胶体化学--溶胶-电渗-课件(ppt·精·选)

(3) 将浓度2 g dm 3转换为体积摩尔浓度，
nW
W
c
V VM V 4πr3L
32
0.018
14π1.3 (10 9)31.3 9 130 6.02 13 203 3
mol
m-3
=cRT=0.018708.314298.16=46.34 Pa
三. 重力沉降与沉降平衡
溶胶粒子在外力场定向移动称沉降
FeO+ +H2O
结构式：[( Fe (OH)3 )mn FeO+ (n-x) Cl– ] xCl–
液态空气 钠
苯
苯
接受管
二．凝聚法
1. 物理凝聚法 2. 化学凝聚法
凡能有沉淀析出的化学反应都可能用来制备相应溶胶
如水解反应制备Fe (OH)3溶胶 FeCl3 +3H2O Fe (OH)3 + 3HCl
二．凝聚法
1. 物理凝聚法 2. 化学凝聚法 3. 改变溶剂法
使溶解度骤变，如 松香在乙醇中：溶 水中：不溶
电磁场 作用
二次光源
散射是溶胶特有的现象
光线
二．光散射定律 Reyleigh公式
I2434V2nn12122nn22222I0
I 散射光强度 粒子浓度(粒子数/体积)
I0 入射光强度 V 单个粒子体积
波长
n1，n2 粒子，介质折光率
二．光散射定律 Reyleigh公式
I2434V2nn12122nn22222I0
四. 光学方法测定粒子大小
1. 超显微镜法 普通显微镜：明视野，分辩率10–7m，无法计数 超显微镜：
四. 光学方法测定粒子大小
1. 超显微镜法 普通显微镜：明视野，分辩率10–7m，无法计数 超显微镜：

④ 高分子化合物对溶胶的保护作用(a)和敏化作用(b)
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第二节 溶胶
三、气溶胶（aerosol） 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。
图示是各种气溶胶的分散 相粒子直径的大致范围。
烟、雾的分散度较高，粉 尘的分散度低，后者稳定 性要差些。
十二烷基 磺酸钠
氢氧化铁 溶胶
＞ 100nm
粗粒 分散系
乳状液 非均相，热力学不稳定系统
悬浮液
不透滤纸和不透半透膜
牛奶 泥浆
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第一节 胶体分散系
二、胶体分散系
胶体分散系包括溶胶、高分子溶液和缔合胶体三类。 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，也可以是单个的大 分子。分散介质可以是液体、气体，或是固体。
50 0.65 0.72 0.81 0.093 0.096 0.095
AgI(负溶胶)
LiNO3 NaNO3 KNO3 RbNO3 Ca(NO3)2 Mg(NO3)2 Pb(NO3)2 Al(NO3)3 La(NO3)3 Ce(NO3)3
165 140 136 126 2.40 2.60 2.43 0.067 0.069 0.069
溶胶的分散相粒子由于 Brown 运动，能自动地 从浓度较高处移向浓度较低处，这种现象称为扩 散。在生物体内，扩散是物质输送或物质分子通 过细胞膜的推动力之一。在重力场中，胶粒受重 力作用要下沉，这一现象称为沉降。
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第二节 溶胶
2. 动力学性质 ② 扩散和沉降 当沉降速度等于扩散速度，系
物质的分散度越高，其表面积越大，表面 性质越明显。

分类
根据分散质的不同，胶体可分为无机胶体、有机胶体、高分 子胶体等；根据分散剂的不同，可分为水性胶体、非水性胶 体等。
胶体的基本性质
光学性质
胶体粒子具有较大的比表面积，因 此对光线具有强烈的散射作用，呈 现出独特的丁达尔效应。
电学性质
胶体粒子具有双电层结构，具有电 动电位，因此具有电泳现象和电渗 现象。
聚集是胶体的重要性质之 一，可以通过电泳、沉降 等方法进行观察和分析。
展望
新材料的应用
随着科技的发展，胶体在新材料领 域的应用将更加广泛，如纳米材料 、复合材料等。
生物医学领域的应用
胶体在生物医学领域的应用前景广 阔，如药物传递、基因治疗等。
环境科学领域的应用
胶体在环境科学领域的应用也值得 期待，如水处理、土壤修复等。
制备与加工方法
目前胶体材料的制备和加工方法尚不够成熟，需要进一步改进和 完善。
未来发展方向与趋势
新材料设计
智能化与功能化
通过研发新的胶体材料，提高胶体的稳定性 和相容性，拓展其应用领域。
利用胶体的特性，开发具有智能化和功能化 的胶体材料，如响应性胶体、光热胶体等。
绿色环保
交叉学科合作
采用环保、可持续的原料和方法制备胶体材 料，降低对环境的影响。
将药物研磨成细粉，再通过物理手段如超声、高压等，使药物颗粒分散在分 散介质中，形成胶体分散体系。
溶解法
将药物溶解在适当的溶剂中，通过搅拌、超声等物理方法，使药物分子分散 在溶剂中，形成胶体分散体系。
化学法
聚合反应
利用单体在聚合反应中形成的聚合物颗粒分散在分散介质中，形成胶体分散体系 。
离子反应
利用离子反应生成的离子颗粒分散在分散介质中，形成胶体分散体系。

