基礎(chǔ)化學(xué)第九章 膠體分散系

第九章膠體分散系第一節(jié)分散系概述一、分散系的分類相和界面相：體系中物理和化學(xué)性質(zhì)完全相同的部分稱為相。比如：水，水蒸汽，冰各為一相。界面：兩相接觸時的分界面稱為界面。比如：氣-液、氣-固、液-固界面。另外還有液-液、固-固界面。一、基本概念

分散系一種或幾種物質(zhì)分散在另一種物質(zhì)中所形成的系統(tǒng)稱為分散系統(tǒng)，簡稱分散系。分散相分散系中被分散的物質(zhì)稱為分散相。分散介質(zhì)分散系中容納分散相的物質(zhì)稱為分散介質(zhì)。按分散相粒子的直徑的大小，分散系可分為粗分散系、膠體分散系和分子分散系。

分散相粒子大小分散系統(tǒng)類型分散相粒子的組成一般性質(zhì)實(shí)例<1nm（10-9m）分子分散系（真溶液）小分子或離子均相；熱力學(xué)穩(wěn)定系統(tǒng)；分散相粒子擴(kuò)散快，能透過濾紙和某些半透膜，形成真溶液NaCl、NaOHC6H12O6等水溶液1~100nm（10-9~10-7m）膠體分散系溶膠膠粒（分子、離子、原子的聚集體）非均相；熱力學(xué)不穩(wěn)定系統(tǒng)；分散相粒子擴(kuò)散慢，能透過濾紙，不能透過半透膜氫氧化鐵、硫化砷、碘化銀及金、銀、硫等單質(zhì)溶膠高分子溶液高分子均相；熱力學(xué)穩(wěn)定系統(tǒng)；分散相粒子擴(kuò)散慢，能透過濾紙，不能透過半透膜，形成溶液蛋白質(zhì)、核酸等水溶液，橡膠的苯溶液締合膠體膠束均相；熱力學(xué)穩(wěn)定系統(tǒng)；分散相粒子擴(kuò)散慢，能透過濾紙，不能透過半透膜，形成膠囊溶液超過一定濃度的十二烷基硫酸鈉溶液>100nm（10-7m）粗分散系（乳狀液、懸浮液）粗粒子非均相；熱力學(xué)不穩(wěn)定系統(tǒng)；分散相粒子不能透過濾紙和半透膜乳汁、泥漿等根據(jù)分散相粒子直徑小分子分散系離子分散系溶膠高分子溶液締合膠體懸濁液乳狀液膠體分散系1~100nm真溶液<1nm粗分散系>100nm（一）表面Gibbs自由能一、表面積與表面Gibbs自由能第二節(jié)表面現(xiàn)象減小表面能的途徑：1.減小表面積2.減小表面張力（吸附）（二）表面積和比表面立方體的比表面球形的比表面多孔性固體二、表面活性劑（一）溶液表面上的吸附表面活性物質(zhì)（二）表面活性劑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：具有兩親性膠束締合膠體臨界膠束濃度（CMC）增溶三、乳化作用乳狀液類型：水包油油包水O/WW/O

第三節(jié)溶膠

一、溶膠的基本性質(zhì)

二、溶膠的穩(wěn)定性與聚沉

(一）溶膠的光學(xué)性質(zhì)1．Tyndall現(xiàn)象1869年，英國物理學(xué)家Tyndall發(fā)現(xiàn)：在暗室中讓一束會聚的光通過溶膠，在與光束垂直的方向上可以看到一個圓錐形光柱，這種現(xiàn)象就稱為Tyndall現(xiàn)象。溶膠的分散相粒子的直徑在1~100nm之間，略小于可見光的波長（400~760nm)，因此當(dāng)光通過溶膠時發(fā)生明顯的散射作用，產(chǎn)生Tyndall現(xiàn)象。

一、溶膠的性質(zhì)

1.Brown運(yùn)動

溶膠的分散相粒子在分散介質(zhì)中不停地做不規(guī)則的折線運(yùn)動，這種運(yùn)動稱為Brown運(yùn)動。

（二）溶膠的動力學(xué)性質(zhì)

