1、本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。作者:林毅单位:武汉大学第五章 胶 体Colloid本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。第一节 分散系统及胶体分散系第二节 溶胶第三节 高分子溶液第四节 表面活性剂和乳状液本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。溶胶的基本性质；胶团结构及表示式；溶胶的稳定性因素及聚沉作用。胶体分散系的特点；高分子溶液的稳定性与破坏条件；表面活性剂的结构特点及其在溶液中的状态。胶体分散系、分散度的概念、
2、气溶胶与PM2.5的意义；高分子溶液与溶胶的区别、高分子溶液的形成特点；两种类型的乳状液、乳化作用。本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。分散系统及胶体分散系第一节本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。一、分散系统及其分类1.把研究对象作为系统，一种或数种物质分散在另一种物质中所形成的系统称为分散系（dispersion system）。2.被分散的物质称为分散相（dispersed phase）。3.容纳分散相的连续介质称为分散介质（dispersion medium）。4.相
3、：系统中物理和化学性质相同的组成部分。第一节 分散系统及胶体分散系本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。分散系的分类分散相粒子大小分散系类型一般性质实例 100 nm粗分散系非均相；热力学不稳定；分散相粒子不能透过滤纸和半透膜泥浆等第一节 分散系统及胶体分散系本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。二、胶体分散系 胶体分散系（colloidal systems）介于真溶液和粗分散系两者之间的分散系统。其分散相的粒子的大小为1100 nm，可以是一些小分子、离子或原子的聚集体，也可以
4、是单个的大分子。分散介质可以是液体、气体或是固体。包括：溶胶（sol）高分子溶液（macromolecular solution）缔合胶体（associated colloid）第一节 分散系统及胶体分散系本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。一些胶体的例子分散介质分散相名 称实 例气体液体气溶胶雾气体固体气溶胶烟液体气体泡沫胶生奶油液体液体乳状液牛奶液体固体溶胶油漆，细胞液固体气体泡沫浮石固体液体凝胶果冻固体固体固体溶胶红宝石玻璃第一节 分散系统及胶体分散系本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联
5、系网站或本人删除。三、胶体分散系的特性1.分散度分散相在分散介质中分散的程度。常用比表面来表示。比表面：单位体积物质所具有的表面积。S0=S/V 实例：当 r=0.62 cm的水滴分散成 r=10-7 cm 时，S0增加了7个数量级，表面性质十分突出。2.表面能表面层分子比内部分子多出一部分能量，称为表面能。第一节 分散系统及胶体分散系本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。液体、固体有自动缩小表面积的趋势。小液滴聚集变大缩小表面积，可降低表面能。表面积减小过程是自发过程。这个结论对固体物质同样适用。高度分散的溶胶比表面大，所以表面能也大
6、，它们有自动聚积成大颗粒而减少表面积的趋势，称为聚结不稳定性。界面：相与相之间的接触面如：液-气、固-气、液-液、固-液等表面：液-气界面、固-气界面第一节 分散系统及胶体分散系本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。溶胶第二节本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。分散相：胶粒（由数目巨大的原子/分子/离子构成的聚集体）分散介质：固体、液体、气体基本特性：多相性、高度分散性、聚结不稳定性第二节 溶 胶一、溶胶的定义本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当
7、之处，请联系网站或本人删除。二、溶胶的基本性质1.溶胶的光学性质2.溶胶的动力学性质3.溶胶的电学性质第二节 溶 胶本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。1.溶胶的光学性质Tyndall效应(Tyndall effect)溶胶区别于真溶液的基本特征本质：光散射现象Fe(OH)3 FeCl3Fe(OH)3 FeCl3第二节 溶 胶本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。Tyndall现象产生的原因 当分散粒子直径入射光波长，光波可绕过粒子前进且迫使粒子振动。二次波源向各方发射散射光。
