单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第五章 胶 体,*,Chapter 5,Colloid,研究内容：,涉及物理学中的光学、电学、流体力学和流变学，同时还涉及外表化学、电化学。,从应用来说，普及生命现象血液、骨组织、细胞膜、材料陶瓷、水泥、纤维、塑料、多孔吸附剂、有色玻璃以及微米与纳米材料、食品牛奶、啤酒、面包、能源油、气的地质勘探、钻井、采油、储运，石油炼制、油品回收、乳化和破乳等、环境烟雾、除尘、污水处理等各领域。因此，虽然历史上曾称为胶体化学，现在那么将这一学科称为胶体科学。,胶体是自然界中存在的一种分散体系*。,胶体是物质的一种分散体系，通常规定胶体颗粒的大小为1100nm，因此，胶体体系是物质的一种特殊状态，而不是特殊的物质。任何一种物质在一定条件下可以晶体的形式存在，在另一种条件下却可以胶体的形态存在。,例如：构成机体组织和细胞的根底物质蛋白质、核酸、糖原等都是胶体物质；体液如血液、细胞液等具有胶体的性质；许多药物*以胶体形式进行生产和使用。因此，医学生有必要学习胶体的有关知识。,【内容提要】,第一节 胶体分散系,第二节 溶胶,第三节 高分子溶液,第四节 外表活性剂和乳状液,第一节 胶体分散系,一、胶体,分散系的制备,胶体分散系,包括溶胶(sol)、高分子溶液(macro-molecular solution)和缔合胶体(associated colloid)。,胶体分散系,的分散相粒子的大小介于1nm100nm之间。,表5-1 一些胶体的例子,表5-1 一些胶体的例子,分散介质,分散相,名称,实例,气体,液体,气溶胶,雾,气体,固体,气溶胶,烟,*,液体,气体,泡沫胶,生奶油,液体,液体,乳状液,牛奶,液体,固体,溶胶,油漆,固体,液体,凝胶,果冻,固体,固体,固体溶胶,红宝石玻璃,胶体分散系的制备方法：分散法和凝聚法，,前者是使大粒子变小，后者是使较小的粒子凝聚成胶体粒子。,分散法,凝聚法,研磨法,超声波法,胶磨法,电弧法,物理凝聚法,化学凝聚法,界面与外表：对于相互接触的不同聚集状态的物质，相与相之间的边界皆称界面，相界面上发生的物理化学现象统称为界面现象*。,固相或液相与其蒸汽或与空气相接触的界面习惯上称为外表*，一般在要求不严格的情况下界面与外表可以通用。,二、胶体分散系的外表特性*,总之，,溶胶是由,分散相,高度分散,到介质中所形成的多相分散系统,*,。,高度分散，使得分散相的外表积急剧增大。,例如：边长为1cm立方体的外表积是6cm2，当它分散为1012个小立方体*，总体积不变，而总外表积却增大为60 000cm2。,气溶胶：,烟、粉尘；雾,*,等,。,固溶胶：,珍珠、某些宝石、有色玻璃等,。,液溶胶,*,：,Fe(OH),3,溶胶、碘化银溶胶等。,分散度常用比外表积即比外表(specific surface area)来表示。,比外表(S0)：是指单位体积物质所具有的外表积。,S0=S/V (5-1),S-总外表积 V-体积,总外表积越大，分散度越大，比外表也越大*。,1.,分散度,(degree of dispersion),分散相在分散介质中分散的程度称为,分散度,。,2.外表自由能(surface free energy),任何两相的界面分子与其相内部的分子所处状况不同，它们的能量也不同。,例如：在液、气两相中图5-1。,可见，表层分子比内局部子多出一局部能量，称为外表能外表自由能*。,当物质形成高度分散系统时，因外表积大大增加，外表性质就十分突出。*,气相,图5-1,液体内部及表层分子,受力情况示意图,液相,水滴分散后外表积和外表能的变化*,半径,r,/(,cm,),分散后水的滴数,(,n,),总表面积 s/,(,cm,2,),比表面*s,0,/,(,cm,-1,),总表面自由能 G,总,/,(,J,),10.62,110,-1,110,-3,110,-5,110,-7,1,2.410,2,2.410,8,2.410,14,2.410,20,4.83,310,310,3,310,5,310,7,3.210,-5,2.210,-4,2.210,-2,2.210,0,2.210,2,4.83,310,310,3,310,5,310,7,dS0，对固体物质同样适用*。,高度分散的溶胶比外表大，所以外表能也大，它们有自动聚积成大的颗粒而减小外表积的趋势，称为聚结不稳定。属于热力学不稳定体系。,系统外表能和外表积的关系为*：dG表=dS,S-系统外表积，-比外表自由能，,假设dG表0，那么dS0，,即：外表积缩小过程是自发过程。,故：液体呈球形是自发过程。*,高分子化合物溶液的分散相粒子大小在胶体范围内，属于胶体溶液。其分散相是以单个分子分散在介质中，为均相分散系。是热力学稳定系统。,缔合胶体：是由溶液中的外表活性剂分子具有亲水的极性基团和亲油的烃基*的两亲分子超过某一特定浓度，分子在溶液内部缔合形成分子集团,即所谓“胶团或“胶束作为分散相粒子形成的分散系。