第二章膠體溶液及表面現(xiàn)象.

1、無(wú)機(jī)化學(xué)1無(wú)機(jī)化學(xué)2主要內(nèi)容n第一節(jié)第一節(jié) 溶膠溶膠n第二節(jié)第二節(jié) 高分子化合物溶液高分子化合物溶液n第三節(jié)第三節(jié) 凝膠凝膠n第四節(jié)第四節(jié) 物質(zhì)的表面現(xiàn)象物質(zhì)的表面現(xiàn)象無(wú)機(jī)化學(xué)3 膠體分散系包括膠體分散系包括溶膠、高分子溶液和締合膠溶膠、高分子溶液和締合膠體體三類。膠體的分散相的粒子的大小為三類。膠體的分散相的粒子的大小為1100 nm，可以是一些小分子、離子或原子的聚集體，可以是一些小分子、離子或原子的聚集體，也可以是單個(gè)的大分子。分散介質(zhì)可以是液體、也可以是單個(gè)的大分子。分散介質(zhì)可以是液體、氣體，或是固體。氣體，或是固體。無(wú)機(jī)化學(xué)4分散介質(zhì)分散相名 稱實(shí) 例氣體液體氣溶膠霧氣體固體氣溶膠煙

2、液體氣體泡沫膠生奶油液體液體乳狀液牛奶液體固體溶膠油漆，細(xì)胞液固體氣體泡沫浮石固體液體凝膠果凍固體固體固體溶膠紅寶石玻璃無(wú)機(jī)化學(xué)5一、溶膠的性質(zhì)n（一）膠粒對(duì)過(guò)濾器的通透性 濾紙孔徑1000-5000nm 瓷板孔徑100nm無(wú)機(jī)化學(xué)6Tyndall現(xiàn)象 令一束聚焦的光束通令一束聚焦的光束通過(guò)溶膠，則從側(cè)面可以過(guò)溶膠，則從側(cè)面可以看到一個(gè)發(fā)光的圓錐體，看到一個(gè)發(fā)光的圓錐體，這種現(xiàn)象稱為這種現(xiàn)象稱為Tyndall效效應(yīng)應(yīng)(Tyndall effect) ，又稱又稱乳光現(xiàn)象。乳光現(xiàn)象。（二）溶膠的光學(xué)性質(zhì)（二）溶膠的光學(xué)性質(zhì)-丁鐸爾現(xiàn)象丁鐸爾現(xiàn)象無(wú)機(jī)化學(xué)7無(wú)機(jī)化學(xué)8d 略小于或接近于ddn (Br)

3、，AgNO3溶液過(guò)量，膠核(AgBr)m優(yōu)先吸附Ag+形成帶正電荷的膠粒。膠團(tuán)的結(jié)構(gòu)為： (AgBr)mnAg+(n-x)NO3x+x NO3- 無(wú)機(jī)化學(xué)21AgBrm nBr- (n-x) K x x K 膠核膠核膠粒膠粒膠團(tuán)膠團(tuán)吸附層吸附層擴(kuò)散層擴(kuò)散層同理，可以寫(xiě)出同理，可以寫(xiě)出AgBr溶膠的膠團(tuán)結(jié)構(gòu)式溶膠的膠團(tuán)結(jié)構(gòu)式( (KBr過(guò)過(guò)量量):):無(wú)機(jī)化學(xué)22練習(xí)：1.在AgNO3溶液中加入過(guò)量的KI溶液，得到溶膠的膠團(tuán)結(jié)構(gòu)可表示為 （ ）A.(AgI)mnI- (n-x)K+x-xK+ B.(AgI)mnNO3- (n-x)K+x-xK+ C.(AgI)mnAg+ (n-x)I-xxK+D

4、.(AgI)mnAg+ (n-x)NO3-x+xNO3- E.(AgI)mnAg+ (n-x)NO3-x+xI- 2.混合AgNO3和KI溶液制備AgI負(fù)溶膠時(shí)，AgNO3和KI間的關(guān)系應(yīng)是 （ ）A.c (AgNO3) c (KI) B.V (AgNO3) V (KI) C.n (AgNO3) n (KI) D.n (AgNO3) = n (KI) E.n (AgNO3) n (KI)答案：A、E無(wú)機(jī)化學(xué)23二、溶膠的穩(wěn)定性和聚沉二、溶膠的穩(wěn)定性和聚沉n穩(wěn)定性穩(wěn)定性-溶膠是熱力學(xué)上的不穩(wěn)定體系，其穩(wěn)定溶膠是熱力學(xué)上的不穩(wěn)定體系，其穩(wěn)定性因素主要是性因素主要是膠粒帶電膠粒帶電和和水化膜水化膜的

