第五章西南林業(yè)大學(xué)柴希娟膠體與表面化學(xué)課件

1、第五章 膠體的結(jié)構(gòu)、制備與純化 第一節(jié)第一節(jié) 膠體的結(jié)構(gòu)膠體的結(jié)構(gòu)1、電動(dòng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn) 1803年俄國科學(xué)家Peuce發(fā)現(xiàn)： 他將這種在外電場作用下, 分散相粒子(膠粒)在分散介質(zhì)中作定向移動(dòng)的現(xiàn)象稱為電泳。電泳試驗(yàn)說明，懸浮在液體中的膠體粒子帶電，其電荷符號(hào)可以根據(jù)它向何電極移動(dòng)來判斷。 一般的規(guī)律是： 金屬氧化物和金屬氫氧化物吸附陽離子，膠體微粒帶正電，如氫氧化鐵、氫氧化鋁膠粒均帶正電；例如，紅棕色Fe(OH)3溶膠，50 V直流電，溶膠向負(fù)極移動(dòng)，證明膠粒帶正電荷。 非金屬氧化物、金屬硫化物、硅酸、土壤膠體吸附陰離子，膠體微粒帶負(fù)電，如硅膠、硫化砷膠體的膠粒均帶負(fù)電； AgI即可吸附I-，

2、也可吸附Ag+，視兩者多少而吸附不同電荷； 1、電動(dòng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn) Peuce還發(fā)現(xiàn)： 此現(xiàn)象與電泳現(xiàn)象相反，他將這種使分散相不動(dòng)而分散介質(zhì)(液體)在電場中發(fā)生定向移動(dòng)的現(xiàn)象稱為電滲。后來Wiedemann等發(fā)現(xiàn)，不用粘土而用毛細(xì)管或多孔磁片，比可以觀察到電滲現(xiàn)象。 電泳、電滲、流動(dòng)電勢與沉降電勢統(tǒng)稱電動(dòng)現(xiàn)象。電動(dòng)現(xiàn)象清楚地說明了懸浮在液體中的質(zhì)點(diǎn)是帶電的，那么帶電離子在膠體表面是怎樣分布的呢？2. 膠體的結(jié)構(gòu) 膠粒的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。如前所述，膠粒具有較大的比表面積，可選擇性的吸附介質(zhì)中帶一定電荷的離子，而從形成膠體特有的結(jié)構(gòu)。 以 AgNO3(aq) 與 KI(aq) 溶液反應(yīng)制備 AgI 溶膠為

3、例: AgNO3(aq) + KI(aq) AgI(sol) + KNO3(aq) 若干個(gè)AgI 分子凝集為一體構(gòu)成固相（膠核）。因?yàn)槿芤褐泻蠥gNO3 和 KI 兩種電解質(zhì), 固相表面會(huì)從溶液中吸附某種離子從而帶電. 根據(jù) Fajas(法揚(yáng)斯)規(guī)則, 與溶膠粒子具有相同化學(xué)元素的離子能優(yōu)先被吸附. 所以,(1) KI 過量時(shí), I- 被優(yōu)先吸附. 則膠團(tuán)結(jié)構(gòu)如下圖所示. 膠粒帶負(fù)電)()(qKKqnnIAgIqm 圖 膠團(tuán)結(jié)構(gòu)示意圖 圖 AgI 膠團(tuán)結(jié)構(gòu)(2) AgNO3 過量時(shí), Ag+ 被優(yōu)先吸附. 則膠團(tuán)結(jié)構(gòu)為: 膠粒帶正電, 在電泳實(shí)驗(yàn)中, 膠粒向外電場的負(fù)極移動(dòng).)()(33qN

4、ONOqnnAgAgIqmAgI溶膠的圖示： 碘化銀膠團(tuán)結(jié)構(gòu)及示意圖（AgNO3為穩(wěn)定劑）NO3-NO3-NO3-NO3-NO3-NO3-NO3-NO3-NO3-NO3-NO3-NO3-（AgI）mAg +Ag +Ag +Ag +Ag +Ag +Ag +Ag +Ag +Ag +Ag +Ag + 作為憎液溶膠基本質(zhì)點(diǎn)的膠粒并非都是球形，而膠粒的形狀對(duì)膠體性質(zhì)有重要影響。質(zhì)點(diǎn)為球形的（如聚苯乙烯膠乳），流動(dòng)性較好；若為帶狀的，流動(dòng)性較差，易產(chǎn)生觸變現(xiàn)象（如V2O5 溶膠）。而Fe(OH)3 溶膠是絲狀的。第二節(jié) 溶膠的制備 大?。悍稚⒎ǎ恍〈螅耗鄯?此外，要制得穩(wěn)定的憎液膠體，還必須滿足兩個(gè)條件

