丝姜大字 物理化学讲滈 第十四章) 胶体分散系统 和大分子溶液 (6学时) 物理化学教研室
物理化学讲稿 第十四章 胶体分散系统 和大分子溶液 （6 学时） 物理化学教研室
第十四章胶体分散系统和大分子溶液（教学方案） 章节名称 第十四章胶体分散系统和大分子溶液 备注 授课方式 理论课（√）：实验课()：实习() 教学时数 6 1.了解胶体分散系统的分类及胶体一般制备，净化方法。 2.了解憎液溶胶的动力性质，光学性质，电性质。 教学目的及要 3.了解胶体的结构及胶体的稳定性与聚沉作用。 4.了解大分子溶液的一般性质及其分子量的测定。 5.了解唐南平衡及离子交换的应用。 教学内容提要 时间分配 14.1、胶体和胶体的基本特征 1.5 (分散体系的分类、胶团的结构) 14.2、溶胶的制备与净化 0.5 14.3、溶胶的动力性质 1 (布朗运动与胶粒的扩散、沉降与沉降平衡) 14.4、溶胶的光学性质 (锋尔效应、雷莱公式) 0.5 14.5、溶胶的电性质 1 14.6、双电层理论和℃一电势 0.5 14.7、溶胶的稳定性和聚沉 0.5 (胶体的稳定理论一DLVO理论、影响聚沉作用的一些因素) 14.8、大分子溶液及其膜平衡 0.5 (大分子溶液的性质及其分子量的测定、大分子溶液的渗透压和 唐南平衡、大分子对溶胶的保护作用和敏化作用) 重点：1.溶胶的定义、胶团结构及其基本特征：2.溶胶的动力性质、光 重点 难点 学性质和电性质：3.溶胶的稳定性和聚沉：4.大分子分子量的测定。 难点：有关理论的假设、模型和数学处理及公式的推导。 讨论题目：在密闭的容器中，有大小不同的两个水珠，长期放置后会产 讨论 生什么现象？为什么？ 思考 思考题目：为何晴朗的天空是蓝色的？而晚霞时的天空是红色的？ 作业 练习作业：1、复习题：1、4、5、6 2、习题：6、17 教学手段 课堂讲授 参考 1.王绪。物理化学学习指导。陕西人民教育出版社，1992 文献 2.物理化学一一概念辨析解题方法。中国科学技术大学出版社.2002 2
2 第十四章 胶体分散系统和大分子溶液（教学方案） 章节名称 第十四章 胶体分散系统和大分子溶液 备 注 授课方式 理论课（√）；实验课（ ）；实习（ ） 教学时数 6 教 学 目 的 及 要 求 1.了解胶体分散系统的分类及胶体一般制备,净化方法。 2.了解憎液溶胶的动力性质,光学性质,电性质。 3.了解胶体的结构及胶体的稳定性与聚沉作用。 4.了解大分子溶液的一般性质及其分子量的测定。 5.了解唐南平衡及离子交换的应用。 教学内容提要 时间分配 14.1、胶体和胶体的基本特征 （分散体系的分类、胶团的结构） 14.2、溶胶的制备与净化 14.3、溶胶的动力性质 （布朗运动与胶粒的扩散、沉降与沉降平衡） 14.4、溶胶的光学性质 （锋尔效应、雷莱公式） 14.5、溶胶的电性质 14.6、双电层理论和 ζ—电势 14.7、溶胶的稳定性和聚沉 （胶体的稳定理论—DLVO 理论、影响聚沉作用的一些因素） 14.8、大分子溶液及其膜平衡 （大分子溶液的性质及其分子量的测定、大分子溶液的渗透压和 唐南平衡、大分子对溶胶的保护作用和敏化作用） 1.5 0.5 1 0.5 1 0.5 0.5 0.5 重点 难点 重点：1.溶胶的定义、胶团结构及其基本特征；2.溶胶的动力性质、光 学性质和电性质；3.溶胶的稳定性和聚沉；4.大分子分子量的测定。 难点：有关理论的假设、模型和数学处理及公式的推导。 讨论 思考 作业 讨论题目：在密闭的容器中，有大小不同的两个水珠，长期放置后会产 生什么现象？为什么？ 思考题目：为何晴朗的天空是蓝色的？而晚霞时的天空是红色的？ 练习作业：1、复习题：1、4、5、6 2、习题：6、17 教学手段 课堂讲授 参考 文献 1.王绪。物理化学学习指导。陕西人民教育出版社，1992 2.物理化学——概念辨析解题方法。中国科学技术大学出版社.2002
