基礎化學 第五章膠體

1、教學要求教學要求 掌握溶膠的基本性質和膠團結構，溶膠穩(wěn)定性因素和聚沉作用；掌握大分子化合物的結構特點，大分子電解質溶液的兩性電離與等電點，Donnan平衡及有關計算。 熟悉膠體分散系區(qū)別于其他分散系的特征及表面活性劑結構特點。 了解分散系分類，表面吸附現(xiàn)象及表面能的物理意義，高分子溶液穩(wěn)定性因素。第一節(jié)第一節(jié) 膠體分散系膠體分散系第二節(jié)第二節(jié) 表面活性劑和乳狀液表面活性劑和乳狀液一、表面性質一、表面性質二、乳狀液二、乳狀液第三節(jié)第三節(jié) 溶膠溶膠一、溶膠的基本性質一、溶膠的基本性質二、膠團結構及溶膠的穩(wěn)定性二、膠團結構及溶膠的穩(wěn)定性第四節(jié)第四節(jié) 高分子溶液高分子溶液一一、高分子化合物結構特性及其

2、溶液的形成高分子化合物結構特性及其溶液的形成二、聚電解質溶液二、聚電解質溶液三、高分子溶液穩(wěn)定性的破壞三、高分子溶液穩(wěn)定性的破壞四四、高分子溶液滲透壓和膜平衡高分子溶液滲透壓和膜平衡五、凝膠五、凝膠分散系的分類分散系的分類分散系：一種或數種物質（分散相）分散在另一物質（分散介質）中所形成的系統(tǒng)。第一節(jié)第一節(jié) 膠體分散系膠體分散系 粒子大粒子大小小類型類型分散相粒子組成分散相粒子組成一般性質一般性質100nm粗粒分散系（粗粒分散系（乳狀液、懸浮乳狀液、懸浮液）液）液液/固態(tài)、粗粒子（固態(tài)、粗粒子（如牛奶、泥漿）如牛奶、泥漿） 非均相；熱力學不穩(wěn)非均相；熱力學不穩(wěn)定體系；不能透過濾定體系；不能透過

3、濾紙和半透膜，紙和半透膜，膠體分散系分散粒子大小在1100nm之間的分散體系的分類：根據分散質微粒的構成來分類型類型分散相粒分散相粒子組成子組成性質性質例子例子 膠體膠體分散分散系系溶溶膠膠原子、原子、分子離分子離的聚集的聚集體子體子非均相，不穩(wěn)非均相，不穩(wěn)定體系粒子擴定體系粒子擴散慢粘度較小散慢粘度較小Fe(OH)3，AgI,金，銀等溶膠金，銀等溶膠大大分分子子溶溶液液大分子大分子均相，穩(wěn)定體均相，穩(wěn)定體系。粒子擴散系。粒子擴散慢粘度較大慢粘度較大蛋白質，明膠等蛋白質，明膠等水溶液，核酸水水溶液，核酸水溶液溶液締締合合膠膠體體膠束膠束均相，粒子擴均相，粒子擴散慢散慢超過一定濃度的超過一定濃度

4、的十二烷基磺酸鈉十二烷基磺酸鈉溶液溶液根據分散根據分散質狀態(tài)分質狀態(tài)分 氣溶液：煙、云、霧氣溶液：煙、云、霧液溶膠：液溶膠：AgI膠體、膠體、Fe(OH)3膠體膠體固溶膠：紅寶石玻璃、煙水晶固溶膠：紅寶石玻璃、煙水晶第二節(jié)第二節(jié) 表面活性劑和乳狀液表面活性劑和乳狀液表面性質表面性質1分散度和比表面分散度和比表面： S0 = S/V 表面能與分散程度有關。分散相在介質中的分散程度就是分散度，常用比表面S0表示：2表面能表面能 任何兩相界面上的分子與其內部分子所處狀態(tài)不同：S0是物質的比表面，S是物質的總表面積，V是物質的體積。物質的分散度越大比表面越大。物體中內部與表面分子的能量是不一樣的。在物

5、體中內部與表面分子的能量是不一樣的。在兩相界面的分子兩相界面的分子( (如如B)與相內的分子與相內的分子(如如A),因所因所處的狀態(tài)不同處的狀態(tài)不同,其位能不一樣其位能不一樣。相內分子所受分相內分子所受分子間力平衡，而表面分子因為合力不為零，有子間力平衡，而表面分子因為合力不為零，有一個指向相內的力一個指向相內的力。若要把內部分子拉向表面，若要把內部分子拉向表面，增大表面積，就要克服內部分子引力而做功，增大表面積，就要克服內部分子引力而做功，在恒在恒T、P下，稱為下，稱為表面功表面功或或表面自由能表面自由能。 結論：表面分子要比相內分子多出一部分能量表面能。將物體分散(粉碎或霧化)，就是增加更

