胶体与大分子.ppt

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胶体与大分子

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

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