第十四章胶体分散系统和大分子溶液 第一节胶体分散系统及粗分散系统研究的内容和方法 一、分散系统的观念（定义） 一种或多种物质分散在另一种物质中所构成的系统称为分散系统。前者称为分 散相，后者称为分散介质。例如：云，牛奶，珍珠 分微相与介质 乳脂 水 空气 水 蛋白质 均相分散系统的分散质通常叫溶质，分散介质通常叫溶剂，这样的分散系统也 叫溶液，例如小分子溶液、大分子溶液、电解质溶液等；对溶质、溶剂不加区分的 均相分散系统称之为混合物。小分子溶液、电解质溶液的分散质及分散介质的质点 的大小的数量级为0.lm以下，且透明、不发生散射现象，溶质扩散速度快，是热 力学稳定系统；但大分子溶液，分散质质点的线尺寸在1nm~1000nm之间，扩散慢， 也是热力学稳定系统。 二、分散系统的分类：分散系统的分类是错综复杂的。 小分子溶液 均相分散系统 大分子溶液 电解质溶液 分散系统可分为 缔合胶体（或胶体电解质溶液） [溶胶 非均相分散系统 粗分散系统（乳状液、泡沫、悬浮 液及悬浮体) 溶胶(sol) (憎液溶胶) 胶体大分子溶液（亲液溶胶） 僧液溶胶的基本特征：高度的分散性，多相性，热力学不稳定性 分散体系通常有三种分类方法： ·分子分散体系 按分散相粒子的大小分类： ·胶体分散体系 粗分教本系 •液溶胶 按分散相和介质的聚集状态分类： 固溶胶 •气溶胶 曾液溶胶 按胶体溶液的稳定性分类： •亲液溶胶 3
3 第十四章 胶体分散系统和大分子溶液 第一节 胶体分散系统及粗分散系统研究的内容和方法 一、分散系统的观念（定义） 一种或多种物质分散在另一种物质中所构成的系统称为分散系统。前者称为分 散相，后者称为分散介质。例如：云，牛奶，珍珠 均相分散系统的分散质通常叫溶质，分散介质通常叫溶剂，这样的分散系统也 叫溶液，例如小分子溶液、大分子溶液、电解质溶液等；对溶质、溶剂不加区分的 均相分散系统称之为混合物。小分子溶液、电解质溶液的分散质及分散介质的质点 的大小的数量级为 0.1nm 以下，且透明、不发生散射现象，溶质扩散速度快，是热 力学稳定系统；但大分子溶液，分散质质点的线尺寸在 1nm～1000nm 之间，扩散慢， 也是热力学稳定系统。 二、分散系统的分类：分散系统的分类是错综复杂的。 胶体 溶胶（sol) 大分子溶液(亲液溶胶） （憎液溶胶） 憎液溶胶的基本特征：高度的分散性，多相性，热力学不稳定性 分散体系通常有三种分类方法： •分子分散体系 •胶体分散体系 •粗分散体系 按分散相粒子的大小分类： 按分散相和介质的聚集状态分类： •液溶胶 •固溶胶 •气溶胶 按胶体溶液的稳定性分类： •憎液溶胶 •亲液溶胶
1.按分散相粒子的大小分类 (1)分子分散体系 分散相与分散介质以分子或离子形式彼此混溶，没有界面，是均匀的单相， 分子半径大小在10°m以下。通常把这种体系称为真溶液，如CuS0溶液。 (2)胶体分散体系 分散相粒子的半径在1nm100nm之间的体系。目测是均匀的，但实际是多 相不均匀体系。也有的将1nm~1000nm之间的粒子归入胶体范畴。 (3)粗分散体系 当分散相粒子大于1000m,目测是混浊不均匀体系，放置后会沉淀或分层， 如黄河水。 2.按分散相和介质聚集状态分类 (1)液溶胶 将液体作为分散介质所形成的溶胶。当分散相为不同状态时，则形成不同 的液溶胶： A.液-固溶胶 如油漆，AgI溶胶 B.液-液溶胶 如牛奶，石油原油等乳状液 C.液-气溶胶 如泡沫 (2)固溶胶 将固体作为分散介质所形成的溶胶。当分散相为不同状态时，则形成不同的 固溶胶： A.固-固溶胶 如有色玻璃，不完全互溶的合金 B.固-液溶胶 如珍珠，某些宝石 C.固-气溶胶 如泡沫塑料，沸石分子筛 (3)气溶胶 将气体作为分散介质所形成的溶胶。当分散相为固体或液体时，形成气-固 或气-液溶胶，但没有气-气溶胶，因为不同的气体混合后是单相均一体系，不属 于胶体范围， A.气-固溶胶 如烟，含尘的空气 B.气-液溶胶 如雾，云 3.按胶体溶液的稳定性分类 (1)憎液溶胶 半径在1nm-100nm(10°-10？m)之间的难溶物固体粒子分散在液体介质中， 有很大的相界面，易聚沉，是热力学上的不稳定体系。 一旦将介质蒸发掉，再加入介质就无法再形成溶胶，是一个不可逆体系， 如氢氧化铁溶胶、碘化银溶胶等。 这是胶体分散体系中主要研究的内容。 (2)亲液溶胶 半径落在胶体粒子范围内的大分子溶解在合适的溶剂中，一旦将溶剂蒸发， 大分子化合物凝聚，再加入溶剂，又可形成溶胶，亲液溶胶是热力学上稳定、可 逆的体系。 憎液溶胶的特性 (1)特有的分散程度 粒子的大小在1nm~100nm(10°-10m)之间，因而扩散较慢，不能透过半透 4
