胶体化学发展史.doc

胶体化学的发展史 一．胶体化学的简史与内容 胶体这个名词史由英国科学家 Thomas Graham(1861 年 ) 提出来的。那时近代的分子运动理论才成立，其应用只限于气体。 Graham 最早将此新理论应用于液体体系，他系统地研究物质在液体中的扩散。他用的仪器极为简单，将一块羊皮纸缚在一个玻璃筒上，筒里装着要试验的溶液，并把筒浸在水中。 Graham 用此种装置研究许多物质的扩散速度，发现有些物质，如糖、无机盐、尿素等扩散快，很容易自羊皮纸渗析出来；另一下物质，如明胶、氢氧化铝、硅酸等扩散很慢，不能或很难透过羊皮纸。前一类物质当溶剂蒸发时易于形成晶体析出，后一类物质则不能结晶，大多成无定形胶状物质。于是， Graham 把后一类物质称为胶体（ Colloid ），其溶液称之为溶胶。胶体源自希腊文的 κολλα（胶）。 虽然胶体化学的历史一般皆以 1861 年为开始，其实，在此之前已有一些化学家和物理学家作过胶体的研究，只是较为零星。例如，意大利化学家 Selmi （ 1845 年）曾制备了氯化银、硫和普鲁士蓝在水中的假溶液，这些溶液外观透亮或微呈混浊。他认为溶液中分散的质点比通常的分子来得大。 Faraday （ 1858 年）曾制得红色的金溶液，并发现溶胶对光有散射作用，此即所谓的 Tyndall 效应。 Faraday 制备金溶液时，十分强调所用器皿与药品必须非常干净。经他仔细制得的金溶胶保存到 20 世纪二十年代才沉淀出来。 在人类的生产实践中，胶体的应用可以追溯到更早，几乎和人类的文明一样悠久。在有历史记载以前我们的祖先就会制造陶器；在夏禹之时就会酿酒；至少在周朝初期，人们就和用胶；在汉朝已出现用天然高聚物——纤维造出来的纸；在后汉又发明了墨。这些都是胶体应用的生动实例，也充分说明我们的民族时富于创造性的。在古埃及史中有湿木裂石的记载；中古的炼丹家已知道制备金汁，这是悬于水中的微粒金。和许多古代劳动人民的创造一样，这些发明者的姓名现在已不可考。 在 Graham 之后四十多年，俄国化学家 Benmaph 用 200 多种物质做实验，证明无论如何物质既可制成晶体状态也可制成真溶液，在酒精中则可形成胶体溶液。因此，晶体和胶体并不是不同的两类物质，而是物质的两种不同的存在状态。由扩散慢和不能 透过半透膜这些特性可以推断，胶体溶液中的质点不是以小分子，而是以大粒子的形式分散在介质中。这些胶体溶液在重力场中不沉降或沉降极慢，表面分散的质点额不会很大。总起来讲，胶体质点指的是至少在一个线度上，其大学在 1nm 至 1 μ m 之间的质点，当然这个大小的界线多少带有点人为性。简言之，胶体是指高度分散的分散体，胶体化学则是研究胶体体系的科学。胶体化学与化学的其他分支的不同之处是，后者的研究对象均属小分子，而胶体化学除了分子之外，更注意胶体大小的质点。 自上述内容可知，胶体的一个重要特点就是分散的质点和介质之间由很多的相界面。以直径为10nm 的球形质点来说（例如金溶胶或者二氧化硅溶胶），当质点总体积为 1cm 3 时，其面积为 600m 2 ，这是一个相当可观的数目。胶体的许多性质，如稳定性和电学性质等，与界面能有密切关系。因此，对界面性质的研究很早就成为胶体化学的内容。后来表（界）面研究的范围日益扩大，凡事与界面有关连的体系与过程皆成为其研究对象，例如从人工造雨、矿石浮选、染色、防毒、水土保持到吸附与催化等，所以有一段时期胶体化学被称为表面化学。现在我们知道，二者的关系非常密切，但各有侧重。当我们把注意力放在物质的界面特性上，此即表面化学。倘若我们把细分割的物质当成一群质点构成的分散体加以研究，即为胶体化学。 虽然胶体质点可以是由许多分子组成的，但这并不意味着质点中不能只有一个分子。将明胶溶于水中或将橡胶溶于甲苯，皆分散成单独的分子。这些分子的大小合乎胶体质点的标准。由于大小相近，这些大分子溶液（分子溶胶）与胶体溶液（相胶体）有许多相似的性质和相同的研究方法，例如动力性质、光学性质、流变性等，因为这些性质往往只和质点的大小、形状有关，与相界面存在与否却是无关的。因此，大分子无聊化学（包括蛋白质、核酸、多糖化合物等生物大分子）很自然地成了胶体研究的重要内容。但是，此种体系与经典胶体，如胶状金、 As 2 S 3 溶胶也有很多不同之处。以金溶胶为例，金必须加工方能成为胶体；褶子胶体只是暂时稳定，迟早要沉淀出来；将沉淀再悬浮于水中，不能再得到胶状金。甲苯中的橡胶却可长期稳定，不会沉淀；几时蒸干溶剂，得到的固体再溶于甲苯中，又可以得到原来的溶液。换言之，金溶胶是不可逆的，橡胶体系则是可逆的。自热力学观点，前者是不稳定的，后者是稳定的，是真溶液。自质点与介质的亲和性来看，前者为憎液胶体，后