膠體和膠體的基本特性.ppt

1、第十四章 膠體分散系統(tǒng)和大分子溶液,例如：云，牛奶，珍珠,把一種或幾種物質分散在另一種物質中就構成分散體系。,其中，被分散的物質稱為分散相 (dispersed phase)，,另一種物質稱為分散介質 (dispersing medium)。,分散相和分散介質,什么是膠體分散系統(tǒng)?,按分散相粒子的大小，通常有三種分散系統(tǒng)。,1.分子分散系統(tǒng),分散相與分散介質以分子或離子形式彼此混溶，沒有界面，是均勻的單相，分子半徑在1 nm 以下 。,2.膠體分散系統(tǒng),分散相粒子的半徑在1 100 nm之間，目測是均勻的，但實際是多相不均勻系統(tǒng)。也有的將 1nm 1000 nm之間的粒子歸入膠體范疇。,3.粗

2、分散系統(tǒng),當分散相粒子大于1000 nm，目測是混濁不均勻系統(tǒng)，放置后會沉淀或分層。,膠體分散系統(tǒng)在生物界和非生物界都普遍存在，在實際生活和生產中也占有重要的地位。,所謂宏觀是指研究對象的尺寸很大，其下限是人的肉眼可以觀察到的最小物體（半徑大于1微米），而上限則是無限的。,所謂微觀是指上限為原子、分子，而下限則是一個無下限的時空。,在宏觀世界與微觀世界之間，有一個介觀世界，在膠體和表面化學中所涉及的超細微粒，其大小、尺寸在1100nm之間，基本上歸屬于介觀領域。,14.1 膠體和膠體的基本特性,分散系統(tǒng)的分類,根據膠體系統(tǒng)的性質至少可分為兩大類：,（1）憎液溶膠,系統(tǒng)具有很大的相界面，很高的表

3、面Gibbs自由能，很不穩(wěn)定，極易被破壞而聚沉。,簡稱溶膠，由難溶物分散在分散介質中所形成，粒子都是由很大數目的分子構成，大小不等。,聚沉之后往往不能恢復原態(tài)，因而是熱力學中的不穩(wěn)定和不可逆系統(tǒng)。,本章主要討論憎液溶膠。,14.1 膠體和膠體的基本特性,分散系統(tǒng)的分類,根據膠體系統(tǒng)的性質至少可分為兩大類：,（2）親液溶膠,大（高）分子化合物的溶液通常屬于親液溶膠。,它是分子溶液，但其分子的大小已經到達膠體的范圍，因此具有膠體的一些特性（例如：擴散慢，不透過半透膜，有Tyndall效應等等）。,若設法去除大分子溶液的溶劑使它沉淀，重新再加入溶劑后大分子化合物又可以自動再分散，因而它是熱力學中穩(wěn)定

4、、可逆的系統(tǒng)。,14.1 膠體和膠體的基本特性,分散系統(tǒng)的分類,若根據分散相和分散介質的聚集狀態(tài)進行分類。,1. 液溶膠,將液體作為分散介質所形成的溶膠。當分散 相為不同狀態(tài)時，則形成不同的液溶膠：,. 液-固溶膠 如油漆，AgI溶膠,. 液-液溶膠 如牛奶，石油原油等乳狀液,. 液-氣溶膠 如泡沫,14.1 膠體和膠體的基本特性,分散系統(tǒng)的分類,若根據分散相和分散介質的聚集狀態(tài)進行分類。,2. 固溶膠,將固體作為分散介質所形成的溶膠。當分散相為 不同狀態(tài)時，則形成不同的固溶膠：,. 固-固溶膠 如有色玻璃，不完全互溶的合金,. 固-液溶膠 如珍珠，某些寶石,. 固-氣溶膠 如泡沫塑料，沸石分

