基础化学第五章胶体

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1、第五章胶体*Chapter5Colloid研究内容：涉及物理学中的光学、电学、流体力学和流变学，同时还涉及表面化学、电化学。从应用来说，遍及生命现象（血液、骨组织、细胞膜）、材料（陶瓷、水泥、纤维、塑料、多孔吸附剂、有色玻璃以及微米与纳米材料）、食品（牛奶、啤酒、面包）、能源（油、气的地质勘探、钻井、采油、储运，石油炼制、油品回收、乳化和破乳等）、环境（烟雾、除尘、污水处理）等各领域。因此，虽然历史上曾称为胶体化学，现在则将这一学科称为胶体科学。胶体是自然界中存在的一种分散体系*。胶体是物质的一种分散体系，通常规定胶体颗粒的大小为1～100nm，因此，胶体体系是物质的一种特殊状态，而不

2、是特殊的物质。任何一种物质在一定条件下可以晶体的形式存在，在另一种条件下却可以胶体的形态存在。例如：构成机体组织和细胞的基础物质蛋白质、核酸、糖原等都是胶体物质；体液如血液、细胞液等具有胶体的性质；许多药物*以胶体形式进行生产和使用。因此，医学生有必要学习胶体的有关知识。【内容提要】第一节胶体分散系第二节溶胶第三节高分子溶液第四节表面活性剂和乳状液第一节胶体分散系一、胶体分散系的制备胶体分散系包括溶胶(sol)、高分子溶液(macro-molecularsolution)和缔合胶体(associatedcolloid)。胶体分散系的分散相粒子的大小介于1nm～100nm之间。表5-1一

3、些胶体的例子表5-1一些胶体的例子分散介质分散相名称实例气体液体气溶胶雾气体固体气溶胶烟*液体气体泡沫胶生奶油液体液体乳状液牛奶液体固体溶胶油漆固体液体凝胶果冻固体固体固体溶胶红宝石玻璃胶体分散系的制备方法：分散法和凝聚法，前者是使大粒子变小，后者是使较小的粒子凝聚成胶体粒子。分散法凝聚法研磨法超声波法胶磨法电弧法物理凝聚法化学凝聚法界面与表面：对于相互接触的不同聚集状态的物质，相与相之间的边界皆称界面，相界面上发生的物理化学现象统称为界面现象*。固相或液相与其蒸汽或与空气相接触的界面习惯上称为表面*，一般在要求不严格的情况下界面与表面可以通用。二、胶体分散系的表面特性*总之，溶胶是由

4、分散相高度分散到介质中所形成的多相分散系统*。高度分散，使得分散相的表面积急剧增大。例如：边长为1cm立方体的表面积是6cm2，当它分散为1012个小立方体*，总体积不变，而总表面积却增大为60000cm2。气溶胶：烟、粉尘；雾*等。固溶胶：珍珠、某些宝石、有色玻璃等。液溶胶*：Fe(OH)3溶胶、碘化银溶胶等。分散度常用比表面积即比表面(specificsurfacearea)来表示。比表面(S0)：是指单位体积物质所具有的表面积。S0=S/V(5-1)S-----总表面积V-----体积总表面积越大，分散度越大，比表面也越大*。1.分散度(degreeofdispersion)分散

5、相在分散介质中分散的程度称为分散度。2.表面自由能(surfacefreeenergy)任何两相的界面分子与其相内部的分子所处状况不同，它们的能量也不同。例如：在液、气两相中（图5-1）。可见，表层分子比内部分子多出一部分能量，称为表面能（表面自由能）*。当物质形成高度分散系统时，因表面积大大增加，表面性质就十分突出。*气相图5-1液体内部及表层分子受力情况示意图液相水滴分散后表面积和表面能的变化*半径r/(cm)分散后水的滴数(n)总表面积s/(cm2)比表面*s0/(cm-1)总表面自由能G总/(J)1×0.621×10-11×10-31×10-51×10-712.4×1022.4

6、×1082.4×10142.4×10204.833×103×1033×1053×1073.2×10-52.2×10-42.2×10-22.2×1002.2×1024.833×103×1033×1053×107dS＜0，对固体物质同样适用*。高度分散的溶胶比表面大，所以表面能也大，它们有自动聚积成大的颗粒而减小表面积的趋势，称为聚结不稳定。属于热力学不稳定体系。系统表面能和表面积的关系为*：dG表=dSS---系统表面积，---比表面自由能，若dG表＜0，则dS＜0，即：表面积缩小过程是自发过程。故：液体呈球形是自发过程。*高分子化合物溶液的分散相粒子大小在胶体范围内，属于胶体溶液。

7、其分散相是以单个分子分散在介质中，为均相分散系。是热力学稳定系统。缔合胶体：是由溶液中的表面活性剂分子（具有亲水的极性基团和亲油的烃基*的两亲分子）超过某一特定浓度，分子在溶液内部缔合形成分子集团,即所谓“胶团”或“胶束”作为分散相粒子形成的分散系。表面活性物质的这种缔合作用是自发的和可逆的,因而与溶胶不同，缔合胶体是热力学稳定体系。第二节溶胶溶胶的胶粒是由数目巨大的原子（或分子、离子）构成的聚集体。直径为1～100nm的胶粒分散在分散介质中，