【正文】 2022/5/29 膠體化學 1 第十二章 膠體化學 Colloidal Chemistry 2022/5/29 膠體化學 2 分散系統(tǒng) 分散系統(tǒng) dispersion system： 一種或幾種物質(zhì)分散在另一種物質(zhì)中所構(gòu)成的系統(tǒng)。 分散相 dispersed phase 分散介質(zhì) dispersing medium 不連續(xù)相 連續(xù)相 分散相 粒徑/nm 小分子溶液 膠體分散系(憎液溶膠 ) 粗分散系 大分子溶液(親液溶膠 ) 分子 /原子 /離子 1 集合體 100 集合體 1~100 大分子 1~100 均相系統(tǒng) (真溶液 ) 多相系統(tǒng) 穩(wěn)定性 熱力學 動力學 穩(wěn)定 穩(wěn)定 穩(wěn)定 穩(wěn)定 不穩(wěn)定 不穩(wěn)定 不穩(wěn)定 穩(wěn)定 2022/5/29 膠體化學 3 膠體所涉及的 1~100nm的超細微粒 ， 介于宏觀和微觀之間 ， 屬于介觀 (mesoscopic)領(lǐng)域 ， 具有許多特殊的性質(zhì) 。 粒子 膜 絲 管 納米 macroscopic mesoscopic microscopic 宏觀 微觀 介觀 2022/5/29 膠體化學 4 溶膠的 基本特性： 特有的分散程度（高度分散性） 多相不均勻性 聚結(jié)不穩(wěn)定性 熱力學不穩(wěn)定而動力學穩(wěn)定。 如，金溶膠可以存放幾十年。 溶膠的許多性質(zhì)如擴散慢、不能通過半透膜、滲透壓低、乳光亮度強等，都與其特有的分散程度密切相關(guān)。 2022/5/29 膠體化學 5 1861， 格雷厄姆 Graham(英 )提出： 膠體 colloid——擴散慢 、 不易結(jié)晶 、 易成粘稠狀； 晶體 crystal——擴散快 、 易結(jié)晶 、 不易成粘稠狀 。 膠體是幾乎任何物質(zhì)都可以存在的一種狀態(tài)。 膠體化學的研究對象： 狹義：膠體，尤指液溶膠。 廣義：膠體、粗分散系統(tǒng)、大分子溶液。 膠體化學 即研究膠體和相近系統(tǒng)的形成、破壞及其物理化學性質(zhì)和變化規(guī)律的一門科學。 Thomas Graham (18051869) 2022/5/29 膠體化學 6 1. 溶膠的制備和凈化 2. 溶膠的光學性質(zhì) 3. 溶膠的動力性質(zhì) 4. 溶膠的電學性質(zhì)和穩(wěn)定性 5. 乳狀液 6. 懸浮液 7. 泡沫和氣溶膠 8. 大分子溶液 9. 凝膠 * 2022/5/29 膠體化學 7 第一節(jié) 溶膠的制備和凈化 Preparation and purification of colloids 膠體分散系 1 r 100 nm 粗分散系 r 100 nm (小 )分子分散系 r 1 nm 分散法 大變小 凝聚法 小變大 ① 膠溶法（解膠法）： 新鮮沉淀中加少量穩(wěn)定劑（膠溶劑）后即得溶膠 ② 研磨法： 用于脆而易碎的物質(zhì) ③ 超聲波分散法： 用于制備乳狀液 ④ 電弧法： 用于制備金屬溶膠 ① 化學凝聚法： 通過化學反應(yīng)使生成物呈過飽和狀態(tài)，然后粒子再結(jié)合成溶膠 如將 H2S通入足夠稀 As2O3溶液制得 As2S3溶膠；將 FeCl3溶液滴到沸水中水解制得 Fe(OH)3溶膠 ② 物理凝聚法： 蒸氣驟冷、改換溶劑 2022/5/29 膠體化學 8 最初制備的溶膠常含有過多的電解質(zhì)或其它雜質(zhì)，不利于溶膠的穩(wěn)定，故需凈化處理。