基礎化學第五章膠體溶液

1、第五章第五章 膠體膠體一、分散系的概念：一、分散系的概念： 一種或幾種物質分散在另一種介質中一種或幾種物質分散在另一種介質中所形成的體系稱為分散系。所形成的體系稱為分散系。被分散的物質稱為被分散的物質稱為分散相。分散相。容納分散相的連續(xù)介質稱為容納分散相的連續(xù)介質稱為分散劑。分散劑。例：例： 糖水溶液、蛋白質水溶液、淀粉溶液、糖水溶液、蛋白質水溶液、淀粉溶液、食鹽水溶液、懸濁液、乳濁液等等。食鹽水溶液、懸濁液、乳濁液等等。第一節(jié)第一節(jié) 分散系的概念和分類分散系的概念和分類二、分散系的分類二、分散系的分類 （一）分子或離子分散系一）分子或離子分散系 分散相粒子的直徑小于1nm (10-9m)，以

2、分子、原子或離子狀態(tài)均勻分散在分散介質中所形成的分散系，稱為分子或離子分散系。CuSO4溶液溶液特點u透明u均勻、穩(wěn)定u能透過濾紙和半透膜氯化鈉注射液氯化鈉注射液分散相粒子直徑大于分散相粒子直徑大于100nm (10-7m)的分散系的分散系按分散相狀態(tài)的不同又分為懸濁液和乳濁液。按分散相狀態(tài)的不同又分為懸濁液和乳濁液。1. 懸濁液懸濁液 固體的小顆粒固體的小顆粒分散在液體中所形成的分散在液體中所形成的粗分散系粗分散系2. 乳濁液乳濁液 液體以微小的液體以微小的小液滴分散在另一種互小液滴分散在另一種互不相溶的液體中所形成不相溶的液體中所形成的粗分散系的粗分散系油水混合物油水混合物泥水混合物泥水混

3、合物特點u不透明u不均勻、不穩(wěn)定u不能透過濾紙和半透膜（三）膠體分散系（三）膠體分散系 分散相粒子的直徑在1100nm(10-9m10-7m)之間的分散系，稱為膠體分散系，簡稱膠體。常見的膠體：常見的膠體：Fe(OH)3膠體、膠體、Al(OH)3膠體、硅酸膠膠體、硅酸膠體、淀粉膠體、蛋白質、血液、豆?jié){體、淀粉膠體、蛋白質、血液、豆?jié){、墨水、涂料。墨水、涂料。 Fe(OH)3膠體膠體豆?jié){豆?jié){特點u不透明u不均勻、不穩(wěn)定u能透過濾紙,不能透過半透膜三、分散系的特點三、分散系的特點分散系的種類分散相粒子粒子直徑分散系特點分子、離子分散系 溶 液單個分子或離子1nm單相、透明、均勻、穩(wěn)定、能透過濾紙和

4、半透膜膠體分散系溶 膠許多分子或離子的聚集體1100nm多相、透明度不一、不均勻、較穩(wěn)定、能透過濾紙，不能透過半透膜高分子溶液單個高分子單相、透明、均勻、穩(wěn)定、能透過濾紙，不能透過半透膜粗分散系懸濁液固體小顆粒100nm多相、渾濁、不透明、不均勻、不穩(wěn)定、不能透過濾紙和半透膜乳濁液液體小液滴三種分散系的比較 膠體膠體根據(jù)根據(jù)分散劑分散劑的狀態(tài)，膠體分為：的狀態(tài)，膠體分為：膠體的分類膠體的分類霧霧氣溶膠氣溶膠煙煙白云白云牛奶牛奶豆?jié){豆?jié){固溶膠固溶膠煙水晶煙水晶有色玻璃有色玻璃第三節(jié)第三節(jié) 溶膠溶膠 Fe(OH)3膠體制備膠體制備 取一燒杯，加入取一燒杯，加入20 mL20 mL蒸餾水，加熱蒸餾水