8、特性散射光强度与单位体积内胶粒数成正比；散射光强度与胶粒体积成正比；散射光强度与波长成反比；分散相与分散介质折射率的差愈大，散射光愈强。第二节 溶 胶本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。2.溶胶的动力学性质布朗运动(Brownian movement)由于介质分子的热运动不断地撞击着胶体粒子所引起的现象。第二节 溶 胶本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。Brown运动产生原因：处于热运动状态的介质分子不断撞击胶粒。某一瞬间胶粒受到各方撞击力不均，向合力方向移动。第二节 溶 胶
9、本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。扩散和沉降平衡沉降(sedimentation)：密度大于分散介质的胶粒，在重力作用下下沉而与流体分离的过程称沉降。扩散(diffusion)：胶粒存在浓度差时，胶粒将从浓度大的区域向浓度小的区域移动的现象称扩散。沉降平衡(sedimentation equilibrium)：当沉降速度=扩散速度时，系统达平衡，形成一个浓度梯度，此状态称沉降平衡。v扩散 v沉降 第二节 溶 胶本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。3.溶胶的电学性质 电泳：在
10、外电场作用下，带电胶粒在介质中定向移动的现象称电泳。产生原因：胶粒带电 运动物质：胶粒_+第二节 溶 胶本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。电渗：在外电场作用下，液体介质通过多孔膜向其所带电荷相反的电极方向定向移动的现象。产生原因：介质带电 运动物质：介质第二节 溶 胶_+本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。Fe(OH)3m 溶胶的结构例：Fe(OH)3溶胶FeCl3(aq)+3H2O(l)Fe(OH)3(aq)+3HCl(aq)Fe(OH)3(s)+HCl(aq)FeOCl
11、(aq)+2H2O(l)FeOCl(aq)FeO+(aq)+Cl-(aq)胶核界面的选择性吸附第二节 溶 胶本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。胶团的双电层结构Fe(OH)3m胶核吸附层扩散层 Fe(OH)3mnFeO+(n-x)Cl-x+xCl-例：Fe(OH)3溶胶胶核吸附层扩散层胶粒胶团第二节 溶 胶本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。胶粒的双电层结构胶核表面因荷电而结合水，吸附的反离子也水合，给胶粒覆盖了一层水合膜。胶粒运动时水合膜层以及膜层内的反离子一起运动。这部分
12、水合膜层称为吸附层；其余反离子呈扩散状态分布在吸附层周围，形成与吸附层荷电性质相反的扩散层。这种由吸附层和扩散层构成的电性相反的两层结构称为扩散双电层。第二节 溶 胶本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。例：利用AgNO3和KI制备AgI溶胶。(1)若用去20 mL 0.02 mol/L的KI溶液与100 mL 0.02 mol/L的AgNO3溶液，试写出此溶胶结构式。(2)若用去100 mL 0.02 mol/L的KI溶液与20 mL 0.02 mol/L的AgNO3溶液，试写出此溶胶结构式。AgImnAg+(n-x)NO3-x+xN
13、O3-解：Ag(aq)I(aq)AgI(s)(1)由于溶液中Ag过量，此溶胶结构式为：AgImnI-(n-x)K+x-xK+(2)由于溶液中I过量，此溶胶结构式为：第二节 溶 胶本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。胶核表面分子的离解例：硅胶的胶核由xSiO2.yH2O分子组成，表面的H2SiO3分子可以离解。H2SiO3(溶胶)HSiO3-(aq)+H+(aq)HSiO3-(aq)SiO32-(aq)+H+(aq)第二节 溶 胶本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。三、溶胶的稳
14、定因素1.胶粒带电带电胶粒间存在静电排斥力，阻止胶粒接近合并变大。加热溶胶至胶粒动能增大到克服静电斥力时就会聚沉。2.胶粒表面的水合膜水合膜层愈厚，胶粒愈稳定。3.Brown运动第二节 溶 胶本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。电解质作用：加入电解质可迫使反离子更多进入吸附层，扩散层变薄，稳定性下降。四、溶胶的聚沉Cl-离子围绕Fe(OH)3胶粒PO43-离子围绕Fe(OH)3胶粒第二节 溶 胶本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。临界聚沉浓度：一定量溶胶在一定时间内发生聚沉所
15、需电解质的最小浓度。（反映电解质聚沉能力的大小）1.负离子聚沉正溶胶，正离子聚沉负溶胶；2.反离子电荷大，聚沉能力强；3.同价离子聚沉能力接近，但 正离子：H+Cs+Rb+NH4+K+Na+Li+负离子：F-Cl-Br-I-CNS-4.一些有机物离子具有非常强的聚沉能力。规规则则第二节 溶 胶本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。不同电解质对几种溶胶的临界聚沉浓度（mmolL-1）As2S3（负溶胶）（负溶胶）AgI（负溶胶）（负溶胶）Al2O3（正溶胶）（正溶胶）电解质电解质临界聚沉浓度临界聚沉浓度/mmolL-1电解质电解质临界聚沉