5、存在。的存在。 膠粒都帶有相同符號(hào)的電荷，膠粒之間相互排膠粒都帶有相同符號(hào)的電荷，膠粒之間相互排斥，阻止兩膠粒合并變大；斥，阻止兩膠粒合并變大；另外膠粒吸附層中的另外膠粒吸附層中的離子對(duì)水分子有吸引力，吸附的水分子在膠粒表離子對(duì)水分子有吸引力，吸附的水分子在膠粒表面形成一層水化膜，阻止了膠粒之間的聚結(jié)。面形成一層水化膜，阻止了膠粒之間的聚結(jié)。因因此溶膠中的膠粒能相對(duì)穩(wěn)定地存在。此溶膠中的膠粒能相對(duì)穩(wěn)定地存在。n 聚沉聚沉-當(dāng)膠粒的動(dòng)能增大到能克服這種靜電斥當(dāng)膠粒的動(dòng)能增大到能克服這種靜電斥力時(shí)，膠粒間就會(huì)相互碰撞合并，粒子增大到布力時(shí)，膠粒間就會(huì)相互碰撞合并，粒子增大到布朗運(yùn)動(dòng)克服不了重力作用

6、時(shí)就出現(xiàn)朗運(yùn)動(dòng)克服不了重力作用時(shí)就出現(xiàn)聚沉聚沉。無(wú)機(jī)化學(xué)24n促使溶膠聚沉的主要方法：促使溶膠聚沉的主要方法：n（一）加入強(qiáng)電解質(zhì)（一）加入強(qiáng)電解質(zhì)n原理：一是加入的強(qiáng)電解質(zhì)解離出的離子原理：一是加入的強(qiáng)電解質(zhì)解離出的離子破壞了破壞了雙電層結(jié)構(gòu)雙電層結(jié)構(gòu)，膠粒失去了靜電保護(hù)作用；二是強(qiáng)，膠粒失去了靜電保護(hù)作用；二是強(qiáng)電解質(zhì)離子具有很強(qiáng)的溶劑化作用，電解質(zhì)離子具有很強(qiáng)的溶劑化作用，破壞了膠粒破壞了膠粒表面的水化膜表面的水化膜。n注意：電解質(zhì)對(duì)溶膠的聚沉作用取決于與膠粒帶注意：電解質(zhì)對(duì)溶膠的聚沉作用取決于與膠粒帶有相反電荷的離子，即有相反電荷的離子，即反離子反離子。n電解質(zhì)對(duì)溶膠的聚沉作用電解質(zhì)對(duì)

7、溶膠的聚沉作用與反離子所帶電荷的多與反離子所帶電荷的多少有關(guān)少有關(guān)。無(wú)機(jī)化學(xué)n（1）一般地，離子電荷越高，對(duì)溶膠的聚沉能）一般地，離子電荷越高，對(duì)溶膠的聚沉能力就越強(qiáng)。這個(gè)規(guī)律叫做哈迪力就越強(qiáng)。這個(gè)規(guī)律叫做哈迪-叔爾采規(guī)則。叔爾采規(guī)則。 一價(jià)、二價(jià)、三價(jià)反離子的臨界聚沉濃度之比：一價(jià)、二價(jià)、三價(jià)反離子的臨界聚沉濃度之比： (1/1)6:(1/2)6:(1/3)6 =100: 1.8:0.14n（2）同價(jià)反離子的聚沉能力雖相差不大，其聚）同價(jià)反離子的聚沉能力雖相差不大，其聚沉能力隨著離子水合半徑的減小而增加。沉能力隨著離子水合半徑的減小而增加。 如如:一價(jià)正離子一價(jià)正離子(對(duì)負(fù)溶膠對(duì)負(fù)溶膠)聚沉