5、，加熱至沸騰，然后向至沸騰，然后向沸水沸水中滴加中滴加FeClFeCl3 3飽和溶飽和溶液液1 12 mL2 mL。繼續(xù)。繼續(xù)煮沸煮沸，待，待溶液呈紅褐色溶液呈紅褐色后，停止加熱，即制得后，停止加熱，即制得Fe(OH)Fe(OH)3 3膠體。膠體。FeCl33H2O Fe(OH)3（膠體）（膠體）3HCl光束照射時的現(xiàn)象光束照射時的現(xiàn)象原因分析原因分析CuSOCuSO4 4溶液溶液Fe(OH)Fe(OH)3 3膠體膠體泥水泥水形成一條光亮的通路形成一條光亮的通路無光亮通路產(chǎn)生無光亮通路產(chǎn)生溶液中粒子的直徑很小，溶液中粒子的直徑很小，散射極其微弱散射極其微弱膠體的直徑較大，能使光膠體的直徑較大，

6、能使光波發(fā)生散射波發(fā)生散射. .科學探究科學探究無光亮通路產(chǎn)生無光亮通路產(chǎn)生溶液中粒子的直徑很大，溶液中粒子的直徑很大，使光全反射使光全反射硫酸銅硫酸銅溶液溶液氫氧化鐵氫氧化鐵膠體膠體粒子小，全透射粒子小，全透射粒子較大，散射粒子較大，散射粒子很大，全反射粒子很大，全反射 光波環(huán)繞膠粒向各個方向散射，成為散射光或稱乳光。光波環(huán)繞膠粒向各個方向散射，成為散射光或稱乳光。當一束光通過暗室的溶膠時，在與光路垂直的方向上當一束光通過暗室的溶膠時，在與光路垂直的方向上可看到一條發(fā)亮的光柱，這種現(xiàn)象叫可看到一條發(fā)亮的光柱，這種現(xiàn)象叫丁達爾現(xiàn)象。丁達爾現(xiàn)象。（一）光學性質（一）光學性質-丁達爾丁達爾(Tyn

7、dall)現(xiàn)象現(xiàn)象1869年，英國物理學家年，英國物理學家丁達爾丁達爾(Tyndall)產(chǎn)生原因：膠粒直徑小于可見光波長產(chǎn)生原因：膠粒直徑小于可見光波長(400nm700nm)， 當可見光照射在膠粒上時產(chǎn)生的散射作用當可見光照射在膠粒上時產(chǎn)生的散射作用應用：應用： 區(qū)分膠體和溶液區(qū)分膠體和溶液樹林中的晨曦樹林中的晨曦（二）動力學性質（二）動力學性質-布朗運動布朗運動 布朗運動：懸浮微粒布朗運動：懸浮微粒不停地不停地做無規(guī)則運動的現(xiàn)象做無規(guī)則運動的現(xiàn)象布朗運動是使膠體微粒保持懸浮狀態(tài)，處于相對均一穩(wěn)定布朗運動是使膠體微粒保持懸浮狀態(tài)，處于相對均一穩(wěn)定狀態(tài)而不容易沉降的原因之一。狀態(tài)而不容易沉降的

8、原因之一。產(chǎn)生原因：膠體微粒受到來自水分子的各個不同方向的產(chǎn)生原因：膠體微粒受到來自水分子的各個不同方向的 撞擊作用而形成撞擊作用而形成（三）電學性質（三）電學性質-電泳現(xiàn)象電泳現(xiàn)象電泳：電泳：在外電場作用下膠體粒子在分散劑中作在外電場作用下膠體粒子在分散劑中作定向移動的現(xiàn)象定向移動的現(xiàn)象. 膠粒帶電的原因膠粒帶電的原因: :帶電原因：帶電原因：膠核常選擇性的吸附組成與其相似的離子。膠核常選擇性的吸附組成與其相似的離子。例：制備例：制備Fe(OH)Fe(OH)3 3溶膠，反應為溶膠，反應為: : FeCl3+3H2OFe(OH)3+3HCl沸騰Fe(OH)3+HClFeOCl+3H2O部分部分

