第十四章 胶体分散系统和大分子溶液.

第十四章 胶体分散系统及大分子溶液1.在碱性溶液中HCHO 还原4HAuCl 以制备金溶胶，反应表示为：422543HAuCl NaOH NaAuO NaCl H O +→++2222232NaAuO HCHO NaOH Au HCOONa H O ++→++此外2NaAuO 是稳定剂，试写出胶团结构式，并标出胶核、胶粒和胶团。

解：2[(),()]x m Au AuO n x Na xNa -+-+-胶核胶粒胶团2.某溶液中粒子的平均直径为4.2nm ，设其黏度和纯水相同，0.001Pa s η=⋅。

试计算：（1）298K 时，胶体的扩散系数D ；（2）在1s 的时间里，由于Brown 运动，粒子沿x 轴方向的平均位移x 。

解：（1）102123918.31429811.0410()4.26 6.0231060.001(10)2RT D m s L r πηπ---⨯=⋅=⨯=⨯⋅⨯⨯⨯⨯ （2）因为22x D t=所以51.4410x -===⨯(m)3.已知某溶胶的黏度0.001Pa s μ=⋅，其粒子的密度近似为31mg m ρ-=⋅，在1s 时间内粒子在x 轴方向的平均位移51.410x m -=⨯。

试计算：（1）298K 时，胶体的扩散系数D ； （2）胶粒的平均直径d ； （3）胶团的摩尔质量M 。

解：（1）2521121(1.410)9.810()221x D m s t ---⨯===⨯⋅⨯ （2）因为16RT D L rπη=⋅ 所以9231118.31429812.2310()6 6.0231060.0019.810RT r m L D πηπ--⨯=⋅=⨯=⨯⨯⨯⨯⨯9922 2.2310 4.4610()d r m --==⨯⨯=⨯（3）3933235144(2.2310)110 6.02310 2.81033M r L g mol πρπ----==⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⨯⋅4.设某溶胶中的胶粒是大小均一的球形粒子，已知在298K 时胶体的扩散系数10211.0410()D m s --=⨯⋅，其黏度0.001Pa s μ=⋅。

第十四章胶体分散体系和大分子溶液教学目的：通过本章学习使学生了解胶体结构及性质，胶体分散体系和大分子溶液区别。

掌握有关大分子溶液的渗透及有关唐南平衡的求算重点和难点：唐南平衡是本章的重点和难点基本要求：1．了解胶体分散体系的基本特征。

2．了解胶体分散体系的动力性质、光学性质和电学性质。

3．了解胶体的稳定性和胶体的聚沉。

4．了解大分子溶液与溶胶的异同点5．掌握什么是唐南平衡，并能用唐南平衡准确求算大分子物质的相对分子质量教学内容：一种或几种物质分散在另一种物质中所构成的体系系统称为“分散体系”。

被分散的物质称为“分散相”；另一种连续相的物质，即分散相存在的介质，称“分散介质”。

按照分散相被分散的程度，即分散粒子的大小，大致可分为三类：1．分子分散体系。

分散粒子的半径小于10-9m，相当于单个分子或离子的大小。

此时，分散相与分散介质形成均匀的一相，属单相体系。

例如，氯化钠或蔗糖溶于水后形成的“真溶液”。

2．胶体分有散体系。

分散粒子的半径在10-9m至10-7m范围内，比普通的单个分子大得多，是众多分子或离子的集合体。

虽然用眼睛或普通显微镜观察时，这种体系是透明的，与真溶液差不多，但实际上分散相与分散介质已不是一相，存在相界面。

这就是说，胶体分散体系是高度分散的多相体系，具有很大的比表面和很高的表面能，因此胶体粒子有自动聚结的趋势，是热力学不稳定体系，难溶于水的固体物质高度分散在水中所形成的胶体分散体系，简称“溶胶”，例如，AgI溶胶、SiO2溶胶、金溶胶、硫溶胶等。

3．粗分散体系。

分散粒子的半径约在10-7m至10-5m范围，用普通显微镜甚至用眼睛直接观察已能分辨出是多相体系。

例如，“乳状液”（如牛奶）、“悬浊液”（如泥浆）等。

§14.1 胶体和胶体的基本特性通过对胶体溶液稳定性和胶体粒子结构的研究，人们发现胶体体系至少包含了性质颇不相同的两大类：（1）由难溶物分散在分散介质中所形成的憎液溶胶(简称胶液)，其中的粒子都是由很大数目的分子（各粒子中所含分子的数目并不相同）构成。

第十四章 胶体分散系统和大分子溶液【复习题】【1】用As 2O 3与略过量的H 2S 制成的硫化砷 As 2S 3溶胶，试写出其胶团的结构式。

用FeCl 3在热水中水解来制备Fe(OH)3溶胶，试写出Fe(OH)3溶胶的胶团结构。

【解析】 H 2S 是弱酸，考虑它的一级电离，故其胶团结构式为：-+x-+23[(As S )m nHS (n-x)H ]xH g g gFe(OH)3溶胶的胶团结构式为{[Fe(OH)3]m ·n Fe(OH)2+·(n-x )Cl -}x -·x Cl -。

【2】在以KI 和AgNO 3为原料制备AgI 溶胶时，或者使KI 过量，或者使AgNO 3过量，两种情况所制得的AgI 溶胶的胶团结构有何不同？胶核吸附稳定离子时有何规律？【解析】(AgI)m 胶核在KI 存在时吸附I -离子，当AgI 过量时则吸附Ag ＋，胶核吸附离子的规律为，首先吸附使胶核不易溶解的离子及水化作用较弱的离子。

