課程設(shè)計第五章溶膠

1、陜西中醫(yī)學(xué)院醫(yī)用化學(xué)課程設(shè)計（首頁）課程名稱：醫(yī)用化學(xué)任課教師：職稱：所在系部：醫(yī)學(xué)技術(shù)系教 研 室：化學(xué)教研室授課對象：醫(yī)學(xué)影像授課時間：課程類型 ：必修基礎(chǔ)課授課章節(jié)：第五章 膠體基本教材：魏祖期主編基礎(chǔ)化學(xué)第八版 , 人民衛(wèi)生出版社，20XX年 3 月。自學(xué)資源：1、無機化學(xué)許善錦主編，人民衛(wèi)生出版社 .2、基礎(chǔ)化學(xué)第五版 . 魏祖期主編，人民衛(wèi)生出版社3、基礎(chǔ)化學(xué)徐春祥主編，高等教育出版社 .4、現(xiàn)代化學(xué)基礎(chǔ)朱裕貞主編，化學(xué)工業(yè)出版社 .5、現(xiàn)代化學(xué)基礎(chǔ)胡忠鯁主編，高等教育出版社 .教學(xué)目標(biāo)：（一）知識目標(biāo)：1. 掌握溶膠的基本性質(zhì)；膠團結(jié)構(gòu)及表示式；溶膠的穩(wěn)定性因素及聚沉作 用。2.

2、 熟悉膠體分散系的特點；高分子溶液的穩(wěn)定性與破壞條件；表面活性劑的結(jié)構(gòu)特點及其在溶液中的狀態(tài)3. 了解膠體分散系、分散度的概念、膠體的制備方法；高分子溶液與溶膠的區(qū)別、高分子溶液的形成特點 ；兩種類型的乳狀液、乳化作用。（二）能力目標(biāo)：要求學(xué)生通過本章節(jié)的學(xué)習(xí)，初步具備 能力。（三）情感目標(biāo)學(xué)生特點分析：教學(xué)重點：1.溶膠的基本性質(zhì)；膠團結(jié)構(gòu)；高分子溶液的性質(zhì)。教學(xué)難點：1.電動電位。解決方法和處理措施：1. 講授法·比較法·提問法·自學(xué)法·多媒體輔助教學(xué)法2. 計算機多媒體設(shè)備、自制課件、 Powerpoint教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)活動：教學(xué)媒體的選擇和使用方

3、法：計算機多媒體設(shè)備、自制課件、 Powerpoint教學(xué)反思與評價：板書設(shè)計和課件：教學(xué)改革：1.2.陜西中醫(yī)學(xué)院醫(yī)用化學(xué)課程設(shè)計(續(xù)頁)時間分配教學(xué)重點、內(nèi)容和步驟板書提要、課堂提問、舉例要點教學(xué)方法 與手段第五章 膠體膠體研究的范疇非常廣泛，與工業(yè)生產(chǎn)、人民生活聯(lián)系密切。塑料、橡膠、納米材料、石油工業(yè)、環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域。 第一節(jié) 膠體分散系 一、膠體分散系的制備 復(fù)習(xí)：分散系及其有關(guān)概念 按照分散相粒子的直徑大小分類： 二、膠體分散系的表面特性 膠體分散系包括溶膠( sol )、高分子溶液( macromolecular solution )和締合膠體( associated colloi

4、d )三類。溶膠是高度分散多的相分散系統(tǒng)。高度分散使得分散相表 面積急劇增大。例如：邊長為 1cm立方體的表面積是 6cm2，當(dāng)它分散為 1012 個小立方體，達(dá)到膠體分散相粒子的大小后，總體積不 變，而總表面積卻增大了一萬倍，為 60 000cm2，或 6m2。分散相在介質(zhì)中分散的程度就是分散度（ degree of dispersion ），分散度常用比表面（ specific surface area ） 來表示。比表面定義為單位體積物質(zhì)所具有的表面積：S0S/V（5.1 ）式中 S0是物質(zhì)的比表面， S 是物質(zhì)的總表面積， V是物質(zhì)的 體積。式（ 5.1 ）說明，膠體分散相粒子的總表面