9、Fe(OH)Fe(OH)3 3與與HClHCl作用：作用： FeO+Cl-FeOClFe(OH)Fe(OH)3 3膠核就吸附與其組成相似的膠核就吸附與其組成相似的FeOFeO+ +而帶而帶正電荷正電荷。 膠粒的雙電層結構膠粒的雙電層結構 膠團結構的形成膠團結構的形成: : 1. m個個Fe(OH)3分子聚成的固體粒子分子聚成的固體粒子-膠核。膠核。 Fe(OH)3m 2.膠核吸附離子膠核吸附離子: : 選擇性吸附選擇性吸附nFeO+離子，帶正電。離子，帶正電。 3. 靜電作用，吸附少量靜電作用，吸附少量Cl- , (n-x) Cl- 吸附層吸附層： nFeO+ (n-x) Cl- 膠核與吸附層

10、組成膠粒，膠核與吸附層組成膠粒， nx, 膠粒帶膠粒帶x正電荷正電荷。 4.據(jù)呈電中性的要求，膠粒仍然要吸附據(jù)呈電中性的要求，膠粒仍然要吸附Cl-這部分這部分Cl-借助于擴散作用分布于離膠核較遠處借助于擴散作用分布于離膠核較遠處形成擴散層形成擴散層: : x Cl- Fe(OH)3m nFeO+ (n-x) Cl- x+ x Cl-膠核膠核 吸附層吸附層 擴散層擴散層膠粒膠粒膠團膠團膠團間液膠團間液 與膠粒帶相反電荷的離子，與膠粒帶相反電荷的離子，稱反離子。稱反離子。膠團結構示意圖溶膠的穩(wěn)定性和聚沉溶膠的穩(wěn)定性和聚沉溶膠穩(wěn)定的溶膠穩(wěn)定的原因原因布朗運動布朗運動膠粒帶電膠粒帶電：帶電越多越穩(wěn)定帶

11、電越多越穩(wěn)定溶劑化作用：溶劑化膜越厚越穩(wěn)定溶劑化作用：溶劑化膜越厚越穩(wěn)定（一）溶膠的穩(wěn)定性（一）溶膠的穩(wěn)定性（提示：從膠體介穩(wěn)定的原因方面考慮提示：從膠體介穩(wěn)定的原因方面考慮）溶膠溶膠聚沉法聚沉法加入少量電解質加入少量電解質加入帶相反電荷的溶膠加入帶相反電荷的溶膠加熱加熱 聚沉聚沉不可逆不可逆，再加入分散介質，亦不能再形成溶膠，再加入分散介質，亦不能再形成溶膠聚沉：聚沉：膠粒聚集成大顆粒從分散劑中沉淀析出的過程膠粒聚集成大顆粒從分散劑中沉淀析出的過程（二）溶膠的聚沉（二）溶膠的聚沉 用明礬凈水就是溶膠相互聚沉的實際應用，因為天然水中的膠體懸浮粒子一般是負溶膠，明礬中的硫酸鋁水解生成的Al(OH

12、)3溶膠是正溶膠，兩者混合發(fā)生相互聚沉，再加上Al(OH)3絮狀物的吸附作用，使污物清除，達到凈化水的目的。三氯化鐵止血原因血液本質上是一種液溶膠，而三氯化鐵是電解質,大量電解質溶液一遇到血液這種溶膠就會使血液迅速發(fā)生聚沉,生成的沉淀會堵塞傷口從而達到止血的效果. 天然高分子：蛋白質、蠶絲、橡膠、纖維素、淀粉合成高分子:聚乙烯塑料、合成纖維、合成橡膠高分子化合物溶液高分子化合物溶液1.定義相對分子質量在相對分子質量在1 1萬以上，甚至高達幾百萬以上，甚至高達幾百萬的物質。萬的物質。2.分類高分子化合物溶液高分子化合物溶液: 高分子溶解在適當?shù)娜軇┲兴纬傻娜芨叻肿尤芙庠谶m當?shù)娜軇┲兴纬傻娜芤?/p>

