無機化學課件：第五章 膠體

1、第五章 膠 體第一節(jié) 膠體分散系 1.相體系中具有相同化學性質(zhì)和物理性質(zhì)的均勻部分。2.相的特點(1)任何部分的物理性質(zhì)和化學性質(zhì)相同。(2)一個相并不一定是一種物質(zhì)，如食鹽水(NaCl和H2O)。 (1)單相體系：如飽和食鹽水、糖水等。特點： 溶質(zhì)與溶劑已成一體，組分間沒有界面。(2)多相體系： 如不溶于水的鹽溶液；水與油組成的體系等。特點：各組分的物理性質(zhì)和化學性質(zhì)不同，并具有明顯的界面。 3.相的分類三組概念：分散相：被分散的物質(zhì)分散介質(zhì)：容納分散相的連續(xù)介質(zhì)分散系分散相+分散介質(zhì)4. 分散系的分類(1)按聚集狀態(tài)分（分散相-分散介質(zhì)）氣氣（空氣） 氣液（汽水） 氣固（浮石）液氣（霧）

2、液液（牛奶） 液固（果凍）固氣（煙、塵） 固液（溶液） 固固（合金） (2)按分散相粒子的大小分100 nm 粗分散系（懸濁液、乳狀液） S（總表面積） S。= V （總體積）5. 分散度與比表面分散度：即物質(zhì)的分散程度，分散相粒子越小，分散程度越大。常用比表面衡量。 比表面：單位體積的表面積，用符號S。表示?！纠浚?立方厘米的正方體粒子。S。= S/V=6l2/l3=6厘米-1平均分為1012個小立方體后S。= 60000厘米-1 (增大1萬倍)分散相粒子越小，分散程度越大6. 表面能液體或固體表面粒子比內(nèi)部粒子能量高，多出的這部分能量稱為體系的表面能。表面能的形成：處于表面的分子受力不均

3、，合力指向液體內(nèi)部。若要增大表面，必須克服液相內(nèi)部分子的引力而做功，功以勢能形式儲存于表面，即表面能。表面能即表面層分子比內(nèi)部分子多出的那部分能量。表面分子受到指向液體內(nèi)部的拉力，總是趨向于液體內(nèi)部移動，力圖縮小表面積。如微小液滴總是呈球形，小的液滴聚集變大，肥皂泡用力吹才變大等。這個結(jié)論對固體物質(zhì)同樣適用。高度分散的溶膠比表面大，所以表面能也大，它們有自動聚積成大顆粒而減少表面積的趨勢，稱為聚結(jié)不穩(wěn)定性。 第二節(jié) 溶膠溶膠的膠粒是由數(shù)目巨大的原子（或分子、離子）構(gòu)成的聚集體。直徑為1100 nm的膠粒分散在分散介質(zhì)中，形成熱力學不穩(wěn)定分散系。（1）光學性質(zhì)（丁達爾效應(yīng)）光學原理：強光照到分散

4、相粒子上，膠粒直徑（1-100nm）略小于入 射光波（400-760nm），發(fā)生散射。 散射光也稱為乳光。Fe(OH)3膠體丁達爾效應(yīng)示意圖光源凸透鏡光錐一、溶膠的基本性質(zhì)14在真溶液中，溶質(zhì)顆粒太小（二價離子一價離子一價、二價、三價反離子的臨界聚沉濃度與離子價數(shù)的六次方成反比，近似為：43 （2）帶相同電荷的離子的聚沉能力雖然接近，但也略有不同。對負溶膠來說，其聚沉能力的相對大小為： H+ Cs+Rb+ NH4+ K+Na+Li+ 對正溶膠來說，其聚沉能力的相對大小為： F-Cl-Br-I- 44不同電解質(zhì)對幾種溶膠的臨界聚沉濃度mmolL-1 As2S2(負溶膠)AgI(負溶膠)Al2O3

5、(正溶膠)LiCl58LiNO3165NaCl43.5NaCl51NaNO3140KCl46KCl49.5KNO3136KNO360KNO350RbNO3126CaCl20.65Ca(NO3)22.40K2SO40.30MgCl20.72Mg(NO3)22.60K2Cr2O70.63MgSO40.81Pb(NO3)22.43K2C2O40.69AlCl30.093Al(NO3)30.067K3Fe(CN)60.081/2Al2(SO4)20.096La(NO3)30.069Al(NO3)20.095Ce(NO3)30.06945在容易聚沉的溶膠中,加入適量的高分子，能顯著地提高溶膠的穩(wěn)定性，這

