1.3 胶体分散系.ppt
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1、按分散系中分散相粒子直径的大小分类:按分散系中分散相粒子直径的大小分类:分散系类型分散系类型分散相粒子分散相粒子的组成的组成分散相粒子分散相粒子直径直径实例实例粗分散系粗分散系粗粒子粗粒子大于大于100 nm100 nm泥浆、牛奶泥浆、牛奶胶体分散系胶体分散系胶粒胶粒高分子高分子1 100 nm1 100 nmAgClAgCl溶胶、溶胶、蛋白质、核酸蛋白质、核酸分子分散系分子分散系(溶液溶液)小分子小分子离子离子小于小于1 nm1 nm生理盐水、生理盐水、葡萄糖溶液葡萄糖溶液胶粒:分子、离子或原子的聚集体胶粒:分子、离子或原子的聚集体分散系的分类分散系的分类分散相分散相 空气空气 金属化合物金
2、属化合物 乳脂乳脂分散介质分散介质 细小水滴细小水滴 岩石岩石 水水分散系在自然界中广为存在分散系在自然界中广为存在:基本要求:基本要求:1.1.掌握溶胶的基本性质,了解溶胶的应用。掌握溶胶的基本性质,了解溶胶的应用。2.2.掌握溶胶胶团的结构及溶胶的稳定因素和掌握溶胶胶团的结构及溶胶的稳定因素和溶胶的聚沉现象。溶胶的聚沉现象。3.3.掌握凝胶的定义及性质,并了解其应用。掌握凝胶的定义及性质,并了解其应用。溶液是由一种以上的物质组成的分散系统。溶液与医学有着密切的联系。人体内的 血液、细胞内液、细胞外液以及其他体液都 是溶液。体内的许多化学反应都是在溶液中 进行的,营养物质的消化、吸收等无不与
3、溶 液有关。胶体分散系在自然界中尤其是在生物界 中普遍存在,与人类的生活及环境有着非常 密切的关系。胶体分散系又可分为 溶胶 高分子溶液 缔合胶体 胶体分散系 胶体的分散相的粒子的大小为1-100 nm,可以是一些小分子、离子或原子的聚集体,例如氢氧化铁溶胶、金溶胶等;也可以是单个的大分子,如蛋白质溶液。分散介质可以是液体,气体,或是固体。胶体分散系1 nm to 100 nmnanoparticlesspheresrodsproteinsTEMof5nmAuNPsDNA2nm 溶胶的分散相粒子是由许多小分子或小离子聚集而成,溶胶是高度分散的非均相系统,较不稳定。溶胶 高度分散使得分散相表面积
4、急剧增大。边长为1cm立方体的表面积是6cm2,当它分散为1012个小立方体,达到胶体分散相粒子的大小后,总体积不变,而总表面积却增大了一万倍,为60000cm2,或6m2。高高分分子子化化合合物物溶溶液液的的分分散散相相粒粒子子大大小小在在胶胶体体范范围围内内,属属于于胶胶体体溶溶液液。但但是是,其其分分散散相相是是以以单单个个分分子子分分散散在在介介质质中中的的,所所形形成成的的系系统统是是均均相相的的真真溶溶液液,分分散散相相和和分分散散介介质质间间没没有有界界面面存存在在。高高分分子子溶溶液液是是热热力力学学稳稳定定系系统统,溶溶液液的的性性质与高分子线性长链的柔顺性有关。质与高分子线
5、性长链的柔顺性有关。高分子化合物溶液高分子化合物溶液 缔缔合合胶胶体体是是由由溶溶液液中中的的表表面面活活性性剂剂分分子子(具具亲亲水水的的极极性性基基团团和和亲亲油油的的碳碳键键烃烃基基的的两两亲亲分分子子)超超过过某某一一特特定定浓浓度度,分分子子在在溶溶液液内内部部缔缔合合形形成成分分子子集集团团,即即所所谓谓“胶胶团团”形形成成的的分分散散系系。表表面面活活性性物物质质的的这这种种缔缔合合作作用用是是自自发发的的和和可可逆逆的的,因因而而与溶胶不同,缔合胶体溶液是热力学稳定的。与溶胶不同,缔合胶体溶液是热力学稳定的。缔合胶体缔合胶体 第四节 溶 胶一、溶胶的基本性质二、胶团结构及溶胶的