13、。如組成人體組織、細胞以及存在于體液中的重要物液。如組成人體組織、細胞以及存在于體液中的重要物質質蛋白質、核酸、糖原等。蛋白質、核酸、糖原等。 高分子溶液的特性（一）穩(wěn)定性較大 高分子化合物具有許多親水基團，如-OH、 -COOH、-NH3等，當溶解在水中時，在其表面上牢固地吸引著許多水分子形成一層水化膜。(二）粘度大（三）鹽析（三）鹽析 因加入大量無機鹽使蛋白質從溶液中沉淀析出的作用稱為鹽析。主要原因是去溶劑化作用。蛋白質的性質蛋白質的性質1. 1. 兩性和等電點兩性和等電點 蛋白質分子在酸性溶液中能電離成陽離蛋白質分子在酸性溶液中能電離成陽離子，在堿性溶液中能電離成陰離子，在某子，在堿性溶

14、液中能電離成陰離子，在某一一pHpH值溶液中蛋白質成兩性離子，這時值溶液中蛋白質成兩性離子，這時溶溶液的液的pHpH值就是該蛋白的等電點值就是該蛋白的等電點pIpI。 蛋白質在等電點時水溶性最小，在電場蛋白質在等電點時水溶性最小，在電場中既不向陽極移動，也不向陰極。中既不向陽極移動，也不向陰極。 據(jù)此可在等電點分離、提純蛋白質據(jù)此可在等電點分離、提純蛋白質 蛋白質分子在不同介質中的存在形式蛋白質分子在不同介質中的存在形式PNH3COOH+H+OH-PNH3COO+PNH2COO-H+OH-陽離子pHpI兩性離子pHpI陰離子pHpI 2. 沉沉 淀淀 鹽析法鹽析法：在蛋白質溶液中加入大量鹽：在

15、蛋白質溶液中加入大量鹽如如 NaCl、Na2SO4、硫酸銨等、硫酸銨等，由于鹽既是電解又，由于鹽既是電解又 是親水性的物質，它能破壞蛋白質的水化膜，因是親水性的物質，它能破壞蛋白質的水化膜，因 此當加入的鹽達到一定的濃度時，蛋白質就會從此當加入的鹽達到一定的濃度時，蛋白質就會從 溶液中沉淀析出，鹽濃度變稀時蛋白質溶解，為溶液中沉淀析出，鹽濃度變稀時蛋白質溶解，為可逆沉淀?？赡娉恋?。 重金屬法重金屬法：在蛋白質溶液中加入：在蛋白質溶液中加入Hg2+、Pb2+等能與蛋白質結合成不溶性蛋白質的重金屬離子等能與蛋白質結合成不溶性蛋白質的重金屬離子（鹽）。重金屬中毒，可用蛋白質（如牛奶、豆（鹽）。重金屬

16、中毒，可用蛋白質（如牛奶、豆 漿、生雞蛋等）解毒漿、生雞蛋等）解毒,為不可逆沉淀。為不可逆沉淀。3.蛋白質的變性蛋白質的變性蛋白質在一定條件下，共價鍵蛋白質在一定條件下，共價鍵不變，但構象發(fā)生變化而喪失生物活性的過程成為不變，但構象發(fā)生變化而喪失生物活性的過程成為蛋白質的變性蛋白質的變性 變性條件：變性條件： 物理因素：物理因素：加熱、高壓、振蕩或攪拌、紫外線加熱、高壓、振蕩或攪拌、紫外線化學因素：化學因素：強酸、強堿、重金屬鹽、生物堿試劑強酸、強堿、重金屬鹽、生物堿試劑變性后的特點：變性后的特點： 喪失生物活性喪失生物活性 溶解度降低溶解度降低 易被水解易被水解變性的利用：變性的利用： 消毒

