膠體及其性質

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上膠體及其性質一、膠體的由來及其認識的發(fā)展膠體一詞，來自1861年T.格雷姆研究物質在水中擴散的論文應用于分析的液體擴散。當時發(fā)現(xiàn)有些物質（如某些無機鹽、糖和甘油等）在水中擴散很快，容易透過一些膜；而另一些物質，如蛋白質、明膠和硅膠類水合氧化物等，則擴散很慢或不擴散。前者容易形成晶態(tài)，稱為晶質；后者不易形成晶態(tài)，多呈膠態(tài)，則稱為膠體。此種分類并未說明膠體的本質，因為膠狀的膠體在適當條件下可以形成晶態(tài)，而晶質也可以形成膠態(tài)。直到20世紀初超顯微鏡的發(fā)明以及后來電子顯微鏡的應用，對膠體才逐漸有較清楚的了解.二、膠體體系的特點自質點大小這一特點考慮，高分子與膠體質點的大小差不

2、多。例如，分子量為 36000的胰島素（球狀）直徑約4.0納米；分子量為42000的蛋白朊長橢球長約11納米，與一般金溶膠和硅溶膠質點大小相近。有的高分子甚至長達100納米以上。因此,與大小有關的性質，如擴散、沉降、滲透壓、光散射（見膠體光散射）等性質，二者全都相似。膠體研究的許多結果可以應用于高分子體系，從而大大推動了高分子的研究，高分子化學的部分領域也就歸入膠體化學的范疇。經(jīng)典的膠體體系是熱力學不穩(wěn)定體系，是一相（質點）分布在另一相(介質)中的多相分散體系；而高分子質點分散在介質中的這種膠體體系卻是熱力學穩(wěn)定的體系，是均相溶液，即高分子溶于溶劑而形成的溶液。如同小分子的溶液一樣,只要溶劑不

3、揮發(fā),高分子溶液就可以永久存在。高分子溶液的溶劑揮發(fā)后，得到高分子化合物；但若把高分子放入溶劑中，則又自動溶解而形成溶液。于是就把高分子溶液稱為可逆膠體，也叫做親液膠體，以與疏液膠體相對照、相區(qū)別。膠體質點與經(jīng)典化學所研究的分子不同的另一特點，是其形狀的千差萬別，從完全對稱的球形和比較對稱的橢球形,到極不對稱的不規(guī)則薄片,以至細長的線條。這將對體系的性質，特別是流變性質有重大影響。例如高分子溶液、鉆井泥漿、油漆涂料、膠團溶液，以及乳狀液、泡沫等的粘度、彈性、塑性及觸變性等皆與質點的形狀和結構有關（見非牛頓流體）。三、膠體化學中的基本術語相是指物質的物理化學性質都完全相同的均勻部分。體系中有兩個

4、或兩個以上的相，稱為多相體系。相界面是指相與相之間的接觸面稱為相界面，相與相之間的宏觀物理界面。在相互接觸的兩相中，若一相為氣體，相界面稱為表面，若是液固分界面，稱為界面。分散相是指在多相分散體系中，被分散的物質。分散介質是指分散相所在的連續(xù)介質，又叫連續(xù)相。 例如：鉆井液中，粘土顆粒分散在水中。粘土為分散相；水為分散介質。分散度D是指分散相的分散度，是分散程度的量度，通常用分散相顆粒平均直徑或長度a的倒數(shù)來表示。 D=1a。比表面是指單位體積（重量）物質的總表面積。比表面 = S/V（ m-1 ） 或比表 面= S/W（m2 kg）。吸附是指物質在兩相界面上自動濃集（界面濃度大于內部濃度）的

5、現(xiàn)象。吸附質是指被吸附的物質。吸附劑是指吸附吸附質的物質。物理吸附是指吸附的作用力是以靜電吸引為主的吸附?；瘜W吸附是指吸附的作用力是以化學鍵力為主的吸附。四、溶膠的制備1.溶膠制備的一般條件：（1）分散相在介質中的溶解度必須極?。?）必須有穩(wěn)定劑存在2.膠體的制備方法：（1）凝聚法（2）分散法五、溶膠的運動性質1.擴散：過程為自發(fā)過程 ddddmcDA t x ，此為Fick第一擴散定律，式中dm/dt表示單位時間通過截面A 擴散的物質數(shù)量，D為擴散系數(shù)，單位為m2/s，D越大，質點的擴散能力越大 擴散系數(shù)D與質點在介質中運動時阻力系數(shù)f之間的關系為：ARTDNf （AN為 阿伏加德羅常數(shù)；R

