胶体分散系统和大分子溶液课件.ppt

1、临沂大学化学化工学院临沂大学化学化工学院物理化学电子教案第十四章胶体分散系统和大分子溶液临沂大学化学化工学院临沂大学化学化工学院第十四章 胶体分散系统和大分子溶液14.1 胶体和胶体的基本特性(掌握)14.2 溶胶的制备和净化(了解)14.3 溶胶的动力性质(掌握)14.4 溶胶的光学性质(掌握)14.5 溶胶的电学性质(掌握) 14.6 双电层理论和 电势(了解)14.7 溶胶的稳定性和聚沉作用(掌握)14.8 乳状液(了解)14.9 凝胶(了解)14.10 大分子溶液(了解)14.11 Donnan平衡和聚电解质溶液的渗透压(了解)溶胶的性质临沂大学化学化工学院临沂大学化学化工学院第十四章

2、 胶体分散系统和大分子溶液例如：云，牛奶，珍珠 把一种或几种物质分散在另一种物质中就构成分散体系。 被分散的物质称为分散相，一般都是不连续的。 分散其他物质的物质称为分散介质，一般都是连续的。 一、分散相和分散介质如油在水中的分散。油滴临沂大学化学化工学院临沂大学化学化工学院二、分散系统分类第十四章 胶体分散系统和大分子溶液按分散相粒子大小小分子(或离子)分散系统：胶体分散系统粗分散系统憎液溶胶亲液溶胶真溶液、均匀单相, 能透半透膜难溶物+液体介质(1 100nm)( 1nm)大(高)分子溶液( 100nm)浑浊不均匀、放置后会沉淀 或分层(真溶液、均相, 不能透半透膜)(多相不均匀, 不能透

3、半透膜)如：空气、盐水溶液如黄河水，乳状液等临沂大学化学化工学院临沂大学化学化工学院14.1 胶体和胶体的基本特性1.按胶体溶液的稳定性分类 一、胶体分散系统的分类憎液溶胶难溶物+液体介质亲液溶胶大(高)分子溶液胶体分散系如蛋白质、明胶简称溶胶，如金溶胶、硫化砷溶胶 憎液溶胶相界面大，表面Gibbs自由能高，很不稳定，易聚沉，是热力学上的不稳定体系。 若将此种溶胶中的介质蒸发掉，再加入介质就无法再形成溶胶，是一个不可逆体系，如氢氧化铁溶胶、碘化银溶胶等。临沂大学化学化工学院临沂大学化学化工学院14.1 胶体和胶体的基本特性 分散相粒子半径在胶体粒子范围之内的大(高)分子化合物溶解在合适的溶剂中

4、，形成的溶胶通常称为亲液溶胶。若设法去除大分子溶液的溶剂(比如蒸发)使它沉淀(即凝聚)，再加入溶剂，又可形成溶胶，亲液溶胶是热力学上稳定、可逆的体系。本章主要讨论憎液溶胶。 聚沉之后往往不能恢复原态，因而是热力学中的不稳定和不可逆系统。临沂大学化学化工学院临沂大学化学化工学院2.按分散相和介质的聚集状态分类液溶胶固溶胶气溶胶固-气溶胶，如泡沫塑料气-液溶胶，如雾，云胶体分散系分散介质液-固溶胶，如油漆、 AgI溶胶液-液溶胶，如牛奶液-气溶胶，如泡沫固-固溶胶，如有色玻璃， 不完全互溶的合金固-液溶胶，如珍珠气-固溶胶，如烟，含尘 的空气14.1 胶体和胶体的基本特性临沂大学化学化工学院临沂大

5、学化学化工学院二、(憎液)溶胶的基本特性 溶胶是一定条件下形成的特殊状态，并非物质的本性，如： NaCl水NaCl溶液 胶体有机硫磺水溶胶真溶液乙醇这种特殊状态，有三个基本特征：1.特有的分散程度(与小分子分散和粗分散系统比) 尺寸居中，扩散较慢，不能透过半透膜，渗透压低但有较强的动力稳定性。 14.1 胶体和胶体的基本特性临沂大学化学化工学院临沂大学化学化工学院2.多相不均匀性(与溶液比)溶解度小 由离子或分子聚结成，与介质之间有明显相界面，比表面很大。3.易聚结不稳定性 (与溶液比)需稳定剂 因为粒子小，比表面大，表面自由能高，是热力学不稳定系统，有小粒子自动聚结成大粒子而自发降低表面自由