4 1.按分散相粒子的大小分类 （1）分子分散体系 分散相与分散介质以分子或离子形式彼此混溶，没有界面，是均匀的单相， 分子半径大小在 10-9 m 以下 。通常把这种体系称为真溶液，如 CuSO4溶液。 （2）胶体分散体系 分散相粒子的半径在 1 nm~100 nm 之间的体系。目测是均匀的，但实际是多 相不均匀体系。也有的将 1 nm ~ 1000 nm 之间的粒子归入胶体范畴。 （3）粗分散体系 当分散相粒子大于 1000 nm,目测是混浊不均匀体系，放置后会沉淀或分层， 如黄河水。 2.按分散相和介质聚集状态分类 （1） 液溶胶 将液体作为分散介质所形成的溶胶。当分散相为不同状态时，则形成不同 的液溶胶： A.液-固溶胶 如油漆，AgI 溶胶 B.液-液溶胶 如牛奶，石油原油等乳状液 C.液-气溶胶 如泡沫 （2） 固溶胶 将固体作为分散介质所形成的溶胶。当分散相为不同状态时，则形成不同的 固溶胶： A.固-固溶胶 如有色玻璃，不完全互溶的合金 B.固-液溶胶 如珍珠，某些宝石 C.固-气溶胶 如泡沫塑料，沸石分子筛 （3） 气溶胶 将气体作为分散介质所形成的溶胶。当分散相为固体或液体时，形成气-固 或气-液溶胶，但没有气-气溶胶，因为不同的气体混合后是单相均一体系，不属 于胶体范围. A.气-固溶胶 如烟，含尘的空气 B.气-液溶胶 如雾，云 3.按胶体溶液的稳定性分类 （1）憎液溶胶 半径在 1 nm-100 nm（10-9 -10-7 m）之间的难溶物固体粒子分散在液体介质中， 有很大的相界面，易聚沉，是热力学上的不稳定体系。 一旦将介质蒸发掉，再加入介质就无法再形成溶胶，是 一个不可逆体系， 如氢氧化铁溶胶、碘化银溶胶等。 这是胶体分散体系中主要研究的内容。 （2）亲液溶胶 半径落在胶体粒子范围内的大分子溶解在合适的溶剂中，一旦将溶剂蒸发， 大分子化合物凝聚，再加入溶剂，又可形成溶胶，亲液溶胶是热力学上稳定、可 逆的体系。 憎液溶胶的特性 （1）特有的分散程度 粒子的大小在 1nm～100nm（10-9 -10-7 m）之间，因而扩散较慢，不能透过半透
膜，渗透压低但有较强的动力稳定性和乳光现象。 (2)多相不均匀性 具有纳米级的粒子是由许多离子或分子聚结而成，结构复杂，有的保持了该 难溶盐的原有晶体结构，而且粒子大小不一，与介质之间有明显的相界面，比表 面很大。 (3)热力学不稳定性 因为粒子小，比表面大，表面自由能高，是热力学不稳定体系，有自发降低 表面自由能的趋势，即小粒子会自动聚结成大粒子。 4,按分散相及分散介质的聚集态分类如表 表1分散系统的分类 (按分散相及分散介质的聚集态分类) 分散相 分散介质 通称 举例 气 液 泡沫 肥皂及灭火泡沫 液 液 乳状液 牛奶及含水原油 溶胶及悬浮液 银溶胶、油墨、泥浆、 固 液 钻井液 沸石、泡沫玻璃、泡沫 气 固 固体泡沫 金属 液 固 珍珠 固 固 加颜料的塑料 液 气 气溶胶 雾 固 气 悬浮体 烟、尘、沙尘暴 三、胶体分散系统及粗分散系统研究的对象 按IUPAC关于胶体分散系统的定义，认为分散质可以是一种也可以是多种物 质，可以是由许许多多的原子或分子（通常是103~10°个）组成的粒子，也可以是一 个大分子，只要它们至少有一维空间的尺寸（即线尺寸）在1nm~100nm(即10m~ 10)范围并分散于分散介质之中，即构成胶体分散系统。按此定义，胶体分散系 统应包括：溶胶、缔合胶体也叫胶体电解质及大分子溶液。 