基礎(chǔ)化學(xué)第五章膠體溶液

第五章膠體一、分散系的概念：

一種或幾種物質(zhì)分散在另一種介質(zhì)中所形成的體系稱(chēng)為分散系。被分散的物質(zhì)稱(chēng)為分散相。容納分散相的連續(xù)介質(zhì)稱(chēng)為分散劑。例：糖水溶液、蛋白質(zhì)水溶液、淀粉溶液、食鹽水溶液、懸濁液、乳濁液等等。第一節(jié)分散系的概念和分類(lèi)二、分散系的分類(lèi)

（一）分子或離子分散系

分散相粒子的直徑小于1nm(10-9m)，以分子、原子或離子狀態(tài)均勻分散在分散介質(zhì)中所形成的分散系，稱(chēng)為分子或離子分散系。CuSO4溶液特點(diǎn)透明均勻、穩(wěn)定能透過(guò)濾紙和半透膜氯化鈉注射液（二）粗分散系分散相粒子直徑大于100nm(10-7m)的分散系按分散相狀態(tài)的不同又分為懸濁液和乳濁液。1.懸濁液固體的小顆粒分散在液體中所形成的粗分散系2.乳濁液液體以微小的小液滴分散在另一種互不相溶的液體中所形成的粗分散系油水混合物泥水混合物特點(diǎn)不透明不均勻、不穩(wěn)定不能透過(guò)濾紙和半透膜（三）膠體分散系

分散相粒子的直徑在1～100nm(10-9m~10-7m)之間的分散系，稱(chēng)為膠體分散系，簡(jiǎn)稱(chēng)膠體。常見(jiàn)的膠體：Fe(OH)3膠體、Al(OH)3膠體、硅酸膠體、淀粉膠體、蛋白質(zhì)、血液、豆?jié){、墨水、涂料。

Fe(OH)3膠體豆?jié){特點(diǎn)不透明不均勻、不穩(wěn)定能透過(guò)濾紙,不能透過(guò)半透膜三、分散系的特點(diǎn)分散系的種類(lèi)分散相粒子粒子直徑分散系特點(diǎn)分子、離子分散系溶液?jiǎn)蝹€(gè)分子或離子＜1nm單相、透明、均勻、穩(wěn)定、能透過(guò)濾紙和半透膜膠體分散系溶膠許多分子或離子的聚集體1～100nm多相、透明度不一、不均勻、較穩(wěn)定、能透過(guò)濾紙，不能透過(guò)半透膜高分子溶液?jiǎn)蝹€(gè)高分子單相、透明、均勻、穩(wěn)定、能透過(guò)濾紙，不能透過(guò)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(guò)濾紙和半透膜乳濁液液體小液滴三種分散系的比較

煙、云、霧牛奶、豆?jié){、蛋白質(zhì)膠體、

煙水晶、有色玻璃

膠體根據(jù)分散劑的狀態(tài)，膠體分為：膠體的分類(lèi)固溶膠：液溶膠：氣溶膠：Fe(OH)3膠體、AgI膠體霧氣溶膠煙白云牛奶豆?jié){液溶膠固溶膠煙水晶有色玻璃第三節(jié)溶膠

Fe(OH)3膠體制備取一燒杯，加入20mL蒸餾水，加熱至沸騰，然后向沸水中滴加FeCl3飽和溶液1～2mL。繼續(xù)煮沸，待溶液呈紅褐色后，停止加熱，即制得Fe(OH)3膠體。FeCl3＋3H2OFe(OH)3（膠體）＋3HCl光束照射時(shí)的現(xiàn)象原因分析CuSO4溶液Fe(OH)3膠體泥水形成一條光亮的通路無(wú)光亮通路產(chǎn)生溶液中粒子的直徑很小，散射極其微弱膠體的直徑較大，能使光波發(fā)生散射.科學(xué)探究無(wú)光亮通路產(chǎn)生溶液中粒子的直徑很大，使光全反射硫酸銅溶液氫氧化鐵膠體粒子小，全透射粒子較大，散射粒子很大，全反射

