基礎(chǔ)化學(xué) 第五章膠體

第五章膠體教學(xué)要求掌握溶膠的基本性質(zhì)和膠團(tuán)結(jié)構(gòu)，溶膠穩(wěn)定性因素和聚沉作用；掌握大分子化合物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，大分子電解質(zhì)溶液的兩性電離與等電點(diǎn)，Donnan平衡及有關(guān)計(jì)算。熟悉膠體分散系區(qū)別于其他分散系的特征及表面活性劑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。了解分散系分類，表面吸附現(xiàn)象及表面能的物理意義，高分子溶液穩(wěn)定性因素。第一節(jié)膠體分散系第二節(jié)表面活性劑和乳狀液一、表面性質(zhì)二、乳狀液第三節(jié)溶膠一、溶膠的基本性質(zhì)二、膠團(tuán)結(jié)構(gòu)及溶膠的穩(wěn)定性第四節(jié)高分子溶液一、高分子化合物結(jié)構(gòu)特性及其溶液的形成二、聚電解質(zhì)溶液三、高分子溶液穩(wěn)定性的破壞四、高分子溶液滲透壓和膜平衡五、凝膠分散系的分類分散系：一種或數(shù)種物質(zhì)（分散相）分散在另一物質(zhì)（分散介質(zhì)）中所形成的系統(tǒng)。第一節(jié)膠體分散系粒子大小類型分散相粒子組成一般性質(zhì)<1nm真溶液低分子或離子均相；熱力學(xué)穩(wěn)定系統(tǒng)；能透過濾紙和半透膜1~100nm膠體分散系溶膠膠粒（分子、離子、原子的聚集體）

非均相；熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，能透過濾紙，不能透過半透膜高分子溶液高分子物質(zhì)的單個分子

均相；熱力學(xué)穩(wěn)定系統(tǒng)；能透過濾紙，不能透過半透膜締合膠體表面活性劑形成的膠束均相；熱力學(xué)穩(wěn)定系統(tǒng)；能透過濾紙，不能透過半透膜>100nm粗粒分散系（乳狀液、懸浮液）液/固態(tài)、粗粒子（如牛奶、泥漿）

非均相；熱力學(xué)不穩(wěn)定體系；不能透過濾紙和半透膜，膠體分散系—分散粒子大小在1~100nm之間的分散體系的分類：根據(jù)分散質(zhì)微粒的構(gòu)成來分類型分散相粒子組成性質(zhì)例子

膠體分散系溶膠原子、分子離的聚集體子非均相，不穩(wěn)定體系粒子擴(kuò)散慢粘度較小Fe(OH)3，AgI,金，銀等溶膠大分子溶液大分子均相，穩(wěn)定體系。粒子擴(kuò)散慢粘度較大蛋白質(zhì)，明膠等水溶液，核酸水溶液締合膠體膠束均相，粒子擴(kuò)散慢超過一定濃度的十二烷基磺酸鈉溶液根據(jù)分散質(zhì)狀態(tài)分氣溶液：煙、云、霧液溶膠：AgI膠體、Fe(OH)3膠體固溶膠：紅寶石玻璃、煙水晶第二節(jié)表面活性劑和乳狀液表面性質(zhì)1．分散度和比表面：

S0=S/V表面能與分散程度有關(guān)。分散相在介質(zhì)中的分散程度就是分散度，常用比表面S0表示：2．表面能任何兩相界面上的分子與其內(nèi)部分子所處狀態(tài)不同：S0是物質(zhì)的比表面，S是物質(zhì)的總表面積，V是物質(zhì)的體積。物質(zhì)的分散度越大比表面越大。物體中內(nèi)部與表面分子的能量是不一樣的。在兩相界面的分子(如B)與相內(nèi)的分子(如A),因所處的狀態(tài)不同,其位能不一樣。相內(nèi)分子所受分子間力平衡，而表面分子因?yàn)楹狭Σ粸榱?，有一個指向相內(nèi)的力。若要把內(nèi)部分子拉向表面，增大表面積，就要克服內(nèi)部分子引力而做功，在恒T、P下，稱為表面功或表面自由能。