6、種現(xiàn)象稱為高分子對溶膠的保護作用。產(chǎn)生保護作用的原因是高分子吸附在膠粒的表面上，包圍住膠粒，形成了一層高分子保護膜，阻止了膠粒之間及膠粒與電解質(zhì)離子之間的直接接觸，從而增加了溶膠的穩(wěn)定性。 2.高分子對溶膠的保護作用46由極小的固體或液體粒子懸浮在氣體介質(zhì)中所形成的分散系統(tǒng)稱為氣溶膠。圖示是各種氣溶膠的分散相粒子直徑的大致范圍。煙、霧的分散度較高，粉塵的分散度低，后者穩(wěn)定性要差些。氣溶膠（aerosol）第三節(jié) 高分子溶液高分子化合物概念：單個分子相對分子量在一萬以上的大分子。蛋白質(zhì)、核酸、糖原等都是與生命有關(guān)的生物高分子，高分子溶液與溶膠性質(zhì)比較膠體物質(zhì)相同性質(zhì)不同性質(zhì)溶膠(1) 分散相粒子

7、大小1100nm(2) 擴散速率慢(3) 不能透過半透膜多相Tyndall現(xiàn)象明顯熱力學不穩(wěn)定系統(tǒng)對電解質(zhì)敏感高分子溶液均相Tyndall現(xiàn)象微弱熱力學穩(wěn)定系統(tǒng)對電解質(zhì)不太敏感締合膠體均相熱力學穩(wěn)定系統(tǒng)一、高分子化合物的結(jié)構(gòu)特點(1) 一般具有碳鏈，碳鏈由大量稱為鏈節(jié)的結(jié)構(gòu)單位連接而成，鏈節(jié)重復(fù)的次數(shù)叫聚合度，以n表示。天然橡膠鏈節(jié)為異戊二烯單位(-C5H8-) 纖維素、淀粉、糖原或高分子右旋糖酐，鏈節(jié)為葡萄糖單位(-C6H10O5-)，通式(C6H10O5)n蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)單位是氨基酸。高分子化合物是不同聚合度的同系物分子組成的混和物，它的聚合度和相對分子質(zhì)量指的都是平均值。高分子化合物分子鏈

8、的長度以及鏈節(jié)的連接方式并不相同，因而形成線狀或分枝狀結(jié)構(gòu)。高密度聚乙烯的線型結(jié)構(gòu)低密度聚乙烯的枝型結(jié)構(gòu)(2) 柔性和分子內(nèi)旋轉(zhuǎn)高分子鏈中含有很多單鍵，這些單鍵均可作內(nèi)旋轉(zhuǎn)，從而使高分子鏈很容易卷曲成各種不同形狀。稱為高分子鏈的柔性。二、高分子溶液的形成 溶脹：溶劑進入高分子鏈，導(dǎo)致化合物舒展，體積成倍增長。高分子化合物先溶脹，后溶解。與水分子形成水合膜：穩(wěn)定性的主要原因。三、聚電解質(zhì)溶液蛋白質(zhì)等高分子化合物在水溶液中往往以離子形式存在，稱為聚電解質(zhì)。特征：鏈上有很多荷電基團，電荷密度很大；對極性溶劑的親合力很強；分為陽離子、陰離子、兩性離子三類。 54等電狀態(tài)和等電點pI組成蛋白質(zhì)的氨基酸既

9、有質(zhì)子給體，又有質(zhì)子受體，在溶液中常常發(fā)生兩性解離，由于酸性解離和堿性解離的程度不同，氨基酸解離后的離子常常帶有電荷。但在某一pH值，酸性解離=堿性解離，此時離子的靜電荷為零，該pH值稱為該物質(zhì)的等電點。pH pI，蛋白質(zhì)形成負離子。pH C6H5O73-C4H4O62-CH3COO-CI-NO3Br-I-CNS-NH4+K+Na+Li+鹽析中，無機鹽離子的價數(shù)不太重要，主要與離子種類有關(guān)，陰離子起主要作用。五、高分子溶液的滲透壓和膜平衡將高分子溶液與溶劑用半透膜隔開，可產(chǎn)生滲透現(xiàn)象；滲透壓數(shù)值不符合vant Hoff公式；濃度改變時，滲透壓的增加比濃度的增加要大得多。高分子溶液滲透壓與溶液的質(zhì)量濃度B(gL-1)的關(guān)系：B是常數(shù)。通過測定，以/B對B作圖得直線，外推至B 0時截距為RT/Mr。 膜平衡或Donnan平衡用半透膜將聚電解質(zhì)溶液與小離子的電解質(zhì)溶液隔開，小離子能透過而聚電解質(zhì)離子不能，但為保持溶液的電中性，平衡時小離子在膜兩側(cè)分布不均勻。Cl-從膜外向膜內(nèi)滲透，為保持電中性，必有相等數(shù)目的Na+同時進入膜內(nèi)。平衡時， v進= v出c(Na+)外c(Cl-)外 = c(Na+)內(nèi)c(Cl-)內(nèi)當c1c2時，x0，膜外幾乎一點也不透入膜內(nèi)當c2c1時，x c2/2 ，有接近一半的NaCl透入膜內(nèi)，膜內(nèi)外NaCl濃度近似相等當c2=c1時，x c2/2，1/3的NaC