膠體及大分子溶液

膠體及大分子溶液1.純液體有無散射光？為什么？一般溶液如何？溶膠具有乳光現(xiàn)象，但體系透明，為何？第2頁,共57頁，2024年2月25日，星期天對于純液體或純氣體，其n1=n2，便應(yīng)無散射現(xiàn)象，但實際上它們都有微弱的乳光，這是由于密度的漲落致使其折射率也有變化而引起的。對一般溶液的散射光是很微弱的，由于一般低分子其溶液的分子體積很小，因而乳光很微弱，遠不如溶液明顯。因此丁達爾效應(yīng)便能成為辨別溶膠與其它溶液的簡便的方法。第3頁,共57頁，2024年2月25日，星期天2.超顯微鏡為何要用強的光源？第4頁,共57頁，2024年2月25日，星期天因根據(jù)Rayllgh公式，對一個體系，真散射光的強度與入設(shè)光強度成正比。因此有強光源于超顯微鏡能有效地提高顯微鏡的觀測能力。第5頁,共57頁，2024年2月25日，星期天3.為何說我們觀察到的布朗運動，不是膠粒真實運動的情況？第6頁,共57頁，2024年2月25日，星期天布郎運動是由于分散介質(zhì)的分子由于熱運動不斷地有各個方向同時沖擊膠粒，合力未被抵消，短時向某一方向有一顯著作用。而導(dǎo)致膠粒運動，因此布朗運動不是膠粒的真實運動，又因膠粒受不平衡沖擊引起振動周期約為10-8秒，而肉眼能分辨得振動周期最低為0.1秒，因此我們所觀察到的膠粒平均位移微粒在每秒鐘內(nèi)受各個方向裝幾百萬次運動變化的結(jié)果。第7頁,共57頁，2024年2月25日，星期天4.布朗運動擴散方程式，可以解決哪些問題？第8頁,共57頁，2024年2月25日，星期天根據(jù)（1）證實原子、分子存在的真實性（2）分子運動學(xué)說的可靠性（3）測算阿佛加德羅常數(shù)的實驗手段（4）運用該式可研究分散體系的動力性質(zhì)，膠粒擴散系數(shù)以及離子大小等。第9頁,共57頁，2024年2月25日，星期天5.為什么膠體粒子量（膠團量）M=4/3r3L?第10頁,共57頁，2024年2月25日，星期天因(4/3)r3

為一個膠團粒的質(zhì)量，L為阿佛加德羅常數(shù)根據(jù)SI制，摩爾的概念是指體系中所包含的物質(zhì)的基本單元的數(shù)目與0.012kg12C的原子數(shù)目(L)相等，所謂基本單元可以是原子、分子、離子、電子及其它離子或這些粒子的特定組合，因此對于膠體體系來說，具有6.0221023(即L)數(shù)目的膠粒，便可謂是1mol的膠粒，這樣(4/3)r3xL即(4/3)r3L便是膠體粒子量（膠團量）第11頁,共57頁，2024年2月25日，星期天6.試比較膠粒表面電勢，Stern層（緊密層）電勢及

電勢？第12頁,共57頁，2024年2月25日，星期天膠體表面電勢是指固體表面由于電離吸附離子等原因使溶膠粒子帶電與溶液深處的電勢差，是屬于熱力學(xué)的平衡電勢中。

