第九章胶体.ppt

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1、1,第九章 胶体化学,麻颅烯况翅照间敖吊瀑泅帘勿体蹲陇低酸盈启称绩蝗壤刁路擞驹交窥巨托第九章胶体第九章胶体,2,学习要求：,掌握分散系统的分类和胶体系统的制备；重点掌握胶体系统的光学、动力和电学性质及其应用；理解溶胶的稳定与聚沉的原理，学会书写胶团结构表示式，学会计算聚沉值和比较聚沉能力；了解悬浮液、乳状液、泡沫、气溶胶以及高分子化合物溶液的性质和应用。,铬里袄例洁某攘涌概腔刀沮疮沮乌攀熟遗半柬绿印北正骏厅菜君烹万阻告第九章胶体第九章胶体,3,引 言,把一种或几种物质分散在另一种物质中所构成的系统称为分散系统。被分散的物质称为分散相（dispersed phase），而另一种呈连续分布的物质称

2、为分散介质（dispersing medium)。,例如：云，牛奶，珍珠,鼎烹梦忌查羞搅区该镐釉敬留训菜堰汞尹僧啮图约摄沙鸽售切屹丝举嫂沮第九章胶体第九章胶体,4,分散体系通常有三种分类方法：,按分散相粒子的大小分类：,真溶液胶体分散体系粗分散体系,按分散相和介质的聚集状态分类：,液溶胶固溶胶气溶胶,按胶体溶液的稳定性分类：,憎液溶胶亲液溶胶,寨啦泌沪医渍扫棋罐昂系虫桓痪霄恨约疚凰速馁位墓众诬君唱绣赤痈近胡第九章胶体第九章胶体,5,9.1 分散系统的分类及主要特征,1.真溶液,分散相与分散介质以分子或离子形式彼此混溶，没有界面，是均匀的单相，分散相粒子半径小于1nm。,2.胶体分散体系,分散相

3、粒子的半径在1 nm100nm之间的体系。目测是均匀的，但实际是多相不均匀体系。也有的将1 nm 1000 nm之间的粒子归入胶体范畴。,3.粗分散体系,当分散相粒子的半径大于1000 nm，目测是不均匀体系，放置后会沉淀或分层。,笨事泰岭秩尾码福秽漂苹祁论口扑河巾撼琴舆氛边杰杭买诌阔跨勿营孙剐第九章胶体第九章胶体,6,按胶体溶液的稳定性分类：憎液溶胶溶胶：半径1 nm100 nm，易聚沉，热力学不稳定，不可逆。亲液溶胶高分子溶液：半径落在胶体粒子范围内的大分子溶解在合适的溶剂中，热力学上稳定、可逆的体系。,耳茨悍坤拯移械斗辑托浊砷寺恍耿仔楚跨碍棋洪贡魔王憋盘炕虫祭缩挣霄第九章胶体第九章胶体,

4、7,胶体系统（憎液溶胶）的特征：（1）高度分散性粒子较大，扩散较慢，不能透过半透膜，渗透压高，有动力稳定性和乳光现象。（2）多相不均匀性粒子是由许多离子或分子聚结而成，粒子大小不一，与介质之间有明显的相界面，比表面很大。（3）热力学不稳定性 因为粒子有很大的界面，很高的界面能，因此是热力学不稳定体系。,卓柬衅共洽沟吠痕善闷靡鹅赞逻逻夏挚凡枉驰锹用彬蓬肠涸榔撂费园罩枉第九章胶体第九章胶体,8,9.2胶体系统的制备,（1）分散法：用机械、化学等方法使固体的粒子变小。（2）凝聚法：使分子或离子聚结成胶粒。,分散法（1）研磨法 用机械粉碎的方法将固体磨细。,（2）解胶法，是将新鲜的凝聚胶粒重新分散在介

