膠體及其性質(zhì)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上膠體及其性質(zhì)一、膠體的由來及其認識的發(fā)展膠體一詞，來自1861年T.格雷姆研究物質(zhì)在水中擴散的論文應用于分析的液體擴散。當時發(fā)現(xiàn)有些物質(zhì)（如某些無機鹽、糖和甘油等）在水中擴散很快，容易透過一些膜；而另一些物質(zhì)，如蛋白質(zhì)、明膠和硅膠類水合氧化物等，則擴散很慢或不擴散。前者容易形成晶態(tài)，稱為晶質(zhì)；后者不易形成晶態(tài)，多呈膠態(tài)，則稱為膠體。此種分類并未說明膠體的本質(zhì)，因為膠狀的膠體在適當條件下可以形成晶態(tài)，而晶質(zhì)也可以形成膠態(tài)。直到20世紀初超顯微鏡的發(fā)明以及后來電子顯微鏡的應用，對膠體才逐漸有較清楚的了解.二、膠體體系的特點自質(zhì)點大小這一特點考慮，高分子與膠體質(zhì)點的大小差不

2、多。例如，分子量為 36000的胰島素（球狀）直徑約4.0納米；分子量為42000的蛋白朊長橢球長約11納米，與一般金溶膠和硅溶膠質(zhì)點大小相近。有的高分子甚至長達100納米以上。因此,與大小有關的性質(zhì)，如擴散、沉降、滲透壓、光散射（見膠體光散射）等性質(zhì)，二者全都相似。膠體研究的許多結果可以應用于高分子體系，從而大大推動了高分子的研究，高分子化學的部分領域也就歸入膠體化學的范疇。經(jīng)典的膠體體系是熱力學不穩(wěn)定體系，是一相（質(zhì)點）分布在另一相(介質(zhì))中的多相分散體系；而高分子質(zhì)點分散在介質(zhì)中的這種膠體體系卻是熱力學穩(wěn)定的體系，是均相溶液，即高分子溶于溶劑而形成的溶液。如同小分子的溶液一樣,只要溶劑不

3、揮發(fā),高分子溶液就可以永久存在。高分子溶液的溶劑揮發(fā)后，得到高分子化合物；但若把高分子放入溶劑中，則又自動溶解而形成溶液。于是就把高分子溶液稱為可逆膠體，也叫做親液膠體，以與疏液膠體相對照、相區(qū)別。膠體質(zhì)點與經(jīng)典化學所研究的分子不同的另一特點，是其形狀的千差萬別，從完全對稱的球形和比較對稱的橢球形,到極不對稱的不規(guī)則薄片,以至細長的線條。這將對體系的性質(zhì)，特別是流變性質(zhì)有重大影響。例如高分子溶液、鉆井泥漿、油漆涂料、膠團溶液，以及乳狀液、泡沫等的粘度、彈性、塑性及觸變性等皆與質(zhì)點的形狀和結構有關（見非牛頓流體）。三、膠體化學中的基本術語相是指物質(zhì)的物理化學性質(zhì)都完全相同的均勻部分。體系中有兩個

4、或兩個以上的相，稱為多相體系。相界面是指相與相之間的接觸面稱為相界面，相與相之間的宏觀物理界面。在相互接觸的兩相中，若一相為氣體，相界面稱為表面，若是液固分界面，稱為界面。分散相是指在多相分散體系中，被分散的物質(zhì)。分散介質(zhì)是指分散相所在的連續(xù)介質(zhì)，又叫連續(xù)相。 例如：鉆井液中，粘土顆粒分散在水中。粘土為分散相；水為分散介質(zhì)。分散度D是指分散相的分散度，是分散程度的量度，通常用分散相顆粒平均直徑或長度a的倒數(shù)來表示。 D=1a。比表面是指單位體積（重量）物質(zhì)的總表面積。比表面 = S/V（ m-1 ） 或比表 面= S/W（m2 kg）。吸附是指物質(zhì)在兩相界面上自動濃集（界面濃度大于內(nèi)部濃度）的

5、現(xiàn)象。吸附質(zhì)是指被吸附的物質(zhì)。吸附劑是指吸附吸附質(zhì)的物質(zhì)。物理吸附是指吸附的作用力是以靜電吸引為主的吸附?；瘜W吸附是指吸附的作用力是以化學鍵力為主的吸附。四、溶膠的制備1.溶膠制備的一般條件：（1）分散相在介質(zhì)中的溶解度必須極?。?）必須有穩(wěn)定劑存在2.膠體的制備方法：（1）凝聚法（2）分散法五、溶膠的運動性質(zhì)1.擴散：過程為自發(fā)過程 ddddmcDA t x ，此為Fick第一擴散定律，式中dm/dt表示單位時間通過截面A 擴散的物質(zhì)數(shù)量，D為擴散系數(shù)，單位為m2/s，D越大，質(zhì)點的擴散能力越大 擴散系數(shù)D與質(zhì)點在介質(zhì)中運動時阻力系數(shù)f之間的關系為：ARTDNf （AN為 阿伏加德羅常數(shù)；R

