第二章膠體溶液和表面現(xiàn)象

第二章膠體溶液和表面現(xiàn)象第一頁，共三十四頁，2022年，8月28日分散系的分類膠體分散系包括溶膠、高分子溶液和締合膠體。分散系分子或離子分散系（真溶液）d<1nm膠體分散系（溶膠&高分子溶液）1<d<100nm粗分散系（懸濁液&乳濁液）d>100nm第二頁，共三十四頁，2022年，8月28日第一節(jié)溶膠一、溶膠的性質(zhì)1、溶膠對(duì)過濾器的通透性（不同過濾器通透性不同）2、光學(xué)性質(zhì)（Tyndall現(xiàn)象）

粒子粒徑大于照射光的波長時(shí)，粒子表面反射光；粒徑略小于波長時(shí)，發(fā)生散射成乳光。Fe(OH)3膠體丁達(dá)爾效應(yīng)示意圖光源凸透鏡光錐第三頁，共三十四頁，2022年，8月28日

將溶膠置于暗處，用一束強(qiáng)光照射溶膠，在與光束垂直的方向觀察，可以看到溶膠中有一束渾濁發(fā)亮的光柱，這種現(xiàn)象是由英國物理學(xué)家丁鐸爾發(fā)現(xiàn)的，稱為丁鐸爾現(xiàn)象或乳光現(xiàn)象。丁鐸爾現(xiàn)象利用丁鐸爾現(xiàn)象可以區(qū)別真溶液、膠體溶液和粗分散系。第四頁，共三十四頁，2022年，8月28日

第二節(jié)膠體溶液和高分子化合物溶液

森林中的

丁鐸爾現(xiàn)象丁鐸爾現(xiàn)象第五頁，共三十四頁，2022年，8月28日3.動(dòng)力學(xué)性質(zhì)(布朗運(yùn)動(dòng))

1827年植物學(xué)家布朗用顯微鏡觀察到懸浮在液面上的花粉粉末不斷地作不規(guī)則的運(yùn)動(dòng)。布朗運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的原因：1、分散介質(zhì)分子對(duì)分散質(zhì)粒子的不斷撞擊。2、分散質(zhì)粒子本身處于不斷的熱運(yùn)動(dòng)中。

1、布朗運(yùn)動(dòng)與擴(kuò)散第六頁，共三十四頁，2022年，8月28日由于微粒的熱運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的物質(zhì)從高濃度區(qū)域向低濃度區(qū)域自動(dòng)遷移的現(xiàn)象稱為擴(kuò)散。擴(kuò)散是雙向運(yùn)動(dòng)。擴(kuò)散膠粒越小，運(yùn)動(dòng)速度就越快，布朗運(yùn)動(dòng)就越劇烈。2、沉降平衡第七頁，共三十四頁，2022年，8月28日

電泳：在外電場(chǎng)作用下，膠粒向電極移動(dòng)的現(xiàn)象。

4.溶膠的電學(xué)性質(zhì)第八頁，共三十四頁，2022年，8月28日電滲：在外電場(chǎng)作用下，限制膠粒不能移動(dòng)，而液體介質(zhì)發(fā)生定向移動(dòng)的現(xiàn)象。第九頁，共三十四頁，2022年，8月28日

膠粒帶電的原因：1、膠粒在溶液中選擇性吸附與膠粒組成有關(guān)的粒子。2、膠粒表面的分子電離，一種離子脫離膠粒進(jìn)入溶液，另一種離子留在膠粒表面。{[Fe(OH)3]m·nFeO+·(n-x)Cl-}x+·xCl-

膠核電位離子反離子反離子

如Fe(OH)3溶膠：

電位離子:能使固體表面帶電的離子稱為電位離子。反離子:溶液中與電位離子帶相反電荷的離子稱為反離子。第十頁，共三十四頁，2022年，8月28日

三、膠團(tuán)結(jié)構(gòu){[Fe(OH)3]m·nFeO+·(n-x)Cl-}x+·xCl-

膠核電位離子反離子反離子第十一頁，共三十四頁，2022年，8月28日I—膠核(AgI)mI-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+吸附層擴(kuò)散層膠粒膠團(tuán)

膠團(tuán)結(jié)構(gòu)式：

[（AgI）m·nI-·(n-x)K+]X-·xK+第十二頁，共三十四頁，2022年，8月28日例：用AgNO3溶液與過量KI溶液作用制備的AgI溶膠，膠團(tuán)結(jié)構(gòu)式為：

