膠體及大分子溶液正規(guī)版資料

膠體(jiāotǐ)及大分子溶液第一頁，共57頁。1.純液體有無散射光？為什么？一般溶液如何？溶膠具有乳光現(xiàn)象(xiànxiàng)，但體系透明，為何？第二頁，共57頁。對(duì)于純液體或純氣體，其n1=n2，便應(yīng)無散射現(xiàn)象，但實(shí)際上它們都有微弱的乳光，這是由于密度的漲落致使其折射率也有變化而引起的。對(duì)一般溶液的散射光是很微弱的，由于一般低分子其溶液的分子體積很小，因而乳光很微弱，遠(yuǎn)不如溶液明顯。因此(yīncǐ)丁達(dá)爾效應(yīng)便能成為辨別溶膠與其它溶液的簡便的方法。第三頁，共57頁。2.超顯微鏡為何(wèihé)要用強(qiáng)的光源？第四頁，共57頁。因根據(jù)Rayllgh公式，對(duì)一個(gè)體系，真散射光的強(qiáng)度與入設(shè)光強(qiáng)度成正比。因此有強(qiáng)光源于超顯微鏡能有效(yǒuxiào)地提高顯微鏡的觀測(cè)能力。第五頁，共57頁。3.為何說我們(wǒmen)觀察到的布朗運(yùn)動(dòng)，不是膠粒真實(shí)運(yùn)動(dòng)的情況？第六頁，共57頁。布郎運(yùn)動(dòng)是由于分散介質(zhì)的分子由于熱運(yùn)動(dòng)不斷地有各個(gè)方向同時(shí)沖擊膠粒，合力未被抵消，短時(shí)向某一方向有一顯著作用。而導(dǎo)致膠粒運(yùn)動(dòng)，因此布朗運(yùn)動(dòng)不是膠粒的真實(shí)運(yùn)動(dòng)，又因膠粒受不平衡沖擊引起(yǐnqǐ)振動(dòng)周期約為10-8秒，而肉眼能分辨得振動(dòng)周期最低為秒，因此我們所觀察到的膠粒平均位移微粒在每秒鐘內(nèi)受各個(gè)方向裝幾百萬次運(yùn)動(dòng)變化的結(jié)果。第七頁，共57頁。4.布朗運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散方程式，可以解決(jiějué)哪些問題？第八頁，共57頁。根據(jù)(gēnjù)（1）證實(shí)原子、分子存在的真實(shí)性（2）分子運(yùn)動(dòng)學(xué)說的可靠性（3）測(cè)算阿佛加德羅常數(shù)的實(shí)驗(yàn)手段（4）運(yùn)用該式可研究分散體系的動(dòng)力性質(zhì)，膠粒擴(kuò)散系數(shù)以及(yǐjí)離子大小等。第九頁，共57頁。5.為什么膠體(jiāotǐ)粒子量（膠團(tuán)量）M=4/3r3L?第十頁，共57頁。因(4/3)r3為一個(gè)膠團(tuán)粒的質(zhì)量，L為阿佛加德羅常數(shù)根據(jù)SI制，摩爾的概念是指體系中所包含的物質(zhì)的基本單元的數(shù)目與12C的原子(yuánzǐ)數(shù)目(L)相等，所謂基本單元可以是原子(yuánzǐ)、分子、離子、電子及其它離子或這些粒子的特定組合，因此對(duì)于膠體體系來說，具有6.0221023(即L)數(shù)目的膠粒，便可謂是1mol的膠粒，這樣(4/3)r3xL即(4/3)r3L便是膠體粒子量（膠團(tuán)量）第十一頁，共57頁。6.試比較(bǐjiào)膠粒表面電勢(shì)，Stern層（緊密層）電勢(shì)及電勢(shì)？第十二頁，共57頁。膠體表面電勢(shì)是指固體表面由于電離吸附離子(lízǐ)等原因使溶膠粒子帶電與溶液深處的電勢(shì)差，是屬于熱力學(xué)的平衡電勢(shì)中。