第3節(jié) 膠體溶液

第三節(jié)膠體溶液一、基本概念

分散系：一種或幾種物質(zhì)分散在另一種物質(zhì)中所形成的系統(tǒng)。分散相：被分散的物質(zhì)。分散介質(zhì)：容納分散相的物質(zhì)。相：指體系中物理性質(zhì)和化學性質(zhì)完全相同的均勻部分。界面：相與相之間的接觸面。油水泥水NaCl溶液分散介質(zhì)分散相分散系Na+和Cl-小土粒小油滴水水水[舉例]細小的水滴分散在空氣中形成的云霧CO2分散在水中形成的汽水二、分類以分散質(zhì)直徑分

1、φ<1nm分子分散體系------真溶液2、1nm<φ<100nm膠體分散體系（1）高分子化合物溶液

（2）溶膠3、φ>100nm粗分散體系（1）懸濁液（2）乳濁液分子分散系也稱溶液。通常所說的溶液是指液態(tài)溶液，常把分散相稱為溶質(zhì)，把分散介質(zhì)稱為溶劑。膠體分散系又可分為溶膠和高分子溶液。溶膠的分散相粒子是由許多小分子或小離子聚集而成，溶膠是高度分散的非均相系統(tǒng)，較不穩(wěn)定。高分子溶液的分散相粒子是單個大分子或大離子，高分子溶液很穩(wěn)定，屬于均相系統(tǒng)。粗分散系包括懸濁液和乳濁液。懸濁液是固體小顆粒分散在液體介質(zhì)中形成的粗分散系。乳濁液是液體小液滴分散在另一種液體中形成的粗分散系。二、分散系統(tǒng)及其分類分散相粒子大小(直徑)分散相性質(zhì)實例＜1nm分子分散系分子分散體系（真溶液）原子、離子或分子均相，熱力學穩(wěn)定體系擴散快，透濾紙和半透膜生理鹽水、葡萄糖溶液1～100nm膠體分散系高分子溶液大分子均相，熱力學穩(wěn)定體系擴散慢，透濾紙不透半透膜蛋白質(zhì)溶液、核酸溶液溶膠膠粒（原子或分子的聚集體）非均相，熱力學不穩(wěn)定體系，擴散慢，透濾紙不透半透膜氫氧化鐵溶膠、硫化砷溶膠＞100nm粗分散體系乳狀液懸浮液粗顆粒非均相，熱力學不穩(wěn)定體系不透濾紙和不透半透膜泥漿、牛奶分散介質(zhì)分散相名稱實例氣體液體氣溶膠霧氣體固體氣溶膠煙液體氣體泡沫肥皂水泡沫液體液體乳狀液牛奶液體固體溶膠、懸浮液油漆，氫氧化鐵溶膠固體氣體固體泡沫饅頭、泡沫塑料固體液體凝膠果凍、珍珠固體固體固溶膠有色玻璃多相分散體系以分散相和分散介質(zhì)的聚集狀態(tài)分三、溶膠的制備與凈化1．分散法（1）研磨法是用膠體磨把大顆粒固體磨細，在研磨的同時加入穩(wěn)定劑。工業(yè)用的膠體石墨、顏料、醫(yī)用硫溶膠等都是用膠體研磨制成的。（2）膠溶法是一種使暫時凝集起來的分散相又重新分散的方法。把新生成的沉淀洗滌后，加入少量的穩(wěn)定劑，經(jīng)過攪拌，沉淀就重新分散而形成溶膠。（3）超聲波分散法：用超聲波所產(chǎn)生的能量來進行分散作用。

（一）溶膠的制備2．凝集法

化學凝集法是利用化學反應(yīng)使產(chǎn)物凝集而形成溶膠。在溶液中進行的復分解、水解、氧化還原等反應(yīng)，只要有一種產(chǎn)物的溶解度較小，就可以控制反應(yīng)條件使該產(chǎn)物凝集而得到溶膠。一般來說，在制備溶膠時，反應(yīng)物的濃度要比較稀，反應(yīng)物混合要比較緩慢，其中的一種反應(yīng)物要稍有過量。