8、能力：聚沉能力： H+ Cs+ Rb+ NH4+ K+ Na+ Li+ 一價(jià)負(fù)離子一價(jià)負(fù)離子(對(duì)正溶膠對(duì)正溶膠)聚沉能力：聚沉能力： F- Cl- Br- I -OH-無(wú)機(jī)化學(xué)26n（二）加入帶相反電荷的溶膠（二）加入帶相反電荷的溶膠 帶相反電荷的溶膠有相互聚沉能力。例如，用明帶相反電荷的溶膠有相互聚沉能力。例如，用明礬凈水。礬凈水。n（三）加熱（三）加熱 加熱增加了膠粒的運(yùn)動(dòng)速度和碰撞機(jī)會(huì)，同時(shí)降加熱增加了膠粒的運(yùn)動(dòng)速度和碰撞機(jī)會(huì)，同時(shí)降低了它對(duì)離子的吸附作用，從而降低了膠粒所帶低了它對(duì)離子的吸附作用，從而降低了膠粒所帶電荷的電量和水化程度，使溶膠在碰撞中聚沉。電荷的電量和水化程度，使溶膠在

9、碰撞中聚沉。 例如：例如：As2S3溶膠加熱至沸，析出淡黃色溶膠加熱至沸，析出淡黃色As2S3沉沉淀。淀。無(wú)機(jī)化學(xué)27n1.下列四種電解質(zhì)對(duì)某種AgCl溶膠的臨界聚沉濃度（mmolL-1）分別是：NaNO3(300)，Na2SO4（295），MgCl2(25)，AlCl3(0.5)，則該種AgCl溶膠的類型和膠粒所帶電荷的電性分別是（ ） nA.正溶膠、正電性 B.正溶膠、負(fù)電性nC.中性溶膠、電中性 D.負(fù)溶膠、正電性nE.負(fù)溶膠、負(fù)電性答案：E無(wú)機(jī)化學(xué)282.溶膠具有相對(duì)穩(wěn)定性的原因是（） A.布朗運(yùn)動(dòng) B.帶有相同電荷的膠粒間的靜電斥力 C.膠粒表面水合膜的保護(hù)作用 D.A、B和C 3.

10、現(xiàn)有甲、乙、丙、丁和Fe(OH)3五種溶膠，把甲與丙、乙與丁、丙與丁、丙與Fe(OH)3溶膠兩兩混合，均發(fā)生聚沉現(xiàn)象，那末，膠粒帶負(fù)電荷的溶膠是 （ ）A.甲和乙 B.乙和丙 C.甲和丁 D.甲和丙E.乙和丁答案：D、B無(wú)機(jī)化學(xué)294.某溶膠在電泳時(shí)膠粒向陽(yáng)極移動(dòng)，將該溶膠分別加入到蔗糖溶液 氯化鈉溶液 硅酸溶膠 氫氧化鐵溶膠中，不發(fā)生聚沉的是（） nA.和 B.和nC.和 D.和nE.和答案：Cn5.膠體的本質(zhì)特征是 n A.Tyndall現(xiàn)象 B.膠粒帶電n C.膠粒直徑為1100nm D.布朗運(yùn)動(dòng)答案：C無(wú)機(jī)化學(xué)30第二節(jié) 高分子化合物n 高分子化合物的相對(duì)分子質(zhì)量很大，通常為高分子化合

11、物的相對(duì)分子質(zhì)量很大，通常為104106。它的許多性質(zhì)都與相對(duì)分子質(zhì)量大有關(guān)。它的許多性質(zhì)都與相對(duì)分子質(zhì)量大有關(guān)。n 可分為天然高分子可分為天然高分子(蛋白質(zhì)、核酸、淀粉、糖元、蛋白質(zhì)、核酸、淀粉、糖元、纖維素纖維素)和合成高分子和合成高分子(塑料、橡膠等塑料、橡膠等)。n 高分子化合物能自動(dòng)分散到合適的分散介質(zhì)中形成高分子化合物能自動(dòng)分散到合適的分散介質(zhì)中形成均勻的溶液，為均相系統(tǒng)，在熱力學(xué)上是穩(wěn)定的均勻的溶液，為均相系統(tǒng)，在熱力學(xué)上是穩(wěn)定的-與與真溶液相似。粒子直徑大小與溶膠相似真溶液相似。粒子直徑大小與溶膠相似-擴(kuò)散速率慢，擴(kuò)散速率慢，不能透過(guò)半透膜。不能透過(guò)半透膜。無(wú)機(jī)化學(xué)31一、高分

