胶体知识点详解
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1 ★胶体的本质特征:分散质微粒的直径在1nm ~ 100nm之间。胶体是以分散质粒子大小为特征的,它只是物质的一种存在形式,如NaCl溶于水形成溶液,如果分散在酒精中可形成胶体。可见,同种分散质在不同的分散剂中可以得到不同的分散系。
胶体
★胶体结构:一般认为在胶体粒子的中心,是一个由许多分子聚集而成的固体颗粒,叫做胶核。在胶核的表面常常吸附一层组成类似的、带相同电荷的离子。当胶核表面吸附了离子而带电后,在它周围的液体中,带相反电性的离子会扩散到胶核附近,并与胶核表面电荷形成扩散双电层。扩散双电层由两部分构成:(1)吸附层:胶核表面吸附着的离子,由于静电引力,又吸引了一部分带相反电荷的离子(简称反离子),形成吸附层。(2)扩散层:除吸附层中的反离子外,其余的反离子扩散分布在吸附层的外围。距离吸附层的界面越远,反离子浓度越小,到了胶核表面电荷影响不到之处,反离子浓度就等于零。从吸附层界面(图中虚线)到反离子浓度为零的区域叫做扩散层。吸附层的离子紧挨着胶核,跟胶核吸附得比较牢固,它跟随胶核一起运动。扩散层跟胶核距离远一些,容易扩散。通常把胶核和吸附层共同组成的粒子称为胶粒,把胶核、吸附层和扩散层统称为胶团。
★胶体带电的原因:是由于胶体是高分散的多相体系,具有巨大的界面(总表面积),因而有很强的吸附能力。它能有选择地吸附介质中的某种离子,而形成带电的胶粒。
这里以AgI胶体为例来说明。包围着AgI胶核的是扩散双电层(吸附层和扩散层),胶核和吸附层构成了胶粒,胶粒和扩散层形成的整体为胶团,在胶团中吸附离子的电荷数与反离子的电荷数相等,因此胶粒是带电的,而整个胶团是电中性的。
式中的m是AgI分子数,m的值常常很大,n的数值比m小得多;(n-x)是包含在吸附层中的反离子数;x为扩散层中的反离子数。
由于胶核对吸附层的吸引能力较强,对扩散层的吸引能力弱,因此在外加电场(如通直流电)作用下,胶团会从吸附层与扩散层之间分裂,形成带电荷的胶粒而发生电泳现象。带电的胶粒向一极移动,带相反电荷的反离子向另一极极移动。因此,胶团在电场作用下的行为跟电解质相似。
★胶体应该带什么电?
胶体粒子吸附溶液中的离子而带电,当吸附了正离子时,胶体粒子荷正电,吸附了负离子则荷负电。不同情况下胶体粒子容易吸附何种离子,与被吸附离子的本性及胶体粒子表面结构有关。法扬斯规则表明:与胶体粒子有相同化学元素的离子优先被吸附。以AgI胶体为例,AgNO3与KI反应,生成AgI溶胶,若KI过量,则胶核AgI吸附过量的I-而带负电,若AgNO3过量,则AgI吸附过量的Ag+而带正电。
★氢氧化铁胶体一定带正电吗?
在制备氢氧化铁胶体的实验中,一般为向沸水中加入FeCl3溶液,由于Fe3+的水解,使溶液显酸性,溶液中的OH-浓度较小,因此氢氧化铁胶核更容易吸附浓度较大的Fe3+,带正电,如果在碱性环境下,则可吸附OH-带负电。
由此,我们常说的氢氧化铁胶体带正电,是由于制备胶体的实验过程的特殊性决定的,而非氢氧化铁胶体一定带正电。
★胶体都是由于吸附离子而带电吗?