stern層電勢(shì)是指溶膠粒子表面由于靜電或分子間相互作用而緊密吸附一層的總電勢(shì)，顯然這層電勢(shì)小于膠粒表面電勢(shì)。電勢(shì)（滑動(dòng)面電勢(shì)）是指當(dāng)溶膠粒子在液相中運(yùn)動(dòng)時(shí)，在上述緊密層之外有一層滑動(dòng)面，以滑動(dòng)面的電勢(shì)，與液相內(nèi)部為零的電勢(shì)差稱為滑動(dòng)面電勢(shì)或稱（Zeta）電勢(shì),(可參見P502圖102（a）及（b）)第十三頁，共57頁。7.亞鐵氰化銅溶膠(róngjiāo)的穩(wěn)定劑是亞鐵氰化鉀，試寫出其膠團(tuán)表示式，膠粒電荷符號(hào)如何？第十四頁，共57頁。以K4Fe(CN)6為亞鐵氰化銅的穩(wěn)定劑，則必是Fe(CN)64+進(jìn)入(jìnrù)溶膠粒子的緊密層內(nèi)，膠團(tuán)為[Cu2Fe(CN)6)m·nFe(CN)64-·(4n-g)K+]q+·qK+第十五頁，共57頁。8.如何(rúhé)理解溶膠是動(dòng)力學(xué)上穩(wěn)定而熱力學(xué)上不穩(wěn)定體系，且有聚沉不穩(wěn)定的特性？第十六頁，共57頁。由于熔膠的布朗運(yùn)動(dòng)以及擴(kuò)散作用，更由于膠粒表面的雙電層結(jié)構(gòu)及粒子溶劑化膜造成(zàochénɡ)溶膠的動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性。但由于溶膠是高度分散得非均相體系，具有很大的表面自由能，因此有自發(fā)聚沉以降低體系能量的趨勢(shì)，因此是熱力學(xué)的不穩(wěn)定體系。第十七頁，共57頁。9.在三個(gè)燒杯中各裝有20cm3同種溶膠，假如(jiǎrú)電解質(zhì)溶液使其開始顯著聚沉?xí)r，在第一個(gè)燒杯需加1mol·dm-3KCl溶液3。第二個(gè)需加3的·dm-3Na2SO4溶液，第三個(gè)燒杯需加3的10-4mol·dm-3Na3PO4溶液。是確定其聚沉值及該溶膠電荷符號(hào)。第十八頁，共57頁。在溶膠中加入電解質(zhì)溶液，當(dāng)溶膠開始(kāishǐ)明顯聚沉?xí)r，每升溶膠中加入電解質(zhì)的最小體積濃度稱為這種電解質(zhì)的聚沉值。1mol·dm-3KCl溶液：1·mol·dm-3mol·dm-3Na2SO4:0.00512.51000/(20+12.5)=1.923m·mol·dm-33.310-4mol·dm-3Na3PO4溶液：0.00033·mol·dm-3第十九頁，共57頁。10.考慮唐南平衡建立后，大分子溶液滲透(shèntòu)關(guān)系如何？第二十頁，共57頁。當(dāng)唐南平衡(pínghéng)建立后，由于電解質(zhì)對(duì)高分子溶液滲透壓的影響，溶液兩側(cè)的濃度差低于純高分子溶液的濃度，因此一般結(jié)果都低于無電解質(zhì)的情況。第二十一頁，共57頁。11.當(dāng)膜內(nèi)、外沒有共同離子(lízǐ)，及膜外只是溶劑水時(shí)的唐南膜平衡的關(guān)系如何？第二十二頁，共57頁。當(dāng)膜內(nèi)、外無共同(gòngtóng)離子，例如膜內(nèi)膜外Na+R-K+Cl-C1C1C2C2達(dá)到唐南平衡后Na+R-K+Cl-K+Cl-Na+C1-ZC1XYC2–XC2-YZ因滿足電中性，有X+(C1-Z)=C1+YY=X-Z滿足唐南平衡(C1-Z)Y=Z(C2-Z)第二十三頁，共57頁。