膠體化學(xué)-緒論

膠體與界面化學(xué)名稱粒子大小特性粗分散體系>0.1μm熱力學(xué)不穩(wěn)定，動(dòng)力學(xué)也不穩(wěn)定，不擴(kuò)散，不滲析，在顯微鏡下可見(jiàn)膠體10-9～10-6m熱力學(xué)穩(wěn)定，但動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定，擴(kuò)散慢，不滲析，能通過(guò)濾紙，在超顯微鏡下可見(jiàn)分子分散體系<10-9m熱力學(xué)穩(wěn)定的均相體系，能透過(guò)半透膜，在超顯微鏡下不可見(jiàn)一膠體顆粒直徑在10-9-10-6m（1nm～1μm）的物質(zhì)（不管其聚集狀態(tài)是氣體、液體還是固體）稱為膠體。1什么是膠體？膠體定義的理解1、膠體是任何一種物質(zhì)，只要其至少一維直徑在1—1000nm就行。2、膠體研究的粒子大小為1—1000nm，說(shuō)明膠體的比表面積是非常大的。3、膠體往往不單獨(dú)存在，它總是一種物質(zhì)以一定的顆粒分散于另一種介質(zhì)中。因而是多相分散體系。

一提起膠體，有不少人就覺(jué)得應(yīng)該是一種粘粘糊糊的液體．其實(shí)不盡然，膠體的范圍十分廣泛，比如我們吃的饅頭、喝的稀粥、豆?jié){，用的墨水、牙膏；早晨的霧，煙囪里冒出的黑煙，名貴的珍珠、瑪瑙、水晶等都屬于膠體的范疇．毫不夸張地說(shuō)，我們所處的世界就是一個(gè)膠體世界分散體系

自然界沒(méi)有絕對(duì)的純物質(zhì)，所謂純都是相對(duì)的。整個(gè)自然界都是由分散體系組成的。

一種物質(zhì)以細(xì)小顆粒均勻分布在另一種物質(zhì)當(dāng)中

分散介質(zhì)分散相水小油滴

水小土粒水蔗糖分子乳濁液(油水)懸濁液(泥水)溶液(蔗糖溶液)分散介質(zhì)分散相

氣液固液固氣分散相分散介質(zhì)2膠體分散體系的分類①根據(jù)分散相和分散介質(zhì)物質(zhì)的狀態(tài)分類分散介質(zhì)

分散相

體系

實(shí)例

氣

液固氣溶膠

霧

煙、塵

液

氣

液

固液溶膠

泡沫乳狀液（牛奶、石油）

油漆

固

氣液

固

固溶膠

浮石、泡沫塑料

珍珠、某些寶石

合金、有色玻璃

說(shuō)明：有些分散體系，如乳狀液、泡沫、懸浮體等，其分散相顆粒已大于膠粒尺寸(

10–9-

10–7m

)，屬粗分散體系。盡管如此，這樣的體系仍有很大的相界面，與憎液溶膠一樣屬于熱力學(xué)不穩(wěn)定體系。因此，有時(shí)也把它們歸入膠體體系來(lái)討論。

②以結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性分類

1）憎液溶膠（簡(jiǎn)稱：溶膠）膠粒由許多分子組成，體系的相界面大，界面能高，所以極易被破壞而聚沉，并且不能恢復(fù)溶膠原態(tài)。憎液溶膠是熱力學(xué)不穩(wěn)定體系。膠粒與液體介質(zhì)之間的親合性弱，所以叫憎液溶膠