溶胶，一般是许许多多原子或分子聚集成的粒子大小的三维空间尺寸均在 1nm~100nm之间，分散于另一相分散介质之中，且粒子与分散介质间存在相的界 面的分散系统，其主要特征是高度分散的、多相的、热力学不稳定系统，也叫憎液 胶体。 缔合胶体，通常是由结构中含有非极性的碳氢化合物部分和较小的极性基团 (通常能电离)的电解质分子（如离子型表面活性剂分子）缔合而成，通常称为胶束， 胶束可以是球状、层状及棒状等（见表面活性剂章节），其三维空间尺寸也在1m~ 100m之间，而溶于分散介质之中，形成高度分散的、均相的、热力学稳定系统。 大分子溶液，是一维空间尺寸（线尺寸）达到1nm~1000nm之间的大分子（蛋白 质分子、高聚物分子等)，溶于分散介质之中，成为高度分散的、均相的、热力学 稳定系统：另一方面在性质上它与溶胶又有某些相似之处（如扩散慢、大分子不通 过半透膜)，所以把它称为亲液胶体，也作为胶体分散系统研究的对象。 5
5 膜，渗透压低但有较强的动力稳定性 和乳光现象。 （2）多相不均匀性 具有纳米级的粒子是由许多离子或分子聚结而成，结构复杂，有的保持了该 难溶盐的原有晶体结构，而且粒子大小不一，与介质之间有明显的相界面，比表 面很大。 （3）热力学不稳定性 因为粒子小，比表面大，表面自由能高，是热力学不稳定体系，有自发降低 表面自由能的趋势，即小粒子会自动聚结成大粒子。 4 . 按分散相及分散介质的聚集态分类如表 表 1 分散系统的分类 （按分散相及分散介质的聚集态分类） 分散相 分散介质 通称 举例 气 液 泡沫 肥皂及灭火泡沫 液 液 乳状液 牛奶及含水原油 固 液 溶胶及悬浮液 银溶胶、油墨、泥浆、 钻井液 气 固 固体泡沫 沸石、泡沫玻璃、泡沫 金属 液 固 珍珠 固 固 加颜料的塑料 液 气 气溶胶 雾 固 气 悬浮体 烟、尘、沙尘暴 三、胶体分散系统及粗分散系统研究的对象 按 IUPAC 关于胶体分散系统的定义，认为分散质可以是一种也可以是多种物 质，可以是由许许多多的原子或分子(通常是 103～109个)组成的粒子，也可以是一 个大分子，只要它们至少有一维空间的尺寸(即线尺寸)在 1nm～100nm(即 10-9 m～ 10-7 m)范围并分散于分散介质之中，即构成胶体分散系统。按此定义，胶体分散系 统应包括：溶胶、缔合胶体也叫胶体电解质及大分子溶液。 溶胶，一般是许许多多原子或分子聚集成的粒子大小的三维空间尺寸均在 1nm～100nm 之间，分散于另一相分散介质之中，且粒子与分散介质间存在相的界 面的分散系统，其主要特征是高度分散的、多相的、热力学不稳定系统，也叫憎液 胶体。 缔合胶体，通常是由结构中含有非极性的碳氢化合物部分和较小的极性基团 (通常能电离)的电解质分子(如离子型表面活性剂分子)缔合而成，通常称为胶束， 胶束可以是球状、层状及棒状等(见表面活性剂章节)，其三维空间尺寸也在 1nm～ 100nm 之间，而溶于分散介质之中，形成高度分散的、均相的、热力学稳定系统。 大分子溶液，是一维空间尺寸(线尺寸)达到 1nm～1000nm 之间的大分子(蛋白 质分子、高聚物分子等)，溶于分散介质之中，成为高度分散的、均相的、热力学 稳定系统；另一方面在性质上它与溶胶又有某些相似之处(如扩散慢、大分子不通 过半透膜)，所以把它称为亲液胶体，也作为胶体分散系统研究的对象
粗分散系统包括乳状液、泡沫、悬浮液及悬浮体等，它们在性质上及研究方法 上与胶体分散系统有许多相似之处，故列入同一章予以讨论。胶体分散系统和粗分 散系统在生物界和非生物界都普遍存在；在实际生活和生产中均有重要应用，如在 化工、石油、治金、印染、涂料、塑料、纤维、橡胶、洗涤剂、化妆品、牙膏等生 产部门，以及在医学、生物学、土壤学、气象学、地质学、水文学、环境科学等领 域都涉及到它的原理。 本章主要研究胶体分散系统及粗分散系统的制备、性质和应用。 四.胶体分散系统及粗分散系统的研究方法 胶体分散系统及粗分散系统是一门综合性很强的学科领域，它的研究方法应 用到热力学，量子力学，统计力学以及动力学等许多学科，甚至与数学、生物学、 材料科学等所用的研究方法交叉与重叠。