15章_凝胶及其膜平衡.ppt

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1、第十五章凝胶及膜平衡15.1凝胶15.2胶凝作用15.3凝胶的性质15.5Donnan平衡2021/8/13第十五章凝胶及膜平衡本章学习要求1.掌握凝胶的类型，凝胶的结构类型及其对稳定性的影响。2.了解各因素对胶凝作用的影响；了解凝胶的性质。3.掌握Donnan平衡及其对膜内外离子分布的影响；了解Donnan平衡的应用；了解Donnan电势。2021/8/1315.1凝胶凝胶（gel）是胶体的一种特殊存在形式。是指在适当的条件下，溶胶(sol)或高分子(macromolecule)溶液中的分散质颗粒通过某种作用力相互联结而结合成一种空间网状结构，分散

2、介质（液体或气体）充斥于网状结构中，体系失去流动性，这种体系就称为凝胶。15.1.1凝胶的类型根据分散质颗粒的性质，可将凝胶分为：1、刚性凝胶；2、弹性凝胶。2021/8/1315.1凝胶15.1.2凝胶的结构及稳定性联结分散相颗粒的作用力主要有三种类型：（1）vanderWaals力;（2）氢键力;（3）化学键力。相应凝胶具有三种结构，其稳定性也与联接力有关。2021/8/1315.2胶凝作用凝胶的制备方法有两种：1、溶胀法：把干凝胶浸到合适的液体介质中，通过吸收液体得到凝胶的方法。2、胶凝法：有高分子溶液或溶胶通过降低其溶解度或稳定性，使其分散质

3、或分散相粒子析出并相互连接成网状骨架结构而形成凝胶的方法。影响胶凝作用的因素：1、分散质颗粒形状对胶凝作用(gelatification)的影响：分散质颗粒对称性越差，胶凝作用越强。2、分散质浓度对胶凝作用的影响：分散质的浓度越大，对胶凝作用越有利。2021/8/1315.2凝胶作用3、温度对胶凝作用的影响：一般情况下，温度升高溶解度增大，不利于胶凝；温度降低，溶解度下降，有利于分散质颗粒相互联结形成网状凝胶结构。而线性高分子溶液的溶质分子链很长，以卷曲的线团状存在，温度升高时，卷曲的溶质分子舒展开来，有利于分子的有序排列和交联，而形成凝胶结构。4、

4、电解质对胶凝作用的影响：电解质对高分子溶液的胶凝作用与盐析作用有关，而对溶胶的胶凝作用则与改变胶粒的稳定性有关。2021/8/1315.3凝胶的性质15.3.1凝胶的溶胀溶胀是指凝胶在液体介质中，吸收液体而膨胀的过程。是弹性凝胶的特性之一。凝胶的溶胀分为两个阶段：（1）溶剂化阶段。（2）液体的渗透阶段。溶胀作用可以通过测定溶胀度、总体积减小、溶胀压、溶胀热、溶胀速率等项目进行研究。1、溶胀度溶胀度：单位干凝胶吸收液体的量。其值越大，溶胀作用越强。2021/8/1315.3凝胶的性质影响凝胶的溶胀度的因素：（1）凝胶自身的结构；（2）温度；（3）pH值

5、；（4）电解质。溶胀度的测定方法：将质量为m0的干凝胶放在溶剂中，达到吸液平衡后，用离心机将溶胀物与液体溶剂分离，再称溶胀后的凝胶质量为m1，根据增加的质量来计算溶胀度α。2021/8/1315.3凝胶的性质15.3.2脱液收缩脱液收缩：新制得的凝胶，放置一段时间后，一部分液体会自动地从凝胶中分离出来，凝胶本身得体积缩小，乳光度增加的现象，又称离浆。脱液收缩的原因：构成凝胶骨架的颗粒间作用力在继续起作用，使凝胶颗粒继续定向排列和相互接近，凝胶骨架间继续交联，甚至骨架变粗，从而排除液体。脱液收缩实际是一种相分离过程。15.3.3凝胶中的扩散与化学反应L

6、iesegang环。2021/8/1315.3凝胶的性质15.3.4胶溶作用胶溶：在凝胶中加入胶溶剂（电解质）使其形成溶胶的过程。在胶溶作用中，所加电解质主要起稳定剂作用，即通过化学反应或吸附作用使分散质颗粒带电而分散在介质中。2021/8/1315.5Donnan平衡Donnan平衡是指在半透膜的一侧由于存在高分子电解质，使小分子电解质在膜两侧扩散达平衡时，浓度分布不相等的状态。15.5.1对膜内外离子分布的影响若膜内是浓度为c1的大分子物质RNaZ，膜外是浓度为c2的NaCl，达到Donnan平衡时，膜内外两侧的NaCl化学势相等，平衡时膜外扩散

7、进膜内的NaCl浓度为：2021/8/1315.5Donnan平衡c1RZ-Zc1Na+膜内Cl-c2Na＋c2膜外c1RZ-Zc1＋xNa＋xCl-Na＋c2－xCl-c2－x膜内膜外开始时平衡时Donnan平衡示意图2021/8/1315.5Donnan平衡结论：（1）（2）（3）平衡时膜内与膜外NaCl浓度之比为：2021/8/1315.5Donnan平衡若膜内是浓度为c1的大分子物质RNaZ，膜外是纯水，则扩散达平衡时，由水解而生成的NaOH在膜两侧的化学势相等，进入膜内的H＋浓度为：x=(KWZc1)1/3这种现象称膜水解。膜水解时膜内的p

8、H降低，膜外pH升高。15.5.2对渗透压法测定高分子电解质均相对分子质量的影响利用渗透压法可测均相对分子质