16、浓度临界聚沉浓度/mmolL-1电解质电解质临界聚沉浓度临界聚沉浓度/mmolL-1LiCl58LiNO3165NaCl43.5NaCl51NaNO3140KCl46KCl49.5KNO3136KNO360KNO350RbNO3126 CaCl20.65Ca(NO3)22.40K2SO40.30MgCl20.72Mg(NO3)22.60K2Cr2O70.63MgSO40.81Pb(NO3)22.43K2C2O40.69AlCl30.093Al(NO3)30.067K3Fe(CN)60.08Al2(SO4)30.096La(NO3)30.069 Al(NO3)30.095Ce(NO3)30.06
17、9 21 第二节 溶 胶本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。Shulze-Hardy规则电解质对溶胶的聚沉作用，有如下规律：反离子的价数愈高，聚沉能力愈强；一价、二价、三价反离子的临界聚沉浓度之比近似为(1/1)6:(1/2)6:(1/3)6=100:1.8:0.14即临界聚沉浓度与离子价数的六次方成反比。第二节 溶 胶本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。溶胶相互聚沉：带相反电荷的溶胶有相互聚沉能力。例如：明矾净水高分子化合物对溶胶的保护作用(a)和敏化作用(b)。第二节 溶
18、 胶本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。五、气溶胶（aerosol）1.由极小的固体或液体粒子悬浮在气体介质中所形成的分散系统称为气溶胶。2.烟、雾、霾的分散度较高，易形成细颗粒物漂浮在空气中，是PM2.5检测物的主要成分。气溶胶分散相粒子直径的大致范围第二节 溶 胶本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。高分子溶液第三节本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。高分子化合物：单个分子相对分子量在1万以上的大分子包括：蛋白质、
19、核酸、糖原、存在体液中重要物质人体肌肉、组织、天然橡胶等来源：天然、合成第三节 高分子溶液本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。高分子溶液与溶胶性质比较胶体胶体物质物质相同性质相同性质不同性质不同性质溶胶分散相粒子大小1100nm多相Tyndall现象明显热力学不稳定系统对电解质敏感高分子溶液扩散速率慢均相Tyndall现象微弱热力学稳定系统对电解质不太敏感缔合胶体不能透过半透膜均相热力学稳定系统第三节 高分子溶液本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。1.结构特征一般具有碳链，碳
20、链由大量称为链节的结构单位连接而成，链节重复的次数叫聚合度，以n表示。天然橡胶 链节为异戊二烯单位(-C5H8-)。纤维素、淀粉、糖原或高分子右旋糖酐，链节为葡萄糖单位(-C6H10O5-)。蛋白质的结构单位是氨基酸。第三节 高分子溶液一、高分子化合物的结构特点及溶液的形成本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。高分子化合物是不同聚合度的同系物分子组成的混和物，它的聚合度和相对分子质量指的都是平均值。高分子化合物分子链的长度以及链节的连接方式并不相同，因而形成线状或分枝状结构。第三节 高分子溶液本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学
21、依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。2.柔性和分子内旋转 内旋转：分子链中许多C-C单键，C原子以sp3杂化，单键能在键角不变条件下绕键轴旋转。柔性：内旋转导致碳链构型改变，高分子长链两端的距离也随之改变。第三节 高分子溶液本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。3.高分子溶液的形成 溶胀：溶剂进入高分子链，导致化合物舒展，体积成倍增长。高分子化合物先溶胀，后溶解。与水分子亲和力很强的高分子化合物形成水合膜：稳定性的主要原因。上：高分子化合物在良溶剂中下：高分子化合物在不良溶剂中第三节 高分子溶液本文档所提供的信息仅供参考
22、之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。二、聚电解质溶液蛋白质等高分子化合物在水溶液中往往以离子形式存在，称为聚电解质（polyelectrolyte）。1.特征：链上有荷电基团很多电荷密度很大对极性溶剂分子的亲合力很强分为阳离子、阴离子、两性离子三类 第三节 高分子溶液本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。2.等电状态和等电点等电点（isoelectric point）pI 恰好使高分子上（蛋白质）所带正电荷量与负电荷量相等时溶液的pH，称为等电点。RCOOHNH3+RCOO-NH3+RCOO-NH2RC