結(jié)論：表面分子要比相內(nèi)分子多出一部分能量表面能。將物體分散(粉碎或霧化)，就是增加更多的表面能。表面張力：指沿液體表面垂直作用于單位長度上使表面收縮的力。液體表面有自動縮小表面積的趨勢。水的液滴聚集變大，可以縮小表面積，降低表面能。該結(jié)論對固體物質(zhì)同樣適用。例如：溶膠的聚沉3．表面吸附表面吸附：物質(zhì)在兩相界面上濃度自動發(fā)生變化的現(xiàn)象。純水中加入溶質(zhì)，水的表面張力會隨不同溶質(zhì)發(fā)生不同變化。

（1）無機(jī)鹽（2）大多數(shù)有機(jī)小分子（3）肥皂、洗滌劑4表面活性劑（1）無機(jī)鹽類為表面非活性物質(zhì)。

為使體系表面張力趨于最低，溶質(zhì)分子將自動濃集于溶液內(nèi)部，所以C內(nèi)>C表，這叫負(fù)吸附。

（2）（3）類為表面活性劑。

低級脂肪酸、醇、醛、高級脂肪酸、肥皂、合成洗滌劑等。表面活性劑會自動濃集于溶液表面，使C內(nèi)<C表，所以又叫正吸附。

1）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及作用原理：均含有疏水和親水兩類基團(tuán)的長鏈化合物。

作用原理：親水基團(tuán)進(jìn)入水中，而疏水基團(tuán)離開水相向表面集積，從而，分子走向排列或定向吸附在相界面上，從而降低水的表面張力，降低表面自由能，使體系穩(wěn)定。

表面活性劑在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用

膽汁中膽酸鹽可使食物中脂肪乳化，增加脂肪與消化液間接觸面積，使其與溶于水的酶充分作用，而使消化速度增大。磷脂不僅是細(xì)胞膜主要成分，也是體內(nèi)重要表面活性物質(zhì)，降低肺泡內(nèi)表面上水層表面張力，使肺保持正常呼吸功能，而不能塌陷。

締合膠體：當(dāng)加入的表面活性劑濃度達(dá)到一定量時，會在水相表面上定向排列，形成完整的單分子層膜，與此同時，進(jìn)入溶液中的表面活性劑互相將疏水基團(tuán)在內(nèi)，親水基團(tuán)朝向水面形成膠束而降低疏水基團(tuán)與水接觸面，從而體系穩(wěn)定。開始形成膠束時的最低濃度稱為臨界膠束濃度二乳狀液

一種液體被分散到另一種不相溶的液體中所組成的分散系叫乳狀液。乳狀液是一種多相不穩(wěn)定體系乳狀液中加入表面活性劑，此時又叫乳化劑。其分子在兩相界面上作定向排列，不僅降低相界面張力，而且形成一層包圍分散相液珠的具有一定機(jī)械強(qiáng)度的膜，阻止液滴因相互碰撞而聚結(jié)，使乳狀液得以穩(wěn)定存在。第三節(jié)溶膠一溶膠的基本性質(zhì)溶膠的多相性，高度分散性和聚結(jié)不穩(wěn)定性是溶膠的基本特性，它所具有的性質(zhì)都是由此引起（一）溶膠的光學(xué)性質(zhì)當(dāng)一束強(qiáng)光透過膠體時，可以看到一條光亮的通路，這種現(xiàn)象叫做丁達(dá)爾現(xiàn)象。用這種方法可以區(qū)別溶液和膠體。產(chǎn)生原因：當(dāng)顆粒大小d小于入射光波長入時，光環(huán)繞顆粒除入射光方向外，還向各方向散射，即每個顆粒又作為一個光源，向各方向發(fā)射光，散射出來的光稱乳光。產(chǎn)生條件：①顆粒大小合適，d<λ（1-100nm之間）

②分散相折光率(n1)與分散介質(zhì)折光率（n2）不同。散射現(xiàn)象的強(qiáng)弱：顆粒越大、越多；折光率相差越大散射越強(qiáng)。（二）動力學(xué)性質(zhì)——Brownianmovement