【3】胶粒发生Brown 运动的本质是什么？这对溶胶的稳定性有何影响？【解析】Brown 运动的本质是质点的热运动，它使溶胶产生扩散、渗透压、沉降核沉降平衡。

【4】Tyndall 效应是由光的什么作用引起的？其强度与入射光波长有什么关系？粒子大小范围落在什么区间内可以观察到Tyndall 效应？为什么危险信号要用红色灯显示？为什么早霞、晚霞的色彩？【解析】Tyndall 效应是由光散射作用形成的。

其强度与入射光强度的关系为：222221242212242n n A V I n n πνλ⎛⎫-= ⎪+⎝⎭ A 为入射光的振幅；λ为入射光的波长；ν为单位体积中的粒子数；V 为单个粒子的体积，n 1和n 2为分散相的分散介质的折射率。

可见， Tyndall 效应的强度与入射光的波长的4次方成反比。

在1～100nm 范围内可观察到Tyndall 效应。

危险信号要用红色灯显示的主要原因是红光的波长较长不易散射。

第十四章 胶体分散系统和大分子溶液一、分散系统的分类根据分散相粒子的大小分子（离子）分散系统、胶体分散系统、粗分散系统。

二、胶团的结构[(AgI)m n I – (n-x )K+]x –x K + ，胶核、胶粒、胶团。

胶粒是独立运动的单位。

三、胶团的制备与净化四、胶体的形成条件和老化机理1、胶核形成速率1()Q s v k s-=， 2、胶核生长速率2()Q s v DA δ-= 3、粒子半径与溶解度的关系2''121211ln s M s RT R R γρ⎛⎫=⋅- ⎪⎝⎭半径越大，溶解度越小；半径越小，溶解度越大。

五、胶体的动力学性质1、Brown 运动特点：粒子越小，温度越高，Brown 运动越明显。

原因：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 运动方程：123RT t x L r πη⎛⎫= ⎪⎝⎭2、扩散运动Fick 第一定律：d d d d m c DA t x=- Fick 第二定律：22d d d d c c D t x=，d d d ()d d d c c D t x x = Einstein-Brown 运动方程：2216R x D t T L rπη==。

渗透压：n RT V=Π 3、沉降和沉降平衡（1）沉降平衡法条件：重力和扩散运动平衡。

322114ln ()()3N RT r gL x x N πρρ=---粒子介质 3221141exp ()()3N r gL x x N RT πρρ⎡⎤=---⎢⎥⎣⎦粒子介质相同的x2，x1，粒子半径越大、质量越大，N 2/N 1值越小。

越容易到达平衡。

或者浓度随高度的降低越大。

(2)在离心场中的平衡条件：离心力和扩散运动平衡3222221141ln ()()32N RT r L x x N πρρω=-⋅-粒子介质 22222112ln (1)()c RT M x x c ρωρ=---介质粒子（3）沉降速度平衡条件：摩擦力和重力平衡r = 六、胶体的光学性质1、丁铎尔效应：由于胶粒直径小于可见光波长，主要发生散射2、瑞利公式：222222122212424()2n n A V I n n πνλ-=+ A 入射光振幅，ν单位体积中粒子数, λ入射光波长，V 每个粒子的体积.(1) 散射光总能量与入射光波长的四次方成反比(2) 分散相与分散介质的折射率相差愈显著，则散射作 用亦愈显著。

第十四章胶体分散系统和大分子溶液[本章要求]：1.了解胶体分散系统的分类，对憎液溶胶的胶粒结构，制备和净化方法等要有一定的掌握。

2.了解憎液溶胶在动力学性质，光学性质，电学性质等方面的特点。

3.了解溶胶在稳定性方面的特点，掌握什么是电动电位以及电解质对溶胶稳定性的影响。

会判断电解质聚沉能力的大小。

4.了解乳状液的种类，乳化剂的作用以及在工业和日常生活中的应用。

5.了解凝胶的分类、形成及注意性质，了解大分子溶液与溶胶的异同点及大分子物质平均摩尔质量的种类和测定方法。

把一种或几种物质分散在另一种物质中构成分散系统，在分散系统中被分散的物质叫做分散相（分散质），分散在其中的物质叫做分散介质。

分散系统分类：（按分散相粒子的大小）1.分子（或离子）分散系统：即真溶液，分散相粒子半径r<10-9m2.胶体分散系统：多分子或离子的集合体，分散相粒子半径为10-9m<r<10-7m，分散相和分散质不是一相的多相体系，具有很高的表面能和比表面，是热力学不稳定系统。

3.粗分散系统：r (10-7.10-5)m§14.1 胶体和胶体的基本特性一.胶体的分类：1.憎液溶胶：（胶体）：由难溶物分散到分散介质中所形成。

分散微粒是很大数目的分子集合体。

该系统具有很大的相界面，很高的表面自由能，很不稳定，极易被破坏而聚沉，且不能恢复原态，是热力学不稳定和不可逆系统。

2.大分子溶液：（亲液溶胶），大分子化合物的溶液，其分子的大小已达到胶体范围，具有胶体的一些特性，但它却是分子分散的真溶液，大分子化合物在适当介质中可自动溶解而形成均相溶液，若设法使它沉淀，当出去沉淀剂，再重新加入溶剂又可自动再分散，是热力学稳定，可逆的系统。

胶体系统按分散相和分散介质的聚沉状态分类，P4.6，表14.2所示。

3.胶体的基本特性：特有的分散程度，不均匀（多相）性，易聚集的不稳定性等。

二.胶团的结构如：利用AgNO3和 KI溶液反应制备AgI溶胶若KI过量：[(AgI)m·nI-·(n-x)K+]x-·xK+若AgNO3过量：[(AgI)m·nAg+·(n-x)NO3]x+·xNO3在溶液中胶粒是独立运动单位，通常所说的溶胶带电是指胶粒而言，整个胶团是电中性的。