6、能的趋势。14.1 胶体和胶体的基本特性二、胶团的结构1.形成憎液溶胶的必要条件(1)分散相的溶解度要小； (2)还必须有稳定剂存在，否则胶粒易聚结而聚沉。 临沂大学化学化工学院临沂大学化学化工学院例1：AgNO3 + KIKNO3 + AgI (AgI)m nI (n-x)K+x xK+ 胶核胶粒胶团胶团的图示式：胶核 胶粒(带负电) 胶团(电中性)胶团的结构表达式 ： 过量的 KI作稳定剂 固相紧密层扩散层电势电势相对滑动面与溶液 本体间的电势差胶粒 = 胶核+被吸附离子 + 紧密层反离子胶团 = 胶粒 + 扩散层反 离子14.1 胶体和胶体的基本特性2.胶团的结构临沂大学化学化工学院临沂

7、大学化学化工学院 胶核首先吸附与胶核中相同的某种离子，因同离子效应使胶核不易溶解。在溶胶中通常所说溶胶带电系指胶粒而言。 14.1 胶体和胶体的基本特性例2：AgNO3 + KI KNO3 + AgI 胶团的图示式：过量的 AgNO3作稳定剂 胶团的结构表达式： (AgI)m nAg+ (n-x)NO3-x+ xNO3- 胶核胶粒(带正电)胶团(电中性)胶核胶粒胶团临沂大学化学化工学院临沂大学化学化工学院2022-6-92022-6-9例3：Fe(OH)3溶胶 结构式：制备：FeCl3 + H2O Fe (OH)3 + H+ + ClFe (OH)3 (部分) + H+ FeO+ +H2O(F

8、e(OH)3)m nFeO+(n-x)ClxCl14.1 胶体和胶体的基本特性3.胶粒的形状 作为憎液溶胶基本质点的胶粒并非都是球形，而胶粒的形状对胶体性质有重要影响。 质点为球形的，流动性较好；若为带状的，则流动性较差，易产生触变现象。临沂大学化学化工学院临沂大学化学化工学院例如：(1) 聚苯乙烯胶乳是球形质点(2) V2O5溶胶是带状的质点(3)Fe(OH)3溶胶是丝状的质点14.1 胶体和胶体的基本特性临沂大学化学化工学院临沂大学化学化工学院课堂练习1.溶胶(憎液溶胶)在热力学上是： ( ) (A)不稳定、可逆的体系 (B)不稳定、不可逆体系 (C)稳定、可逆体系 (D)稳定、不可逆体系

9、 BC2.溶胶和大分子溶液： ( ) (A)都是单相多组分系统 (B)都是多相多组分系统 (C)大分子溶液是单相多组分系统, 溶胶是多 相多组分系统 (D)大分子溶液是多相多组分系统, 溶胶是单 相多组分系统14.1 胶体和胶体的基本特性临沂大学化学化工学院临沂大学化学化工学院4.对于AgI的水溶胶，当以 KI为稳定剂时，其结构式可以写成 ：(AgI)mnI-,(n-x)K+x-xK+，则被称为胶粒的是指： ( ) (A) (AgI)mnI- (B) (AgI)m (C) (AgI)mnI-,(n-x)K+x-xK+ (D) (AgI)mnI-,(n-x)K+x-D3.溶胶有三个最基本的特性，

10、下列不属其中的是： ( ) (A)特有的分散程度 (B)不均匀(多相)性 (C)动力稳定性 (D)聚结不稳定性 C14.1 胶体和胶体的基本特性临沂大学化学化工学院临沂大学化学化工学院5.在稀的砷酸溶液通入H2S制备硫化砷溶胶(As2S3)，该溶胶的稳定剂是H2S，则其胶团结构式是： ( ) (A) (As2S3)mnH+,(n-x)HS-x-xHS (B) (As2S3)mnHS-,(n-x)H+x-xH+ (C) (As2S3)mnH+,(n-x)HS-x+xHS- (D) (As2S3)mnHS-,(n-x)H+x+xH+B14.1 胶体和胶体的基本特性6.将高分子溶液作为胶体体系来研究

11、，因为它： ( ) (A)是多相体系 (B)热力学不稳定体系 (C)对电解质很敏感 (D)粒子大小在胶体范围内 D临沂大学化学化工学院临沂大学化学化工学院14.2 溶胶的制备与净化一、溶胶的制备1.溶胶制备的必要条件(1)分散相的溶解度要小，分散相粒子的大小要落在胶体分散系统的范围之内；(2)加入适当的稳定剂，否则胶粒易聚结而聚沉。2.制备方法用机械、化学等方法使固体的粒子变小 分散法使分子或离子聚结成胶粒凝聚法临沂大学化学化工学院临沂大学化学化工学院物理凝聚法 化学凝聚法更换溶剂法 胶体系统1100nm分子分散系统 100nm超声波分散法研磨法胶溶法电弧法气相沉积法14.2 溶胶的制备与净化