分散介质 ——分散其他物质的物质，一般都是连续的
如油在水中的分散
油滴
二、分散体系分类 （一）按分散相的线度大小分类
1. 分子分散体系 分散相粒子线度：＜10－9 m 电子显微镜看不见，能透过半透膜
如：混合气体，真溶液
2．胶体分散体系(固-液溶胶，憎液溶胶）
分散相粒子线度：10-9～10-7m 电子显微镜能看见，不能透过半透膜
散作用和渗透压。实验中可观测到胶粒是从高浓度区→低浓度区迁 移——扩散
扩散：在有浓度梯度存在时，物质粒子因热运动而发生宏观上的定向迁移 现象
原因：粒子热运动
扩散与布朗运动的异同点：
相同点：粒子热运动
不同点：布朗运动
扩散
无规则
定向运动
任何时刻都存在 有浓度梯度时存在
3. 沉降和沉降平衡
粒子
介质
x
双 电 层 的 Stern 模 型
当溶胶相对静止时，整个溶胶体系是电中性的，但当分散相粒子和液 体介质相对运动时，就会产生电位差，这种电位差叫电动电势。
胶粒是带电的，由于静电引力使反粒子在表面周围，又由于分子热运动， 使反粒子在表面附近呈扩散分布。
离表面近的一层——紧密层(内层)，厚度(约几个水分子直径大小， 因为离子的水化所致)，当固体(胶粒)移动时，紧密层随固体一起移动。 外层——扩散层，紧密层与扩散层的界面叫切动面(滑动面)。
所加入的可溶性物质—胶溶剂 胶溶法一般只适用于新鲜沉淀。
如：Fe(OH)3(新鲜沉淀)
3. 凝聚法
加FeCl3
Fe(OH)3(溶胶)
化学凝聚法： 如AgNO3稀溶液滴入KBr溶液中可制AgBr溶胶； FeCl3(稀溶液)滴入沸水中可制得Fe(OH)3溶胶。

1<d<1000nm 多,均,均
不稳定,稳,稳
各种溶胶 如 AgI、Al(OH)3 水溶胶等
d > 1000nm 多相
不稳定
乳状液、悬浮液、泡沫 如牛奶、豆浆、泥浆等
高度分散的多相性和热力学不稳定性是胶体系统的主要特点
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光学性质 动力性质
热力学稳定性
真溶液
透明，无 （微弱）光 散射
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§12.2 胶体系统的光学性质
1、Tyndall（丁铎尔）效应
1869年 Tyndall发现胶体系统有光散射现象
丁铎尔效应：在暗室里，将一束聚集的光投射到胶体系 统上，在与入射光垂直的方向上，可观察到一个发亮的 光柱，其中并有微粒闪烁。
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RT LηD

12.3.3
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而 1mol 胶体粒子的摩尔质量为：
3
M

mL
ρ 162(π
L)2

RT ηD

(12.3.4)
注意： 1)当胶体粒子为多级分散时，由（11.10.2）求得的
为粒子平均半径；
2）若粒子非球形，则算得半径为表观半径；
3）若粒子有溶剂化，算出半径为溶剂化粒子半径。
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3. 沉降与沉降平衡
多相分散系统中的粒子，因受重力作用而下沉的 过程，称为沉降。 沉降与布朗运动所产生的扩散为一 对矛盾的两个方面。
沉降 扩散
分散相分布
真溶液 粗分散系统 胶体系统
平衡
均相 沉于底部 形成浓梯

上已成為判別溶膠與
分子溶液的最簡便的
方法。可用來觀察溶
膠粒子的運動以及測
溶膠
定大小和形狀。
§3 溶膠的動力性質
• Brown 運動 • 膠粒的擴散 • 沉降平衡 • 高度分佈定律
Brown運動
1827 年植物學家布朗（Brown)用顯微鏡 觀察到懸浮在液面上的花粉粉末不斷地作不規 則的運動。
後來又發現許多其他物質如煤、 化石、 金屬等的粉末也都有類似的現象。人們稱微 粒的這種運動為布朗運動。
光散射現象
當光束通過分散體系時，一部分自由地通過， 一部分被吸收、反射或散射。可見光的波長約在 400~700 nm之間。
（1）當光束通過粗分散體系，由於粒子大於入射 光的波長，主要發生反射，使體系呈現混濁。
（2）當光束通過膠體溶液，由於膠粒直徑小於可見 光波長，主要發生散射，可以看見乳白色的光柱。
憎液溶膠的特性
（1）特有的分散程度
粒子的大小在10-9~10-7 m之間，因而擴散較慢，不能透過 半透膜，滲透壓低但有較強的動力穩定性 和乳光現象。
（2）多相不均勻性
具有納米級的粒子是由許多離子或分子聚結而成，結構複 雜，有的保持了該難溶鹽的原有晶體結構，而且粒子大小不 一，與介質之間有明顯的相介面，比表面很大。
|___胶__粒__（__带 ___负__电__）________________| 胶团（电中性）
膠
K+
團
構
K+
K+
K+
造
K+
I- I- I-
示 意
I-
I-
K+
I-
K+
(AgI)m 膠核
I-

