基礎(chǔ)化學(xué)第十三章 膠體溶液1

第五章膠體溶液

（ColloidSolution）

主要內(nèi)容第一節(jié)分散系統(tǒng)和膠體分散系基本概念第二節(jié)溶膠第四節(jié)表面活性劑和乳狀液目的要求了解分散系、分散度的概念。熟悉膠體分散系的特點(diǎn)。掌握溶膠的基本性質(zhì)和膠團(tuán)結(jié)構(gòu)。熟悉溶膠的穩(wěn)定因素及聚沉作用。熟悉表面活性劑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其在溶液中的狀態(tài)。了解兩種類(lèi)型的乳狀液、乳化作用。第一節(jié)分散系和膠體分散系一、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)：容納分散相的連續(xù)介質(zhì)。相：指體系中物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)完全相同的均勻部分。界面：相與相之間的接觸面。云，牛奶，珍珠一、基本概念

二、分散系統(tǒng)及其分類(lèi)分散相粒子大小(直徑)性質(zhì)分散體系＜1nm分子(離子)分散系真溶液均相，熱力學(xué)穩(wěn)定系統(tǒng)擴(kuò)散快，透濾紙和半透膜均相1～100nm膠體分散系高分子溶液均相，熱力學(xué)穩(wěn)定系統(tǒng)擴(kuò)散慢，透濾紙不透半透膜締合膠體均相，熱力學(xué)穩(wěn)定系統(tǒng)擴(kuò)散慢，透濾紙不透半透膜非均相溶膠非均相，熱力學(xué)不穩(wěn)定系統(tǒng)擴(kuò)散慢，透濾紙不透半透膜＞100nm粗粒分散系乳狀液懸浮液非均相，熱力學(xué)不穩(wěn)定系統(tǒng)不透濾紙和不透半透膜三、膠體分散系分散介質(zhì)分散相名稱(chēng)實(shí)例氣體液體氣溶膠霧氣體固體氣溶膠煙液體氣體泡沫膠生奶油液體液體乳狀液牛奶液體固體溶膠油漆，細(xì)胞液固體氣體泡沫浮石固體液體凝膠果凍固體固體固體溶膠紅寶石玻璃一些膠體的例子三、膠體分散系1．比表面與分散度①分散度：分散相在分散介質(zhì)中分散的程度。②比表面：?jiǎn)挝惑w積物質(zhì)所具有的表面積。三、膠體分散系的表面特性討論：S0常用來(lái)表示系統(tǒng)的分散度。S0↑，分散度↑，表面現(xiàn)象越突出。球形水滴分散時(shí)總表面積和比表面的變化半徑r/m液粒數(shù)S

/m2S0/m-110－211.26

10-33

10210－31031.26

10-23

10310－41061.26

10-13

10410－51091.26

1003

10510－610121.26

1013

10610－710151.26

1023

10710－810181.26

1033

10810－910211.26

1043

109當(dāng)rn=r/10n

時(shí)，An/A=10n

三、膠體分散系2．表面能，比表面自由能(比表面能)

分析液體表面分子與內(nèi)部分子受力情況：內(nèi)部：分子作用力合力＝0，移動(dòng)時(shí)能量沒(méi)有變化

表面：分子作用力合力指向液體內(nèi)部環(huán)境作功

轉(zhuǎn)化為表面能表面積增加當(dāng)把體相分子拉向表面時(shí)（T，p，n不變）三、膠體分散系

①表面功：形成新表面過(guò)程中所消耗的功（W′）。②表面能（G表）：表面功轉(zhuǎn)化為儲(chǔ)存于新形成的表面的能量?；虮砻娣肿颖葍?nèi)部分子多余的能量

W′=△rGm③比表面自由能（σ）：在T、p恒定的條件下

可逆增加單位表面積時(shí)系統(tǒng)表面自由能的增加。三、膠體分散系單位：J·m-2

又稱(chēng)為表面張力(與分子間力或表面組成有關(guān))討論:

△G總=△

G內(nèi)+△G

（1）對(duì)于一般(大塊或均相)系統(tǒng)，分散度很小，S0不大

△

G總

=△

G內(nèi)(△

G表

~忽略)（2）對(duì)于高度分散系(膠)，分散度很大

△G表不可忽略△

G總=△

G內(nèi)+△

G表

(當(dāng)無(wú)反應(yīng)發(fā)生,只表面變化時(shí),△

G內(nèi)=0)∴dG總=dG表=d(σ·s)=σ·ds

+s·dσ∴要使dG表＜0有兩條途徑：①s減小：面粉、奶粉自動(dòng)結(jié)塊，水滴呈球形②σ減?。何竭^(guò)程三、膠體分散系第二節(jié)溶膠一、溶膠的分類(lèi):名稱(chēng)分散介質(zhì)分散相實(shí)例氣溶膠氣液固云霧煙塵液溶膠液氣液(乳狀液)

固(懸浮液)各種泡沫牛奶泥漿固溶膠固氣液固泡沫玻璃珍珠有色玻璃按分散相和分散介質(zhì)的聚集狀態(tài)分類(lèi)二、溶膠的基本性質(zhì)1．基本特性：多相性；高度分散性；聚結(jié)不穩(wěn)定性。2．溶膠的光學(xué)性質(zhì)——