(C1-Z)(X-Z)=Z[C2-(X-Z)](1)以及X·Y=(C2-X)(C2-Y)即X(X-Z)=(C2-X)[C2-(X-Z)](2)解(1)(2)兩個(gè)(liǎnɡɡè)方程X=C2(C2+C1)/(2C2+C1)Y=C22/(2C2+C1)Z=C1C2/(2C2+C1)第二十四頁，共57頁。當(dāng)膜外只是溶劑水如膜內(nèi)膜外起初(qǐchū)Na+R-H2OC1C1CH+·COH-=KW膜平衡Na+R-H+Na+OH-C1-XC1XXX唐南平衡條件(C1–X)(KW/X)=X2X=[KW(C1–X)]1/3若X<<C1則X=(KWC1)1/3第二十五頁，共57頁。膜內(nèi)酸性，膜外堿性。若大分子電解質(zhì)為R+Cl-，則結(jié)果相反，這類膜平衡稱為膜水解，由此可以部分解釋生理上細(xì)胞內(nèi)外(nèiwài)呈不同的PH及胃酸的形成。第二十六頁，共57頁。習(xí)題(xítí)解第二十七頁，共57頁。1.若金溶膠每cm3含金1mg，已知金原子的半徑(bànjìng)為1.46×10-10m、密度為1.93×103g/m3，設(shè)膠粒皆呈球形，且為單分散體系，半徑(bànjìng)為1×10-8m。試求：（1）1cm3溶膠中含有多少金膠粒？（2）1cm3溶膠中膠粒的總表面積是多少？（3）每個(gè)膠粒含有多少金原子？第二十八頁，共57頁。(1)每個(gè)膠粒的重量(4/3)(1×10-8)3×1.93×103=8.084×10-21g1cm3膠粒中的金膠粒散為1×10-3/8.084×10-21=1.24×1017個(gè)(2)1cm3膠粒中的總表面積為4(1×10-8)2×1.24×10172每個(gè)膠粒含有(hányǒu)的金原子個(gè)數(shù)8.084×10-21/(4/3)(1.46×10-10)3×1.93×103=3.21×105個(gè)第二十九頁，共57頁。2.在堿性溶液中用甲醛還原HAuCl4以制備金溶膠，反應(yīng)(fǎnyìng)為這里Na+AuO2-是穩(wěn)定劑，寫出膠團(tuán)結(jié)構(gòu)式.第三十頁，共57頁。若膠核為[Au]m，由于(yóuyú)Na+AuO2-為穩(wěn)定劑，故AuO2-進(jìn)入緊密層[[Au]mnAuO2-(n-x)Na+]x-xNa-第三十一頁，共57頁。3.如欲制備AgI負(fù)性溶膠，應(yīng)在25cm33的KI溶液內(nèi)加入多少(duōshǎo)體積的3的硝酸銀溶液。第三十二頁，共57頁。3第三十三頁，共57頁。4.在287K進(jìn)行(jìnxíng)膠乳微粒的布朗運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)，在30秒之間，測(cè)得微粒的平均位移為6.83×10-4cm。試以此結(jié)果求阿伏加德羅常數(shù)L？設(shè)微粒半徑為2.12×10-5cm。分散介質(zhì)水的粘度·s。第三十四頁，共57頁。2=2Dt=RTt/3LL=RTt/32=8.314×287×30/3××2-12×10-7×0.0012×(6.83×10-6)2=6.40×1023第三十五頁，共57頁。5.設(shè)有一金溶膠(róngjiāo)，微粒半徑為13×10-10m，試計(jì)算在293K時(shí)，其在水中的擴(kuò)散系數(shù)（293K水的粘度·s）。第三十六頁，共57頁。