17、、殺菌等；消毒、殺菌等； 排毒（重金屬鹽中毒的急救）排毒（重金屬鹽中毒的急救） 腫瘤的治療（放療殺死癌細胞）腫瘤的治療（放療殺死癌細胞）蛋白質的鹽析和蛋白質的變性有何區(qū)別？蛋白質的鹽析和蛋白質的變性有何區(qū)別？鹽析鹽析：加入輕金屬鹽加入輕金屬鹽 可逆的可逆的 物理變化物理變化 ( (仍然保持著其生理活性仍然保持著其生理活性) )變性變性：加入重金屬鹽加入重金屬鹽 不可逆的不可逆的 化學變化化學變化高分子溶液對溶膠的保護作用 高分子物質吸附在溶膠粒子表面，包圍住膠粒，形成一層高高分子物質吸附在溶膠粒子表面，包圍住膠粒，形成一層高分子保護膜，使其對介質的親和力加強，阻止了膠粒之間的分子保護膜，使其對

18、介質的親和力加強，阻止了膠粒之間的直接接觸，從而增強了溶膠的穩(wěn)定性。直接接觸，從而增強了溶膠的穩(wěn)定性。 保護作用在生理過程中很重要。保護作用在生理過程中很重要。血液碳酸鈣，磷酸鈣等微溶性的無機鹽類，以溶膠的形式存在，含量比在水中溶解度提高了近5倍，不聚沉，但當發(fā)生某些疾病使血液中的某些蛋白質減少，是形成各種結石的原因之一。 醫(yī)藥上用于胃腸造影的硫酸鋇合劑，阿拉伯膠對硫酸鋇溶膠起保護作用。 凝膠凝膠定義：定義： 在一定條件下，使高分子溶質或膠體粒子相互在一定條件下，使高分子溶質或膠體粒子相互連接，形成空間網(wǎng)狀結構，而溶劑小分子充滿在網(wǎng)連接，形成空間網(wǎng)狀結構，而溶劑小分子充滿在網(wǎng)架的空隙中，成為失

19、去流動性的半固體狀體系，稱架的空隙中，成為失去流動性的半固體狀體系，稱為凝膠。為凝膠。 例如例如：魚湯在低溫下便會形成凝膠。液體含量：魚湯在低溫下便會形成凝膠。液體含量多的凝膠叫多的凝膠叫膠凍膠凍，如血塊、果凍、魚凍等；液體，如血塊、果凍、魚凍等；液體含量少的稱為含量少的稱為干凝膠干凝膠，如人的指甲、毛發(fā)、皮膚，如人的指甲、毛發(fā)、皮膚組織等。組織等。l高分子化合物絕大多數(shù)是線形或分支形大分子，高分子化合物絕大多數(shù)是線形或分支形大分子，能形成凝膠是其普遍性質。能形成凝膠是其普遍性質。l濃度越大，溫度越低，越容易形成凝膠。濃度越大，溫度越低，越容易形成凝膠。 凝膠的性質凝膠的性質 1.1.彈性彈性 各種凝膠在凍態(tài)時，彈性大致相同，但干燥后就各種凝膠在凍態(tài)時，彈性大致相同，但干燥后就顯出很大差別。顯出很大差別。u一類凝膠在烘干后體積縮小很多，但仍保持彈性，一類凝膠在烘干后體積縮小很多，但仍保持彈性，叫做叫做彈性凝膠彈性凝膠；例如例如：肌肉、皮膚、毛發(fā)、指甲等是由柔順性大的：肌肉、皮膚、毛發(fā)、指甲等是由柔順性大的線形大分子所形成的凝膠，屬于彈性凝膠；線形大分子所形成的凝膠，屬于彈性凝膠；u另一類凝膠烘干后體積縮小不多，但失去彈性，另一類凝膠烘干后體積縮小不多，但失去彈性，變脆，易磨碎，