布朗运动提供 了物质条件。 通过大量观察，得出结论：粒子越小，布朗运动 越激烈。其运动激烈的程度不随时间而改变，但随温 度的升高而增加。 上一内容 下一内容 回主目录 *3返回 1. Brown运动的本质 1905 年和 1906年爱因 斯坦(Einstein)和斯莫鲁 霍夫斯基(Smoluchowski) 分别阐述了 Brown 运动的 本质。 认为 Brown 运动是分散介质分子以不同大小和不同 方向的力对胶体粒子不断撞击而产生的，由于受到的 力不平衡，所以连续以不同方向、不同速度作不规则 运动。随着粒子增大，撞击的次数增多，而作用力抵 消的可能性亦大。当半径大于 5|im, Brown运动消失。 用超显微镜可以观察 到溶胶粒子不断地作不规 则“之”字形的运动，从 而能够测出在一定时间内 粒子的平均位移。 液休分子对胶体粒子的冲击