D=RT/6L=8.314×293/6×13×10-10×0.001×6.023×1023=1.65×10-10m2/s第三十七頁，共57頁。6.一膠體溶液每毫升含有2O在超顯微鏡下觀察時(shí)，又稀釋10000倍；在厚為、半徑的圓視野中測(cè)得平均微粒(wēilì)為個(gè)，若已知質(zhì)點(diǎn)的密度為，3設(shè)膠粒為球形，試計(jì)算膠粒的平均半徑及膠團(tuán)量？第三十八頁，共57頁。第五十三頁，共57頁。因(4/3)r3為一個(gè)膠團(tuán)粒的質(zhì)量，L為阿佛加德羅常數(shù)根據(jù)SI制，摩爾的概念是指體系中所包含的物質(zhì)的基本單元的數(shù)目與12C的原子(yuánzǐ)數(shù)目(L)相等，所謂基本單元可以是原子(yuánzǐ)、分子、離子、電子及其它離子或這些粒子的特定組合，因此對(duì)于膠體體系來說，具有6.電勢(shì)（滑動(dòng)面電勢(shì)）是指當(dāng)溶膠粒子在液相中運(yùn)動(dòng)時(shí)，在上述緊密層之外有一層滑動(dòng)面，以滑動(dòng)面的電勢(shì)，與液相內(nèi)部為零的電勢(shì)差稱為滑動(dòng)面電勢(shì)或稱（Zeta）電勢(shì),(可參見P502圖102（a）及（b）)(4/3)(1×10-8)3×1.04×10-3)2×(0.是確定其聚沉值及該溶膠電荷符號(hào)。第五十五頁，共57頁。[[Au]mnAuO2-(n-x)Na+]x-xNa-已知水的介電常數(shù)為79；因AgNO3過量，故膠粒AgI吸附(xīfù)Ag+，帶正電、負(fù)離子起聚沉作用885×10-4/2.第四十七頁，共57頁。D=(RT/6L)(4L/3MV)1/3膜內(nèi)膜外[[Au]mnAuO2-(n-x)Na+]x-xNa-923m·mol·dm-3每cm3溶膠中含有(hányǒu)膠粒數(shù)n為(0.04×10-3)2×(0.04×10-3)=2.039×1013個(gè)/m3=2.039×107個(gè)/cm3因測(cè)試溶膠稀釋10000倍，故原溶膠的1cm3體積的膠粒數(shù)為2.04×107×104=2.04×1011個(gè)其中含F(xiàn)e2O3，其密度為3，故溶膠固相體積為0.0015/5.2=2.885×10-4cm3第三十九頁，共57頁。Z=C1C2/(2C2+C1)以K4Fe(CN)6為亞鐵氰化銅的穩(wěn)定劑，則必是Fe(CN)64+進(jìn)入(jìnrù)溶膠粒子的緊密層內(nèi)，膠團(tuán)為[Cu2Fe(CN)6)m·nFe(CN)64-·(4n-g)K+]q+·qK+第二十一頁，共57頁。膜內(nèi)膜外設(shè)肌紅蛋白為球形分子(fēnzǐ)，半徑為，平均分子(fēnzǐ)質(zhì)量M為第四十四頁，共57頁。X=C2(C2+C1)/(2C2+C1)因測(cè)試溶膠稀釋10000倍，故原溶膠的1cm3體積的膠粒數(shù)為2.第四十四頁，共57頁。[[Au]mnAuO2-(n-x)Na+]x-xNa-(1)CaCl2(2)Na2SO4(3)MgSO4×293/6×0.解(1)(2)兩個(gè)(liǎnɡɡè)方程第三十一頁，共57頁。第三十六頁，共57頁。1靜電(jìngdiàn)V=(N×10-5)1/2，先將進(jìn)行量綱分析，證實(shí)的單位為靜電(jìngdiàn)伏則每個(gè)膠粒的平均體積(tǐjī)為2.885×10-4/2.04×1011=1.414×10-15cm3=1.414×10-18m3故平均半徑為=(3×1.414×10-15/4)1/3=6.96×10-6cm=6.96×10-8m膠團(tuán)量M=(4/3)(6.96×10-6)3×5.2×L=4.43×109g=4.43×106kg第四十頁，共57頁。