12、临沂大学化学化工学院临沂大学化学化工学院(1)分散法研磨法即机械粉碎，适用 于脆而易碎的物质。胶溶法又称解胶法，加入 盐使新鲜的凝聚胶粒重新分散在介质中形成溶胶，并加入适当的稳定剂。例如Fe(OH)3(新鲜沉淀) Fe(OH)3(溶胶) 加FeCl3AgCl(新鲜沉淀) AgCl(溶胶) 加AgNO3或KI14.2 溶胶的制备与净化临沂大学化学化工学院临沂大学化学化工学院若沉淀放置时间较长，则沉淀老化就得不到溶胶 SnCl4 SnO2(新鲜沉淀) SnO2(溶胶) 加K2Sn(OH)6水解超声法用超声波所产 生的能量来分 散不互溶液体， 制备乳状液。4312电弧法两电极上施加直流 电，使之发生

13、电火 花使表面金属蒸发 而分散，之后立即14.2 溶胶的制备与净化临沂大学化学化工学院临沂大学化学化工学院被水冷却而凝聚为胶粒。少量NaOH作为稳定剂。 主要用于制备金、银、铂等金属溶胶。制备过程包括先分散后凝聚两个过程。气相沉积法在惰性气氛中，将材料气化 ，再 按一定规律共聚或发生化学反应， 形成纳米级粒子，再将它用稳定剂 保护。(2)凝聚法化学凝聚法通过化学反应使生成物呈过饱和状 态，使初生成的难溶物微粒结合成 胶粒，在少量稳定剂(一般为过量14.2 溶胶的制备与净化临沂大学化学化工学院临沂大学化学化工学院反应物离子)存在下形成溶胶。 如：水解反应制备Fe (OH)3溶胶 FeCl3 +3

14、H2O Fe (OH)3 + 3HCl物理凝聚法利用适当的物理过程(如蒸气骤冷 等)使物质凝聚成胶体粒子。 将汞的蒸气通入冷水中就可以得到汞的水溶胶。 将钠和苯的混合蒸气凝聚，获得钠的苯溶胶。用这种方法可以制备碱金属的苯溶胶 。蒸气骤冷法14.2 溶胶的制备与净化临沂大学化学化工学院临沂大学化学化工学院更换溶剂法利用物质在不同溶剂中溶解度的显 著差别来制备溶胶，而且两种溶剂 要能完全互溶。例1. 松香易溶于乙醇而难溶于水，将松香的乙醇溶液滴入水中可制备松香的水溶胶 。 例2. 将硫的丙酮溶液滴入90左右的热水中，丙酮蒸发后，可得硫的水溶胶。14.2 溶胶的制备与净化二、溶胶的净化 在制备溶胶的

15、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。临沂大学化学化工学院临沂大学化学化工学院 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法和超过滤法。 1.渗析法(1)简单渗析溶胶简单渗析 半透膜水 将需要净化的溶胶放在羊皮纸或动物膀胱等半透膜制成的容器内，膜外放纯溶剂。14.2 溶胶的制备与净化临沂大学化学化工学院临沂大学化学化工学院14.2 溶胶的制备与净化 利用浓差因素，多余的电解质离子不断向膜外渗透，经常更换溶剂，就可以净化半透膜容器内的溶胶。(2)电渗析溶胶电渗析 水+半透膜水 为了加快渗析速

16、度，在装有溶胶的半透膜两侧外加一个电场，使多余的电解质离子向相应的电极作定向移动。溶剂不断自动更换，可以提高净化速度。2.超过滤法临沂大学化学化工学院临沂大学化学化工学院14.2 溶胶的制备与净化原理：小分子电解质滤去，再用介质重新分散。 减压过滤 真空泵半透膜加压过滤 压缩空气半透膜 用半透膜作过滤膜，利用吸滤或加压的方法使胶粒与含有杂质的介质在压差作用下迅速分离。临沂大学化学化工学院临沂大学化学化工学院14.2 溶胶的制备与净化 将半透膜上的胶粒迅速用含有稳定剂的介质再次分散。电超过滤 有时为了加快过滤速度，在半透膜两边安放电极，施以一定电压，使电渗析和超过滤合并使用，这样可以降低超过滤压

17、力。临沂大学化学化工学院临沂大学化学化工学院Brown运动 扩散和渗透压 沉降和沉降平衡 14.3 溶胶的动力性质临沂大学化学化工学院临沂大学化学化工学院一、Brown运动 1827年植物学家Brown用显微镜观察到悬浮在液面上的花粉粉末不断地作不规则的运动。 后来又发现许多其它物质如煤、 化石、金属等的粉末也都有类似的现象。人们称微粒的这种运动为Brown运动。1.什么是布朗运动？ 用超显微镜可以观察到溶胶粒子不断地作不规则“之”字形的运动。14.3 溶胶的动力性质临沂大学化学化工学院临沂大学化学化工学院 通过大量观察，得出结论：粒子越小，Brown运动越激烈。其运动激烈的程度不随时间而改变