2）親液溶膠親液溶膠又稱：大分子化合物溶液、分子溶膠。溶液中分子的大小在膠體范圍內(nèi).具有膠體的一些特性，如擴(kuò)散慢、不透過(guò)半透膜以及丁鐸爾效應(yīng)等。但親液溶膠是以單個(gè)分子為分散相的真溶液（單相體系），與介質(zhì)無(wú)相界面。親液溶膠具有熱力學(xué)熱穩(wěn)定性和聚沉可逆性。分子分散相和液體介質(zhì)間有很大的親合能力，所以叫親液溶膠。名稱性質(zhì)比較舉例親和力大小沉降時(shí)帶介質(zhì)的情況憎液溶膠大√高分子溶液親液溶膠小溶膠性質(zhì)憎液溶膠親液溶膠電解質(zhì)的存在必要的穩(wěn)定因素非必要的穩(wěn)定因素對(duì)電解質(zhì)的穩(wěn)定性低很高聚沉的可逆性不可逆可逆電鏡下的可見(jiàn)性可見(jiàn)不可見(jiàn)黏度與溶劑差別小比溶劑大滲透壓小顯著粒子所帶電荷固定，不易變電荷pH隨而變大分子溶液與溶膠性質(zhì)的對(duì)比性質(zhì)溶膠大分子溶液粒子大小11000nm11000nm分散質(zhì)存在形式若干分子形成的膠粒單個(gè)分子能否透過(guò)半透膜不能不能擴(kuò)散速度慢慢系統(tǒng)性質(zhì)多相、熱力學(xué)不穩(wěn)定系統(tǒng)均相、熱力學(xué)穩(wěn)定系統(tǒng)丁鐸爾效應(yīng)強(qiáng)微弱粘度大小小(與純?nèi)軇┱扯认嗨?大對(duì)電解質(zhì)的敏感性敏感(加入少量電解質(zhì)就會(huì)聚沉）不敏感(加入大量電解質(zhì)會(huì)發(fā)生鹽析）舉例空氣看成是一種氣溶膠

習(xí)慣上大氣氣溶膠是指大氣中懸浮著的各種固態(tài)和液態(tài)粒子（霾、飄塵、煙霧、冰晶、云霧滴、雨滴、雪花、霰、冰雹等）。

泡沫

泡沫是氣體分散在液體或固體中形成的分散體系。分散相：氣體分散介質(zhì)：液體/固體需泡沫與不要泡沫的工業(yè)應(yīng)用需到泡沫泡沫滅火器水泥礦物浮選及除污泥清潔用品玩具需要抑泡及消泡微生物發(fā)酵造紙廢水排放乳化涂料電鍍工業(yè)清洗

乳狀液的類型

乳狀液

乳狀液是一種液體以直徑大于100nm的細(xì)小液滴(分散相)在另一種互不相溶的液體(分散介質(zhì))中所形成的粗粒分散系。

僅僅兩種不相容的純液體（如油和水）并不能形成乳狀液，它們必須在乳化劑（如肥皂）的作用下才能穩(wěn)定。

如牛奶，含水石油，乳化農(nóng)藥等。乳狀液可分為兩大類型水包油，O/W，油分散在水中油包水，W/O，水分散在油中O/W(水包油型)W/O(油包水型)在適當(dāng)?shù)娜榛瘎l件下，可形成O/W(水包油型)或W/O(油包水型)乳狀液。O/W型:

牛奶、魚肝油乳劑、農(nóng)藥乳劑等；W/O型:

油劑青霉素注射液、原油等。

砂粒、昆蟲、氣泡、碎屑等外物落入珠母貝體內(nèi)，外套膜分泌的珍 珠質(zhì)沉積在外物上形成的物體。珍珠由圓黑珍珠、水滴形白珍珠、18K白色金配鑲鉆石而成；珍珠吊耳環(huán)價(jià)格409萬(wàn)港元成交；亞洲之珠全球第二，重605g.1628年在波斯灣采集，被波斯王蒙烏爾買下。100年后將其贈(zèng)給中國(guó)乾隆皇帝，慈禧太后獲得后給配上一塊“璧璽”，1908年八國(guó)聯(lián)軍搶走。1918年出現(xiàn)在香港。后被一對(duì)比利時(shí)夫婦盜走。二戰(zhàn)后在法國(guó)被拍賣，現(xiàn)仍在法國(guó)。希望珍珠世界名珠-“希望珍珠”（HopePearl），是淡水珠，長(zhǎng)5cm，最大周長(zhǎng)11.5cm，重86.4克。1886年投入市場(chǎng)，1974年被一收藏家用20萬(wàn)美金收藏?，F(xiàn)陳列于大不列顛國(guó)家歷史博物館。

最大的天然海水珍珠

1934年在菲律賓回教部落發(fā)現(xiàn)，重8.266kg,因酷似“阿拉”，將其命名委“真主之珠”。又因像“老子”，稱“老子之珠”?，F(xiàn)報(bào)價(jià)650萬(wàn)美金。