stern層電勢是指溶膠粒子表面由于靜電或分子間相互作用而緊密吸附一層的總電勢，顯然這層電勢小于膠粒表面電勢。電勢（滑動面電勢）是指當(dāng)溶膠粒子在液相中運動時，在上述緊密層之外有一層滑動面，以滑動面的電勢，與液相內(nèi)部為零的電勢差稱為滑動面電勢或稱（Zeta）電勢,(可參見P502圖102（a）及（b）)第13頁,共57頁，2024年2月25日，星期天7.亞鐵氰化銅溶膠的穩(wěn)定劑是亞鐵氰化鉀，試寫出其膠團表示式，膠粒電荷符號如何？第14頁,共57頁，2024年2月25日，星期天以K4Fe(CN)6為亞鐵氰化銅的穩(wěn)定劑，則必是Fe(CN)64+進入溶膠粒子的緊密層內(nèi)，膠團為[Cu2Fe(CN)6)m·nFe(CN)64-·(4n-g)K+]q+·qK+第15頁,共57頁，2024年2月25日，星期天8.如何理解溶膠是動力學(xué)上穩(wěn)定而熱力學(xué)上不穩(wěn)定體系，且有聚沉不穩(wěn)定的特性？第16頁,共57頁，2024年2月25日，星期天由于熔膠的布朗運動以及擴散作用，更由于膠粒表面的雙電層結(jié)構(gòu)及粒子溶劑化膜造成溶膠的動力學(xué)穩(wěn)定性。但由于溶膠是高度分散得非均相體系，具有很大的表面自由能，因此有自發(fā)聚沉以降低體系能量的趨勢，因此是熱力學(xué)的不穩(wěn)定體系。第17頁,共57頁，2024年2月25日，星期天9.在三個燒杯中各裝有20cm3同種溶膠，假如電解質(zhì)溶液使其開始顯著聚沉?xí)r，在第一個燒杯需加1mol·dm-3KCl溶液2.1cm3

。第二個需加12.5cm3的0.005mol·dm-3Na2SO4溶液，第三個燒杯需加7.5cm3的3.310-4mol·dm-3Na3PO4溶液。是確定其聚沉值及該溶膠電荷符號。第18頁,共57頁，2024年2月25日，星期天在溶膠中加入電解質(zhì)溶液，當(dāng)溶膠開始明顯聚沉?xí)r，每升溶膠中加入電解質(zhì)的最小體積濃度稱為這種電解質(zhì)的聚沉值。1mol·dm-3KCl溶液：12.11000/（20+2.1）=95.02m·mol·dm-3

0.005mol·dm-3Na2SO4:0.00512.51000/(20+12.5)=1.923m·mol·dm-3

3.310-4mol·dm-3Na3PO4溶液：0.000337.51000/（20+7.5）=0.091m·mol·dm-3第19頁,共57頁，2024年2月25日，星期天10.考慮唐南平衡建立后，大分子溶液滲透關(guān)系如何？第20頁,共57頁，2024年2月25日，星期天當(dāng)唐南平衡建立后，由于電解質(zhì)對高分子溶液滲透壓的影響，溶液兩側(cè)的濃度差低于純高分子溶液的濃度，因此一般結(jié)果都低于無電解質(zhì)的情況。第21頁,共57頁，2024年2月25日，星期天11.當(dāng)膜內(nèi)、外沒有共同離子，及膜外只是溶劑水時的唐南膜平衡的關(guān)系如何？第22頁,共57頁，2024年2月25日，星期天當(dāng)膜內(nèi)、外無共同離子，例如膜內(nèi)膜外

Na+R-K+Cl-C1C1C2C2達到唐南平衡后

Na+R-K+Cl-K+Cl-Na+C1-ZC1XYC2–XC2-YZ因滿足電中性，有X+(C1-Z)=C1+YY=X-Z滿足唐南平衡(C1-Z)Y=Z(C2-Z)第23頁,共57頁，2024年2月25日，星期天(C1-Z)(X-Z)=Z[C2-(X-Z)](1)以及X·Y=(C2-X)(C2-Y)即X(X-Z)=(C2-X)[C2-(X-Z)](2)解(1)(2)兩個方程

X=C2(C2+C1)/(2C2+C1)Y=C22/(2C2+C1)Z=C1C2/(2C2+C1)第24頁,共57頁，2024年2月25日，星期天當(dāng)膜外只是溶劑水如膜內(nèi)膜外起初Na+R-H2OC1C1CH+