20世纪40年代以前，胶体理论只能对一 些现象和性质作粗略的、定性的解释：但借助量子力学的发展，应用其方法建立了 胶体间相互作用的理论（为DLV0理论的基础）；同样，应用统计热力学研究大分子 溶液中大分子在固体表面上的吸附过程也取得新的进展；而应用热力学方法及动力 学方法研究溶胶的稳定性（如空间稳定理论及溶胶的聚沉速率与机理等）也是不可 缺少的方法。然而，胶体分散系统及粗分散系统这一学科领域与化学动力学相似， 仍是理论发展尚不很成熟，许多结论都强烈依靠实验来得到的正在发展的学科领 域，如现代的光散射技术、能谱技术、超显微技术、高速离心技术及电泳散射技术 等应用于胶体分散系统的实验研究，极大地推动了该学科领域的发展。 五、胶粒的结构 形成憎液溶胶的必要条件是： (1)分散相的溶解度要小： (2)还必须有稳定剂存在，否则胶粒易聚结而聚沉。 胶粒的结构比较复杂，先有一定量的难溶物分子聚结形成胶粒的中心，称为胶 核：然后胶核选择性的吸附稳定剂中的一种离子，形成紧密吸附层；由于正、负电 荷相吸，在紧密层外形成反号离子的包围圈，从而形成了带与紧密层相同电荷的胶 粒：胶粒与扩散层中的反号离子，形成一个电中性的胶团。 胶核吸附离子是有选择性的，首先吸附与胶核中相同的某种离子，用同离子效 应使胶核不易溶解。若无相同离子，则首先吸附水化能力较弱的负离子，所以自然 界中的胶粒大多带负电，如泥浆水、豆浆等都是负溶胶。 例1：AgNO3+KI→KNO+AgI↓ 过量的KI作稳定剂 胶团的结构表达式： 胶团的图示式： [(AgI)m nI-(n-x)K+]-xK 胶核 大✉ K+K 胶粒 胶核 胶团 胶粒（带负电） 胶团（电中性） 人 6
6 粗分散系统包括乳状液、泡沫、悬浮液及悬浮体等，它们在性质上及研究方法 上与胶体分散系统有许多相似之处，故列入同一章予以讨论。胶体分散系统和粗分 散系统在生物界和非生物界都普遍存在；在实际生活和生产中均有重要应用，如在 化工、石油、冶金、印染、涂料、塑料、纤维、橡胶、洗涤剂、化妆品、牙膏等生 产部门，以及在医学、生物学、土壤学、气象学、地质学、水文学、环境科学等领 域都涉及到它的原理。 本章主要研究胶体分散系统及粗分散系统的制备、性质和应用。 四. 胶体分散系统及粗分散系统的研究方法 胶体分散系统及粗分散系统是一门综合性很强的学科领域，它的研究方法应 用 到热力学，量子力学，统计力学以及动力学等许多学科，甚至与数学、生物学、 材料科学等所用的研究方法交叉与重叠。20 世纪 40 年代以前，胶体理论只能对一 些现象和性质作粗略的、定性的解释；但借助量子力学的发展，应用其方法建立了 胶体间相互作用的理论(为 DLVO 理论的基础)；同样，应用统计热力学研究大分子 溶液中大分子在固体表面上的吸附过程也取得新的进展；而应用热力学方法及动力 学方法研究溶胶的稳定性(如空间稳定理论及溶胶的聚沉速率与机理等)也是不可 缺少的方法。然而，胶体分散系统及粗分散系统这一学科领域与化学动力学相似， 仍是理论发展尚不很成熟，许多结论都强烈依靠实验来得到的正在发展的学科领 域，如现代的光散射技术、能谱技术、超显微技术、高速离心技术及电泳散射技术 等应用于胶体分散系统的实验研究，极大地推动了该学科领域的发展。 五、胶粒的结构 形成憎液溶胶的必要条件是： （1）分散相的溶解度要小； （2）还必须有稳定剂存在，否则胶粒易聚结而聚沉。 胶粒的结构比较复杂，先有一定量的难溶物分子聚结形成胶粒的中心，称为胶 核；然后胶核选择性的吸附稳定剂中的一种离子，形成紧密吸附层；由于正、负电 荷相吸，在紧密层外形成反号离子的包围圈，从而形成了带与紧密层相同电荷的胶 粒；胶粒与扩散层中的反号离子，形成一个电中性的胶团。 胶核吸附离子是有选择性的，首先吸附与胶核中相同的某种离子，用同离子效 应使胶核不易溶解。若无相同离子，则首先吸附水化能力较弱的负离子，所以自然 界中的胶粒大多带负电，如泥浆水、豆浆等都是负溶胶。 例 1：AgNO3 + KI→KNO3 + AgI↓ 过量的 KI 作稳定剂 胶团的结构表达式 ： 胶团的图示式： [(AgI)m n I – (n-x)K+]x– xK+ 胶核 胶粒(带负电) 胶团(电中性) 胶核 胶粒 胶团