5、積隨分散程度 增大時，比表面也相應(yīng)增大。當(dāng)物質(zhì)形成高度分散系統(tǒng)時，因表面積大大增加，表面性 質(zhì)就十分突出。任何兩相的界面分子與其相內(nèi)分子所處狀況不相同，它們 的能量也不同。例如，在液 - 氣兩相中（圖 5-1 ），分析：處于液體內(nèi)部的 A 分子受到周圍分子等同的引力，合力 為零。但處于液體表層的 B 分子和 C 分子受力不均，合力指向液體 內(nèi)部。若要增大表面，就必須克服液相內(nèi)部分子的引力而做功，功以 勢能形式儲存于表面分子?？梢姡砻鎸臃肿颖葍?nèi)部分子多出一部 分能量，稱為表面能。表面能 dG= ·dS 例如：液體呈球形，水銀球，兩個小的水銀球匯成大球 液體表面有自動縮小表面積的趨勢。

6、小的液滴聚集變大，可以 縮小表面積，降低表面能。表面積減小過程是自發(fā)過程。這個結(jié)論 對固體物質(zhì)同樣適用。高度分散的溶膠比表面大，所以表面能也大，它們有自動聚積 成大顆粒而減少表面積的趨勢，稱為聚結(jié)不穩(wěn)定性。高分子化合物溶液的分散相粒子大小在膠體范圍內(nèi)，屬于膠體 溶液。但是，其分散相是以單個分子分散在介質(zhì)中的，所形成的系 統(tǒng)是均相的真溶液，分散相和分散介質(zhì)間沒有界面存在。高分子溶 液是熱力學(xué)穩(wěn)定系統(tǒng)。締合膠體是由溶液中的表面活性劑分子（具親水的極性基團和 親油的碳鍵烴基的兩親分子）超過某一特定濃度，分子在溶液內(nèi)部 締合形成分子集團，即所謂“膠團”形成的分散系。表面活性物質(zhì) 的這種締合作用是自發(fā)的

7、和可逆的，因而與溶膠不同，締合膠體溶 液是熱力學(xué)穩(wěn)定的。第二節(jié) 溶膠一、溶膠的基本性質(zhì)二、膠團結(jié)構(gòu)及溶膠的穩(wěn)定性(一)膠粒帶電的原因1膠核界面的選擇性吸附膠粒中的膠核(原子、離子、或分子的聚集體)有吸附其它物 質(zhì)而降低界面能趨勢，常選擇性地吸附分散系統(tǒng)中與其組成類似的 離子作為穩(wěn)定劑，而使其界面帶有一定電荷。例如將 FeCl3 溶液緩慢滴加到沸水中，制備氫氧化鐵溶膠。反 應(yīng)為FeCl 3(aq) + 3H 2O(l) Fe(OH) 3(溶膠) + 3HCl(aq)溶液中部分 Fe(OH) 3與 HCl 作用，F(xiàn)e(OH) 3(s) +HCl(aq) FeOCl(aq)+ 2H 2O(l)+-F

8、eOCl(aq) FeO +(aq) + Cl - (aq)Fe(OH) 3膠核吸附溶膠中與其組成類似的 FeO+離子而帶正電， 而溶膠中電性相反的 Cl -離子(稱反離子)則留在介質(zhì)中。又如利用硝酸銀和碘化鉀制備碘化銀溶膠的反應(yīng)(略)2膠核表面分子的離解例如，硅膠的膠核是由許許多多 xSiO2.yH 2O分子組成的，其2- +表面的 H2SiO3 分子可以離解成 SiO32-和 H+。H2SiO3(溶膠 ) HSiO 3- (aq) + H +(aq)- 2- +HSiO 3- (aq)SiO32-(aq) + H +(aq)H+離子擴散到介質(zhì)中去，而 SiO32- 離子則留在膠核表面，結(jié)果