18、，但随温度的升高而增加。2. Brown运动的本质 Brown运动是分散介质分子以不同大小和方向的力对胶体粒子不断撞击而产生的。 由于受到的力不平衡，所以连续以不同方向、不同速度作不规则运动。随着粒子增大，14.3 溶胶的动力性质临沂大学化学化工学院临沂大学化学化工学院布朗运动的本质是质点的热运动。撞击的次数增多，而作用力抵消的可能性亦大。当半径大于5m，Brown运动消失。 布朗运动是由于介质分子、离子热运动撞击悬浮胶粒的结果。 3.Einstein-Brown运动公式若在时间t内观察布朗运动位移 ，其关系：x123RTtxLrxxx是在观察时间t内粒子沿x轴方向的平均位移。14.3 溶胶的

19、动力性质临沂大学化学化工学院临沂大学化学化工学院123RTtxLrr为胶粒的半径；为介质的黏度；L为Avogadro常数。 该公式把胶粒的位移与胶粒的半径r、T等联系起来。r、T则Brown运动越明显！x(1)粗粒：小到观测不到，粒子几乎静止不动。xr很大， 很容易在显微镜下观察，由此可求得溶胶粒子半径。x(2)溶胶：14.3 溶胶的动力性质2x平均位移 与粒径 r成反比 临沂大学化学化工学院临沂大学化学化工学院(3)真溶液：无法在显微镜下观察到其运动。二、扩散和渗透压 胶粒也有热运动，因此也具有扩散和渗透压。只是溶胶的浓度较稀，这种现象很不显著。1.扩散 由于分子的热运动和胶粒的Brown运

20、动，胶粒从高浓度向低浓度迁移的现象，这就是胶粒的扩散作用。14.3 溶胶的动力性质临沂大学化学化工学院临沂大学化学化工学院ddcx它与浓度梯度和AB截面积A成正比。设通过AB面的扩散质量为m，扩散速度： 设任一平行于AB面的截面上浓度是均匀的，但水平方向自左至右浓度变稀，水平方向浓度梯度：ddmt14.3 溶胶的动力性质临沂大学化学化工学院临沂大学化学化工学院斐克第一定律“”表示扩散发生在浓度降低的方向： 用公式表示为：kgs1 扩散系数 面积 浓度梯度 ddddmcDAtx D的物理意义为：单位浓度梯度、单位时间内通 过单位截面积的质量。 0。ddcxddmt 设在t时间内粒子的扩散距离为

21、，则根据斐克第一定律可导出：x14.3 溶胶的动力性质临沂大学化学化工学院临沂大学化学化工学院Einstein-Brown运动位移方程：2126xRTDtLr该式把扩散系数与胶粒半径联系在一起，表明：r、T，D，胶粒越容易扩散!应用：胶粒：扩散实验测定x D r M 34()3MrL2.渗透压溶胶的渗透压可以借用稀溶液渗透压公式计算：nRTV或 cRT 14.3 溶胶的动力性质临沂大学化学化工学院临沂大学化学化工学院因为c很小，很小 cRT 溶胶的渗透压特征：(1) 一个溶胶粒子产生渗透压的作用只相当于一 个普通分子；(2)溶胶的渗透压至多只是原来溶液的几千分之一；(3)溶胶的渗透压可随着其聚

22、结的进行而逐渐减小。14.3 溶胶的动力性质临沂大学化学化工学院临沂大学化学化工学院三、沉降和沉降平衡 溶胶是高度分散系统，胶粒一方面受到重力吸引而下降，另一方面由于Brown运动促使浓度趋于均一进行扩散。 当这两种效应相反的力相等时，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，如图所示。这种平衡称为沉降平衡。14.3 溶胶的动力性质临沂大学化学化工学院临沂大学化学化工学院沉降 扩散 分散相分布真溶液 均相粗分散系统 沉于底部胶体系统 平衡 形成浓度梯度高度分布公式3221141exp()()3NrgL xxNRT粒子介质其中： N1，N2为高度x1 ，x2 处单位体积溶胶内的粒子数