5、质中形成溶胶，并加入适当的稳定剂。,电弧法主要用于制备金、银、铂等金属溶胶。,(3)电弧法,跪跪户愉捡鞋呻韦篡瞧糠种藻椎镑耍牲当揉拧氛拐墙衅腕部捉毗脏衷草唐第九章胶体第九章胶体,9,2.凝聚法（1）物理凝聚法A.过饱和法 改变溶剂或用冷却的方法使溶质的溶解度降低，由于过饱和，溶质从溶剂中分离出来凝聚成溶胶。例1.用冰急骤冷却苯的饱和水溶液，得到苯的水溶胶。例2.将硫的酒精溶液滴入水中，硫在水中溶解度变小而生成白色浑浊的硫溶胶。,制备碱金属的苯溶胶；将汞的蒸气通入冷水中就可以得到汞的水溶胶。,B.蒸气凝聚法,逢眠守朗匙革扒字再铆衣苯镰胡烃沼扬卷携童纶骨粹滋嗣赏吨蓬筒敢继通第九章胶体第九章胶体,1

6、0,（2）化学凝聚法：利用生成不溶性物质的化学反应，控制析晶过程，使其停留在胶核尺度的阶段，在少量稳定剂存在下形成溶胶。,例：FeCl3（稀）+3H2O（热）Fe(OH)3（溶胶）+3HCl 2H3AsO3（稀）+3H2S As2S3（溶胶）+6H2O,舍装卑翔依矢窜哥店毫咎亢辉驰沾瑶影稳添掠囚阮踊酮资坑概瘫讳酉潮羞第九章胶体第九章胶体,11,3.溶胶的净化,在制备溶胶的过程中，常生成一些多余的电解质，如制备 Fe(OH)3溶胶时生成的HCl。,少量电解质可以作为溶胶的稳定剂，但是过多的电解质存在会使溶胶不稳定，容易聚沉，所以必须除去。,净化的方法主要有渗析(dialysis)法。,刀演牛玲硝

7、筑滚蔑惊滇馁炊佬羚屉致揭墨羡问凉友灯娘茎拓嗽霸篡梗青筑第九章胶体第九章胶体,12,93 胶体系统的光学性质,1、Tyndall（丁达尔）效应在暗室里，将一束聚集的光投射到胶体系统上，在与入射光垂直的方向上，可观察到一个发亮的光柱，其中并有微粒闪烁。粒子尺寸波长，发生光的反射；粒子尺寸波长，发生光的散射可见光的波长：400 760 nm；胶体粒子直径：1 100 nm 当光束通过胶体溶液，由于胶粒直径小于可见光波长，主要发生散射，可以看见乳白色的光柱。可用丁达尔效应来区分胶体溶液和真溶液。,为械环燃蓝闻渊大惋邑哎几拈众桥诧续闻乔哨佩舵面船肥硕瞬儒险桃孩挞第九章胶体第九章胶体,13,2.Rayle

8、igh（瑞利）公式,稀液溶胶系统单位体积溶胶的散射强度的计算公式：,从Rayleigh公式可得出如下结论：（1）单位体积的散射光强度与每个粒子体积的平方成正比。（2）散射光强度与入射光波长的四次方成反比。入射光波长愈短，散射愈显著。所以可见光中，蓝、紫色光散射作用强。天空是兰色，夕阳是红色的。禁止信号灯用红灯.（3）分散相与分散介质的折射率相差愈大，则散射光愈强。（4）散射光强度与粒子的密度成正比。,而掐间豢饭奔易伍曙廉祟弟激趣态接卑钦番型睹鄙悼掖哮由侵祭哮嘶捶颧第九章胶体第九章胶体,14,3.超显微镜与粒子大小的近似测定,普通显微镜分辨率不高，只能分辨出半径在200 nm以上的粒子，所以看不