前文所述的胶体粒子带电荷由于吸附离子所致,当分散相固体与液体介质接触时,固体表面分子发生电离,也可以使胶体带电。
以硅酸胶团为例。m个SiO2·nH2O分子聚集成胶核,胶核表面的H2SiO3有微弱的电离。胶核选择吸附与其组成类似的n个SiO32-离子;H+为反离子,总数为2n个,其中2(n-x)个被带负电的SiO32-所吸引,共同构成胶粒中的吸附层;其余的2x个H+则分布在扩散层中,它的胶团结构可以用下面式子来表示。由图可知,胶粒带负电。
硅酸溶胶是土壤胶体中的重要部分,而土壤胶体又是土壤中最重要、最活跃的部分,植物营养的吸收,土壤中的各种反应,大都集中在这一部分。胶体在土壤肥力上起着巨大作用,在工农业生产上有着重要意义。
2 (3)胶体的性质
现象 定义 解释 应用
丁达尔现象 光束通过胶体时,形成光亮的通路的现象 胶体分散质的粒子比溶液中溶质的微粒大,使光波发生散射(原因:胶粒直径大小与光的波长相近,胶粒对光有散射作用;而溶液分散质的粒子太小,不发生散射。) 区别溶液和胶体
布朗运动 在超显微镜下可观察到胶体粒子在做不停的、无秩序的运动,叫做布朗运动 水分子从各个方向撞击胶体粒子,而每一瞬间胶体粒子在不同方向受的力是不相同的(原因:溶剂分子不均匀地撞击胶体粒子,使其发生不断改变方向、改变速率的布朗运动。) 胶体微粒作布朗运动是胶体稳定的原因之一。
电泳现象 在外加电场的作用下,胶体粒子在分散剂里向电极做定向移动的现象 胶体粒子具有相对较大的表面积,能吸附离子而带电荷 分离蛋白质、氨基酸;血清电泳用于诊断疾病;电泳电镀
聚 沉 中和胶体粒子所带的电荷,使胶体粒子聚集长大,形成颗粒较大的沉淀从分散剂里析出的过程 胶体粒子带电,加电解质或带相反电荷的胶体,中和了胶体粒子所带的电荷,从而使分散质聚集成较大的微粒,在重力作用下沉淀析出 制豆腐、果冻等
★重要胶粒带电的一般规律:
胶粒带同种电荷,相互间产生排斥作用,不易结合成更大的沉淀微粒,这是胶体具有稳定性的主要因素。
(4)胶体的分类
类 型 分散剂状态 实 例
固溶胶 固态 有色玻璃、烟水晶
液溶胶 液态 淀粉溶液、Fe(OH)3胶体
气溶胶 气态 烟、云、雾 (5)净化胶体的方法——渗析法
将胶体放入半透膜袋里,再将此袋放入水中,胶粒不能透过半透膜,而分子、离子可以透过半透膜,从而使杂质分子或离子进入水中而除去。
分散系 溶 液 胶 体 悬(乳)浊液
能否透过滤纸 能 能 一般不能
能否透过半透膜 能 不能 不能
(6)胶体的应用:
土壤的保肥作用、制豆腐的化学原理、江河入海口处形成三角洲、明矾净水等。
注意:(1)胶体中的分散质——可以是单个分子或离子或分子集合体 例如:Fe(OH)3胶体中胶粒是有许多个Fe(OH)3聚集而成;淀粉胶体胶粒就是一个淀粉分子。
(2)胶体稳定存在的原因及胶体的聚沉:
①胶体粒子具有相对较大的表面积,能吸附离子而带电荷,所以胶体粒子带电。同种胶体粒子带同种电荷,互相排斥而稳定存在。
②一般说来,金属的氢氧化物、金属氧化物的胶体粒子带正电荷;非金属氧化物、金属硫化物、硅酸胶体的胶体粒子带负电荷。
③加热,加电解质或带相反电荷的胶体,可使胶体发生聚沉。与胶粒所带电荷相反的离子所带的电荷越多,越易使胶体聚沉。
(3)胶体聚沉后一般情况下都生成沉淀,但有些胶体聚沉后,胶体粒子和分散剂凝聚在一起,成为不流动的冻状物,这类物质叫凝胶。常见的重要的凝胶:①豆腐——重要的植物蛋白质;②硅胶——硅酸胶体聚沉,在空气中失水成为含水4%的SiO2其表面积大,因而吸附性强,常用做干燥剂、吸附剂及催化剂载体。
(4)是否所有胶体都能发生电泳现象?
电泳现象是由于胶体能带有电荷,在外加电场作用下能向阳极或阴极移动。而有些胶体如淀粉溶液,胶粒为中性分子,无电泳现象。
(5)蔗糖溶于水形成的分散系是溶液,为什么生物课的渗透实验中,蔗糖分子却不能通过半透膜?
不同的半透膜,如羊皮纸、动物膀胱膜、玻璃等,其细孔的直径是不同的,也就是说,不同的半透膜,其通透性是不一样的。显然,笼统地讲半透膜能使离子或分子通过,而不能使胶体微粒通过是不恰当的。同时也应将胶体的渗析与生物体的渗透加以区别。 3