23、OOHNH2)(pIpHpIpH pI，蛋白质形成负离子。pH C6H5O73-C4H4O62-CH3COO-CI-NO3-Br-I-CNS-NH4+K+Na+Li+盐析（salting out）：因加大量无机盐使蛋白质从溶液中沉淀析出的作用。原因：无机离子水合作用强烈，使蛋白质的水合程度大为降低，稳定因素受到破坏。第三节 高分子溶液本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。有机溶剂：于蛋白质溶液中加入与水作用强烈的有机溶剂也能降 低蛋白质的水合程度，蛋白质因脱水而沉淀。对少量电解质不太敏感：因高分子溶液是高度水化系统，加少电 解质不足以破
24、坏水合层。第三节 高分子溶液本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。四、高分子溶液的渗透压力和膜平衡1.高分子溶液的渗透压力 将高分子溶液与溶剂用半透膜隔开，可产生渗透现象；渗透压力变化不符合vant Hoff公式；浓度改变时，渗透压力的增加比浓度的增加要大得多。原因：高分子链的空隙间束缚着大量溶剂，浓度增大，单位体积内溶剂的有效分子数明显减小。第三节 高分子溶液本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。1.高分子溶液的渗透压力 高分子溶液渗透压力与溶液的质量浓度B(gL-1)的关系：
25、以/B对B作图得直线，外推至B 0时截距为RT/Mr。第三节 高分子溶液本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。2.膜平衡或Donnan平衡用半透膜隔开时，小离子能透过而聚电解质离子不能，为保持溶液的电中性，平衡时小离子在膜两侧分布不均匀。第三节 高分子溶液本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。平衡时，v左=v右 Na+左Cl-左=Na+右Cl-右 x=或=当c1c2时，0，膜外几乎一点也不透入膜内。当c2c1时，c2/2，膜内外NaCl浓度近似相等。当c2=c1时，c2/3，1/
26、3的NaCl透入膜内。221xcxxc21222ccc2cx2122ccc第三节 高分子溶液本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。3.凝胶高分子溶液粘度变大，失去流动性，形成有网状结构的半固态物质，称为凝胶（gel）。刚性凝胶：粒子间交联强，网状骨架坚固，若将其干燥，网孔中的液体可被驱出，凝胶的体积和外形无明显变化。弹性凝胶：由柔性高分子化合物形成，干燥后，体积明显缩小，有弹性，再放到合适的液体中，它又会溶胀变大，甚至完全溶解。第三节 高分子溶液本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删
27、除。表面活性剂和乳状液第四节本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。一、表面活性剂1.表面活性剂：能显著降低水的表面张力的物质。表面张力升高：NaCl、NH4Cl等无机盐及蔗糖、甘露醇等多羟基有机物；表面张力降低：醇、醛、羧酸、酯等大多数有机物；表面张力开始下降，随后大体不变：肥皂及各种合成洗涤剂。第四节 表面活性剂和乳状液本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。2.表面活性物质在溶液中能形成正吸附。3.表面活性物质的结构特点含有疏水性非极性基团和亲水性极性基团，亲水基端进入水中，疏
28、水基端离开水相，在水表面定向排列，从而降低表面张力。第四节 表面活性剂和乳状液本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。二、缔合胶体1.表面活性剂达到一定量，在水相表面定向排列的同时，疏水基相互紧靠，逐渐聚集，形成亲水基朝外而疏水基在内的胶束。由胶束形成的溶液称为缔合胶体。2.胶束的形成减小了疏水基与水的接触面积，使系统稳定。第四节 表面活性剂和乳状液本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。开始形成胶束时表面活性剂的最低浓度称为临界胶束浓度（CMC）。其值受温度、表面活性剂用量、分子缔
29、合程度、溶液pH值及电解质影响。接近CMC，胶束呈球形。浓度增大，胶束成为圆柱形乃至板层形。增溶：表面活性剂可使不溶于水的油脂或其它有机物裹在其中形成胶束。第四节 表面活性剂和乳状液本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。三、乳状液1.乳状液是不相溶的分散相液体分散在另一种液体中所成的粗分散系。其中一相是水，另一相统称为油。2.乳状液属于不稳定系统。要稳定乳状液，须有乳化剂，常用表面活性剂。3.乳状液可分为“水包油”（O/W）和“油包水”（W/O）两种类型。水包油型乳状液水包油型乳状液第四节 表面活性剂和乳状液本文档所提供的信息仅供参考之
30、用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。1.胶体分散系是介于真溶液和粗分散系之间的高度分散系统。2.溶胶是热力学不稳定系统。多相性、高度分散性和聚结不稳定性是溶胶的基本特性。胶核选择吸附使胶粒带电。溶胶的稳定化因素包括胶粒带有相同电荷的静电排斥作用、胶粒表面的溶剂化膜及Brown运动。3.高分子溶液是热力学稳定系统。使蛋白质所带正电荷与负电荷数量相等时溶液的pH称为该蛋白质的等电点。4.能显著降低表面张力的物质称为表面活性剂。缔合胶体是表面活性剂分子在溶液内部缔合形成胶束的热力学稳定系统。本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。