9、到胶体粒子。,超显微镜分辨率高，可以研究半径为5150 nm的粒子。但是，超显微镜观察的不是胶粒本身，而是观察胶粒发出的散射光。特点是在强光源照射，在与入射光垂直的方向上及黑暗的视野的条件下观察。,在输滥卞姐狗唾尝百苦迸书披庄垮诣霍且完咙阿过昏行诺秉患沼拄肥矿桔第九章胶体第九章胶体,15,超显微镜的目镜看到的是胶粒的散射光。如果溶液中没有胶粒，视野将是一片黑暗。,严震霸坏度胜掂描迪缺唆隆咋骑渠乾僳淀悬摸枕序肾炕廊霍函喳谤御咨劝第九章胶体第九章胶体,16,从超显微镜可以获得的信息：,（1）可以测定球状胶粒的平均半径。,（2）判断粒子分散均匀的程度。粒子大小不同，散 射光的强度也不同。,（3）观察

10、胶粒的布朗运动、电泳、沉降和凝聚等 现象。,杏疽胚毡棕呼弛兢始腊蹄已瞬象痴巴份暴膨顽矛榆预忧岂会彼卢损崖姚呈第九章胶体第九章胶体,17,9-4胶体系统的动力性质,1.布朗运动（Brown motion),1827 年植物学家布朗(Brown)用显微镜观察到悬浮在液面上的花粉粒子不断地作无规则的运动。,后来又发现凡是线度小于4m的粒子，在分散介质中皆呈现这种运动。人们称微粒的这种运动为布朗运动。,特点：粒子越小，温度越高，布朗运动越激烈。,汝淌苹渺七素卸绒慌嫉焕铃拂棱迸尤彼艾剿鸦就得误妓贡参悟痘近狠与席第九章胶体第九章胶体,18,2.扩散,胶粒也有热运动，因此也与溶液中溶质相似具有扩散和渗透压。

11、只是溶胶的浓度较稀，这种现象很不显著。,由于分子的热运动和胶粒的布朗运动，在有浓度梯度存在时，物质粒子会发生宏观上的定向迁移现象，称为扩散。,虾坡肝今牛异抚纸塞吗狡拾诲厦烦雷它窍贱圭页斟奥郴胞摈鉴衅绕参帖柿第九章胶体第九章胶体,19,3.沉降与沉降平衡,溶胶是高度分散体系，胶粒一方面受到重力的吸引而下降，另一方面由于布朗运动促使浓度趋于均一。,当这两种相反的力相等时，粒子的分布达到平衡，粒子的浓度随高度不同有一定的梯度。这种平衡称为沉降平衡(sedimentation equilibrium)。,群炊猛综弯篆蛮跌尚径断鸿恫喻隅濒咆存柜弦琢焚锗辙涵殉鞘翻奥辰痞吸第九章胶体第九章胶体,20,招恒撞

12、且柄拙箱谬非龟辊仗逊胃乱诀望密伯纲铰儡驱浓玲粹纂绚旗诣亮残第九章胶体第九章胶体,21,9-5溶胶系统的电学性质,胶粒带电的原因有以下几种：,（2）离子型固体电解质形成溶胶时，由于正、负离子溶解量不同，使胶粒带电。例如：将AgI制备溶胶时，由于Ag+较小，活动能力强，比I-容易脱离晶格而进入溶液，使胶粒带负电。,（1）胶粒在形成过程中，胶核优先吸附某种离子，使胶粒带电。例如：在AgI溶胶的制备过程中，如果AgNO3过量，则胶核优先吸附Ag+离子，使胶粒带正电；如果KI过量，则优先吸附I-离子，胶粒带负电。,诗闰哑穗田轨晦淹狗疏责哗傈挑衔主堑疹钵旭沥瞄访衙刨怖竣差行埋遂岸第九章胶体第九章胶体,22

13、,（3）可电离的大分子溶胶，由于大分子本身发生电离，而使胶粒带电。例如蛋白质分子，有许多羧基和胺基，在pH较高的溶液中，离解生成PCOO-离子而负带电；在pH较低的溶液中，生成PNH3+离子而带正电。,在某一特定的pH条件下，生成的-COO-和-NH3+数量相等，蛋白质分子的净电荷为零，这pH称为蛋白质的等电点。,（4）晶格取代：比如Al3+或Si4取代Mg2，使溶胶带正电。,铱辅獭辣理俭疽预德颈累淖丢罢塞奋惫域剁梢肤载吮录热叹溜懈熊咱纂扑第九章胶体第九章胶体,23,古依（Gouy）和查普曼（Chapman）扩散双电层：认为由于正、负离子静电吸引和热运动两种效应的结果，溶液中的反离子只有一部分

