膠體與表面化學(xué)第一講

膠體與表面化學(xué)第一講第1頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期四日常生活中的膠體知識(shí)1土壤的保肥作用

2江河入?？谔幮纬扇侵?/p>

3明礬的凈水原理

4工業(yè)靜電、高壓除塵

5不同品種的墨水不能混用

6血性不同的人不能相互輸血

7面粉廠不能穿鐵釘鞋第2頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第一章緒論一、膠體化學(xué)(ColloidChemistry)的發(fā)展簡(jiǎn)史◆滲析實(shí)驗(yàn)與“膠體”名詞的由來(lái)（1861英國(guó)膠體化學(xué)之父——格雷哈姆提出了膠體的英文名稱(colloid)。導(dǎo)致一門有系統(tǒng)性的新學(xué)科——膠體化學(xué)的建立。）他在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)形成某些溶液的物質(zhì)不能透過(guò)半透膜，也不能從溶液中結(jié)晶出來(lái)，他稱這種物質(zhì)為膠體。而將能透過(guò)半透膜，溶劑蒸發(fā)后能結(jié)晶出來(lái)的物質(zhì)稱為晶體?，F(xiàn)在我們知道，膠體和晶體并不是物質(zhì)的分類，而是物質(zhì)的兩種不同狀態(tài)，同一種物質(zhì)在不同的條件下可以形成膠體，也可以形成晶體。◆研究膠體及其相關(guān)的表面現(xiàn)象的科學(xué)稱為膠體化學(xué)（colloidchemistry）。第3頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期四上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果的推斷：◆膠體是一定分散范圍內(nèi)物質(zhì)存在的一種狀態(tài)，而不是物質(zhì)固有的特性?！裟z體是高度分散的體系，具有很大的表面積◆有擴(kuò)散慢和不能透過(guò)半透膜，推斷膠體溶液中的質(zhì)點(diǎn)不是以小分子而是以大粒子形式分散在介質(zhì)中◆膠體粒子在重力場(chǎng)下不沉降或沉降速度極慢，推斷分散質(zhì)點(diǎn)不會(huì)太大，約1nm-1μm第4頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期四膠體化學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史

--------膠體化學(xué)是一門古老而又年輕的學(xué)科祖先制造陶器、漢朝利用纖維造紙、后漢發(fā)明墨水、豆腐制作等等古埃及利用木材浸水膨脹來(lái)破裂山巖1777年瑞典化學(xué)家做木炭吸附氣體的實(shí)驗(yàn)1809年俄國(guó)化學(xué)家發(fā)現(xiàn)土粒的電泳現(xiàn)象1829年英國(guó)植物學(xué)家BROWN觀察花粉的布朗運(yùn)動(dòng)★1861年膠體化學(xué)作為一門學(xué)科，創(chuàng)始人英國(guó)科學(xué)家ThomasGraham★1907年第一本膠體化學(xué)專門刊物《膠體化學(xué)和工業(yè)雜志》創(chuàng)刊；（膠體化學(xué)真正作為一門獨(dú)立學(xué)科）第5頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期四什么是膠體？實(shí)驗(yàn)：將一把泥土放入水中一杯泥土泥沙+渾濁的小土粒（底部）

土中的鹽類形成真溶液既不下沉、也不溶解的極為微小的土壤顆粒稱為膠體顆粒；含膠體顆粒的體系稱為膠體體系可見：膠體是一個(gè)具有巨大相界面的分散體系第6頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期四正式了解膠體之前要明確幾個(gè)概念第7頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1、定義：一種或一種以上的物質(zhì)分散到另一種物質(zhì)中所得到的混合物

分散質(zhì)：被分散的物質(zhì)分散劑：能分散分散質(zhì)的物質(zhì)一、分散系溶液、懸（乳）濁液、膠體（其中分散成微粒的物質(zhì)）（微粒分散在其中的物質(zhì)）第8頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2、分散系的分類本質(zhì)依據(jù)——分散質(zhì)微粒直徑大小分散系溶液膠體濁液分散質(zhì)微粒直徑

<10-9m(<1nm)10-9m-10-7m（1~100nm）>10-7m（>100nm）第9頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期四二、膠體分散質(zhì)微粒的直徑大小在1nm-100nm（10-9-10-7m)之間的分散系叫做膠體1.定義：第10頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2.膠體的分類:Fe(OH)3AgI膠體淀粉膠體霧、云、煙有色玻璃Fe(OH)3AgI膠體第11頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期四注：膠體不是一類物質(zhì)，而是幾乎任何物質(zhì)都可能形成的一種分散狀態(tài)。如：NaCl溶于水形成溶液，如果分散在酒精中則可形成膠體。練習(xí)：用特殊方法把固體物質(zhì)加工到納米級(jí)(1nm~100nm，1nm=10-9m)的超細(xì)粉末粒子，然后制得納米材料。下列分散系中的分散質(zhì)的粒子直徑和這種粒子具有相同數(shù)量級(jí)的是()A、溶液B、懸濁液C、膠體D、乳濁液c第12頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期四分散系溶液膠體濁液分散質(zhì)微粒直徑分散質(zhì)微粒能否透過(guò)濾紙能否透過(guò)半透膜穩(wěn)定性<1nm1~100nm>100nm單個(gè)分子或離子許多分子集合體大量分子集合體能能不能能不能不能穩(wěn)定較穩(wěn)定不穩(wěn)定【附表】：三種分散系的比較第13頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期四分散體系分類（按粒子尺寸分類）