6、稳定性三、气溶胶四、溶胶的制备与净化 一、溶胶的基本性质 溶胶的胶粒是由数目巨大的原子(或分子、离子)构成的溶胶的胶粒是由数目巨大的原子(或分子、离子)构成的聚集体。聚集体。直径为直径为1 1100nm100nm的胶粒分散在分散介质中,形成热力学不的胶粒分散在分散介质中,形成热力学不稳定性分散系统。稳定性分散系统。多相性多相性、高度分散性高度分散性和和聚结不稳定性聚结不稳定性是溶胶的基本特性。是溶胶的基本特性。(一)溶胶的光学性质1 1Tyndall 现象 1869 年,英国物理学家 Tyndall发现:在暗室中让一束会聚的可见光通过溶胶,在与光束垂直的方向上可以看到一个圆锥形光柱,这种现象就
7、称为 Tyndall 现象现象。溶胶的分散相粒子的直径在1100 nm之间,小于可见光的波长(400760nm),因此当光通过溶胶时发生明显的散射作用,产生 Tyndall 现象。Tyndall现象是溶胶区别于真溶液的一个基本特征 Brown 运动 溶胶的分散相粒子在分散介质中不停地做不规则的折线运动,这种运动称为 Brown运动。(二)溶胶的动力学性质胶粒的 Brown 运动是由于胶粒受到处于不停运动的分散介质分子撞击,其合力不为零而引起的。(三)溶胶的电学性质电泳 质点在分散介质中的定向移动称为电泳(electrophoresiselectrophoresis)在电场作用下,胶粒大大多多数
8、数金金属属硫硫化化物物、硅硅酸酸、金金、银银等等溶溶胶胶向向正正极极迁迁移移,胶胶粒粒带带负负电电,称为负溶胶;称为负溶胶;大大多多数数金金属属氢氢氧氧化化物物溶溶胶胶向向负负极极迁迁移,胶粒带正电,称为正溶胶。移,胶粒带正电,称为正溶胶。电泳技术在氨基酸、多肽、蛋白质及核酸等电泳技术在氨基酸、多肽、蛋白质及核酸等物质的分离和鉴定方面有广泛的应用。物质的分离和鉴定方面有广泛的应用。Electrophoresis(一)胶粒带电的原因 1.胶核界面的选择性吸附:胶核有吸附其它物质而降低界面自由能的趋势,常选择性地吸附分散系统中与其组成类似的离子作为稳定剂,而使其界面带有一定电荷。实验表明,与胶粒具
9、有相同组成的离子优先被吸附。二、胶团结构及溶胶的稳定性如:如:利用硝酸银和碘化钾制备碘化银溶胶的反应为利用硝酸银和碘化钾制备碘化银溶胶的反应为AgNO3+KIAgI+KNO3当当KI过量时,过量时,AgI胶核吸附过胶核吸附过量的量的I-离子而带离子而带负负电荷电荷;当当AgNO3过量时,过量时,AgI胶核则吸胶核则吸附过量的附过量的Ag+离子而带离子而带正正电荷电荷。改变两种反应物的用量,可使制备的溶胶带改变两种反应物的用量,可使制备的溶胶带有有不同符号的电荷不同符号的电荷。(二)胶粒的双电层结构 溶胶的胶团结构也常用结构简式表示,如 AgI 负 溶胶的结构简式表示为:(AgI)m.nI-.(
10、n-x)K+x-.xK+AgI 溶胶的胶团结构示意图:AgNO3+KIKNO3 +AgI If AgNO3 large excess(AgI)m n Ag+(n-x)NO3x+x NO3|_|_|胶核胶核胶粒胶粒胶团胶团(三)溶胶的稳定性 溶胶具有一定的稳定性,其原因如下:(1)Brown 运动:溶胶的胶粒的直径很小,Brown 运动剧烈,能克服重力引起的沉降作用。(2)胶粒带电:同一种溶胶的胶粒带有相同电荷,当彼此接近时,由于静电作用相互排斥而分开。胶粒荷电量越多,胶粒之间静电斥力就越大,溶胶就越稳定。胶粒带电是大多数溶胶能稳定存在的主要原因。(3)胶粒表面水合膜的保护作用:胶团的水合双电层