7.在293K，肌紅蛋白的比容3/g，在水中的擴(kuò)散系數(shù)D=1.24×10-11m2/s，水的粘度系數(shù)·s，計(jì)算(jìsuàn)肌紅蛋白的平均摩爾質(zhì)量。第四十一頁，共57頁。設(shè)肌紅蛋白為球形分子(fēnzǐ)，半徑為，平均分子(fēnzǐ)質(zhì)量M為M=(4/3)3L=1/V=(3MV/4L)1/3D=RT/6L)D=(RT/6L)(4L/3MV)1/3M=(4L/3V)(RT/6DL)3=(4L/3×0.749×10-6×103×293/6×0.001005×1.24×10-11L)3=1.72×104kg/mol第四十二頁，共57頁。8.在298K，測(cè)得SiO2溶膠在電勢(shì)梯度為1V/cm時(shí)，電泳速率為。已知水的介電常數(shù)為79；粘度(zhāndù)0.89×10-3Pa；試求此溶膠的電勢(shì)是多少伏特？第四十三頁，共57頁。1靜電(jìngdiàn)V=(N×10-5)1/2，先將進(jìn)行量綱分析，證實(shí)的單位為靜電(jìngdiàn)伏=1.5U/E=1.5(NS/m2)(cm/S)/(N×10-5)1/2cm-12m-2/(N×10-5)1/2=1.5N×m-2×m2×10-4/(N×10-5)1/2=1.5×N×10-5×10/(N×10-5)1/2=1.5×10(N×10-5)1/2/=1.5×10靜電(jìngdiàn)V/第四十四頁，共57頁。若上述(shàngshù)的電勢(shì)E非靜電V，則有=1.5×10(靜電V)2/V1靜電伏=300V=[1.5×10××U/E](300)2=[1.5×10×0.89×10-3×3×10-4/79](300)2第四十五頁，共57頁。9.設(shè)有溶膠的粒子平均直徑為24×10-10m。若其粘度與純水相同，即·s，試計(jì)算（1）298K時(shí)膠粒的擴(kuò)散系數(shù)。（2）在1秒鐘內(nèi)由于布朗運(yùn)動(dòng)(bùlǎnɡyùndònɡ)，粒子沿軸方向的平均位移。第四十六頁，共57頁。2=2Dt=RTt/3L∴D=RT/6L=8.314×298(6×12×10-10×0.001×6.022×1023)-1=1.819×10-10m2/s2=2×1.819×10-10×1=3.638×10-10∴=1.907×10-5m第四十七頁，共57頁。10.試問，對(duì)于(duìyú)混合等體積的和3AgNO3溶液，所得溶膠對(duì)下列電解質(zhì)中何者聚沉能力最強(qiáng)？(1)CaCl2(2)Na2SO4(3)MgSO4第四十八頁，共57頁。因AgNO3過量，故膠粒AgI吸附(xīfù)Ag+，帶正電、負(fù)離子起聚沉作用∴Na2SO4＞MgSO4＞CuCl2第四十九頁，共57頁。11.在298K，從一組聚苯乙烯的酮溶液的Ⅱ/c-c數(shù)據(jù)作圖，求得截距為110；已知該溶液在298K的密度為3，求此樣品(yàngpǐn)中聚苯乙烯的摩爾質(zhì)量。第五十頁，共57頁。M=limRT/(/c)(/c)c0=RT/M上式中應(yīng)以為(yǐwéi)Pa單位，現(xiàn)題中以液柱高cm為單位，則應(yīng)作轉(zhuǎn)換。101325×110×0.8/1033=8626Pa/(g/cm3)