（二）溶膠的凈化常用的凈化方法是將溶膠與純?nèi)軇┯冒胪改じ糸_，溶膠中的電解質(zhì)和雜質(zhì)的分子、離子可透過半透膜進入溶劑，而膠粒不能透過半透膜，不斷更換溶劑，可將電解質(zhì)和雜質(zhì)除去。這種利用半透膜凈化溶膠的方法稱為滲析。但滲析通常過慢，為加快速度，可在兩側(cè)施加電場，促使電解質(zhì)遷移加快，這稱為電滲析法(一）溶膠的光學性質(zhì)1．丁澤爾現(xiàn)象1869年，英國物理學家丁澤爾發(fā)現(xiàn)：在暗室中讓一束會聚的光通過溶膠，在與光束垂直的方向上可以看到一個圓錐形光柱，這種現(xiàn)象就稱為丁澤爾現(xiàn)象。溶膠的分散相粒子的直徑在1~100nm之間，小于可見光的波長（400~760nm)，因此當光通過溶膠時發(fā)生明顯的散射作用，產(chǎn)生丁澤爾現(xiàn)象。四、溶膠的性質(zhì)丁澤爾現(xiàn)象CuSO4溶液Fe(OH)3膠體2.丁澤爾現(xiàn)象產(chǎn)生的原因：吸收：取決于化學組成透射：粒徑<<波長反射：粒徑

>>波長散射：粒徑≤波長 真溶液粗分散溶膠透明有色(補色)混濁乳光透射吸收反射散射1.布朗運動

溶膠的分散相粒子在分散介質(zhì)中不停地做不規(guī)則的折線運動，這種運動稱為布朗運動。

（二）溶膠的動力學性質(zhì)

膠粒的Brown運動是由于膠粒受到處于不停運動的分散介質(zhì)分子撞擊，其合力不為零而引起的。1.電泳現(xiàn)象

在電場的作用下，帶電膠粒在分散介質(zhì)中的定向移動稱為電泳。電泳現(xiàn)象證明了膠體粒子帶有電荷。記?。篎e(OH)3膠體粒子帶正電荷，硅酸(H2SiO4)膠體粒子、土壤膠體粒子帶負電荷，淀粉膠體粒子、蛋白質(zhì)膠體粒子不帶電荷。（三）溶膠的電學性質(zhì)

2電滲：在外電場作用下，液體介質(zhì)通過多孔膜向與其所帶電荷相反的電極方向定向移動的現(xiàn)象。分散介質(zhì)帶正電+–泥土半透膜電泳電滲

定義在電場作用下，帶電膠粒在介質(zhì)中運動在外電場作用下，分散介質(zhì)的定向移動

移動物質(zhì)膠粒（分散相）介質(zhì)

移動方向膠粒帶負電，稱為負溶膠，向正極遷移；介質(zhì)帶正電，向負極遷移結(jié)論膠粒帶電介質(zhì)帶電總結(jié)：

四、膠體粒子的帶電性1．膠粒帶電原因①膠粒的選擇性吸附：選擇性地吸附分散系統(tǒng)中與其組成類似的離子。

例如：制備AgI溶膠：AgNO3+KI→AgI(溶膠)+KNO3若KI過量，則優(yōu)先吸附I-，因而帶負電若AgNO3過量，則優(yōu)先吸附Ag+，因而帶正電

②膠核表面分子的離解硅酸溶膠的膠粒由許多xSiO2·yH2O分子組成，其表面：SiO2·H2OH2SiO3H2SiO3+H+

+H+膠團結(jié)構(gòu)式：[(膠核)m

n定位離子（n–x）內(nèi)反離子]x+

x外反離子定位離子滑動面膠核緊密層分散層膠粒膠團反離子

膠團表面2膠體結(jié)構(gòu)：2．膠粒的雙電層結(jié)構(gòu)2．膠粒的雙電層結(jié)構(gòu)例1：AgNO3+

KI→KNO3+AgI↓過量的KI作穩(wěn)定劑膠團的結(jié)構(gòu)表達式：

[(AgI)mnI–(n-x)K+]x–xK+

|________________________||________________________________|膠核膠粒膠團膠團的圖示式：2．膠粒的雙電層結(jié)構(gòu)例2：AgNO3+