6、多的表面能。表面張力：指沿液體表面垂直作用于單位長度上使表面收縮的力。液體表面有自動縮小表面積的趨勢。水的液滴聚集變大，可以縮小表面積，降低表面能。該結論對固體物質同樣適用。例如：溶膠的聚沉3表面吸附表面吸附表面吸附表面吸附：物質在兩相界面上濃度自動發(fā)生變化的現(xiàn)象。純水中加入溶質，水的表面張力會隨不同溶質發(fā)生不同變化。 （1）無機鹽（2）大多數有機小分子（3）肥皂、洗滌劑4 表面活性劑表面活性劑（1）無機鹽類為表面非活性物質表面非活性物質。為使體系表面張力趨于最低，溶質分子將自動濃集于溶液內部，所以C內C表，這叫負吸附。（2）（）（3）類為表面活性劑）類為表面活性劑。低級脂肪酸、醇、醛、高級脂

7、肪酸、肥皂、合成洗滌劑等。表面活性劑會自動濃集于溶液表面，使C內C表，所以又叫正吸附。 1）結構特點及作用原理：均含有疏水和親水兩類基團的長鏈化合物。作用原理作用原理：親水基團進入水中，而疏水基團離開水相向表面集積，從而，分子走向排列或定向吸附在相界面上，從而降低水的表面張力，降低表面自由能，使體系穩(wěn)定。表面活性劑在醫(yī)學上的應用表面活性劑在醫(yī)學上的應用 膽汁中膽酸鹽可使食物中脂肪乳化，增加脂肪與消化液間接觸面積，使其與溶于水的酶充分作用，而使消化速度增大。磷脂不僅是細胞膜主要成分，也是體內重要表面活性物質，降低肺泡內表面上水層表面張力，使肺保持正常呼吸功能，而不能塌陷。 締合膠體締合膠體： 當

8、加入的表面活性劑濃度達到一定量時，會在水相表面上定向排列，形成完整的單分子層膜，與此同時，進入溶液中的表面活性劑互相將疏水基團在內，親水基團朝向水面形成膠束而降低疏水基團與水接觸面，從而體系穩(wěn)定。開始形成膠束時的最低濃度稱為臨界膠束濃度臨界膠束濃度二二 乳狀液乳狀液 一種液體被分散到另一種不相溶的液體中所組成的分散系叫乳狀液乳狀液。乳狀液是一種多相不穩(wěn)定體系 乳狀液中加入表面活性劑，此時又叫乳狀液中加入表面活性劑，此時又叫乳化劑乳化劑。其分子在兩相界面上作定向排列，不僅降低。其分子在兩相界面上作定向排列，不僅降低相界面張力，而且形成一層包圍分散相液珠的相界面張力，而且形成一層包圍分散相液珠的具

9、有一定機械強度的膜，阻止液滴因相互碰撞具有一定機械強度的膜，阻止液滴因相互碰撞而聚結，使乳狀液得以穩(wěn)定存在。而聚結，使乳狀液得以穩(wěn)定存在。 第三節(jié)第三節(jié) 溶膠溶膠一一 溶膠的基本性質溶膠的基本性質溶膠的多相性，高度分散性和聚結不穩(wěn)定性是溶膠的多相性，高度分散性和聚結不穩(wěn)定性是溶膠的基本特性，它所具有的性質都是由此引溶膠的基本特性，它所具有的性質都是由此引起起（一）溶膠的光學性質當一束強光透過膠體時，可以看到一條光亮的當一束強光透過膠體時，可以看到一條光亮的通路，這種現(xiàn)象叫做丁達爾現(xiàn)象。通路，這種現(xiàn)象叫做丁達爾現(xiàn)象。用這種方法可以區(qū)別溶液和膠體。用這種方法可以區(qū)別溶液和膠體。 產生原因產生原因：