例2：AgNO3+KI→KNO3+Agl↓ 过量的AgNO,作稳定剂 胶团的图示式： 胶团的结构表达式： [(AgI)m n Agt (n-x)NO3]x+xNO3 胶核 胶核 胶粒 胶粒（带正电） 胶团 胶团（电中性） 胶粒=胶核+被吸附离子+紧密层反离子 胶团=胶粒+扩散层反离子 胶粒的形状 作为憎液溶胶基本质点的胶粒并非都是球形，而胶粒的形状对胶体性质有重要影 响。质点为球形的，流动性较好；若为带状的，则流动性较差，易产生触变现象。 例如：(1)聚苯乙烯胶乳是球形质点 (2) V,O5溶胶是带状的质点 (3)Fe(OH3溶胶是丝状的质点 >
7 例2：AgNO3 + KI → KNO3 + AgI↓ [(AgI)m n Ag+ (n-x)NO3 – ]x+ x NO3 – 胶核 胶粒 胶团 胶团的图示式： 胶核 胶粒(带正电) 胶团(电中性) 过量的 AgNO3 作稳定剂 胶团的结构表达式： 胶粒 = 胶核 +被吸附离子 + 紧密层反离子 胶团 = 胶粒 + 扩散层反离子 胶粒的形状 作为憎液溶胶基本质点的胶粒并非都是球形，而胶粒的形状对胶体性质有重要影 响。质点为球形的，流动性较好；若为带状的，则流动性较差，易产生触变现象。 例如：（1）聚苯乙烯胶乳是球形质点 （2） V2O5 溶胶是带状的质点 （3） Fe(OH)3 溶胶是丝状的质点
第二节溶胶的制备及纯化 一、 溶胶的制备方法 制备溶胶必须使分散相粒子的大小落在胶体分散体系的范围之内，并加入适当的稳 定剂。制备方法大致可分为两类： (1)分散法用机械、化学等方法使固体的粒子变小。 (2)凝聚法使分子或离子聚结成胶粒。用这两种方法直接制出的粒子称为原级粒子。 视具体制备条件不同，这些粒子又可以聚集成较大的次级粒子。通常所制备的溶胶中粒 子的大小不是均一的，是一个多级分散体系。 溶胶的制备方法有：由小分子溶液用凝聚法（小变大）一包括物理凝聚法，化学反应 法及更换溶剂法制备成溶胶，例如，将松香的乙醇溶液加入到水中，由于松香在水 中的溶度低，则松香以溶胶颗粒大小析出，形成松香的水溶胶（更换溶剂法）。 再如：FeC13(稀水溶液)+3H20煮沸Fe(OH)2(溶胶)+3HC1(化学反应法) 由粗分散系统用分散法（大变小）一一包括研磨法、电弧法及超声分散法制备成 溶胶。 小分子溶液 由小变大 溶胶质点大小 ←由大变小 粗分散系统 质点大小 凝聚法 1nm~1000nm 分散法 质点大小 -0.1nm >1m 更换溶剂法 化学反应法 研磨法 超声分散法 物理凝聚法 电弧法 (一)、分散法 1.研磨法 用机械粉碎的方法将固体磨细。这种方法适用于脆而易碎的物质，对于柔 韧性的物质必须先硬化后再粉碎。例如，将废轮胎粉碎，先用液氮处理，硬化后再 研磨。胶体磨的形式很多，其分散能力因构造和转速的不同而不同。 2.胶溶法又称解胶法，仅仅是将新鲜的凝聚胶粒重新分散在介质中形成溶胶，并加入适 当的稳定剂。这种稳定剂又称胶溶剂。根据胶核所能吸附的离子而选用合适的电解 质作胶溶剂。这种方法一般用在化学凝聚法制溶胶时，为了将多余的电解质离子去 掉，先将胶粒过滤，洗涤，然后尽快分散在含有胶溶剂的介质中，形成溶胶。 例如： Fe(OHD3(新鲜沉淀) 加FeCl3 Fe(OH3(溶胶) AgCI(新鲜沉淀) 加AgNO,或KCI AgCI(溶胶) 8