光波環(huán)繞膠粒向各個(gè)方向散射，成為散射光或稱(chēng)乳光。當(dāng)一束光通過(guò)暗室的溶膠時(shí)，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)象叫丁達(dá)爾現(xiàn)象。（一）光學(xué)性質(zhì)---丁達(dá)爾(Tyndall)現(xiàn)象1869年，英國(guó)物理學(xué)家丁達(dá)爾(Tyndall)產(chǎn)生原因：膠粒直徑小于可見(jiàn)光波長(zhǎng)(400nm～700nm)，當(dāng)可見(jiàn)光照射在膠粒上時(shí)產(chǎn)生的散射作用應(yīng)用：區(qū)分膠體和溶液樹(shù)林中的晨曦（二）動(dòng)力學(xué)性質(zhì)---布朗運(yùn)動(dòng)布朗運(yùn)動(dòng)：懸浮微粒不停地做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象布朗運(yùn)動(dòng)是使膠體微粒保持懸浮狀態(tài)，處于相對(duì)均一穩(wěn)定狀態(tài)而不容易沉降的原因之一。產(chǎn)生原因：膠體微粒受到來(lái)自水分子的各個(gè)不同方向的撞擊作用而形成（三）電學(xué)性質(zhì)---電泳現(xiàn)象電泳：在外電場(chǎng)作用下膠體粒子在分散劑中作定向移動(dòng)的現(xiàn)象.

膠粒帶電的原因:帶電原因：膠核常選擇性的吸附組成與其相似的離子。在一個(gè)U形管中，加入棕色的Fe(OH)3溶膠，然后插上電極并通直流電，陰極附近顏色逐漸變深，表示氫氧化鐵膠粒向陰極移動(dòng)。例：制備Fe(OH)3溶膠，反應(yīng)為:

部分Fe(OH)3與HCl作用：

Fe(OH)3膠核就吸附與其組成相似的FeO+而帶正電荷。

膠粒的雙電層結(jié)構(gòu)

膠團(tuán)結(jié)構(gòu)的形成:

1.m個(gè)Fe(OH)3分子聚成的固體粒子---膠核。[Fe(OH)3]m2.膠核吸附離子:

選擇性吸附nFeO+離子，帶正電。

3.靜電作用，吸附少量Cl-,(n-x)Cl-

吸附層：nFeO+·(n-x)Cl-

膠核與吸附層組成膠粒，

n﹥x,膠粒帶x正電荷。

4.據(jù)呈電中性的要求，膠粒仍然要吸附Cl-這部分Cl-借助于擴(kuò)散作用分布于離膠核較遠(yuǎn)處形成擴(kuò)散層:

xCl-

｛[Fe(OH)3]m·nFeO+(n-x)Cl-

｝x+·xCl-膠核吸附層

擴(kuò)散層膠粒膠團(tuán)膠團(tuán)間液

與膠粒帶相反電荷的離子，稱(chēng)反離子。膠團(tuán)結(jié)構(gòu)示意圖溶膠的穩(wěn)定性和聚沉溶膠穩(wěn)定的原因布朗運(yùn)動(dòng)膠粒帶電：帶電越多越穩(wěn)定溶劑化作用：溶劑化膜越厚越穩(wěn)定（一）溶膠的穩(wěn)定性思考：如何破壞膠體的穩(wěn)定狀態(tài)？（提示：從膠體介穩(wěn)定的原因方面考慮）溶膠聚沉法加入少量電解質(zhì)加入帶相反電荷的溶膠加熱聚沉不可逆，再加入分散介質(zhì)，亦不能再形成溶膠聚沉：膠粒聚集成大顆粒從分散劑中沉淀析出的過(guò)程（二）溶膠的聚沉

用明礬凈水就是溶膠相互聚沉的實(shí)際應(yīng)用，因?yàn)樘烊凰械哪z體懸浮粒子一般是負(fù)溶膠，明礬中的硫酸鋁水解生成的Al(OH)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(dá)到凈化水的目的。三氯化鐵止血原因血液本質(zhì)上是一種液溶膠，而三氯化鐵是電解質(zhì),大量電解質(zhì)溶液一遇到血液這種溶膠就會(huì)使血液迅速發(fā)生聚沉,生成的沉淀會(huì)堵塞傷口從而達(dá)到止血的效果.

天然高分子：蛋白質(zhì)、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1.定義相對(duì)分子質(zhì)量在1萬(wàn)以上，甚至高達(dá)幾百萬(wàn)的物質(zhì)。2.分類(lèi)高分子化合物溶液:高分子溶解在適當(dāng)?shù)娜軇┲兴纬傻娜芤?。如組成人體組織、細(xì)胞以及存在于體液中的重要物質(zhì)——蛋白質(zhì)、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(tuán)，如-OH、-COOH、-NH3等，當(dāng)溶解在水中時(shí)，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