12、子化合物的概念n高分子化合物概念：?jiǎn)蝹€(gè)分子相對(duì)分子量在一萬(wàn)以上的大分子。q 蛋白質(zhì)、核酸、糖原、存在體液中重要物質(zhì)；人體肌肉、組織；又如天然橡膠等q 據(jù)來(lái)源 可分為天然的和合成的無(wú)機(jī)化學(xué)32表表2-1 高分子溶液與溶膠性質(zhì)的比較高分子溶液與溶膠性質(zhì)的比較 高分子溶液高分子溶液 溶溶 膠膠 膠粒是單個(gè)的高分子化合物膠粒是單個(gè)的高分子化合物分散相與分散介質(zhì)親和力強(qiáng)分散相與分散介質(zhì)親和力強(qiáng)均相分散系統(tǒng)，均相分散系統(tǒng)，Tyndall現(xiàn)象現(xiàn)象不明顯不明顯穩(wěn)定系統(tǒng)，加入少量電解質(zhì)穩(wěn)定系統(tǒng)，加入少量電解質(zhì)無(wú)影響，加大量電解質(zhì)凝聚無(wú)影響，加大量電解質(zhì)凝聚粘度和滲透壓較大粘度和滲透壓較大膠粒由許多分子聚集而成膠

13、粒由許多分子聚集而成分散相與分散介質(zhì)親和力小分散相與分散介質(zhì)親和力小非均相分散系統(tǒng)，非均相分散系統(tǒng)，Tyndall現(xiàn)象明顯現(xiàn)象明顯不穩(wěn)定系統(tǒng)，加入少量電解不穩(wěn)定系統(tǒng)，加入少量電解質(zhì)后即可產(chǎn)生聚沉質(zhì)后即可產(chǎn)生聚沉粘度和滲透壓較小粘度和滲透壓較小二、高分子化合物溶液的形成和特征無(wú)機(jī)化學(xué)33n在溶膠中加入一定量的高分子，能顯著提高溶膠的穩(wěn)定性，在溶膠中加入一定量的高分子，能顯著提高溶膠的穩(wěn)定性，這種現(xiàn)象稱為這種現(xiàn)象稱為高分子對(duì)溶膠的保護(hù)作用高分子對(duì)溶膠的保護(hù)作用。n原因是：高分子物質(zhì)吸附在溶膠粒子表面，包圍住膠粒，原因是：高分子物質(zhì)吸附在溶膠粒子表面，包圍住膠粒，形成一層高分子保護(hù)膜，使其對(duì)介質(zhì)的親

14、和力加強(qiáng)，阻止形成一層高分子保護(hù)膜，使其對(duì)介質(zhì)的親和力加強(qiáng)，阻止了膠粒之間的直接接觸，從而增強(qiáng)了溶膠的穩(wěn)定性。了膠粒之間的直接接觸，從而增強(qiáng)了溶膠的穩(wěn)定性。n但有時(shí)，加入少量的高分子溶液，不但起不到保護(hù)作用，但有時(shí)，加入少量的高分子溶液，不但起不到保護(hù)作用，反而降低了溶膠的穩(wěn)定性，甚至發(fā)生聚沉，這種現(xiàn)象稱作反而降低了溶膠的穩(wěn)定性，甚至發(fā)生聚沉，這種現(xiàn)象稱作敏化作用敏化作用。 原因是：濃度低時(shí)，無(wú)法將膠體顆粒表面完全覆蓋，一個(gè)原因是：濃度低時(shí)，無(wú)法將膠體顆粒表面完全覆蓋，一個(gè)高分子長(zhǎng)鏈可同時(shí)吸附多個(gè)膠粒，把膠粒聚集起來(lái)產(chǎn)生沉高分子長(zhǎng)鏈可同時(shí)吸附多個(gè)膠粒，把膠粒聚集起來(lái)產(chǎn)生沉淀。淀。三、高分子溶液