,外表活性物质的这种缔合作用是自发的和可逆的,因而与溶胶不同，缔合胶体是热力学稳定体系。,第二节 溶胶,溶胶的胶粒是由数目巨大的原子或分子、离子构成的聚集体。直径为1100nm的胶粒分散在分散介质中，形成热力学不稳定性分散系统。多相性、高度分散性和聚结不稳定性是溶胶的根本特性，其光学性质、动力学性质和电学性质都是由这些根本特性引起的。,溶胶的性质,溶胶的性质,光学性质,动力学性质,电学性质,-,Tyndall,效应,-Brown运动,电泳,(electrophoresis),电渗,(,electroosmosis),一、溶胶的根本性质,1.溶胶的光学性质Tyndall Effect,2.溶胶的动力学性质,Brown Movement,由于介质分子的热运动不断地撞击着胶体粒子所引起的现象称Brown运动。,*,3.溶胶的电学性质,电泳,electrophoresis,在外电场作用下，带电胶粒在介质中定向移动的现象称电泳。,3.溶胶的电学性质,电渗,electroosmosis,在外电场作用下，液体介质通过多孔膜向其所带电荷相反的电极方向定向移动的现象。,(一)胶粒带电的原因:,1.胶核界面的选择性吸附：,局部Fe(OH)3与HCl作用：,二、,胶团结构及溶胶的稳定性,胶粒中的胶核(原子、离子、或分子的聚集体)有吸附其它物质而降低其界面能的趋势。*,胶核常选择性的吸附组成与其相似的离子。,例：制备Fe(OH)3溶胶*，反响为:,Fe(OH),3,胶核就吸附与其组成相似的,FeO,+,而带正电荷。,如,AgI,溶胶的制备：,AgNO,3,+KI,*,2.胶粒外表分子的离解：,例：硅胶的胶核由许多 xSiO2 yH2O 分子组成，表层分子与H2O作用生成硅酸:,H,2,SiO,3,HSiO,3,-,+H,+,HSiO,3,-,SiO,3,2-,+H,+,硅酸电离出的H+扩散到介质中去，SiO32-那么留在胶核外表，结果使胶粒带负电荷。,(二)胶团的双电层结构,*,1.m个Fe(OH),3,分子聚成的固体粒子-胶核。,Fe(OH),3,m,2.,胶核选择性吸附：,n,FeO,+,离子，带,正电,。,3.,静电作用，吸附少量,Cl,-,(,n-x,)Cl,-,吸附层,：,n,FeO,+,(,n-x,)Cl,-,胶核与吸附层组成胶粒。,nx，胶粒带x正电荷。,4.据呈电中性的要求，胶粒仍然要吸附Cl-,这局部Cl-借助于扩散作用分布于离胶核较远处形成扩散层:x Cl-,Fe(OH),3,m,胶核,胶粒,胶团,吸附层,和,扩散层,均为,水合膜层,吸附层,扩散层,扩散层,外的介质称,胶团间液,。,溶胶就是胶团和胶团间液构成的整体。,由,吸附层,和,扩散层,构成的电性相反的两层结构称为,扩散双电层,(diffused electric double layer)。,n,FeO,+,(,n-x,)Cl,-,x,+,x,Cl,-,与胶粒带相反电荷的离子，,称反离子,。,图,5-6,胶团结构示意图,AgI,m,n,I,-,(,n,-,x,)K,x,-,x,K,同理，可以写出,AgI,溶胶的胶团结构式(,KI过量,):,胶核,胶粒,胶团,吸附层,扩散层,注意:,1.胶粒带电，胶团为电中性。,2.胶粒带电的正负，取决于选择性吸附,I,胶核(AgI),m,I,-,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,+,吸附层,胶粒,胶 团,扩散层,(三)溶胶的稳定因素,1.胶粒带电,两个带电胶粒间存在静电排斥力，阻止胶粒接近，合并变大。但是，加热溶胶，胶粒的动能增大到能克服静电斥力时就会聚沉。,2.胶粒外表的水合膜犹如一层弹性膜，阻碍胶粒相互碰撞合并变大。水合膜层愈厚，胶粒愈稳定。,3.布朗运动也是溶胶稳定因素之一。,(四)溶胶的聚沉现象*,1.电解质的聚沉作用反离子起主要作用*,参加电解质，迫使反离子更多进入吸附层，吸附层变薄，稳定性下降。,A.Cl,-,离子围绕Fe(OH),3,胶粒 B.PO,4,3-,离子围绕Fe(OH),3,胶粒,电解质聚沉能力的大小用临界聚沉浓度表示,临界聚沉浓度：一定量溶胶在一定时间内发生聚沉所需电解质的最小浓度mmolL-1,临界聚沉浓度愈小，电解质的聚沉能力愈强(表5-2),一般规律：,1 反离子价，聚沉能力。,2 同价离子聚沉能力接近，但也有区别,3 一些有机物离子具有非常强的聚沉能力。,2.溶胶的相互聚沉。,3.高分子溶液对溶胶的保护作用和敏化作用。,自学要点：,高分子化合物的结构特点，高分子电解质溶液的两性与等电点，高分子溶液稳定性因素。,外表活性剂结构特点，乳状液的类型。*,作业P88，T811,本章要求,熟悉胶体分散系的特点。,掌握溶胶的根本性质和胶团结构。熟悉溶胶的稳定因素及聚沉作用。,了解高分子溶液与溶胶的区别。熟悉高分子溶液的稳定性与蛋白质的等电点。,熟悉外表活性剂的结构特点及其在溶液中的状态。了解两种类型的乳状液、乳化作用。,