[(AgI)m·nI-·(n-x)K+}x-·xK+例：用KI溶液與過量AgNO3溶液作用制備的AgI溶膠，膠團(tuán)結(jié)構(gòu)式為：

[(AgI)m·nAg+·(n-x)NO3-}x+·xNO3-例：As2S3溶膠膠團(tuán)的結(jié)構(gòu)式為：

[(As2S3)m·nHS-·(n-x)H+}x-·xH+例：硅酸溶膠的膠團(tuán)結(jié)構(gòu)式為：

[(H2SiO3)m·nHSiO3-·(n-x)H+}x-·xH+第十三頁，共三十四頁，2022年，8月28日二、溶膠的穩(wěn)定性和聚沉1.溶膠的穩(wěn)定性溶膠穩(wěn)定的主要原因:（1）膠粒間同種電荷的排斥作用（2）膠粒的溶劑化作用（3）膠粒的布朗運(yùn)動(dòng)2.溶膠的聚沉(1)電解質(zhì)的聚沉作用

電解質(zhì)聚沉的主要原因:①中和了膠粒的電荷②破壞了膠粒的溶劑化膜第十四頁，共三十四頁，2022年，8月28日

電解質(zhì)聚沉能力的大小:①聚沉能力主要取決于與膠粒帶相反電荷的離子的價(jià)數(shù)。價(jià)數(shù)越高,聚沉能力越強(qiáng)。②同價(jià)離子的聚沉能力隨離子水化半徑的增大而減小。聚沉值:使一定量的溶膠在一定時(shí)間內(nèi)開始聚沉所需電解質(zhì)的最低濃度。聚沉值越小,聚沉能力越強(qiáng)。3價(jià)離子＞2價(jià)離子＞1價(jià)離子第十五頁，共三十四頁，2022年，8月28日(2)加入帶相反電荷的溶膠（溶膠的相互聚沉）聚沉的主要原因:

膠粒所帶電荷被中和。

(3)加熱加熱能破壞膠體的主要原因:①膠粒運(yùn)動(dòng)加劇,碰撞機(jī)會(huì)增多。②膠粒所帶電量減少。應(yīng)用：Ⅰ、土壤中的Fe(OH)3、Al(OH)3等正電溶膠和粘土、腐殖質(zhì)等負(fù)電溶膠互相聚沉，對(duì)土壤膠粒的結(jié)構(gòu)有重要影響；

Ⅱ、明礬的凈水作用：明礬溶于水，水解形成Al(OH)3溶膠，結(jié)構(gòu)為｛[Al(OH)3]m﹒nAl3+﹒（n-x）SO42-｝2x+﹒xSO42-;膠粒帶正電，而天然水中的懸浮粒子一般帶負(fù)電荷。第十六頁，共三十四頁，2022年，8月28日第二節(jié)高分子化合物溶液第十七頁，共三十四頁，2022年，8月28日

高分子化合物是指相對(duì)分子質(zhì)量在1萬以上，甚至高達(dá)幾百萬的大分子化合物。

高分子溶液是指高分子溶解在適當(dāng)?shù)娜軇┲兴纬傻娜芤?。一、高分子溶液第十八頁，共三十四頁?022年，8月28日

溶膠、高分子溶液和溶液三者的性質(zhì)比較性質(zhì)溶膠高分子溶液溶液分散相粒子分子或離子的聚集體單個(gè)分子、離子單個(gè)分子、離子粒子直徑1～100nm1～100nm小于1nm擴(kuò)散速率慢慢快半透膜不能透過不能透過能透過丁鐸爾現(xiàn)象明顯微弱很微弱體系穩(wěn)定性相對(duì)穩(wěn)定均勻穩(wěn)定均勻穩(wěn)定加入電解質(zhì)少量即發(fā)生聚沉大量時(shí)發(fā)生聚沉穩(wěn)定粘度小大小二、高分子化合物溶液的形成和特征第十九頁，共三十四頁，2022年，8月28日2、是單個(gè)分子分散的單相體系，是真溶液，溶解過程是自動(dòng)的，也是可逆的，是熱力學(xué)的穩(wěn)定體系。3、無丁達(dá)爾效應(yīng)因?yàn)楦叻肿踊衔锓肿又泻写罅康挠H水基團(tuán)(-OH，-COOH、-NH2)，溶劑化作用強(qiáng)，溶質(zhì)與溶劑間無界面。1、高分子化合物的分子量可達(dá)幾百萬，長度可達(dá)幾百納米，但截面積只相當(dāng)于一個(gè)普通分子大小。第二十頁，共三十四頁，2022年，8月28日

由于高分子化合物溶液比較穩(wěn)定，在溶膠中加入一定量的高分子化合物，能顯著提高溶膠對(duì)電解質(zhì)的穩(wěn)定性，這種現(xiàn)象稱為高分子化合物對(duì)溶膠的保護(hù)作用。