世界上最大的天然淡水珍珠-太湖神珠1987年一農(nóng)民在太湖購(gòu)珠母蚌時(shí)獲得（15年齡），重194.81g。它是世界上最大的天然淡水珍珠，1997年被香港商人60萬(wàn)購(gòu)買。土壤也是一種分散系，其分散相是土粒，分散介質(zhì)是水。通常條件下，直徑小于2um（或1um）的土粒便具有膠體的性質(zhì)，因而被視為土壤膠體顆粒膠體分散系是土壤中最活躍的部分，它是土壤各種物、化性質(zhì)的基礎(chǔ)土壤

土壤膠體表面所吸附的陽(yáng)離子，與土壤溶液中的陽(yáng)離子或不同膠體上的陽(yáng)離子相互交換的作用，稱為陽(yáng)離子交換作用。

土壤膠粒Ca2+

+2KCl=土壤膠粒K+K++CaCl2陽(yáng)離子交換作用對(duì)土壤中養(yǎng)分的保持和供應(yīng)起著重要作用。當(dāng)土壤溶液中陽(yáng)離子吸附在膠體上時(shí)，表示陽(yáng)離子養(yǎng)分的暫時(shí)保蓄，即保肥過(guò)程；當(dāng)膠體上的陽(yáng)離子解離至土壤溶液中時(shí)，表示養(yǎng)分的釋放，即供肥過(guò)程。

土壤的陽(yáng)離子交換豆腐凝膠

豆腐凝膠的發(fā)展

大豆源于中國(guó)，在五六千年前已是一種主要作物。商代甲骨文中有大豆。我國(guó)古代稱豆為“菽”，如今拉丁語(yǔ)、俄語(yǔ)、英語(yǔ)中的大豆(soybean)都源自“菽”的發(fā)音。

制作豆腐的原理

鹵水點(diǎn)豆腐的原理：因?yàn)槎垢脑宵S豆富含蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)含量36%～40%，經(jīng)水浸、磨漿、除渣、加熱，得到的蛋白質(zhì)的膠體(一種介于溶液和懸濁液、乳濁液之間的混合物)。點(diǎn)豆腐就是設(shè)法使蛋白質(zhì)發(fā)生凝聚而與水分離。

鹽鹵是結(jié)晶氯化鎂的水溶液，屬電解質(zhì)溶液，可以中和膠體微粒表面吸附的離子的電荷，使蛋白質(zhì)分子凝聚起來(lái)得到豆腐。既然點(diǎn)豆腐是讓蛋白質(zhì)發(fā)生凝聚，所采用的凝膠劑就不一定是非鹽鹵不可，其他如石膏、酯酸、檸檬酸等都有相同的作用，都可用來(lái)點(diǎn)豆腐。這里還有值得一提的是，近年來(lái)在市場(chǎng)上銷售一種盒裝豆腐，它潔白細(xì)膩，質(zhì)量明顯高于傳統(tǒng)方法制做的豆腐，原來(lái)，它的凝固劑采用了一種新的化學(xué)物質(zhì)——葡萄糖酸內(nèi)酯，這也是新科技用于食品加工的一個(gè)例子。明礬的凈水原理明礬是由硫酸鉀和硫酸鋁混合組成的復(fù)鹽。明礬一碰到水，就會(huì)發(fā)生化學(xué)變化。硫酸鋁和水起化學(xué)變化后生成白色絮狀的沉淀——?dú)溲趸X。這種氫氧化鋁，是一種膠體粒子，帶有電荷。所不同的是，氫氧化鋁膠粒帶正電。它一碰上帶負(fù)電的泥沙膠粒，彼此就中和了并且很快聚結(jié)在一起，粒子越結(jié)越大，就沉入水底。這樣，水就變得清澈干凈了。為什么兩種不同牌號(hào)的墨水不能混合使用？

因?yàn)槟疄槟z體，不同牌號(hào)的墨水其膠粒所帶的電荷的電性可能不同。當(dāng)兩種不同牌號(hào)的墨水混合使用時(shí)，膠粒的電荷被中和，墨水膠體發(fā)生聚沉，固體顆粒會(huì)堵塞筆孔，造成鋼筆下水不暢。因此，兩種不同牌號(hào)的墨水不能混合使用。“三角洲”是怎樣形成的？