23、； r为粒子的半径；14.3 溶胶的动力性质临沂大学化学化工学院临沂大学化学化工学院g为重力加速度；粒子为粒子密度； 介质 为分散介质密度粒子半径愈大，其平衡浓度随高度的降低亦愈大。3221141exp()()3NrgL xxNRT粒子介质14.3 溶胶的动力性质临沂大学化学化工学院临沂大学化学化工学院14.3 溶胶的动力性质课堂练习1.按照爱因斯坦扩散定律，溶胶中胶粒的扩散速度： ( ) (A)与温度T成正比 (B)与温度T的平方根成正比 (C)与温度T的平方成反比 (D)与温度T的三次方成正比 A2.溶胶的动力性质是由于粒子的不规则运动而产生的，在下列各种现象中，不属于溶胶动力性质的是：

24、( ) (A)渗透压 (B)扩散 (C)沉降平衡 (D)电泳 D临沂大学化学化工学院临沂大学化学化工学院Tyndall 效应和 Rayleigh 公式 14.4 溶胶的光学性质临沂大学化学化工学院临沂大学化学化工学院14.4 溶胶的光学性质一、Tyndall效应 1869年Tyndall发现，若令一束会聚光通过溶胶，在与光束垂直的方向可以看到一个发光的圆锥体，这就是Tyndall效应。 其他分散体系也会产生一点散射光，但远不如溶胶显著。 Tyndall效应已成为判别溶胶与真溶液(小分子或离子)的最简便的方法。临沂大学化学化工学院临沂大学化学化工学院生活中的丁达尔效应14.4 溶胶的光学性质临沂

25、大学化学化工学院临沂大学化学化工学院14.4 溶胶的光学性质 Tyndall效应的另一特点是，不同方向观察到的光柱有不同的颜色临沂大学化学化工学院临沂大学化学化工学院二、溶胶的光散射现象14.4 溶胶的光学性质 当光束通过分散系统时，一部分自由地通过，一部分被吸收、反射或散射。可见光的波长约在400700 nm之间。 1.当光束通过粗分散系统，由于粒子大于入射光的波长，主要发生反射，使系统呈现混浊。 2.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。 3.当光束通过真溶液，由于溶液十分均匀，散射光因相互干涉而完全抵消，看不见散射光。临沂大学化学化工学院临沂

26、大学化学化工学院真溶液粗分散溶胶透明有色(补色)混浊乳光透射吸收反射散射透射：粒径 波长散射：粒径 波长散射是溶胶特有的现象。 14.4 溶胶的光学性质临沂大学化学化工学院临沂大学化学化工学院三、光散射的本质14.4 溶胶的光学性质 真溶液十分均匀，这种散射光因相互干涉而完全抵消，看不到散射光。 溶胶是多相不均匀系统，在胶粒和介质分子上产生的散射光不能完全抵消，因而能观察到散射现象。四、溶胶的颜色两个因素吸收，与观察方向无关 散射，与观察方向有关 1.若吸收很弱，主要表现为散射：乳光。如AgCl，BaSO4溶胶临沂大学化学化工学院临沂大学化学化工学院2.若吸收较强，主要表现为其补色。如Au溶胶

27、(红)，As2S3溶胶(黄)。3.粒子大小可改变吸收 散射相对比 如Au溶胶高度分散时，吸收为主：红放置后粒子增大，散射为主：兰 14.4 溶胶的光学性质五、Rayleigh公式222222122212424()2A VnnInn A：入射光振幅； ：单位体积中粒子数 ：入射光波长； V：每个粒子的体积 n1：分散相折射率； n2：分散介质的折射率散射光总能量：临沂大学化学化工学院临沂大学化学化工学院1.适用范围：溶胶粒子半径r Cs+ Rb+ NH4+ K+ Na+ Li+ 对于正溶胶，一价负电反离子的聚沉能力： F- IO3- H2PO4- BrO3- Cl- ClO3- Br- I- C

28、NS-同价离子聚沉能力的这一次序称为感胶离子序。原因：反离子水化半径，越易靠近质点，聚 沉能力14.7 溶胶的稳定性和聚沉作用临沂大学化学化工学院临沂大学化学化工学院(3)有机化合物的离子：通常有强吸附能力，有 很强的聚沉能力。(4)电解质的聚沉作用是正负离子作用的总和。 通常相同电性离子的价数愈高，则该电解质的聚沉能力愈低，这可能与这些相同电性离子的吸附作用有关 (5)不规则聚沉 在逐渐增加电解质浓度的过程中，溶胶发生聚沉、又重新分散而成溶胶(胶粒所带电荷改变)，再聚沉的现象。14.7 溶胶的稳定性和聚沉作用临沂大学化学化工学院临沂大学化学化工学院课堂练习14.7 溶胶的稳定性和聚沉作用1.