8 第二节 溶胶的制备及纯化 一、 溶胶的制备方法 制备溶胶必须使分散相粒子的大小落在胶体分散体系的范围之内，并加入适当的稳 定剂。制备方法大致可分为两类： （1）分散法 用机械、化学等方法使固体的粒子变小。 （2）凝聚法 使分子或离子聚结成胶粒。用这两种方法直接制出的粒子称为原级粒子。 视具体制备条件不同，这些粒子又可以聚集成较大的次级粒子。通常所制备的溶胶中粒 子的大小不是均一的，是一个多级分散体系。 溶胶的制备方法有：由小分子溶液用凝聚法(小变大)—包括物理凝聚法，化学反应 法及更换溶剂法制备成溶胶，例如，将松香的乙醇溶液加入到水中，由于松香在水 中的溶度低，则松香以溶胶颗粒大小析出，形成松香的水溶胶(更换溶剂法)。 再如： FeCl3(稀水溶液)＋3H2O Fe(OH)2(溶胶)＋3HCl (化学反应法) 由粗分散系统用分散法(大变小)——包括研磨法、电弧法及超声分散法制备成 溶胶。 （一）、分散法 1.研磨法 用机械粉碎的方法将固体磨细。 这种方法适用于脆而易碎的物质，对于柔 韧性的物质必须先硬化后再粉碎。例如，将废轮胎粉碎，先用液氮处理，硬化后再 研磨。 胶体磨的形式很多，其分散能力因构造和转速的不同而不同。 2.胶溶法又称解胶法，仅仅是将新鲜的凝聚胶粒重新分散在介质中形成溶胶，并加入适 当的稳定剂。这种稳定剂又称胶溶剂。根据胶核所能吸附的离子而选用合适的电解 质作胶溶剂。这种方法一般用在化学凝聚法制溶胶时，为了将多余的电解质离子去 掉，先将胶粒过滤，洗涤，然后尽快分散在含有胶溶剂的介质中，形成溶胶。 例如： Fe(OH)3（新鲜沉淀） Fe(OH) 3 3 (溶胶） 加FeCl AgCl (新鲜沉淀） AgCl(溶胶） AgNO KCl 3 加 或 AgCl (新鲜沉淀） AgCl(溶胶） AgNO KCl 3 加 或
3.超声分散法这种方法目前只用来制备乳状液。 如图所示，将分散相和分散介质两种不混溶的液体放在样品管4中。样品管固定 在变压器油浴中。在两个电极上通入高频电流，使电极中间的石英片发生机械振 荡，使管中的两个液相均匀地混合成乳状液。 1.石英片2电极 翻 3.变压器油4.盛试样的试管 超声波分散法 弧法 4.电弧法 电弧法主要用于制备金、银、铂等金属溶胶。制备过程包括先分散后凝聚两个过 程。将金属做成两个电极，浸在水中，盛水的盘子放在冷浴中。在水中加入少量NOH 作为稳定剂。制备时在两电极上施加100V左右的直流电，调节电极之间的距离， 使之发生电火花，这时表面金属蒸发，是分散过程，接着金属蒸气立即被水冷却而 凝聚为胶粒。 (二)凝聚法 1.化学凝聚法 通过各种化学反应使生成物呈过饱和状态，使初生成的难溶物微粒结合成胶粒， 在少量稳定剂存在下形成溶胶，这种稳定剂一般是某一过量的反应物。例如： A.复分解反应制硫化砷溶胶 2H3AsO3(稀)+3H2S→As2S3(溶胶)+6H2O B.水解反应制氢氧化铁溶胶 FeCl3(稀)+3H2O(热)→Fe(OH)3(溶胶)+3HCI
9 3.超声分散法 这种方法目前只用来制备乳状液。 如图所示，将分散相和分散介质两种不混溶的液体放在样品管 4 中。样品管固定 在变压器油浴中。在两个电极上通入高频电流，使电极中间的石英片发生机械振 荡，使管中的两个液相均匀地混合成乳状液。 4.电弧法 电弧法主要用于制备金、银、铂等金属溶胶。制备过程包括先分散后凝聚两个过 程。将金属做成两个电极，浸在水中，盛水的盘子放在冷浴中。在水中加入少量 NaOH 作为稳定剂。制备时在两电极上施加 100V 左右的直流电，调节电极之间的距离， 使之发生电火花，这时表面金属蒸发，是分散过程，接着金属蒸气立即被水冷却而 凝聚为胶粒。 （二）凝聚法 1.化学凝聚法 通过各种化学反应使生成物呈过饱和状态，使初生成的难溶物微粒结合成胶粒， 在少量稳定剂存在下形成溶胶，这种稳定剂一般是某一过量的反应物。例如： A.复分解反应制硫化砷溶胶 2H3AsO3 (稀) + 3H2S →As2S3 (溶胶) + 6H2O B.水解反应制氢氧化铁溶胶 FeCl3 (稀) +3H2O(热)→ Fe(OH)3 (溶胶) + 3HCl