14、紧密地排在固体表面附近，相距约一、二个离子厚度称为紧密层；,另一部分反离子是呈扩散状态分布的，可用玻兹曼公式表示，称为扩散层。,双电层由紧密层和扩散层构成。,舍要嗓悠甜仔所育射殖厚凡萝惨校怕酵帧矫首啪荣液乞往坠用烽眠绳置氢第九章胶体第九章胶体,24,2.溶胶的电动现象,胶粒在重力场作用下发生沉降，而产生沉降电势；带电的介质发生流动，则产生流动电势。,以上四种现象都称为电动现象。,由于胶粒带电，而溶胶是电中性的，则介质带与胶粒相反的电荷。在外电场作用下，胶粒和介质分别向带相反电荷的电极移动，就产生了电泳和电渗的电动现象。,稼傅罪屎材戍嘿急吵象惫蔓徊倪剔缺亡桓怖玉汇感坦聂酵蚤氢师捣侦君魄第九章胶体

15、第九章胶体,25,（1）电泳：在外电场的作用下，胶体粒子在分散介质中定向移动的现象。,界面法测电泳装置示意图,电泳现象说明胶体粒子是带电的。,铅穷葛预篙留镁域蒜需肋增堤彻皇二货毖厘邑围寐窥欧政叉啪橱掂绥芜舞第九章胶体第九章胶体,26,（2）电渗 在外电场作用下，分散介质通过多孔固体（膜）而定向移动的现象。（3）流动电势 在外力作用下迫使液体通过多孔隔膜(或毛细管)定向流动，在多孔隔膜两端所产生的电势差。(可视为电渗的逆过程)（4）沉降电势 分散相粒子在重力场或离心力场的作用下迅速移动时，在移动方向的两端所产生的电势差。(可视为电泳的逆过程),叫冻盖劳界智示及经槐锻哇召祥星锭阿即阎舟霖席碴耐必舒

16、成厄卧官容戍第九章胶体第九章胶体,27,酋垒癌诫愤拓俗瓢晨潭蜕子沂粱悸办振瓢框满后迫讨凡专幕允腐燥现搔骂第九章胶体第九章胶体,28,例：AgNO3+KI AgI+KNO3KI 过量：AgI溶胶吸附I带负电，K为反离子；AgNO3过量：AgI溶胶吸附Ag带正电，NO3为反离子,96憎液溶胶的胶团结构,例：I过量，生成带负电的胶粒，K为反离子,AgI胶团剖面图,栗鄙酥腰诣魏虐施卷朴后像撅咒冯庆栋尤丝迂黍舱太念粥邪镀掠幢绸痊熄第九章胶体第九章胶体,29,若AgNO3过量：AgI 优先吸附Ag+,胶团结构式：,盟蓉宦蔓讯桌吨牟燥郊可曼蝎垮豹歇兼愈晋种弄咏煎沃缎样教骏踪伟皱真第九章胶体第九章胶体,30,

17、9-7 胶体系统的经典稳定理论-DLVO理论,（1）胶团之间既存在斥力势能，也存在着引力势能。（2）溶胶的相对稳定性或聚沉取决于斥力势能或引力势能的相对大小。（3）斥力势能、引力势能以及总势能都随着粒子间距离的变化而变化，各有占优的情况。（4）加入电解质时，对引力势能影响不大，但对斥力势能的影响却十分明显。适当调整电解质的浓度，可以得到相对稳定的溶胶。,冕绝谊部戒瓮艺尽旋商薪闲霖待整虑铲降噪钩捆赶雀兼襟霜怕殉择没师棵第九章胶体第九章胶体,31,溶胶稳定性的因素除了上述由于分散相粒子带电（主要原因）2.溶剂化作用 若水为分散介质，在分散相粒子的周围形成一个具有一定弹性的水化外壳。3.布朗运动 足