5、子篩,14.1 膠體和膠體的基本特性,分散系統(tǒng)的分類,若根據分散相和分散介質的聚集狀態(tài)進行分類。,3. 氣溶膠,將氣體作為分散介質所形成的溶膠。當分散相為固體或液體時，形成氣-固或氣-液溶膠，但沒有 氣-氣溶膠，因為不同的氣體混合后是單相均一系統(tǒng)，不屬于膠體范圍。,. 氣-固溶膠 如煙，含塵的空氣,. 氣-液溶膠 如霧，云,憎液溶膠的特性,（1）特有的分散程度,粒子的大小在1100 nm之間，因而擴散較慢，不能透過半透膜，滲透壓低但有較強的動力穩(wěn)定性 和乳光現象。,（2）多相不均勻性,具有納米級的粒子是由許多離子或分子聚結而成，結構復雜，有的保持了該難溶鹽的原有晶體結構，而且粒子大小不一，與介

6、質之間有明顯的相界面，比表面很大。,（3）易聚結不穩(wěn)定性,因為粒子小，比表面大，表面自由能高，是熱力學不穩(wěn)定系統(tǒng)，有自發(fā)降低表面自由能的趨勢，即小粒子會自動聚結成大粒子。,膠團的結構,形成憎液溶膠的必要條件是：,（1）分散相的溶解度要小；,（2）還必須有穩(wěn)定劑存在，否則膠粒易聚結而 聚沉。,膠團的結構,膠粒的結構比較復雜，先有一定量的難溶物分子聚結形成膠粒的中心，稱為膠核。,然后膠核選擇性的吸附穩(wěn)定劑中的一種離子，形成緊密吸附層；由于正、負電荷相吸，在緊密層外形成反號離子的包圍圈，從而形成了帶與緊密層相同電荷的膠粒。,膠粒與擴散層中的反號離子，形成一個電中性的膠團。,膠核吸附離子是有選擇性的，

7、首先吸附與膠核中相同的某種離子，用同離子效應使膠核不易溶解。,膠團的結構,例1：AgNO3 + KIKNO3 + AgI,(AgI)m n I (n-x)K+x xK+,膠團的圖示式：,膠團的結構表達式 ：,過量的 KI 作穩(wěn)定劑,膠團的結構,例2：AgNO3 + KI KNO3 + AgI,(AgI)m n Ag+ (n-x)NO3x+ x NO3,膠團的圖示式：,過量的 AgNO3 作穩(wěn)定劑,膠團的結構表達式：,膠粒的形狀,作為憎液溶膠基本質點的膠粒并非都是球形，而膠粒的形狀對膠體性質有重要影響。,質點為球形的，流動性較好；若為帶狀的，則流動性較差，易產生觸變現象。,在溶膠中膠粒是獨立運動

8、單位，通常所說溶膠帶電系指膠粒而言。,膠團沒有固定的直徑和質量，同一種溶膠的值也不是一個固定的數值。,膠團的形狀,例如：（1）聚苯乙烯膠乳是球形質點,（2） V2O5 溶膠是帶狀的質點,（3） Fe(OH)3 溶膠是絲狀的質點,14.2 溶膠的制備與凈化,制備溶膠必須使分散相粒子的大小落在膠體分散系統(tǒng)的范圍之內，并加入適當的穩(wěn)定劑。制備方法大致可分為兩類：,（1）分散法 用機械、化學等方法使固體的粒子變小。,（2）凝聚法 使分子或離子聚結成膠粒。,溶膠的制備,用這兩種方法直接制出的粒子稱為原級粒子。,溶膠的制備,視具體制備條件不同，這些粒子又可以聚集成較大的次級粒子。,通常所制備的溶膠中粒子的

9、大小不是均一的，是一個多級分散系統(tǒng)。,(1) 研磨法,這種方法適用于脆而易碎的物質，對于柔韌性的物質必須先硬化后再粉碎。例如，將廢輪胎粉碎，先用液氮處理，硬化后再研磨。,膠體磨的形式很多，其分散能力因構造和轉速的不同而不同。,1. 分散法,轉速約10 00020 000 r/min,A為空心轉軸，與C盤相連，向一個方向旋轉，B盤向另一方向旋轉。,分散相、分散介質和穩(wěn)定劑從空心軸A處加入，從C盤與B盤的狹縫中飛出，用兩盤之間的應切力將固體粉碎，可得1000 nm左右的粒子。,(2) 膠溶法,1. 分散法,膠溶法又稱解膠法，僅僅是將新鮮的凝聚膠粒重新分散在介質中形成溶膠，并加入適當的穩(wěn)定劑。,這種