在河流入?？冢缟虾?，是因?yàn)楹铀秃Ｋ某煞植煌?，所含的膠體微粒就不同，當(dāng)帶正電的微粒與帶負(fù)電微粒相遇時(shí)，就發(fā)生膠體的聚沉，產(chǎn)生了沉淀。血液血液本身就是由血球在血漿中形成的膠體分散系，與血液有關(guān)的疾病的一些治療、診斷方法就利用了膠體的性質(zhì)，如血液透析、血清紙上電泳等。在醫(yī)學(xué)上，越來(lái)越多地利用高度分散的膠體來(lái)檢驗(yàn)或治療疾病，如膠態(tài)磁流體治癌術(shù)是將磁性物質(zhì)制成膠體粒子，作為藥物的載體，在磁場(chǎng)作用下將藥物送到病灶，從而提高療效。3膠體的基本特性

1、粒度小、分散度高、比表面積大

巨大的比表面積使體系中處在表面的分子或原子所占比例加大，因而使膠體體系具有很強(qiáng)的吸附能力。

2特殊的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)

3特殊的穩(wěn)定性

外力膠體狀態(tài)分散粗分散狀態(tài)化學(xué)劑3強(qiáng)烈的尺寸效應(yīng)粒徑的減小，使得材料性質(zhì)發(fā)生大的變化：如熔點(diǎn)、電學(xué)性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)等。

由圖可以看出：d>10nm熔點(diǎn)下降很少d<10nm,

熔點(diǎn)開始明顯下降;d<3-5nm時(shí),熔點(diǎn)開始急劇下降.近年了，物理學(xué)和生命科學(xué)的發(fā)展給膠體化學(xué)增加了新的內(nèi)容，例如：超細(xì)顆粒三、膠體與界面化學(xué)研究涉及領(lǐng)域★農(nóng)業(yè)★生物學(xué)與醫(yī)學(xué)★日用品的生產(chǎn)與使用★輕工業(yè)★環(huán)境科學(xué)★分析化學(xué)★材料★海洋科學(xué)★天文與氣象學(xué)★油田開發(fā)膠體化學(xué)的發(fā)展史古老而年輕的科學(xué)史

前：陶器漢朝：纖維造紙后漢：墨的發(fā)明、豆腐制作古埃及：木材浸水膨脹來(lái)破裂山巖瑞典：化學(xué)家Scheele于1777年木炭

吸附氣體實(shí)驗(yàn)俄羅斯：1809年化學(xué)家Рейсс土粒的電泳現(xiàn)象英國(guó)：1829年Brown發(fā)現(xiàn)了Brown運(yùn)動(dòng)一八六一年以前煉丹制備金汁，這是懸浮于水中的金微粒，最早的納米粒子活性炭公元前五世紀(jì)，古希臘的醫(yī)學(xué)創(chuàng)始人希波克拉底已知用炭可以除去腐敗傷口的污穢氣味，這是氣體吸附的早期應(yīng)用1777年,瑞典化學(xué)家做木炭吸附氣體的實(shí)驗(yàn)1809年,俄國(guó)化學(xué)家Scheele發(fā)現(xiàn)土粒的電泳現(xiàn)象1829年,英國(guó)植物學(xué)家Brown觀察花粉的布朗運(yùn)動(dòng)1861年，英國(guó)科學(xué)家Graham系統(tǒng)研究，區(qū)分晶體和膠體的概念，提出名詞，如：膠體、溶膠、凝膠、膠溶、滲析等。溶液水半透膜ThomasGraham實(shí)驗(yàn)ResultsI:一些物質(zhì)，如氯化鈉等無(wú)機(jī)鹽，可以透過(guò)半透膜，溶液蒸干后，溶質(zhì)以晶體形式析出。晶體II：如氫氧化鐵、蛋白質(zhì)等，其溶液不能透過(guò)半透膜，蒸干后，以粘稠形式出現(xiàn)。膠體1861年1861年，膠體化學(xué)作為一門學(xué)科，創(chuàng)始人英國(guó)科學(xué)家ThomasGraham提出膠體概念1903年，Zsigmondy（