10、當顆粒大小d小于入射光波長入時，光環(huán)繞顆粒除入射光方向外，還向各方向散射，即每個顆粒又作為一個光源，向各方向發(fā)射光，散射出來的光稱乳光。產生條件：產生條件：顆粒大小合適，dCl-Br-I-CNS-，（正）H+Cs+Rb+NH4+K+Na+Li-c、加入帶相反電荷的溶膠，中和電荷，膠體相互聚沉。 3）一些有機離子具有非常強的聚沉能力 可能是可被膠核強烈吸附的緣故。4）高分子溶液對溶膠的保護作用溶膠中加入高分子溶液，被溶膠吸附并把膠粒包圍起來，從而避免碰撞聚沉，使之穩(wěn)定存在。第四節(jié)第四節(jié) 高分子溶液高分子溶液（分子量在1萬以上）高分子溶液與溶膠性質的比較 高分子溶膠 屬于單相分散系統(tǒng)屬于穩(wěn)定系統(tǒng)，

11、不需要穩(wěn)定劑粘度大、滲透壓大分散相與分散介質親和力大Tyndall現(xiàn)象不明顯加入少量電解質無影響，加入多量時能引起鹽析 溶 膠屬于多相分散系統(tǒng)屬于不穩(wěn)定系統(tǒng)，需要穩(wěn)定劑粘度小、滲透壓小分散相與分散介質親和力大Tyndall現(xiàn)象明顯加入少量電解質后即可產生沉淀一一、高分子化合物結構特性及其溶液的形成高分子化合物結構特性及其溶液的形成（一）高分子化合物的結構特點 由若干個基本單位（鏈節(jié)）重復連接，形成線狀或分枝狀結構。分子中化學鍵可以旋轉，有的可卷曲成團狀。性質：難溶解、有溶脹現(xiàn)象、溶液黏度大。（二）高分子溶液的形成高分子化合物在形成溶液時將先溶脹最后完全溶解。分子表面形成厚厚的水化膜。二二 聚電

12、解質溶液聚電解質溶液1 概念：在水溶液中能以離子形式存在的高分子化合物稱為聚電解質2 蛋白質的兩性電離 蛋白質是各種氨基酸以肽鏈聯(lián)結起來的長鏈大分子，其中一些氨基酸可能還有未形成肽鍵的-COOH或-NH2，暴露在介質中形成-COO-，NH3+，以 兩性離子形式存在，產生兩性電離，蛋白質所帶電荷決定于NH3+，COO-多少。 蛋白質在等電點時的性質 溶解度、黏度、滲透壓、膨脹性最小三三 高分子溶液穩(wěn)定性的破壞高分子溶液穩(wěn)定性的破壞加入高濃度無機鹽，使蛋白質沉淀析出叫鹽析鹽析。實質是使蛋白質脫水，破壞水化膜，而析出。鹽析與溶膠聚沉不同：鹽析用量大，聚沉用量少鹽析時正、負離子均起作用，聚沉時只與膠粒

13、電性相反的離子起作用。除去電介質，蛋白質可以重新溶解即具可逆性，而溶膠聚沉是不可逆的。鹽析能力與離子種類有關，陰離子起主要作用陰離子：SO42-C6H5O73- C4H4O62-CH3COO-Cl-NO2-Br-I-CNS-陽離子：NH4+K+Na+Li+以上叫感膠離子序 由以上可見，蛋白質鹽析以（NH4）2SO4為最佳，不僅溶解度大，又是溫和試劑，蛋白質沉淀析出后，不致引起生物活性喪失。四四、高分子溶液滲透壓和膜平衡高分子溶液滲透壓和膜平衡（一）高分子溶液的滲透壓力（了解）線形高分子溶液滲透壓不符合Vant Hoff公式（二）膜平衡（二）膜平衡（Donnan equilibrium）用半透膜

14、將聚電解質溶液與小離子電解質溶液隔開，因大分子存在而引起小分子（離子）在膜兩側分布不均現(xiàn)象叫董南平衡董南平衡將蛋白質電解質NanP和NaCl水溶液用半透膜分開；膜內為NanP（濃度為C），膜外為NaCl（濃度為b），除Pn-離子，其余均可以自由通過。平衡時，Na+外=b-x Cl-外=b-x Na+內=nc+x Cl-內=xNa+、Cl-進出膜速率應相等V進=k進Na+外Cl-外V出= k出Na+內Cl-內 V進=V出 k進=k出 Na+外Cl-外=Na+內Cl-內b-x2=nc+xx b2-2bx+x2=ncx+x2 b2 =(nc+2b) x若 cb，x0，表示膜外電解質幾乎不向膜內滲透。若 cb，xb/2，表示電解