C.氧化还原反应制备硫溶胶 2H2S(稀)+SO2(g)→2H2O+3S(溶胶) Na2S2O3+2HC1→2NaC1+H,O+SO,+S(溶胶) D还原反应制金溶胶 2HAuCl()+3HCHO+11KOH A>2Au(溶胶)+3 HCOOK+8KC1+8H2O E离子反应制氯化银溶胶 AgNO3(稀)+KC1(稀)→AgCI(溶胶)+KNO3 2.物理凝聚法 A.更换溶剂法 利用物质在不同溶剂中溶解度的显著差别来制备溶胶，而且两种溶剂要能完全互溶。 例1.松香易溶于乙醇而难溶于水，将松香的乙醇溶液滴入水中可制备松香的水溶胶。 例2.将硫的丙酮溶液滴入90℃左右的热水中，丙酮蒸发后，可得硫的水溶胶。 B.蒸气骤冷法 将汞的蒸气通入冷水中就可以得到汞的水溶胶 二.溶胶的纯化 在制备溶胶的过程中，常生成一些多余的电解质，如制备F(OH)3溶胶时生成 的HC1。未经纯化的溶胶往往含有很多电解质或其他杂质。少量的电解质可以使溶 胶质点因吸附离子而带电，因而对于稳定溶胶是必要的。少量电解质可以作为溶胶 的稳定剂，但是过量的电解质对溶胶的稳定反而有害，会使溶胶不稳定，容易聚沉。 因此，溶胶制得后需经纯化处理。净化的方法主要有渗析法和超过滤法。 最常用的纯化方法是渗析，有简单渗析和电渗析。 简单渗析利用溶胶质点不能透过半透膜，而离子或小分子能透过膜的性质，将 多余的电解质或低分子化合物等杂质从溶胶中除去。常用的半透膜有火棉胶膜，醋 酸纤维膜等。 电渗析为了加快渗析速度，在装有溶胶的半透膜两侧外加一个电场，使多余的 电解质离子向相应的电极作定向移动。溶剂水不断自动更换，这样可以提高净化速 度。这种方法称为电渗析法。 纯化溶胶的另一种方法是超过滤法。超过滤是用孔径极小而孔数极多的膜片作 为滤膜，利用压差使溶胶流经超过滤器。这时，溶胶质点与介质迅速分离，杂质透 过滤膜而除掉。将半透膜上的胶粒迅速用含有稳定剂的介质再次分散。 电超过滤有时为了加快过滤速度，在半透膜两边安放电极，施以一定电压， 使电渗析和超过滤合并使用，这样可以降低超过滤压力。 0
10 C.氧化还原反应制备硫溶胶 2H2S(稀）+ SO2(g) → 2H2O +3S (溶胶） Na2S2O3 +2HCl → 2NaCl +H2O +SO2 +S (溶胶） E.离子反应制氯化银溶胶 AgNO3(稀)+ KCl(稀) → AgCl(溶胶) +KNO3 D.还原反应制金溶胶 2HAuCl4(稀）+ 3HCHO +11KOH ⎯→ 2Au(溶胶）+3HCOOK + 8KCl + 8H2O D.还原反应制金溶胶 2HAuCl4(稀）+ 3HCHO +11KOH ⎯→ 2Au(溶胶）+3HCOOK + 8KCl + 8H2O 2.物理凝聚法 A. 更换溶剂法 利用物质在不同溶剂中溶解度的显著差别来制备溶胶，而且两种溶剂要能完全互溶。 例 1.松香易溶于乙醇而难溶于水，将松香的乙醇溶液滴入水中可制备松香的水溶胶 。 例 2.将硫的丙酮溶液滴入 90℃左右的热水中，丙酮蒸发后，可得硫的水溶胶。 B.蒸气骤冷法 将汞的蒸气通入冷水中就可以得到汞的水溶胶 二.溶胶的纯化 在制备溶胶的过程中，常生成一些多余的电解质，如制备 Fe(OH)3溶胶时生成 的 HCl。未经纯化的溶胶往往含有很多电解质或其他杂质。少量的电解质可以使溶 胶质点因吸附离子而带电，因而对于稳定溶胶是必要的。少量电解质可以作为溶胶 的稳定剂，但是过量的电解质对溶胶的稳定反而有害，会使溶胶不稳定，容易聚沉。 因此，溶胶制得后需经纯化处理。净化的方法主要有渗析法和超过滤法。 最常用的纯化方法是渗析，有简单渗析和电渗析。 简单渗析利用溶胶质点不能透过半透膜，而离子或小分子能透过膜的性质，将 多余的电解质或低分子化合物等杂质从溶胶中除去。常用的半透膜有火棉胶膜，醋 酸纤维膜等。 电渗析为了加快渗析速度，在装有溶胶的半透膜两侧外加一个电场，使多余的 电解质离子向相应的电极作定向移动。溶剂水不断自动更换，这样可以提高净化速 度。这种方法称为电渗析法。 纯化溶胶的另一种方法是超过滤法。超过滤是用孔径极小而孔数极多的膜片作 为滤膜，利用压差使溶胶流经超过滤器。这时，溶胶质点与介质迅速分离，杂质透 过滤膜而除掉。将半透膜上的胶粒迅速用含有稳定剂的介质再次分散。 电超过滤 有时为了加快过滤速度，在半透膜两边安放电极，施以一定电压， 使电渗析和超过滤合并使用，这样可以降低超过滤压力