因加入大量無(wú)機(jī)鹽使蛋白質(zhì)從溶液中沉淀析出的作用稱(chēng)為鹽析。主要原因是去溶劑化作用。蛋白質(zhì)的性質(zhì)1.兩性和等電點(diǎn)蛋白質(zhì)分子在酸性溶液中能電離成陽(yáng)離子，在堿性溶液中能電離成陰離子，在某一pH值溶液中蛋白質(zhì)成兩性離子，這時(shí)溶液的pH值就是該蛋白的等電點(diǎn)pI。蛋白質(zhì)在等電點(diǎn)時(shí)水溶性最小，在電場(chǎng)中既不向陽(yáng)極移動(dòng)，也不向陰極。據(jù)此可在等電點(diǎn)分離、提純蛋白質(zhì)

蛋白質(zhì)分子在不同介質(zhì)中的存在形式

2.沉淀

①鹽析法：在蛋白質(zhì)溶液中加入大量鹽[如

NaCl、Na2SO4、硫酸銨等]，由于鹽既是電解又是親水性的物質(zhì)，它能破壞蛋白質(zhì)的水化膜，因此當(dāng)加入的鹽達(dá)到一定的濃度時(shí)，蛋白質(zhì)就會(huì)從溶液中沉淀析出，鹽濃度變稀時(shí)蛋白質(zhì)溶解，為可逆沉淀。

②重金屬法：在蛋白質(zhì)溶液中加入Hg2+、Pb2+等能與蛋白質(zhì)結(jié)合成不溶性蛋白質(zhì)的重金屬離子（鹽）。重金屬中毒，可用蛋白質(zhì)（如牛奶、豆?jié){、生雞蛋等）解毒,為不可逆沉淀。3.蛋白質(zhì)的變性——蛋白質(zhì)在一定條件下，共價(jià)鍵不變，但構(gòu)象發(fā)生變化而喪失生物活性的過(guò)程成為蛋白質(zhì)的變性

變性條件：

物理因素：加熱、高壓、振蕩或攪拌、紫外線(xiàn)化學(xué)因素：強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、重金屬鹽、生物堿試劑變性后的特點(diǎn)：①喪失生物活性②溶解度降低③易被水解變性的利用：①消毒、殺菌等；②排毒（重金屬鹽中毒的急救）③腫瘤的治療（放療殺死癌細(xì)胞）蛋白質(zhì)的鹽析和蛋白質(zhì)的變性有何區(qū)別？鹽析：加入輕金屬鹽可逆的物理變化

(仍然保持著其生理活性)變性：加入重金屬鹽不可逆的化學(xué)變化高分子溶液對(duì)溶膠的保護(hù)作用

高分子物質(zhì)吸附在溶膠粒子表面，包圍住膠粒，形成一層高分子保護(hù)膜，使其對(duì)介質(zhì)的親和力加強(qiáng)，阻止了膠粒之間的直接接觸，從而增強(qiáng)了溶膠的穩(wěn)定性。

保護(hù)作用在生理過(guò)程中很重要。血液碳酸鈣，磷酸鈣等微溶性的無(wú)機(jī)鹽類(lèi)，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(dāng)發(fā)生某些疾病使血液中的某些蛋白質(zhì)減少，是形成各種結(jié)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(duì)硫酸鋇溶膠起保護(hù)作用。凝膠定義：

在一定條件下，使高分子溶質(zhì)或膠體粒子相互連接，形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，而溶劑小分子充滿(mǎn)在網(wǎng)架的空隙中，成為失去流動(dòng)性的半固體狀體系，稱(chēng)為凝膠。

例如：魚(yú)湯在低溫下便會(huì)形成凝膠。液體含量多的凝膠叫膠凍，如血塊、果凍、魚(yú)凍等；液體含量少的稱(chēng)為干凝膠，如人的指甲、毛發(fā)、皮膚組織等。高分子化合物絕大多數(shù)是線(xiàn)形或分支形大分子，能形成凝膠是其普遍性質(zhì)。濃度越大，溫度越低，越容易形成凝膠。

凝膠的性質(zhì)

1.彈性各種凝膠在凍態(tài)時(shí)，彈性大致相同，但干燥后就顯出很大差別。一類(lèi)凝膠在烘干后體積縮小很多，但仍保持彈性，叫做彈性凝膠；例如：肌肉、皮膚、毛發(fā)、指甲等是由柔順性大的線(xiàn)形大分子所形成的凝膠，屬于彈性凝膠；另一類(lèi)凝膠烘干后體積縮小不多，但失去彈性，變脆，易磨碎，叫做脆性凝膠。例如：由硅酸溶膠、氫氧化鋁溶膠等所形成的凝膠，粒子間交聯(lián)性強(qiáng)，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)牢固，不易伸縮，則是脆性凝膠。2.膨潤(rùn)（溶脹）干燥的彈性凝膠放入適當(dāng)?shù)娜軇┲校瑫?huì)自動(dòng)吸收液體而膨脹