·

COH-=KW膜平衡Na+R-H

+Na+OH-

C1-XC1XXX唐南平衡條件(C1–X)(KW/X)=X2X=[KW(C1–X)]1/3若X<<C1則X=(KWC1)1/3第25頁,共57頁，2024年2月25日，星期天膜內(nèi)酸性，膜外堿性。若大分子電解質(zhì)為R+Cl-，則結(jié)果相反，這類膜平衡稱為膜水解，由此可以部分解釋生理上細胞內(nèi)外呈不同的PH及胃酸的形成。第26頁,共57頁，2024年2月25日，星期天習(xí)題解第27頁,共57頁，2024年2月25日，星期天1.若金溶膠每cm3含金1mg，已知金原子的半徑為1.46×10-10m、密度為1.93×103g/m3，設(shè)膠粒皆呈球形，且為單分散體系，半徑為1×10-8m。試求：（1）1cm3溶膠中含有多少金膠粒？（2）1cm3溶膠中膠粒的總表面積是多少？（3）每個膠粒含有多少金原子？第28頁,共57頁，2024年2月25日，星期天(1)每個膠粒的重量(4/3)(1×10-8)3×1.93×103=8.084×10-21g1cm3膠粒中的金膠粒散為1×10-3/8.084×10-21=1.24×1017個(2)1cm3膠粒中的總表面積為4(1×10-8)2×1.24×1017=155.4m2每個膠粒含有的金原子個數(shù)8.084×10-21/(4/3)(1.46×10-10)3×1.93×103=3.21×105個第29頁,共57頁，2024年2月25日，星期天2.在堿性溶液中用甲醛還原HAuCl4以制備金溶膠，反應(yīng)為這里Na+AuO2-是穩(wěn)定劑，寫出膠團結(jié)構(gòu)式.第30頁,共57頁，2024年2月25日，星期天若膠核為[Au]m，由于Na+AuO2-為穩(wěn)定劑，故AuO2-進入緊密層[[Au]mnAuO2-(n-x)Na+]x-xNa-第31頁,共57頁，2024年2月25日，星期天3.如欲制備AgI負性溶膠，應(yīng)在25cm3,0.016mol/dm3的KI溶液內(nèi)加入多少體積的0.005mol/dm3的硝酸銀溶液。第32頁,共57頁，2024年2月25日，星期天25×0.016/0.005=80cm3第33頁,共57頁，2024年2月25日，星期天4.在287K進行膠乳微粒的布朗運動實驗，在30秒之間，測得微粒的平均位移為6.83×10-4cm。試以此結(jié)果求阿伏加德羅常數(shù)L？設(shè)微粒半徑為2.12×10-5cm。分散介質(zhì)水的粘度0.0012Pa·s。第34頁,共57頁，2024年2月25日，星期天

2=2Dt=RTt/3LL=RTt/32=8.314×287×30/3××2-12×10-7×0.0012×(6.83×10-6)2=6.40×1023第35頁,共57頁，2024年2月25日，星期天5.設(shè)有一金溶膠，微粒半徑為13×10-10m，試計算在293K時，其在水中的擴散系數(shù)（293K水的粘度0.001Pa·s）。第36頁,共57頁，2024年2月25日，星期天D=RT/6L=8.314×293/6×13×10-10×0.001×6.023×1023=1.65×10-10m2/s第37頁,共57頁，2024年2月25日，星期天6.一膠體溶液每毫升含有0.0015gFe2O在超顯微鏡下觀察時，又稀釋10000倍；在厚為0.04mm、半徑0.04mm的圓視野中測得平均微粒為4.1個，若已知質(zhì)點的密度

為，5.2g/cm3設(shè)膠粒為球形，試計算膠粒的平均半徑及膠團量？第38頁,共57頁，2024年2月25日，星期天每cm3溶膠中含有膠粒數(shù)n為n=4.1/(0.04×10-3)2×(0.04×10-3)=2.039×1013個/m3=2.039×107個/cm3因測試溶膠稀釋10000倍，故原溶膠的1cm3體積的膠粒數(shù)為2.04×107×104=2.04×1011個其中含F(xiàn)e2O30.0015mg，其密度為5.2g/cm3，故溶膠固相體積為0.0015/5.2=2.885×10-4cm3第39頁,共57頁，2024年2月25日，星期天則每個膠粒的平均體積為2.885×10-4/2.04×1011=1.414×10-15cm3=1.414×10-18m3故平均半徑