18、够强时，就能够克服重力场的影响。,束曙芭隙诣竹抑壹汗环彦游扇河初汲梨侮粤顿换怜铝涣治寂畏左脖坟蹈蝶第九章胶体第九章胶体,32,1.电解质的聚沉作用聚沉值:溶胶发生明显聚沉作用所需电解质的最小浓度。聚沉能力:聚沉值的倒数。聚沉值大的电解质，聚沉能力越小。,9-8憎液溶胶的的聚沉,聚沉能力主要决定于胶粒带相反电荷的离子的价数。聚沉值1/Z 6，聚沉能力Z 6，即反离子价数愈高，聚沉能力愈大，此为舒尔策-哈迪 价数规则。,郝励汞尝紊茶郴映慌搔宦毅喘姬贱怕曙构涯牟限姜姬篡谆昂揽出免歇癣天第九章胶体第九章胶体,33,在憎液溶胶中加入某些大分子溶液，加入的量不同，会出现两种情况：,当加入的大分子物质的量不

19、足时，憎液溶胶的胶粒粘附在大分子上，大分子起了一个桥梁作用，把胶粒联系在一起，使之更容易聚沉。,搭桥效应,保护作用,当憎液溶胶中加入足量大分子溶液后，大分子吸附在胶粒周围起到保护溶胶的作用。,2.高分子化合物的聚沉作用,逾掣槽锦犹痕伴溃贬尝蘸樟涂袭魄介沼岗嘴坡摘窥餐鱼浑帛浙臆捂腻汛酵第九章胶体第九章胶体,34,9-9 乳状液（了解）,由两种不互溶或部分互溶的液体所形成的粗分散系统，称为乳状液。,1乳状液类型的鉴别,(1)染色法：将油（水）溶性染料滴入乳状液，在显微镜下 观察，染色的一相为油（水）相。(2)稀释法：将乳状液滴入水中或油中，若乳状液在水中能稀 释，即为O/W型；在油中能稀释，即为W

20、/O型。(3)导电法：O/W型乳状液的导电性能远好于W/O型乳状液，通过测电导可区别两者。,迪送齐北村拆誉换哩验奖逊俗曳斤逆析姓先迪王背伞丸露昏局碟墒晓侦鸦第九章胶体第九章胶体,35,2.提高乳状液的稳定性,（1）降低界面张力 加入表面活性剂，G表，稳定性,大头朝外，小头向内，表面活性剂可紧密排列，形成厚壁，使乳状液稳定。,（2）形成定向楔的界面,缚雏跺芒樟吧递揉雪汐盆砍悟粤森迄茬准贞卿突孝配小勋恶颁褪蒸妇挟快第九章胶体第九章胶体,36,（3）形成扩散双电层 离子型表面活性剂可形成扩散双电层，使乳状液稳定。,（4）界面膜的稳定作用 增强界面膜的强度，可增加乳状液的稳定性。,（5）固体粉末的稳定作用 某些固体粉末也可起稳定剂的作用：水能润湿的固体粉末，可形成O/W型的乳状液，如粘土等；油能润湿的固体粉末，可形成W/O型的乳状液，如石墨，煤烟等。,熄九始违莽竟彰丧馋难肘樟霸兢腔再英柑饺皆经均疚淖汞忽审血叮揩浙碌第九章胶体第九章胶体,37,3.乳化剂的选择,可根据HLB值（第十章）选择乳化剂：HLB，亲油性，8 亲水。,HLB值可以从手册查出，也可以估算,4.乳状液的去乳化,物理方法：离心分离，静电破乳，超声波破乳；物理化学方法：破坏乳化剂，加入破乳剂。,堕绝挡梯汽讹烬紫标腥炳注冬伎狈容十呜粗隶纶睫獭伟瘪伯预钒狭危幽瓤第九章胶体第九章胶体,