29、 对于有过量的 KI 存在的 AgI 溶胶，下列电解质中聚沉能力最强者是： ( ) (A) NaCl (B) K4Fe(CN)6 (C) MgSO4 (D) FeCl3 D1. 等体积的0.08mol/L NaBr溶液和0.1mol/L的AgNO3溶液混合制AgBr溶胶，分别加入相同浓度的下述电解质溶液，其聚沉能力的大小次序如何？ (1) KCl(2) Na2SO4(3) MgSO4(4) Na3PO4 答：4231 临沂大学化学化工学院临沂大学化学化工学院4.江河出口处为什么形成三角洲？答：江海接界处，常有清水和混水的的分界面，这是海水中的盐类对江河中荷负电荷的土壤胶体聚沉的结果，而小岛和沙

30、洲的形成正是土壤胶体聚沉后的产物。14.7 溶胶的稳定性和聚沉作用3.下列各电解质对某溶胶的聚沉值分别为： KNO3 = 50，KAc =110，MgSO4 = 0.81，Al(NO3)3 = 0.095moldm-3，该胶粒的带电情况是： ( ) (A)带负电 (B)带正电 (C)不带电 (D)不能确定 A临沂大学化学化工学院临沂大学化学化工学院2. 不同胶体之间的相互作用 将胶粒带相反电荷的溶胶互相混合，也会发生聚沉。 与加入电解质情况不同的是，当两种溶胶的用量恰能使其所带电荷的量相等时，才会完全聚沉，否则会不完全聚沉，甚至不聚沉。 产生相互聚沉现象的原因是：可以把溶胶粒子看成是一个巨大的

31、离子，所以溶胶的混合类似于加入电解质的一种特殊情况。 3.大分子化合物的作用也属于不同胶体之间的相互作用。14.7 溶胶的稳定性和聚沉作用临沂大学化学化工学院临沂大学化学化工学院 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：(1)保护作用：当加入大分子溶液的量足够多时， 会防止溶胶聚沉。 原因：高分子覆盖溶胶表面可起保护作用。 停靠基团稳定基团(2)絮凝作用：早期称为敏化作用。在加入少量大分子溶液时，会促使溶胶聚沉成疏松的棉絮状沉淀 ，这种现象称为絮凝作用14.7 溶胶的稳定性和聚沉作用临沂大学化学化工学院临沂大学化学化工学院 当加入的大分子物质的量不足时，憎液溶胶的胶粒粘附

32、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。原因：大分子的搭桥效应 例如，对SiO2进行重量分析时，在SiO2的溶胶中加入少量明胶，使SiO2 的胶粒粘附在明胶上，便于聚沉后过滤，减少损失，使分析更准确。14.7 溶胶的稳定性和聚沉作用临沂大学化学化工学院临沂大学化学化工学院14.7 溶胶的稳定性和聚沉作用临沂大学化学化工学院临沂大学化学化工学院三、高分子化合物对溶胶的絮凝和稳定作用14.7 溶胶的稳定性和聚沉作用1.高分子化合物对溶胶的絮凝作用 在溶胶内加入极少量的可溶性高分子化合物，可导致溶胶迅速沉淀，沉淀呈疏松的棉絮状，这类沉淀称为絮凝物，这种现象称为絮凝(或桥

33、联)作用。 高分子对胶粒的絮凝作用与电解质的聚沉作用完全不同： 由电解质所引起的聚沉过程比较缓慢，所得到的沉淀颗粒紧密、体积小，这是由于电解质压缩了溶胶粒子的扩散双电层所引起的； 临沂大学化学化工学院临沂大学化学化工学院 高分子的絮凝作用则是由于吸附了溶胶粒子以后，高分子化合物本身的链段旋转和运动，将固体粒子聚集在一起而产生沉淀。 絮凝作用具有迅速、彻底、沉淀疏松、过滤快、絮凝剂用量少等优点，特别对于颗粒较大的悬浮体尤为有效。这对于污水处理、钻井泥浆、选择性选矿以及化工生产流程的沉淀、过滤、洗涤等操作都有极重要的作用。14.7 溶胶的稳定性和聚沉作用临沂大学化学化工学院临沂大学化学化工学院2.

34、高分子化合物絮凝作用的特点(1)起絮凝作用的高分子化合物一般要具有链状 结构； (2)任何絮凝剂的加入量都有一最佳值； (3)高分子的分子质量越大，絮凝效率也越高 (4)高分子化合物基团的性质对絮凝效果有十分重要的影响； (5)絮凝过程与絮凝物的大小、结构、搅拌的速率和强度等都有关系。14.7 溶胶的稳定性和聚沉作用临沂大学化学化工学院临沂大学化学化工学院课堂练习1. 当溶胶中加入大分子化合物时： ( ) (A) 一定使溶胶更稳定 (B) 一定使溶胶更容易为电解质所聚沉 (C) 对溶胶稳定性影响视加入量而定 (D) 对溶胶稳定性没有影响C2. 对于溶胶系统带正电的Fe(OH)3和带负电的 Sb