三、高分子化合物溶液對(duì)溶膠的保護(hù)作用第二十一頁，共三十四頁，2022年，8月28日

保護(hù)作用示意圖高分子化合物溶液對(duì)溶膠的保護(hù)作用

高分子被吸附在膠粒的表面上，包裹住膠粒，形成了一層高分子保護(hù)膜，阻止了膠粒間的聚集。原因第二十二頁，共三十四頁，2022年，8月28日

正常人血液中的CaCO3、Ca3(PO4)2是以溶膠的形式存在并被蛋白質(zhì)等高分子所保護(hù)，所以它們?cè)谘褐械暮侩m比在水中的溶解度大得多，但仍然能穩(wěn)定存在而不聚沉。當(dāng)發(fā)生某些疾病使血液中的蛋白質(zhì)減少時(shí)，就可使難溶鹽的溶膠發(fā)生聚沉，沉積在膽、腎等器官中形成結(jié)石。生理意義高分子化合物溶液對(duì)溶膠的保護(hù)作用第二十三頁，共三十四頁，2022年，8月28日

高分子化合物對(duì)溶膠的保護(hù)作用：保護(hù)作用：例：Fe(OH)3溶膠，加入白明膠（高分子化合物溶液）后再加電解質(zhì)不易聚沉。第二十四頁，共三十四頁，2022年，8月28日

許多高分子溶液和某些溶膠在一定條件下粘度逐漸增大，最后失去流動(dòng)性，變成彈性的半固體狀態(tài)，這個(gè)過程稱為膠凝。所形成的彈性半固體物質(zhì)稱為凝膠。

人體內(nèi)的肌肉、皮膚、臟器、血管壁及毛發(fā)、指甲、軟骨等都可以看成是凝膠，人體中約占體重2/3的水，基本上也是保存在凝膠里。第三節(jié)凝膠第二十五頁，共三十四頁，2022年，8月28日

彈性凝膠：經(jīng)烘干后體積縮小很多，但仍保持彈性

例如：肌肉、腦髓、軟骨、指甲、毛發(fā)等凝膠。脆性凝膠：凝膠烘干后體積縮小不多，但彈性已失去并具有脆性

例如：氫氧化鋁、硅酸等形成的凝膠凝膠分類第二十六頁，共三十四頁，2022年，8月28日

干燥的彈性凝膠放入適當(dāng)?shù)娜軇┲?，?huì)自動(dòng)吸收液體而膨脹，體積增大，這個(gè)過程叫做膨潤或溶脹。脆性凝膠幾乎不能膨潤。膨潤在生理過程中有著重要的作用。植物的種子只有膨潤后才能發(fā)芽生長。人體構(gòu)成血管壁的凝膠膨潤能力減低，會(huì)使血管硬化。隨著有機(jī)體的逐漸衰老，膨潤能力也逐漸減弱，皮膚出現(xiàn)的皺紋就是有機(jī)體的膨潤能力減退的表現(xiàn)。凝膠膨潤或溶脹第二十七頁，共三十四頁，2022年，8月28日第三節(jié)、表面現(xiàn)象

表面張力：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。由于內(nèi)外受力不均勻存在著使液面緊縮的力，稱為表面張力。第二十八頁，共三十四頁，2022年，8月28日1g水滴分散成直徑2nm的小水滴，總面積為原來的625萬倍，增加的能量可將這1g水的溫度升高50℃。同一體系，其分散度越大，其表面能越大。膠體是一種高度分散的多相體系，具有很大的比表面，因此表面能很大。能量越高，體系越不穩(wěn)定，膠體是熱力學(xué)的不穩(wěn)定體系。第二十九頁，共三十四頁，2022年，8月28日表面活性劑表面活性物質(zhì)：溶于水后能顯著降低溶液的表面能（表面張力）的物質(zhì)稱為表面活性劑。分類：1、離子型表面活性劑2、非離子型表面活性劑第三十頁，共三十四頁，2022年，8月28日

二、表面吸附

一種物質(zhì)自動(dòng)濃集到另一物質(zhì)表面上的過程叫吸附。其中有吸附能力的物質(zhì)稱為吸附劑;被吸附的物質(zhì)稱為吸附質(zhì)。

物體表面的粒子（分子、原子或離子）比內(nèi)部粒子有更高的能量。表面粒子比內(nèi)部粒子多出的這部分能量稱為表面能。

E=

δ

×S

第三十一頁，共三十四頁，2022年，8月28日表面活性劑的結(jié)構(gòu)

從分子結(jié)構(gòu)來看，其特點(diǎn)是具有雙親基團(tuán)的物質(zhì)：親水基：如-OH,-COOH,-NH2,-SO3H等