10、穩(wěn)定劑又稱膠溶劑。根據膠核所能吸附的離子而選用合適的電解質作膠溶劑。,這種方法一般用在化學凝聚法制溶膠時，為了將多余的電解質離子去掉，先將膠粒過濾，洗滌，然后盡快分散在含有膠溶劑的介質中，形成溶膠。,例如：,若沉淀放置時間較長，則沉淀老化就得不到溶膠。,(3) 超聲波分散法,1. 分散法,這種方法目前只用來制備乳狀液。,如圖所示，將分散相和分散介質兩種不混溶的液體放在樣品管4中。樣品管固定在變壓器油浴中。,在兩個電極上通入高頻電流，使電極中間的石英片發(fā)生機械振蕩，使管中的兩個液相均勻地混合成乳狀液。,電弧法主要用于制備金、銀、鉑等金屬溶膠。制備過程包括先分散后凝聚兩個過程。,(4)電弧法,將金

11、屬做成兩個電極浸在水中，盛水的盤子放在冷浴中。在水中加入少量NaOH 作為穩(wěn)定劑。,制備時在兩電極上施加 100V 左右的直流電，調節(jié)電極間的距離，使之發(fā)生電火花，這時表面金屬蒸發(fā)，是分散過程，接著金屬蒸氣立即被水冷卻而凝聚為膠粒。,在惰性氣氛中，用電加熱、高頻感應、電子束或激光等熱源，將要制備成納米級粒子的材料氣化。,(5)氣相沉積法,處于氣態(tài)的分子或原子，按照一定規(guī)律共聚或發(fā)生化學反應，形成納米級粒子，再將它用穩(wěn)定劑保護。,2. 凝聚法,(1) 化學凝聚法,通過各種化學反應使生成物呈過飽和狀態(tài)，使初生成的難溶物微粒結合成膠粒，在少量穩(wěn)定劑存在下形成溶膠，這種穩(wěn)定劑一般是某一過量的反應物。例

12、如：,A.復分解反應制硫化砷溶膠,B. 還原反應制金溶膠,2. 凝聚法,(1) 化學凝聚法,C. 水解反應制氫氧化鐵溶膠,D.氧化還原反應制備硫溶膠,膠粒表面吸附了過量的具有溶劑化層的反應物離子，因而溶膠變得穩(wěn)定。但是，若離子的濃度太大，反而會引起膠粒的聚沉，必須除去。,將汞的蒸氣通入冷水中就可以得到汞的水溶膠,（2）物理凝聚法,羅金斯基等人利用下列裝置，制備堿金屬的苯溶膠。,先將體系抽真空，然后適當加熱管2(苯)和管4(金屬鈉)，使鈉和苯的蒸氣同時在管5 外壁凝聚。,除去管5中的液氮，凝聚在外壁的混合蒸氣融化，在管3中獲得鈉的苯溶膠。,蒸氣驟冷法,（3）更換溶劑法,例1.松香易溶于乙醇而難溶

13、于水，將松香的乙醇溶液滴入水中可制備松香的水溶膠 。,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。,利用物質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。,溶膠的凈化,在制備溶膠的過程中，常生成一些多余的電解質，如制備 Fe(OH)3溶膠時生成的HCl。,少量電解質可以作為溶膠的穩(wěn)定劑，但是過多的電解質存在會使溶膠不穩(wěn)定，容易聚沉，所以必須除去。,凈化的方法主要有滲析法和超過濾法。,（1）滲析法,簡單滲析,溶膠的凈化,利用濃差因素，多余的電解質離子不斷向膜外滲透，經常更換溶劑，就可以凈化半透膜容器內的溶膠。,如將裝有溶膠的半透膜容器不斷旋轉，可以加快滲析速度。,將需要凈化的溶膠放在羊皮紙或動物膀胱等半透膜制成的容器內，膜外放純溶劑。,（1）滲析法,電滲析,溶膠的凈化,為了加快滲析速