35、2S3的相互作用，下列说法正确的是：( )(A)混合后一定发生聚沉 (B)混合后不可能聚沉(C)聚沉与否取决于Fe和Sb结构是否相似 (D)聚沉与否取决于正，负电量是否接近或相等 D14.7 溶胶的稳定性和聚沉作用临沂大学化学化工学院临沂大学化学化工学院14.8 乳状液两种乳状液O/W型和W/O型乳状液 乳化剂的作用乳状液的不稳定性分层变型和破乳 临沂大学化学化工学院临沂大学化学化工学院14.8 乳状液 由一种液体以极小的液滴形式分散在另一种与其不混溶的液体中所构成的多相分散体系。一、乳状液分散相大小约为106107m，属粗分散体系。二、乳状液的类型水油水油水包油(O/W)，如牛奶 油包水(W

36、/O)，如含水 原油 外相：分散介质，连续内相：分散相，不连续如牛奶、含水原油、乳化农药等都是乳状液。临沂大学化学化工学院临沂大学化学化工学院乳状液不稳定的各种表现： 分层絮凝聚结三、乳化剂的作用1.乳化剂：制备稳定的乳状液所必须添加的第 三组分。 大多数乳化剂都是表面活性剂，此外还有粉末乳化剂，如CaCO3、BaSO4、碳黑、粘土等。2.作用：使由机械分散所得的液滴不相互聚结。14.8 乳状液临沂大学化学化工学院临沂大学化学化工学院14.9 凝胶 是固-液或固-气所形成的一种分散系统，其中分散相粒子(胶体颗粒或高分子)相互连接成网状结构，分散介质充满于其间。 一、定义 分散相和分散介质均为连

37、续相，是一种贯穿型网络。 具有一定的几何形状，有弹性、屈服应力等固体的特性。 临沂大学化学化工学院临沂大学化学化工学院92二、凝胶的结构a.球形离子相互链状联结。如SiO2等形成的凝 胶； b.棒状或片状粒子相互支撑构成骨架。如V2O5 凝胶 ；14.9 凝胶临沂大学化学化工学院临沂大学化学化工学院d. 线型高分子靠化学键形成交联的网状结构。如硫化橡胶 c. 柔软线型高分子构成骨架，一部分长链有序排列成微晶区。如明胶 14.9 凝胶临沂大学化学化工学院临沂大学化学化工学院 Staudinger(斯陶丁格)把相对分子质量大于10 000 的物质称之为大分子 大分子的概念既包含合成的高聚物，也包含

38、天然的大分子 大分子溶液就分散相粒子半径而言，属于胶体的范畴，但与前面的胶体体系有本质的差别。一、大分子溶液的界定 大分子溶液是真溶液，是热力学稳定系统，其粒子与溶剂之间没有界面。14.10 大分子溶液临沂大学化学化工学院临沂大学化学化工学院二、大分子溶液的特点憎液溶胶大分子溶液 小分子溶液分散相粒子大小 1100nm1100nm小于1nm分散相存在单元 聚集粒子单分子单分子能否通过半透膜不能不能能热力学稳定性不稳定稳定稳定丁铎尔效应强微弱微弱系统粘度小(介质)大小(溶剂)对外加电解质敏感度敏感不太敏感不敏感聚沉后再加分散介质不可逆可逆可逆14.10 大分子溶液临沂大学化学化工学院临沂大学化学

39、化工学院14.11 Donnan平衡和聚电解质溶液的渗透压Donnan平衡 聚电解质溶液的渗透压临沂大学化学化工学院临沂大学化学化工学院一、Donnan平衡 在大分子电解质中通常含有少量电解质杂质，即使杂质含量很低，但按离子数目计还是很可观的。 在半透膜两边，一边放大分子电解质，一边放纯水。大分子离子不能透过半透膜，而离解出的小离子和杂质电解质离子可以。 由于膜两边要保持电中性，使得达到渗透平衡时小离子在两边的浓度不等。小离子在膜两边的这种不均匀的平衡分布称为Donnan平衡，又叫膜平衡。14.11 Donnan平衡和聚电解质溶液的渗透压临沂大学化学化工学院临沂大学化学化工学院二、聚电解质溶液

40、的渗透压 由于大分子物质的浓度不能配得很高，否则易发生凝聚，如等电点时的蛋白质，所以产生的渗透压很小，用这种方法测定大分子的摩尔质量误差太大。1. 不电离的大分子溶液 由于大分子P不能透过半透膜，而H2O分子可以，所以在膜两边会产生渗透压。渗透压可1 = c2RTc2是大分子溶液的浓度以用不带电粒子的范霍夫公式计算，即：膜平衡的三种情况：14.11 Donnan平衡和聚电解质溶液的渗透压临沂大学化学化工学院临沂大学化学化工学院14.11 Donnan平衡和聚电解质溶液的渗透压2. 大分子电解质带有电荷 蛋白质分子Pz+ 不能透过半透膜，而Na+可以，但为了保持溶液的电中性，Na+也必须留在Pz