11、膜犹如一层弹性膜,阻碍胶粒相互碰撞合并变大。水合膜层愈厚,胶粒愈稳定。1电解质对溶胶的聚沉作用(四)溶胶的聚沉 当溶胶的稳定因素受到破坏,胶粒碰撞时会合并变大从介质中析出而下沉。此现象称为聚沉(coagulation)。2溶胶的相互聚沉作用3.高分子物质对溶胶的保护作用和敏化作用1电解质对溶胶的聚沉作用 电解质加入后,使扩散层中的反离子更多地进入吸附层,胶核表面所带电荷被反离子中和,吸附层随之变薄,溶胶的稳定性下降,最终导致聚沉。(AgI)m n I (n-x)K+x xK+|_|_|胶核胶核胶粒胶粒胶团胶团电解质对溶胶的聚沉规律为:(1)电解质对溶胶的聚沉作用,主要是由与胶粒带相反电荷的离子
12、(反离子)引起的。反离子所带电荷越多,其聚沉能力越大。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=100:1.8:0.14Shulze-Hardy规则:临界聚沉浓度与离子价数的六次方成反比。(2)带相同电荷的离子的聚沉能力虽然接近,但也略有不同。对用一价正离子聚沉负溶胶时,其聚沉能力次序为:H+Cs+Rb+NH4+K+Na+Li+(3)有机化合物的离子(如脂肪酸盐和聚酰胺类化合物的离子)都有较强的聚沉能力,能有效地破坏溶胶使之聚沉。对一价负离子聚沉正溶胶时,其聚沉能力次序为:F-Cl-Br-NO3I-CNS-2溶胶的相互聚沉作用 将胶粒带相反电荷的两
13、种溶胶混合,也会产生聚沉现象。与电解质的聚沉作用不同的是,只有当两种溶胶的胶粒所带电荷完全中和时,才会完全聚沉;否则,可能聚沉不完全,甚至不聚沉。例如污水中的胶状悬浮物一般带负电,加入明矾后,明矾中的Al3+可水解成Al(OH)3正溶胶使悬浮物发生聚沉,达到净水目的。3.高分子物质对溶胶的保护作用和敏化作用(a)高分子物质对溶胶保护作用(b)高分子物质对溶胶敏化作用高分子物质吸附于高分子物质吸附于胶粒的表面包围住胶粒的表面包围住了胶粒了胶粒,使其对介使其对介质的亲和力加强,质的亲和力加强,从而增加了溶胶的从而增加了溶胶的稳定性。稳定性。保护作用保护作用敏化作用敏化作用加入少量的高分子溶加入少量
14、的高分子溶液,不但起不到保护液,不但起不到保护作用,反而降低溶胶作用,反而降低溶胶的稳定性,甚至发生的稳定性,甚至发生聚沉。聚沉。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(aerosol)。三、气溶胶例如烟、粉尘是固体粒子分散在空气中的气溶胶,雾是细小水滴分散在空气中的气溶胶。三、溶胶的制备与净化 1分散法 研磨法是用胶体磨把大颗粒固体磨细,在研磨的同时加入丹宁或明胶做稳定剂。工业用的胶体石墨、颜料、医用硫溶胶等都是用胶体磨磨制成的。胶溶法是一种使暂时凝集起来的分散相又重新分散的方法。把新生成的沉淀洗涤后,加入电解质溶液做稳定剂,经过搅拌,沉淀就重新分散而形成溶胶。(一
15、)溶胶的制备2凝集法 化学凝集法是利用化学反应使产物凝集而形成溶胶。在溶液中进行的复分解、水解、氧化还原等反应,只要有一种产物的溶解度较小,就可以控制反应条件使该产物凝集而得到溶胶。一般来说,在制备溶胶时,反应物的浓度要比较稀,反应物混合要比较缓慢,其中的一种反应物要稍有过量。改换溶剂法是利用分散相在两种不同分散介质中的溶解度相差悬殊的特点制备溶胶。(二)溶胶的净化 常用的净化方法是将溶胶与纯溶剂用半透膜隔开,溶胶中的电解质和杂质的分子、离子可透过半透膜进入溶剂,而胶粒不能透过半透膜,不断更换溶剂,可将电解质和杂质除去。这种利用半透膜净化溶胶的方法称为渗析。第五节 高分子溶液一、高分子化合物的
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- 1.3 胶体分散系 胶体 分散
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