胶体的稳定性
胶体粒子由于其巨大的表面积和表面能而倾向于相互聚集，形成沉淀或絮凝体。 为了维持胶体的稳定性，需要采取措施来降低胶体粒子的相互作用，如加入电 解质或高分子物质。
聚沉
当胶体粒子聚集形成更大的粒子或沉淀时，称为聚沉。聚沉可以通过加入电解 质、加热、搅拌等方法实现。
胶体的电学性质
电泳
在电场作用下，胶体粒子会向电极移动，这一现象称为电泳。电泳是研究胶体电 学性质的重要手段之一。
胶体在交叉学科领域的应用前景
总结词
胶体化学与其它学科的交叉融合将为胶体化 学的发展开辟新的领域。
详细描述
胶体化学与生物学、医学、物理学等学科有 着密切的联系。例如，在生物学中，胶体可 以模拟细胞膜的结构和功能；在医学中，胶 体可以作为药物载体和诊断试剂；在物理学 中，胶体可以用于制备新型的光学、电学和 磁学材料。随着各学科之间的交叉融合，胶
油田污水处理
利用胶体吸附原理，去除 污水中的油、悬浮物等杂 质，实现废水的达标排放。
石油运输与储存
通过控制油品的胶体稳定 性，防止油品在运输和储 存过程中的变质和沉淀。
胶体在食品工业中的应用
食品加工
利用胶体作为增稠剂、稳定剂等，改善食品的口感和质地，提高 食品品质。
食品保鲜
通过控制食品胶体的稳定性，延缓食品变质，延长食品的保质期。
光学显微镜观察
总结词
通过光学显微镜可以观察胶体的形态、粒径大小和分布情况。
详细描述
光学显微镜利用可见光透射或反射胶体粒子，通过观察胶体粒子的形状、大小和分布，可以初步判断胶体的性质。
电学性质的测量
总结词
电学性质的测量是表征胶体的重要手段，可以了解胶体的电导率、电泳行为等。
详细描述

– 反离子电荷大，聚沉能力强；
– 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-
– 一些有机物离子具有非常强的聚沉能力。
.
32
不同电解质对几种溶胶的临界聚沉浓度mmol·L-1
As2S2(负溶胶)
LiCl
58
NaCl
.
17
第二节 溶胶
• Tyndall现象产生的原因
– 当分散粒直径＜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。
– 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。
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KCl
49.5
KNO3 CaCl2 MgCl2 MgSO4 AlCl3 1/2Al2(SO4)2 Al(NO3)2
50 0.65 0.72 0.81 0.093 0.096 0.095
AgI(负溶胶)
LiNO3 NaNO3 KNO3 RbNO3 Ca(NO3)2 Mg(NO3)2 Pb(NO3)2 Al(NO3)3 La(NO3)3 Ce(NO3)3
如：生理盐水中的水、碘酒中的酒精和水
.
6
第一节 胶体分散系
（二）分散系的分类 1、按物质状态分类
分散质 分散剂
气态
气态
液态
液态
固态
固态
气－气分散系（空气）
液－气分散系（雾）

达到提纯的目的。
胶体制备与提纯的注意事项
注意安全
在制备和提纯过程中，应避免使用有 毒有害的试剂，并确保操作安全。
控制条件
制备和提纯过程中，应控制好温度、 压力、浓度等条件，以保证实验结果 的准确性和可靠性。
实验操作规范
在实验过程中，应遵循实验操作规范 ，避免污染和交叉污染。
实验后处理
实验结束后，应对废液进行妥善处理 ，避免对环境和人体造成危害。
胶体在医学中的应用
胶体在医学中也有着重要的应 用，如医用胶、血液透析等。
医用胶是一种常用的外科手术 材料，具有快速止血、促进伤 口愈合等作用，广泛应用于手 术和创伤治疗中。
血液透析则是利用胶体的渗透 作用，将血液中的毒素和多余 水分滤出，以治疗肾功能衰竭 等疾病。
胶体在其他领域的应用
除了化学工业和医学领域，胶体 在其他领域也有着广泛的应用。
如胶体在环保领域中可以用于污 水处理、土壤修复等；在农业领 域中可以用于农药和肥料的缓释
剂等。
此外，胶体还在化妆品、食品、 墨水等领域中有着广泛的应用， 如隐形眼镜护理液、墨水等产品
中都含有胶体成分。
05
胶体的实验研究
胶体实验的目的与原理
目的
通过实验了解胶体的性质和特点，加深对胶体概念的理解。
原理
胶体是一种分散质粒子直径在1nm-100nm之间的分散系，具有介稳性、丁达 尔效应等特点。实验通过观察胶体的电泳、聚沉等性质，探究胶体的本质。
实验步骤与操作方法
步骤一
制备胶体。将一定量的Fe(OH)3固体溶解在沸水中，得到Fe(OH)3胶体。
步骤二
进行电泳实验。将胶体置于电场中，观察胶体粒子在电场中的移动情况。
氧化铝等。