類

型

r分散相分

散

相性質(zhì)、特

點(diǎn)

舉

例低分子分散體系(真溶液)＜10－9m原子、分子、離子單相，熱力學(xué)穩(wěn)定，擴(kuò)散快，光散射現(xiàn)象弱蔗糖水溶液，混合氣體等大分子化合物溶液(親液溶膠)10－9～

10－7m大分子均相，熱力學(xué)狀態(tài)穩(wěn)定，可逆，光散射現(xiàn)象弱，擴(kuò)散慢蛋白質(zhì)，聚乙烯醇水溶液膠體分散體系(憎液溶膠)10－9～

10－7m

原子或分子的聚集體

(膠核)多相，熱力學(xué)狀態(tài)不穩(wěn)定，光散射現(xiàn)象明顯，

擴(kuò)散慢，滲透壓小，不可逆Fe(OH)3溶膠，Au溶膠粗分散體系＞10－7m

粗顆粒微多相，熱力學(xué)狀態(tài)極不穩(wěn)定光散射現(xiàn)象弱，

擴(kuò)散極慢泥漿水，牛奶，泡沫等第14頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期四分散體系分類（按聚集狀態(tài)分類）名稱舉例液溶膠液-固溶膠油漆，AgI溶膠液-液溶膠牛奶，石油原油等乳狀液液-氣溶膠泡沫固溶膠固-固溶膠有色玻璃，不完全互溶的合金固-液溶膠珍珠，某些寶石固-氣溶膠泡沫塑料，沸石分子篩氣溶膠氣-固溶膠煙，含塵的空氣氣-液溶膠霧，云第15頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（膠體）（溶液）三、膠體的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)：光束分別通過(guò)Fe(OH)3膠體和CuSO4溶液，觀察現(xiàn)象?，F(xiàn)象：一束光通過(guò)膠體時(shí)，從側(cè)面可觀察到膠體里產(chǎn)生一條光亮的“通路”1、丁達(dá)爾現(xiàn)象(光學(xué)性質(zhì))第16頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期四原因：膠粒直徑大小與光的波長(zhǎng)相近,膠粒對(duì)光有散射作用；而溶液分散質(zhì)的粒子太小，不發(fā)生散射。應(yīng)用：鑒別溶膠和溶液。

練習(xí):不能發(fā)生丁達(dá)爾現(xiàn)象的分散系是（）

A、碘酒B、無(wú)水酒精

C、蛋白質(zhì)溶液D、鈷玻璃AB第17頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期四普遍存在的現(xiàn)象

2、布朗運(yùn)動(dòng)(動(dòng)力學(xué)性質(zhì))在超顯微鏡下觀察膠體溶液可以看到膠體顆粒不斷地作無(wú)規(guī)則的運(yùn)動(dòng)。第18頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期四原因：溶劑分子不均勻地撞擊膠體粒子，使其發(fā)生不斷改變方向、改變速率的布朗運(yùn)動(dòng)。膠體微粒作布朗運(yùn)動(dòng)是膠體穩(wěn)定的原因之一。練習(xí):膠體粒子能作布朗運(yùn)動(dòng)的原因是（）①水分子對(duì)膠體粒子的撞擊②膠體粒子有吸附能力③膠體粒子帶電④膠體粒子質(zhì)量很小，所受重力小

A、①②B、①③C、①④D、②④c第19頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期四在外加電場(chǎng)作用下,膠體粒子在分散劑里向電極