15、對(duì)溶膠的保護(hù)作用和敏三、高分子溶液對(duì)溶膠的保護(hù)作用和敏化作用化作用無(wú)機(jī)化學(xué)34高分子物質(zhì)對(duì)溶膠保護(hù)作用（高分子物質(zhì)對(duì)溶膠保護(hù)作用（a a）和敏化作用（和敏化作用（b b）示意圖）示意圖 無(wú)機(jī)化學(xué)35第三節(jié) 凝膠q高分子溶液粘度變大，失去流動(dòng)性，形成有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的半固態(tài)物質(zhì)，稱為凝膠（gel）。q剛性凝膠：粒子間交聯(lián)強(qiáng)，網(wǎng)狀骨架堅(jiān)固，若將其干燥，網(wǎng)孔中的液體可被驅(qū)出，凝膠的體積和外形無(wú)明顯變化。q彈性凝膠：由柔性高分子化合物形成，干燥后，體積明顯縮小，有彈性，再放到合適的液體中，它又會(huì)溶脹變大，甚至完全溶解。無(wú)機(jī)化學(xué)36第四節(jié)第四節(jié) 物質(zhì)的表面現(xiàn)象物質(zhì)的表面現(xiàn)象n兩相接觸的分界面稱為界面。若其中一

16、相為氣相，則稱為表面。一切界面上發(fā)生的現(xiàn)象，統(tǒng)稱為表面現(xiàn)象。無(wú)機(jī)化學(xué)37氣相氣相 液體內(nèi)部及表層分子受力情況示意圖液相液相無(wú)機(jī)化學(xué)38一、表面張力和表面能一、表面張力和表面能n表面張力：表面張力：指向液體內(nèi)部的引力把液體分子從其指向液體內(nèi)部的引力把液體分子從其表面拉到內(nèi)部，即表面的一種抵抗擴(kuò)張的力。表面拉到內(nèi)部，即表面的一種抵抗擴(kuò)張的力。用用表示，單位表示，單位N/m。n表面能：表面能：把分子從內(nèi)部移往界面必須克服吸引力把分子從內(nèi)部移往界面必須克服吸引力而消耗一定量的功，這個(gè)功稱為表面能。而消耗一定量的功，這個(gè)功稱為表面能。sE無(wú)機(jī)化學(xué)39二、表面活性物質(zhì)二、表面活性物質(zhì)表面活性物質(zhì)：能顯著降

17、低水的表面張力的物質(zhì)非表面活性物質(zhì)：使水的表面張力升高或略微降低的物質(zhì)。正吸附：若溶液表面吸附的溶質(zhì)能降低溶劑表面張力，則溶液表層將保留更多的溶質(zhì)分子，其表層濃度大于溶液內(nèi)部的溶質(zhì)濃度，這種吸附稱為正吸附。負(fù)吸附：若增大溶劑的表面張力，溶液表層則排斥溶質(zhì)，使其盡量進(jìn)人溶液內(nèi)部，此時(shí)溶液表層溶質(zhì)的濃度小于其內(nèi)部濃度，這種吸附叫負(fù)吸附。表面活性物質(zhì)在溶液中形成正吸附；而非表面活性物質(zhì)表面活性物質(zhì)在溶液中形成正吸附；而非表面活性物質(zhì)在溶液中形成負(fù)吸附。在溶液中形成負(fù)吸附。無(wú)機(jī)化學(xué)40 結(jié)構(gòu)特征：結(jié)構(gòu)特征：表面活性劑一般具有兩類性質(zhì)相反表面活性劑一般具有兩類性質(zhì)相反的兩親性基團(tuán)。的兩親性基團(tuán)。 一類為一類為疏水性或親脂性基團(tuán)疏水性或親脂性基團(tuán)，為，為非極性基團(tuán)非極性基團(tuán)，它們是一些直鏈的或帶有側(cè)鏈的有機(jī)烴基；它們是一些直鏈的或帶有側(cè)鏈的有機(jī)烴基； 另一類是另一類是親水性基團(tuán)，為極性基團(tuán)親水性基團(tuán)，為極性基團(tuán)，如：，如： -OH、-COOH、-NH2、-SH及及-SO2OH等等。 無(wú)機(jī)化學(xué)41q含有疏水性非極性基團(tuán)和親水性極性基團(tuán)，親水基端進(jìn)入水中，疏水基端離開(kāi)水相，在水表面定向排列，從而降低表面