9、 使膠粒帶負(fù)電荷。(二)膠粒的雙電層結(jié)構(gòu)圖 5-6 膠團結(jié)構(gòu)示意圖例如，氫氧化鐵溶膠的膠團結(jié)構(gòu)式可以表示為：+ - x+ -Fe(OH) 3 m·nFeO+·(n- x)Cl - x+·xCl-膠核 吸附層 擴散層膠粒膠團這種由吸附層和擴散層構(gòu)成的電性相反的兩層結(jié)構(gòu)稱為擴散雙 電層(三)溶膠的穩(wěn)定因素溶膠之所以具有相對的穩(wěn)定性，主要是由下述因素決定的。1膠粒帶電 在帶有相同電荷的兩個膠粒間存在著靜電排 斥力，阻止兩膠粒接近，合并變大。因此溶膠中的膠粒能相對 穩(wěn)定地存在。但是，當(dāng)膠粒的動能增大到能克服這種靜電斥力 時，膠粒間就會互碰撞合并，出現(xiàn)聚沉。故而加熱溶膠會引

10、起 聚沉。通常溶膠膠粒的動能沒有那么大，故溶膠能穩(wěn)定存在。2膠粒表面水合膜的保護作用膠團的水合雙電層膜猶如一層彈性膜，阻礙膠粒相互碰撞合并變大。因此溶膠的穩(wěn)定性 與膠粒的水合膜層厚度有密切關(guān)系。水合膜層愈厚，膠粒愈穩(wěn) 定。另外，布朗運動也是溶膠穩(wěn)定因素之一。(四)溶膠的聚沉現(xiàn)象當(dāng)溶膠的穩(wěn)定因素受到破壞，膠粒碰撞時會合并變大，從 介質(zhì)中析出而下沉。此現(xiàn)象稱為聚沉( coagulation )。引起溶 膠聚沉的因素很多，如加熱、輻射、加入電解質(zhì)等。其中最主 要的是加入電解質(zhì)所引起的聚沉。1電解質(zhì)的聚沉作用電解質(zhì)對溶膠的聚沉作用主要是改變膠粒吸附層的結(jié)構(gòu)。電解質(zhì)加入后，使擴散層中的反離子更 多地進入

11、吸附層，膠核表面所帶電荷被反離子中和，吸附層隨 之變薄，溶膠的穩(wěn)定性下降，最終導(dǎo)致聚沉。溶膠對電解質(zhì)很敏感。雖然在制備溶膠時極少量電解質(zhì)的存在 對溶膠有穩(wěn)定作用，但只要稍微過量，即會引起溶膠的聚沉。電解 質(zhì)聚沉能力的大小，常用臨界聚沉濃度表示。臨界聚沉濃度就是使 一定量溶膠在一定時間內(nèi)發(fā)生聚沉所需電解質(zhì)溶液的最小濃度，單 位為 mmo·l L-1 。各種電解質(zhì)的聚沉能力有差別，臨界聚沉濃度愈 小，聚沉能力愈強。表 5-2 是幾種電解質(zhì)對三種溶膠聚沉的臨界聚 沉濃度。2 溶膠的相互聚沉 帶相反電荷的溶膠有相互聚沉能 力。當(dāng)正、負(fù)溶膠按適當(dāng)比例混合致使膠粒所帶電荷恰被中和 時，就可完全聚沉。兩者比例不適當(dāng)，則聚沉不完全，甚至不 發(fā)生聚沉。例如污水中的膠狀懸浮物一般帶負(fù)電，加入明礬 后，明礬中的 Al 3+可水解成 Al(OH) 3正溶膠使懸浮物發(fā)生聚沉， 達(dá)到凈水目的。3高分子物質(zhì)對溶膠的保護作用和敏化作用在溶膠中加入高分子溶液，高分子物質(zhì)吸附于膠粒的表面包圍住了膠粒 (如圖 5-7(a) )，使其對介質(zhì)的親和力加強，從而增加了溶膠 的穩(wěn)定性。但有