KI→KNO3+AgI↓過量的AgNO3作穩(wěn)定劑膠團的結(jié)構(gòu)表達式：

[(AgI)mnAg+(n-x)NO3–]x+x

NO3–

|______________________________||_______________________________________|膠核膠粒膠團膠團的圖示式：2．膠粒的雙電層結(jié)構(gòu)膠團結(jié)構(gòu)分析：氫氧化鐵膠體[Fe(OH)3]m·nFeO+·(n-x)Cl-

x+·xCl-五、溶膠的穩(wěn)定與聚沉

膠體是熱力學不穩(wěn)定的介穩(wěn)體系，但具有動力學穩(wěn)定性。

1.穩(wěn)定原因：膠粒帶電膠粒表面溶劑化膜的保護作用

動力學穩(wěn)定性——布朗運動

2.溶膠的聚沉(膠粒從介質(zhì)中析出的現(xiàn)象)(1)電解質(zhì)的聚沉作用

①聚沉原理：

∵加電解質(zhì)，迫使反離子更多進入緊密層，∴分散層變薄，穩(wěn)定性↓Cl-離子圍繞Fe(OH)3膠粒②聚沉值使一定量溶膠在一定時間內(nèi)發(fā)生聚沉所需電解質(zhì)的最小濃度。

單位：mmol·L-1

M↓，聚沉能力↑電解質(zhì)對溶膠的聚沉規(guī)律為：

（1）電解質(zhì)對溶膠的聚沉作用，主要是由與膠粒帶相反電荷的離子（反離子）引起的。反離子所帶電荷越多，其聚沉能力越大，聚沉值就越小。（2）同離子對聚沉的影響。當反離子相同時，同離子價數(shù)越高，聚沉能力越弱。如:KNO3>K2SO4>K4[Fe(CN)6]

（3）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：

Cs+＞Rb+＞K+＞Na+＞Li+對正溶膠來說，其聚沉能力的相對大小為：

Cl-＞Br-＞NO3＞I-2．溶膠的相互聚沉作用

將膠粒帶相反電荷的兩種溶膠混合，也會產(chǎn)生聚沉現(xiàn)象。與電解質(zhì)的聚沉作用不同的是，只有當兩種溶膠的膠粒所帶電荷完全中和時，才會完全聚沉；否則，可能聚沉不完全，甚至不聚沉。例1:在PH<7的Al（OH）3溶膠中，試分析下列電解質(zhì)對Al（OH）3溶膠的聚沉能力順序。（1）MgCl2（2）NaCl（3）Na2SO4(4)K3Fe(CN)6解：K3Fe(CN)6>Na2SO4>

NaCl>MgCl2六、高分子溶液1.定義：高分子化合物是相對分子質(zhì)量大于10000的化合物。也稱為高聚物。2.分類（1）天然高分子：蛋白質(zhì)、多糖等（2）人工合成：聚乙烯等3.性質(zhì)：穩(wěn)定的單相系統(tǒng)，不能透過半透膜。(1)、高分子溶液的鹽析要使高分子化合物從溶液中沉淀析出，必須加入大量的電解質(zhì)。通常把高分子在電解質(zhì)作用下從溶液中沉淀析出稱為高分子的鹽析。(2)、高分子對溶膠的絮凝作用在溶膠中加入少量的可溶性高分子，可導致溶膠迅速生成棉絮狀沉淀，這種現(xiàn)象稱為高分子對溶膠的絮凝作用。(3)、高分子對溶膠的保護作用在溶膠中加入一定量的高分子，能顯著地提高溶膠的穩(wěn)定性，這種現(xiàn)象稱為高分子對溶膠的保護作用作業(yè)1、1%蔗糖(C12H22O11)水溶液的密度1(g·ml-1)(蔗糖M=342，水的Kb=0