為

=(3×1.414×10-15/4)1/3=6.96×10-6cm=6.96×10-8m膠團量M=(4/3)(6.96×10-6)3×5.2×L=4.43×109g=4.43×106kg第40頁,共57頁，2024年2月25日，星期天7.在293K，肌紅蛋白的比容V=0.749cm3/g，在水中的擴散系數(shù)D=1.24×10-11m2/s，水的粘度系數(shù)

=0.001005Pa·s，計算肌紅蛋白的平均摩爾質(zhì)量。第41頁,共57頁，2024年2月25日，星期天設(shè)肌紅蛋白為球形分子，半徑為

，平均分子質(zhì)量M為M=(4/3)3L=1/V=(3MV/4L)1/3D=RT/6L)D=(RT/6L)(4L/3MV)1/3M=(4L/3V)(RT/6DL)3=(4L/3×0.749×10-6×103)(8.314×293/6×0.001005×1.24×10-11L)3=1.72×104kg/mol第42頁,共57頁，2024年2月25日，星期天8.在298K，測得SiO2溶膠在電勢梯度為1V/cm時，電泳速率為。已知水的介電常數(shù)為79；粘度0.89×10-3Pa；試求此溶膠的

電勢是多少伏特？第43頁,共57頁，2024年2月25日，星期天1靜電V=(N×10-5)1/2，先將

進行量綱分析，證實的單位為靜電伏

=1.5U/E=1.5(NS/m2)(cm/S)/(N×10-5)1/2cm-1=1.5Ncm2m-2/(N×10-5)1/2=1.5N×m-2×m2×10-4/(N×10-5)1/2=1.5×N×10-5×10/(N×10-5)1/2=1.5×10(N×10-5)1/2/=1.5×10靜電V/第44頁,共57頁，2024年2月25日，星期天若上述的電勢E非靜電V，則有

=1.5×10(靜電V)2/V1靜電伏=300V=[1.5×10××U/E](300)2=[1.5×10×0.89×10-3×3×10-4/79](300)2=0.0047V第45頁,共57頁，2024年2月25日，星期天9.設(shè)有溶膠的粒子平均直徑為24×10-10m。若其粘度與純水相同，即

=0.001Pa·s，試計算（1）298K時膠粒的擴散系數(shù)。（2）在1秒鐘內(nèi)由于布朗運動，粒子沿

軸方向的平均位移。第46頁,共57頁，2024年2月25日，星期天

2=2Dt=RTt/3L∴D=RT/6L=8.314×298(6×12×10-10×0.001×6.022×1023)-1=1.819×10-10m2/s

2=2×1.819×10-10×1=3.638×10-10∴=1.907×10-5m第47頁,共57頁，2024年2月25日，星期天10.試問，對于混合等體積的0.08mol/dm3KI和0.1mol/dm3AgNO3溶液，所得溶膠對下列電解質(zhì)中何者聚沉能力最強？(1)CaCl2(2)Na2SO4(3)MgSO4第48頁,共57頁，2024年2月25日，星期天因AgNO3過量，故膠粒AgI吸附Ag+，帶正電、負離子起聚沉作用∴Na2SO4

＞MgSO4

＞CuCl2第49頁,共57頁，2024年2月25日，星期天11.在298K，從一組聚苯乙烯的酮溶液的Ⅱ/c-c數(shù)據(jù)作圖，求得截距為110；已知該溶液在298K的密度為0.8g/cm3，求此樣品中聚苯乙烯的摩爾質(zhì)量。第50頁,共57頁，2024年2月25日，星期天M=limRT/(/c)(/c)c0=RT/M上式中

應(yīng)以為Pa單位，現(xiàn)題中

以液柱高cm為單位，則應(yīng)作轉(zhuǎn)換。101325×110×0.8/1033=8626Pa/(g/cm3)=8626×10-3Pa/(kg/m3)M=(8.314×298)/8626×10-3=287.22kg/mol=287220g/molc0第51頁,共57頁，2024年2月25日，星期天12.用奧氏粘度計在298K時測得不同濃度的聚苯乙烯在甲苯中的相對粘度如下：濃度c×102/(g/cm3)24.949.999.9199.8相對粘度

r=/01.3551.7822.8796.090已知此聚合物的K=3.7×10-4