常用的方法有 滲析法 dialysis method 和 超過濾法 ultrafiltration method。 滲析法： 將待凈化的溶膠與溶劑用半透膜 （羊皮紙 /膀胱膜 /硝酸纖維 /醋酸纖維） 隔開，因溶膠粒子不能通過半透膜，而溶膠中的電解質(zhì)和其它雜質(zhì) （分子 /離子） 則可透過半透膜進入到溶劑一側(cè)，如不斷更換溶劑，即可達到凈化的目的。 ∞ 水 水 溶膠 + ? 2022/5/29 膠體化學 9 電滲析 可以說是一種除鹽技術(shù)，廣泛用于分離提純物質(zhì)，尤以制備純水和處理三廢最受重視。 特點： 可同時對電解質(zhì)水溶液起淡化、濃縮、分離、提純作用，也可用于蔗糖等非電解質(zhì)的提純，以除去其中的電解質(zhì)。 2022/5/29 膠體化學 10 *超過濾法： 用孔徑細小的半透膜（約 10~300 nm）在加壓或吸濾的情況下使膠粒與介質(zhì)分開。 半透膜 + ? 負極 可溶性雜質(zhì)能透過濾板而被除去，所得膠粒則應(yīng)立即分散在新的分散介質(zhì)中，以免聚結(jié)成塊。 滲析和超過濾不僅用于提純?nèi)苣z及高分子化合物，還廣泛用于污水處理，去除中草藥中的淀粉等高分子雜質(zhì)以提取有效成分。 在生物化學中常用超過濾法測定蛋白質(zhì)、酶、病毒和細菌分子的大小。 人們還利用滲析和超過濾原理，用人工合成的高分子膜制成人工腎，幫助腎功能衰竭患者去除血液中的毒素，即血液透析。 2022/5/29 膠體化學 11 第二節(jié) 溶膠的光學性質(zhì) Optical property of colloids 丁鐸爾效應(yīng) Dyndall effect（英， 1869） ： 溶膠的光學性質(zhì)是其特有分散程度和多相不均勻性特點的反映。 其它分散系也會產(chǎn)生這種現(xiàn)象，但遠不如溶膠顯著，故丁鐸爾效應(yīng)是鑒別溶膠的最簡便的方法。 2022/5/29 膠體化學 12 丁鐸爾效應(yīng)與分散相粒子的大小有關(guān)。 當光束投射到分散系統(tǒng)上時可以發(fā)生： 光的反射 /折射、 散射、 吸收、 透過 粒子大 粒子小 頻率同 無作用 丁鐸爾效應(yīng)實質(zhì)是光的散射（散射光即乳光），又稱 乳光效應(yīng) 。 小分子分散系 粗分散系 膠體分散系 利用丁鐸爾效應(yīng)可制得 超顯微鏡 ，用以觀測膠粒的運動、大小、形狀，研究膠粒的聚沉過程、沉降速度、電泳現(xiàn)象等。 它是強光源暗視野顯微鏡，看到的并非粒子本身，而是其乳光（光點），因此分辨率大大提高。現(xiàn)已為電子顯微鏡所取代。 2022/5/29 膠體化學 13 散射光（乳光）強度可用 瑞利 Rayleigh 公式 表示（ 1871）： ? ?222222004 2 2 209 π1 c os22nnVCIIl n n???? ??? ?????適用于粒子不導電且半徑 r≤47 nm的稀溶膠系統(tǒng)。 單位體積溶膠的散射光強度 入射光強度 觀察方向與入射光方向的夾角 觀察者與散射中心的距離 單位體積中的粒子數(shù) 單個粒子的體積 小分子真溶液因其粒子體積很小，故乳光效應(yīng)極弱。 分散相的折射率 分散介質(zhì)的折射率 大分子溶液因分散相（溶劑化）與分散介質(zhì)的折射率極接近，故乳光效應(yīng)也很弱。 2022/5/29 膠體化學 14 散射光（乳光）強度可用 瑞利 Rayleigh 公式 表示（ 1871）： ? ?222222004 2 2