Tyndall現(xiàn)象二、溶膠的基本性質(zhì)溶液溶膠Tyndall現(xiàn)象產(chǎn)生的原因：二、溶膠的基本性質(zhì)吸收：取決于化學(xué)組成透射：粒徑<<波長(zhǎng)反射：粒徑

>>

波長(zhǎng)散射：粒徑≤波長(zhǎng) 真溶液粗分散溶膠透明有色(補(bǔ)色)混濁乳光透射吸收反射散射3．溶膠的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)（1）Brown運(yùn)動(dòng)二、溶膠的基本性質(zhì)

布朗運(yùn)動(dòng)Brown運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生原因：介質(zhì)分子、離子熱運(yùn)動(dòng)撞擊懸浮膠粒的結(jié)果。二、溶膠的基本性質(zhì)r↓、η↓、T↑Brown運(yùn)動(dòng)越明顯?。?）電泳：在外電場(chǎng)作用下，帶電膠粒在介質(zhì)中定向移動(dòng)的現(xiàn)象。二、溶膠的基本性質(zhì)4．溶膠的電學(xué)性質(zhì)

（2）電滲：在外電場(chǎng)作用下，液體介質(zhì)通過(guò)多孔膜向與其所帶電荷相反的電極方向定向移動(dòng)的現(xiàn)象。二、溶膠的基本性質(zhì)分散介質(zhì)帶正電+–泥土半透膜電泳電滲

定義在電場(chǎng)作用下，帶電膠粒在介質(zhì)中運(yùn)動(dòng)在外電場(chǎng)作用下，分散介質(zhì)的定向移動(dòng)

移動(dòng)物質(zhì)膠粒（分散相）介質(zhì)

移動(dòng)方向膠粒帶負(fù)電，稱(chēng)為負(fù)溶膠，向正極遷移；介質(zhì)帶正電，向負(fù)極遷移結(jié)論膠粒帶電介質(zhì)帶電二、溶膠的基本性質(zhì)總結(jié)：

三、膠團(tuán)結(jié)構(gòu)及溶膠的穩(wěn)定性1．膠粒帶電原因①膠核界面的選擇性吸附：選擇性地吸附分散系統(tǒng)中與其組成類(lèi)似的離子。

例如：制備氫氧化鐵溶膠：FeCl3+3H2O(沸)→Fe(OH)3+3HCl溶液中部分Fe(OH)3與HCl作用：

Fe(OH)3+3HCl→FeOCl+2H2O

FeOCl→FeO++Cl-②膠核表面分子的離解硅酸溶膠的膠核由許多xSiO2·yH2O分子組成，其表面：SiO2·H2OH2SiO3H2SiO3+

H+

+

H+三、膠團(tuán)結(jié)構(gòu)及溶膠的穩(wěn)定性反離子分布：吸附層和擴(kuò)散層之間的分界面靜電吸引熱運(yùn)動(dòng)膠體粒子電動(dòng)時(shí)近端反離子跟隨移動(dòng)遠(yuǎn)端反離子不跟隨移動(dòng)滑動(dòng)面：①

擴(kuò)散雙電層模型反離子定位離子滑動(dòng)面

吸附層擴(kuò)散層：吸附層擴(kuò)散層2．膠粒的雙電層結(jié)構(gòu)膠團(tuán)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(dòng)面膠核吸附層擴(kuò)散層膠粒膠團(tuán)反離子

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

KI→KNO3+AgI↓過(guò)量的KI作穩(wěn)定劑膠團(tuán)的結(jié)構(gòu)表達(dá)式：

[(AgI)mnI–(n-x)K+]x–xK+

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

KI→KNO3+AgI↓過(guò)量的AgNO3

作穩(wěn)定劑膠團(tuán)的結(jié)構(gòu)表達(dá)式：

[(AgI)mnAg+(n-x)NO3–]x+x

NO3–

|______________________________||_______________________________________|膠核膠粒膠團(tuán)膠團(tuán)的圖示式：②膠團(tuán)結(jié)構(gòu)：2．膠粒的雙電層結(jié)構(gòu)膠團(tuán)結(jié)構(gòu)分析：

[Fe(OH)3]m·nFeO+·(n-x)Cl-

x+·xCl-膠核吸附層擴(kuò)散層膠粒擴(kuò)散雙電層膠團(tuán)注：膠粒帶電，膠團(tuán)不帶電；溶膠中電性相反的離子Cl-均為水合的，稱(chēng)反離子。三、膠團(tuán)結(jié)構(gòu)及溶膠的穩(wěn)定性2．膠粒的雙電層結(jié)構(gòu)等電狀態(tài)再帶電現(xiàn)象三、膠團(tuán)結(jié)構(gòu)及溶膠的穩(wěn)定性2．膠粒的雙電層結(jié)構(gòu)加入電解質(zhì),吸附層的厚度一般不變,而擴(kuò)散層的厚度變薄,膠粒所帶凈余電荷下降四、溶膠的穩(wěn)定與聚沉1.穩(wěn)定原因：膠粒帶電膠粒表面水合膜的保護(hù)作用

動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性——Brown運(yùn)動(dòng)

2.溶膠的聚沉(膠粒從介質(zhì)中