十三章胶体分散体系和大分子溶液.pptVIP

中国科学技术大学化学物理系屠兢 第十三章 胶体分散体系和大分子溶液 分散体系：把一种或几种物质分散到另一种物质中所构成的体系； 分散相：分散体系中被分散的物质； 分散介质：另一种物质叫分散介质（通常是连续介质）; 胶体分散体系：分散相的大小 r 在10?9~ 10?7m 范围的分散体系（这是按粒子的大小分类，也有些其它分类发，后讲）。 胶体普遍存在于生物界（如：人体）和非生物界。 关于胶体研究，由于其应用的广泛，已经成为一门独立的学科，本章中只作基本概念的介绍。 §13.1 胶体和胶体的基本特性 前者 (扩散快者)：易于成晶体析出； 后者 (扩散慢者)：大多成无定型的胶状物； Graham首先提出这种胶状物为 “胶体”，其溶液叫作 “溶胶” 。 2. 维伊曼实验 1905年，俄国化学家维伊曼用了200多种物质做相关实验，得出如下结论： “任何物质既可制成晶体状态，又可制成胶体状态”。 例如：典型的晶体 NaCl 在水中形成真溶液；但在苯或酒精中则可形成溶胶。 结论： 所谓 “胶体”，只是物质存在的一种（分散度）状态，而不是一种特殊类型的物质。维伊曼实验纠正了Graham把物质分为晶体和胶体两类的观点。 3. 胶体的界面能 由于胶体具有多相高分散度特性，因此胶粒和介质之间的总相界面积很大。 例如：直径10nm的球形SiO2胶粒，当胶粒总体积为 1cm3 时，其总表面积为 600 m2。 所以胶体有较高的界面能，而界面能与胶体的许多性质 (如稳定性、电性质) 密切相关，以致胶体具有与其他分散体系所不同的性质。 二、胶体的分类 1. 以结构、稳定性分类 1）憎液溶胶（简称：溶胶） 胶粒由许多分子组成，体系的相界面大，界面能高，所以极易被破坏而聚沉，并且不能恢复溶胶原态。 例如：将Au金溶胶沉淀出来后，再将沉淀物悬浮于水中，不能再得到胶状金。 憎液溶胶是热力学不稳定体系和聚沉不可逆体系。 胶粒与液体介质之间的亲合性弱，所以叫憎液溶胶。 2）亲液溶胶 亲液溶胶又称：大分子化合物溶液、分子溶胶。 溶液中分子的大小在胶体范围内（例如橡胶分子溶于甲苯）。 具有胶体的一些特性，如扩散慢、不透过半透膜以及丁铎尔效应等。 但亲液溶胶是以单个分子为分散相的真溶液（单相体系），与介质无相界面。 亲液溶胶具有热力学热稳定性和聚沉可逆性。 分子分散相和液体介质间有很大的亲合能力，所以叫亲液溶胶。 2．以分散相和分散介质的聚集状态分类 常以介质的聚集状态命名胶体 说明： 有些分散体系，如乳状液、泡沫、悬浮体等，其分散相颗粒已大于通常的胶粒尺寸( 10 –9 ~ 10 –7 m )，属粗分散体系。 尽管如此，这样的体系仍有很大的相界面，与憎液溶胶一样属于热力学不稳定体系。 因此，有时也把它们归入胶体体系来讨论。 三、胶体的基本特性 对于典型的憎液溶胶，其基本特性为： 1. 特有的分散度（10 ?9~10 ?7m）： 使溶胶具有特有的动力性质、光学性质等； 2. 不均匀（多相性）： 胶粒与介质之间存在明显的物理分界面，所以溶胶是一种超微不均匀相（尽管用肉眼看是均匀的）； 3. 聚结不稳定性： 界面能大，胶粒处于不稳定状态，有相互聚结成较大颗粒而聚沉的趋势。 四、胶团的结构 稳定剂：由于溶胶的聚结不稳定性，需在溶胶中加入少量电解质（即稳定剂），其离子吸附在分散相颗粒表面上形成双电层结构，由于带电和溶剂化作用，胶体粒子可相对稳定地存于介质中。 例如以 KI 为稳定剂的 AgI 溶胶（如图）： 说明： 1）由于离子溶剂化，胶粒和胶团也是溶剂化的。 2）胶团的结构表达（横式）须掌握。 §13.2 溶胶的制备及提纯 一、溶胶的制备 胶体的分散相具有特有的分散度：10-9~10-7m，制备溶胶有两类方法： 1.分散法：大颗粒分割成胶体粒子； 2.凝聚法：使小的分子（离子）颗粒聚集成胶体粒子。 1．分散法 1）研磨法：机械粉碎法，适用于脆而易碎的分散相，最细到 1?m 的颗粒； 2）超声波法：用 ~106 Hz 超声波产生的能量来分散，广泛用于制备乳状液（液-液溶胶）； 3）胶溶法：新鲜的反应沉淀，如 Fe(OH)3，Al(OH)3，经洗涤后加少量的稳定剂（胶溶剂）后，制成溶胶。 4）电孤法：金属（Au，Ag，Pt）电极放电高温蒸发，随后又被溶液冷却凝聚而得到金属溶胶。（这里包含了分散、凝聚两个过程，用 NaOH 作稳定剂） 2．凝聚法 将真溶液以适当方法沉淀下来。 1）改换溶剂法：利用一种物质在不同溶剂中溶解度相差悬殊的特性来制备。 例如：将松香的酒精溶液滴入水中，由于松香在水中的溶解度很低，溶质就从溶液中析出胶粒，形成松香水溶胶 。 2）化学凝聚法 ：化学反应生成物的过饱和溶液再结合成溶胶。例如： 当 V成核 V长大