5、： （1）分散相在介質(zhì)中的溶解度很小； （2）需有第三者-穩(wěn)定劑的存在。一、分散法1、機(jī)械分散法 工業(yè)上常用的典型設(shè)備是膠體磨. 兩片靠得很近的用堅(jiān)硬耐磨的鎢合金制成的磨盤或磨刀以高速反向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí), 粗顆粒的固體就在其間磨細(xì).一些顏料、藥物、大豆、干血漿、膠體石墨、醫(yī)藥用的硫溶膠、牙膏中 的固體填料等皆可用膠體磨制得. 為了使新制得的溶膠穩(wěn)定, 往往在體系中添加諸如明膠之類的大分子化合物作為穩(wěn)定劑. 機(jī)械分散法可獲得 1001000 nm 的粒子. 2、超聲波分散法 在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)常用超聲波法來獲得溶膠，它是通過高頻高壓交流電對(duì)石英片產(chǎn)生同頻機(jī)械振后，約在106Hz左右。當(dāng)此高頻機(jī)械波傳入容器以后，

6、即產(chǎn)生相同頻率的疏密交替波，對(duì)被分散物質(zhì)產(chǎn)生很大的撕碎力，從而使分散均勻分散。目前，超聲波分散法主要用于制備乳狀液. 3、電分散法 以金屬為電極, 通以直流電(電流為5-10 A, 電壓為40-60 V),使產(chǎn)生電弧, 在電弧作用下, 電極表面的金屬氣化, 遇水冷卻形成膠粒. 這樣可制得諸如 Au , Ag, Hg 等金屬的水溶膠.水中常加入少量堿以使溶膠穩(wěn)定. 圖圖 電弧法示意圖電弧法示意圖4、膠溶法 把新生成的固體沉淀物(較疏松)在適當(dāng)條件下讓其重新分散達(dá)到膠體分散的程度, 這種作用稱為“膠溶作用”. 如在新生成的 Fe(OH)3 沉淀中加入與沉淀物具有相同離子的電解質(zhì)如 FeCl3 溶液

7、進(jìn)行攪拌, 沉淀會(huì)轉(zhuǎn)化為棕紅色的溶膠. 二 凝聚法 將分子、離子等小質(zhì)點(diǎn)凝聚而形成溶膠粒子的方法稱為凝聚法. 1、化學(xué)凝聚法 借助化學(xué)反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)凝聚. 溶液中發(fā)生的氧化還原、水解、復(fù)分解、置換等反應(yīng), 只要有一種產(chǎn)物的溶解度很小,就可控制反應(yīng)條件, 使析出的產(chǎn)物分子凝聚成膠體粒子. 如水解: 復(fù)分解:還原:氧化:323(2%)3() ()3FeClaqH OFe OHsolHCl 煮沸)()()()(33aqKNOsolAgIaqKIaqAgNOKOHHCHOHAuCl11)(324甲醛OHKClHCOOKsolAu2883)(2紅色223222)(2SOOHNaClsolSHClOSNa 2

8、、物理凝聚 A. 更換溶劑法 利用物質(zhì)在不同溶劑中溶解度的顯著差別來制備溶膠，而且兩種溶劑要能完全互溶。此法制作簡便，但得到的粒子不太細(xì)。 例1.松香易溶于乙醇而難溶于水，將松香的乙醇溶液滴入水中可制松香的水膠 。 例2.將硫的丙酮溶液滴入90左右的熱水中，丙酮蒸發(fā)后，可得硫的水溶膠。 B蒸氣驟冷法 利用適當(dāng)?shù)奈锢磉^程如蒸氣驟冷等可以使某些物質(zhì)凝聚成膠體粒子的大小。 例如：將 Hg 的蒸汽通入冷水中可制得 Hg 的水溶膠等.3、單分散溶膠的制備圖圖 制備單分散溶膠的示意圖制備單分散溶膠的示意圖 第三節(jié) 溶膠的凈化 少量電解質(zhì)可以使膠體質(zhì)點(diǎn)因吸附離子而帶電，這對(duì)于穩(wěn)定膠體是必要的；但過量的電解質(zhì)對(duì)膠體的穩(wěn)定反而有害，會(huì)使溶膠不穩(wěn)定，容易聚沉。因此，為了使得膠體能夠在長時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定存在，膠體制得后必須去除多余的電解質(zhì), 稱為溶膠的凈化. 1、滲析法(dialysis) 利用溶膠粒子不能穿透半透膜的性質(zhì)能使溶膠純化