6、為氣體常數(shù)） 若顆粒為球形，阻力系數(shù)f=6rp（式中，h為介質的黏度，r為質點的半徑） 故16RTDNA r，此式即為Einstein第一擴散公式 濃度梯度越大，質點擴散越快；就質點而言，半徑越小，擴散能力越強，擴散速度越快。2.布朗運動：本質是分子的熱運動 現(xiàn)象：分子處于不停的無規(guī)則運動中 由于布朗運動是無規(guī)則的，因此就單個粒子而言，它們向各方向運動的幾率是相等的。在濃度高的區(qū)域，單位體積的粒子較周圍多，造成該區(qū)域“出多進少”，使?jié)舛冉档?，這就表現(xiàn)為擴散。擴散是布朗運動的宏觀表現(xiàn)，而布朗運動是擴散的微觀基礎 Einstein認為，粒子的平均位移x與粒子半徑r、介質黏度h、溫度T和位移時 間t

7、 之間的關系：1 2 3ARTtxNr，此式常稱為Einstein-Brown位移方程。式 中x是在觀察時間t內粒子沿x軸方向的平均位移；r為膠粒的半徑；h為介質的粘度；AN為阿伏加德羅常數(shù)。 3.沉降 溶膠是高度分散體系，膠粒一方面受到重力吸引而下降，另一方面由于布朗運動促使?jié)舛融呌诰?。當這兩種效應相反的力相等時，粒子的分布達到平衡，粒子的濃度隨高度不同有一定的梯度，如圖所示。這種平衡稱為沉降平衡。六、溶膠的光學性質1、丁達爾效應：以一束強光射入溶膠后，在入射光的垂直方向可以看到一道明亮的光帶，被稱為丁達爾效應 光本質是電磁波，當光波作用到介質中小于光波波長的粒子上時，粒子中的電子被迫振動

8、（其振動頻率與入射光波的頻率相同）,成為二次波源，向各個方向發(fā) 射電磁波，這就是散射光波也就是我們看到的散射光。 丁達爾效應可以認為是膠粒對光的散射作用的宏觀表現(xiàn)。2、Rayleigh散射定律散射光強度與入射光波長的四次方成反比。入射光波長愈短，散射愈顯著。所以可見光中，藍、紫色光散射作用強。分散相與分散介質的折射率相差愈顯著，則散射作用亦愈顯著。若n1=n2 則無散射現(xiàn)象 散射光強度與單位體積中的粒子數(shù)成正比。 散射光強度與粒子體積的平方成正比。在低分子溶液中，散射光極弱，因此利用丁道爾現(xiàn)象可以鑒別溶膠和真溶液。3、溶膠的顏色：溶膠產(chǎn)生各種顏色的主要原因是溶膠中的質點對可見光產(chǎn)生選擇性吸 收

9、 若溶膠對可見光的各部分吸收很弱，且大致相同，則溶膠無色 若溶膠能較強的選擇性吸收某一波長的光，則透過光該波長的光變弱，就會呈現(xiàn)該波長光的補色光 質點對光的吸收主要取決于其化學結構 每種分子都有其自己的特征吸收波長，若特征波長在可見光波長范圍內，則該物質顯色七、膠體產(chǎn)生電動現(xiàn)象的原因在固體表面的帶電離子稱為定位離子或電位離子，定位離子是使膠體產(chǎn)生電動現(xiàn)象的原因。而固體表面上產(chǎn)生定位離子的原因：（1）吸附。膠粒在形成過程中，膠核優(yōu)先吸附某種離子，使膠粒帶電。（2）電離。對于可能發(fā)生電離的大分子的溶膠而言，則膠粒帶電主要是其本身發(fā)生電離引起的。例如蛋白質分子，當它的羧基或胺基在水中離解時，整個大分

10、子就帶負電或正電荷。（3）同晶置換。黏土礦物中如高嶺土，主要由鋁氧四面體和硅氧四面體組成，而與周圍4個氧的電荷不平衡，要由等正離子來平衡電荷。而這些正離子在介質中會電離并擴散，所以使黏土微粒帶負電。（4）溶解量的不均衡。離子型固體物質如AgI，在水中會有微量的溶解，所以水中會有少量的銀離子和碘離子。八、電動現(xiàn)象電泳、電滲，流動電勢和沉降電勢均屬于電動現(xiàn)象電泳：在外電場作用下，膠體粒子相對于靜止介質作定向移動的電動現(xiàn)象稱電泳。電滲：在外電場作用下，分散介質相對于靜止的帶電固體表面作定向移動的電動現(xiàn)象流動電勢：在外力作用下，液體流過毛細管或多孔塞時，兩端產(chǎn)生的電勢差稱為流動電勢。 沉降電勢：在外力作用下，帶電膠粒作相對于液相的運動時，兩端產(chǎn)生的電勢差稱為沉降電勢。參考文獻1、作者： 書名：應用膠體與界面化學 出 版 社： 出版時間：2008-08-01版2、作者：等編著 書名：膠體與表面化學 出 版 社： 出版時間：2004-8