1Brownianmovement：顯微鏡下可見膠體粒子作不斷改變速度和方向的無規(guī)則運(yùn)動顆粒越小，溫度越高，布朗運(yùn)動越劇烈。布朗運(yùn)動并不是膠體特有的性質(zhì)。2擴(kuò)散與沉降平衡當(dāng)溶膠中的膠粒存在濃度差時，膠粒從濃度大的區(qū)域向濃度小的區(qū)域遷移，這種現(xiàn)象叫擴(kuò)散。在重力場中，膠粒受重力作用要下沉，這一現(xiàn)象稱為沉降。離心機(jī)使沉降平衡加速建立三、電學(xué)性質(zhì)膠體帶電規(guī)律：（1）金屬氫氧化物、金屬氧化物的膠粒吸附陽離子帶正電（2）非金屬氧化物、金屬硫化物、硅酸、土壤膠體吸附陰離子帶負(fù)電（3）AgI即可吸附I-，也可吸附Ag+，視兩者多少而吸附不同電荷（4）有些膠體如淀粉、蛋白質(zhì)一般不吸附各種離子。因形成水膜而穩(wěn)定存在（一）膠體帶電原因：①膠粒表面分子的電離SiO2+H2O

H2SiO3

2H++SiO32-

-

2H+被擴(kuò)散到溶液中，SiO32-留在膠粒表面使帶負(fù)電②膠粒選擇性吸附溶液中與其組成相似的粒子所致，如

[Fe(OH)3]m吸附FeO+[（AgI)]m吸附Ag+或I-As2S3吸附溶液中HS-而帶負(fù)電

二膠團(tuán)結(jié)構(gòu)及溶膠的穩(wěn)定性（二）膠粒的雙電層結(jié)構(gòu)：{[Fe(OH)3]m·nFeO+·(n-x)Cl-1}x+·xCl-

膠核吸附層

膠粒擴(kuò)散層膠團(tuán)由吸附層和擴(kuò)散層構(gòu)成的典型相反的兩層結(jié)構(gòu)，稱為擴(kuò)散雙電層

由吸附層和擴(kuò)散層構(gòu)成電性相反的兩層結(jié)構(gòu)叫擴(kuò)散雙電層，其界面叫滑動面。當(dāng)膠粒移動時，膠團(tuán)從吸附層和擴(kuò)散層間裂開。在膠體溶液中加入電解質(zhì)，迫使一部分反離子進(jìn)入吸附層，使擴(kuò)散層變薄，當(dāng)電解質(zhì)濃度加大時，擴(kuò)散層厚度可趨于零，在電場中不泳動（三）溶膠穩(wěn)定性溶膠穩(wěn)定性因素：a、膠粒帶電并形成雙電層，可阻止溶膠粒子在熱運(yùn)動過程中近距離碰撞；

b、吸附層離子水化，形成水化膜，以保持因碰撞引起合拼。c、動力學(xué)穩(wěn)定性，分子不停地做布朗運(yùn)動，從而克服重力引起的沉降作用(四)溶膠的聚沉現(xiàn)象穩(wěn)定因素受破壞，膠粒聚結(jié)析出稱為聚沉a、加熱，使V↑，碰撞聚沉，并使膠體解吸附

b、加入電解質(zhì)，破壞吸附層水化膜1）聚沉能力：與離子所帶電荷及濃度有關(guān)。在濃度相同時聚沉能力與相反離子所帶電荷的6次方成正比=16：26：36

使一定量溶膠在一定時間內(nèi)發(fā)生聚沉所需電解質(zhì)溶液的最小濃度，稱為臨界聚沉濃度（mmol/L）2）同價離子的聚沉能力：

（負(fù)）F->Cl->Br->I->CNS-，

（正）H+>Cs+>Rb+>NH4+>K+>Na+>Li-

c、加入帶相反電荷的溶膠，中和電荷，膠體相互聚沉。

3）一些有機(jī)離子具有非常強(qiáng)的聚沉能力可能是可被膠核強(qiáng)烈吸附的緣故。4）高分子溶液對溶膠的保護(hù)作用溶膠中加入高分子溶液，被溶膠吸附并把膠粒包圍起來，從而避免碰撞聚沉，使之穩(wěn)定存在。第四節(jié)高分子溶