6、為氣體常數(shù)） 若顆粒為球形，阻力系數(shù)f=6rp（式中，h為介質(zhì)的黏度，r為質(zhì)點的半徑） 故16RTDNA r，此式即為Einstein第一擴散公式 濃度梯度越大，質(zhì)點擴散越快；就質(zhì)點而言，半徑越小，擴散能力越強，擴散速度越快。2.布朗運動：本質(zhì)是分子的熱運動 現(xiàn)象：分子處于不停的無規(guī)則運動中 由于布朗運動是無規(guī)則的，因此就單個粒子而言，它們向各方向運動的幾率是相等的。在濃度高的區(qū)域，單位體積的粒子較周圍多，造成該區(qū)域“出多進少”，使?jié)舛冉档?，這就表現(xiàn)為擴散。擴散是布朗運動的宏觀表現(xiàn)，而布朗運動是擴散的微觀基礎 Einstein認為，粒子的平均位移x與粒子半徑r、介質(zhì)黏度h、溫度T和位移時 間t

7、 之間的關系：1 2 3ARTtxNr，此式常稱為Einstein-Brown位移方程。式 中x是在觀察時間t內(nèi)粒子沿x軸方向的平均位移；r為膠粒的半徑；h為介質(zhì)的粘度；AN為阿伏加德羅常數(shù)。 3.沉降 溶膠是高度分散體系，膠粒一方面受到重力吸引而下降，另一方面由于布朗運動促使?jié)舛融呌诰?。當這兩種效應相反的力相等時，粒子的分布達到平衡，粒子的濃度隨高度不同有一定的梯度，如圖所示。這種平衡稱為沉降平衡。六、溶膠的光學性質(zhì)1、丁達爾效應：以一束強光射入溶膠后，在入射光的垂直方向可以看到一道明亮的光帶，被稱為丁達爾效應 光本質(zhì)是電磁波，當光波作用到介質(zhì)中小于光波波長的粒子上時，粒子中的電子被迫振動

8、（其振動頻率與入射光波的頻率相同）,成為二次波源，向各個方向發(fā) 射電磁波，這就是散射光波也就是我們看到的散射光。 丁達爾效應可以認為是膠粒對光的散射作用的宏觀表現(xiàn)。2、Rayleigh散射定律散射光強度與入射光波長的四次方成反比。入射光波長愈短，散射愈顯著。所以可見光中，藍、紫色光散射作用強。分散相與分散介質(zhì)的折射率相差愈顯著，則散射作用亦愈顯著。若n1=n2 則無散射現(xiàn)象 散射光強度與單位體積中的粒子數(shù)成正比。 散射光強度與粒子體積的平方成正比。在低分子溶液中，散射光極弱，因此利用丁道爾現(xiàn)象可以鑒別溶膠和真溶液。3、溶膠的顏色：溶膠產(chǎn)生各種顏色的主要原因是溶膠中的質(zhì)點對可見光產(chǎn)生選擇性吸 收

9、 若溶膠對可見光的各部分吸收很弱，且大致相同，則溶膠無色 若溶膠能較強的選擇性吸收某一波長的光，則透過光該波長的光變?nèi)?，就會呈現(xiàn)該波長光的補色光 質(zhì)點對光的吸收主要取決于其化學結構 每種分子都有其自己的特征吸收波長，若特征波長在可見光波長范圍內(nèi)，則該物質(zhì)顯色七、膠體產(chǎn)生電動現(xiàn)象的原因在固體表面的帶電離子稱為定位離子或電位離子，定位離子是使膠體產(chǎn)生電動現(xiàn)象的原因。而固體表面上產(chǎn)生定位離子的原因：（1）吸附。膠粒在形成過程中，膠核優(yōu)先吸附某種離子，使膠粒帶電。（2）電離。對于可能發(fā)生電離的大分子的溶膠而言，則膠粒帶電主要是其本身發(fā)生電離引起的。例如蛋白質(zhì)分子，當它的羧基或胺基在水中離解時，整個大分

10、子就帶負電或正電荷。（3）同晶置換。黏土礦物中如高嶺土，主要由鋁氧四面體和硅氧四面體組成，而與周圍4個氧的電荷不平衡，要由等正離子來平衡電荷。而這些正離子在介質(zhì)中會電離并擴散，所以使黏土微粒帶負電。（4）溶解量的不均衡。離子型固體物質(zhì)如AgI，在水中會有微量的溶解，所以水中會有少量的銀離子和碘離子。八、電動現(xiàn)象電泳、電滲，流動電勢和沉降電勢均屬于電動現(xiàn)象電泳：在外電場作用下，膠體粒子相對于靜止介質(zhì)作定向移動的電動現(xiàn)象稱電泳。電滲：在外電場作用下，分散介質(zhì)相對于靜止的帶電固體表面作定向移動的電動現(xiàn)象流動電勢：在外力作用下，液體流過毛細管或多孔塞時，兩端產(chǎn)生的電勢差稱為流動電勢。 沉降電勢：在外力作用下，帶電膠粒作相對于液相的運動時，兩端產(chǎn)生的電勢差稱為沉降電勢。參考文獻1、作者： 書名：應用膠體與界面化學 出 版 社： 出版時間：2008-08-01版2、作者：等編著 書名：膠體與表面化學 出 版 社： 出版時間：2004-8