膠粒的Brown運(yùn)動是由于膠粒受到處于不停運(yùn)動的分散介質(zhì)分子撞擊，其合力不為零而引起的。2.擴(kuò)散與沉降平衡

溶膠的分散相粒子由于Brown運(yùn)動，能自動地從濃度較高處移向濃度較低處，這種現(xiàn)象稱為擴(kuò)散。在生物體內(nèi)，擴(kuò)散是物質(zhì)輸送或物質(zhì)分子通過細(xì)胞膜的推動力之一。

溶膠在放置過程中，密度大于分散介質(zhì)的膠粒，在重力作用下要沉降下來；另一方面由于膠粒的Brown運(yùn)動引起的擴(kuò)散作用又力圖促使?jié)舛染?。?dāng)上述兩種方向相反的作用達(dá)到平衡時，越靠近容器的底部，單位體積溶液中的膠粒的數(shù)目越多；越靠近容器的上方，單位體積溶膠中的膠粒的數(shù)目越少，形成了一定的濃度梯度，這種現(xiàn)象稱為沉降平衡。（三）溶膠的電學(xué)性質(zhì)

1．電泳和電滲

質(zhì)點(diǎn)在分散介質(zhì)中的定向移動稱為電泳。

在電場作用下，膠粒2．溶膠的雙電層結(jié)構(gòu)

（1）膠核的選擇吸附：膠核的比表面很大，很容易吸附溶液中的離子。實(shí)驗(yàn)表明，與膠粒具有相同組成的離子優(yōu)先被吸附。（2）膠粒表面分子的解離：膠粒與溶液中的分散介質(zhì)接觸時，表面分子發(fā)生解離，有一種離子進(jìn)入溶液，而使膠粒帶電。例如，硅酸溶膠的膠粒是由很多xSiO2·yH2O分子組成的表面上的H2SiO3分子在水分子作用下發(fā)生解離：，膠團(tuán)的結(jié)構(gòu)

溶膠的膠團(tuán)結(jié)構(gòu)也常用結(jié)構(gòu)簡式表示，如AgI負(fù)溶膠的結(jié)構(gòu)簡式表示為：[(AgI)m.nI-.(n-x)K+]x-.xK+AgI

溶膠的膠團(tuán)結(jié)構(gòu)示意圖：1.KI過量2.AgNO3過量

[(AgI)m

·

nI-

·(n-x)K+]x-·xK+

膠核吸附離子反離子反離子

吸附層

膠粒

擴(kuò)散層

膠團(tuán)3.電動電勢（ξ電勢）ξ電勢是滑動面與均勻液相之間的電勢差。二、溶膠的穩(wěn)定性與聚沉

溶膠具有一定的穩(wěn)定性，其原因如下：（1）Brown運(yùn)動：溶膠的膠粒的直徑很小，Brown運(yùn)動劇烈，能克服重力引起的沉降作用。（2）膠粒帶電：同一種溶膠的膠粒帶有相同電荷，當(dāng)彼此接近時，由于靜電作用相互排斥而分開。膠粒荷電量越多，膠粒之間靜電斥力就越大，溶膠就越穩(wěn)定。膠粒帶電是大多數(shù)溶膠能穩(wěn)定存在的主要原因。

（一）溶膠的穩(wěn)定性

（3）溶劑化作用：溶膠的吸附層和擴(kuò)散層的離子都是水化的（如為非水溶劑，則是溶劑化的），在水化膜保護(hù)下，膠粒較難因碰撞聚集變大而聚沉。水化膜越厚，膠粒就越穩(wěn)定。(二）溶膠的聚沉

1．電解質(zhì)對溶膠的聚沉作用

在溶膠中加入易溶強(qiáng)電解質(zhì)，將使更多的反離子進(jìn)入吸附層，減少了膠粒所帶電荷，使水化膜變薄，使膠粒的Brown運(yùn)動足以克服膠粒之間的靜電斥力，導(dǎo)致膠粒在相互碰撞時可能聚集合并變大，最終從溶膠中聚沉下來。

通常用聚沉值來比較各種電解質(zhì)對某一溶膠的聚沉能力。聚沉值是使一定量溶膠在一定時間內(nèi)完全聚沉所需電解質(zhì)溶液的最低濃度。電解質(zhì)