41、-同一侧 。 以蛋白质的钠盐为例，它在水中发生如下离解： 这种Na+在膜两边浓度不等的状态就是唐南平衡。则每一个蛋白质分子在溶液中有(z+1)个粒子，因渗透压只与粒子的数量有关，所以： NazP zNa+ + Pz-2 = (z + 1)c2RT临沂大学化学化工学院临沂大学化学化工学院14.11 Donnan平衡和聚电解质溶液的渗透压 在蛋白质钠盐的另一侧加入浓度为c1的小分子电解质，如上图。 虽然膜两边NaCl的浓度不等，但达到膜平衡时NaCl在两边的化学势应该相等，即：3. 有外加电解质时的大分子溶液 达到膜平衡时(如下图)，为了保持电中性，有相同数量的Na+ 和Cl-扩散到了左边。(Na

42、Cl, 左) = (NaCl, 右)临沂大学化学化工学院临沂大学化学化工学院14.11 Donnan平衡和聚电解质溶液的渗透压 对稀溶液，浓度取代活度，设所有活度因子均为1，得：12212czccx解得：RTlnaNaCl,左 = RTlnaNaCl,右aNaCl,左 = aNaCl,右即 (aNa+ aCl-)左 = (aNa+ aCl-)右Na+左Cl-左 = Na+右Cl-右即 (zc2 + x)x = (c1 - x)2左右,NaC*NaClNaCl,*NaCllnlnlaRTaRT临沂大学化学化工学院临沂大学化学化工学院14.11 Donnan平衡和聚电解质溶液的渗透压 由于渗透压是

43、因为膜两边的粒子数不同而引起的，所以：将x代入3计算式得：22222 1232122zcc cz cRTzcc 3 = (c2 + zc2 + 2x)左 2(c1 x)右RT= (c2 + zc2 2c1 + 4x)RT 由于聚电解质样品中总会有其他电解质杂质，溶液中真正的粒子数很难确定，故测量聚电解质的渗透压时，必须考虑Donnan平衡。临沂大学化学化工学院临沂大学化学化工学院14.11 Donnan平衡和聚电解质溶液的渗透压22222 1232122zcc cz cRTzcc(B) 当加入的电解质足够多，c1 zc2，则与(1) 的情况类似，即电解质浓度比蛋白质浓度 大很多：(A) 当加入

44、的电解质太少，c1 zc2，与(2)的 情况类似，即右边NaCl浓度很低时：3 (c2 + zc2)RT = (z + 1)c2RT相当于右边放纯水，计算的分子量偏低。3 c2RT临沂大学化学化工学院临沂大学化学化工学院14.11 Donnan平衡和聚电解质溶液的渗透压 这就是加入足量的小分子电解质后，使得用渗透压法测定大分子的摩尔质量比较准确。 NaCl电离出的Na+浓度比大分子电离出的Na+浓度大很多，可视为大分子不电离，或蛋白质在等电点时的情况，求分子量不产生太大误差。说明：(1)在半透膜的另一边加入不同量的电解质时， 渗透压在(z+1)c2RT c2RT 之间，则通过 Donnan平衡

45、可控制渗透压。临沂大学化学化工学院临沂大学化学化工学院14.11 Donnan平衡和聚电解质溶液的渗透压(2)由于离子分布的不平衡会造成额外的渗透压， 影响大分子摩尔质量的测定，称之为 Donnan效应，要设法消除。(3)在膜的另一边加入较多的小分子电解质，可 消除Donnan效应的误差。课堂练习1. 对于Donnan平衡，下列哪种说法是正确的： (A) 膜两边同一电解质的化学势相同 (B) 膜两边带电粒子的总数相同 (C) 膜两边同一电解质的浓度相同 (D) 膜两边的离子强度相同A临沂大学化学化工学院临沂大学化学化工学院14.11 Donnan平衡和聚电解质溶液的渗透压2. Donnan平衡产生的本质原因是： ( )(A) 溶液浓度大，大离子迁移速度慢(B) 小离子浓度大，影响大离子透过半透膜(C) 大离子不能透过半透膜，且因静电作用使 小离子在膜两边的浓度不同(D) 大离子浓度大，妨碍小离子通过半透膜C3. 乳状液是由哪个分散系统组成? ( ) (A) 两种互不相溶的液体 (B) 固体加液体 (C) 两种互溶的液体 (D) 多种互溶的液体 A