(陰極或陽(yáng)極)作定向移動(dòng)的現(xiàn)象,叫做電泳

-陰極+陽(yáng)極Fe(OH)3膠體向陰極移動(dòng)——帶正電荷

3、電泳現(xiàn)象(電學(xué)性質(zhì))第20頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期四原因：粒子膠體微粒帶同種電荷，當(dāng)膠粒帶正電荷時(shí)向陰極運(yùn)動(dòng)，當(dāng)膠粒帶負(fù)電荷時(shí)向陽(yáng)極運(yùn)動(dòng)。應(yīng)用：①靜電除塵；②電泳電鍍，利用電泳將油漆、乳膠、橡膠等粒子均勻地沉積在鍍件上。膠體的膠粒有的帶電，有電泳現(xiàn)象；有的不帶電，沒有電泳現(xiàn)象。答：電解質(zhì)離子在電場(chǎng)作用下也發(fā)生定向運(yùn)動(dòng)，因此，電泳不能用作凈化或檢驗(yàn)?zāi)z體的方法。Q：可否用電泳現(xiàn)象凈化或檢驗(yàn)?zāi)z體？第21頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期四{[AgI]m·nAg+·(n-x)NO3-}x+·xNO3-膠核吸附層擴(kuò)散層膠粒膠團(tuán)膠粒帶電，但整個(gè)膠體分散系是呈電中性的。在進(jìn)行電泳實(shí)驗(yàn)時(shí)，由于電場(chǎng)的作用，膠團(tuán)在吸附層和擴(kuò)散層的界面之間發(fā)生分離，帶正電的膠粒向陰極移動(dòng)，帶負(fù)電的離子向陽(yáng)極移動(dòng)。因此，膠團(tuán)在電場(chǎng)作用下的行為跟電解質(zhì)相似。第22頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期四重要膠粒帶電的一般規(guī)律:膠粒帶同種電荷，相互間產(chǎn)生排斥作用，不易結(jié)合成更大的沉淀微粒，這是膠體具有穩(wěn)定性的主要因素。帶正電荷膠粒帶負(fù)電荷膠粒金屬氫氧化物金屬氧化物AgI金屬硫化物(如Sb2S3)非金屬硫化物(如As2S3)非金屬氧化物(如SiO2泥沙)硅酸鹽(土壤和水泥)AgI第23頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期四在陶瓷工業(yè)上常遇到因陶土里混有Fe2O3而影響產(chǎn)品質(zhì)量的問(wèn)題。解決方法之一是把這些陶土和水放在一起攪拌，使粒子大小在1nm~100nm之間，然后插入兩根電極，接通直流電源，這時(shí)陽(yáng)極聚積

，陰極聚積

，理由是

。

例帶負(fù)電荷的膠粒（粒子陶土）

帶正電荷的膠粒（Fe2O3)

含有雜質(zhì)的陶土和水形成了膠體，利用電泳將陶土和雜質(zhì)分離除雜

第24頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期四例：已知土壤膠體中的粒子帶負(fù)電荷，又有很大的表面積，因而具有選擇吸附能力。有下列陰陽(yáng)離子，NH4+、K+、H+、NO3-、H2PO4-、PO43-，哪些易被吸附？在土壤里施用含氮量相同的下列肥料，肥效較差的是(NH4)2SO4、

NH4HCO3、

NH4NO3、

NH4Cl第25頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期四土壤膠粒一般帶負(fù)電荷，容易再吸附陽(yáng)離子如NH4+、K+、H+，而難以吸附陰離子如NO3-、H2PO4-、PO43-，據(jù)此，我們可以得到如下有關(guān)施用化肥與土壤膠體關(guān)系的常識(shí)：①銨態(tài)氮肥、鉀肥容易被土壤吸收，此類化肥可以直接進(jìn)行表面施用。②磷肥不易被土壤吸收，易隨雨水流失，因此，磷肥必須深施在土壤里層，以保證有效利用。③施用硝酸鹽氮肥肥料不如施用銨態(tài)氮肥好，如NH4NO3雖含氮量高，但NO3-的利用率低，多雨季節(jié)不宜使用。④酸雨和長(zhǎng)期施用酸性化肥容易導(dǎo)致土壤膠粒吸附H+，而使土壤酸化，影響植物生長(zhǎng)，也影響銨態(tài)氮肥和鉀肥的有效利用。第26頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期四膠體制備的兩種方法：膠體中分散質(zhì)懸浮顆粒分子、原子和離子分散法凝聚法將懸濁液或乳濁液中的分散質(zhì)分散；如：磨墨常見的膠體有：墨汁、碳素墨水、淀粉溶液等四、膠體的制備原理：使分散質(zhì)粒子大小在1nm~100nm之間物理分散(凝聚)法第27頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期四化學(xué)結(jié)合法——溶質(zhì)分子聚合成膠粒①水解法注意：不能過(guò)度加熱，以免出現(xiàn)Fe(OH)3膠體凝聚。FeCl3+3H2O

△

Fe(OH)3（膠體）+3HCl紅褐色FeCl3溶液中存在微弱的水解,生成極少量的Fe(OH)3,

加熱,加大水解程度,使Fe(OH)3聚集成較大顆?！z體

條件：飽和FeCl3溶液、沸水第28頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期四②復(fù)分解法AgNO3+KI=AgI（膠體）+KNO3

注意：濃度控制，濃度過(guò)大會(huì)生成沉淀,逐滴滴加，同時(shí)要不斷振蕩。膠體較為穩(wěn)定，但是長(zhǎng)時(shí)間放置之后也會(huì)出現(xiàn)沉淀。所以膠體通常現(xiàn)配現(xiàn)用。淺黃色第29頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期四五、膠體的凝聚要使膠體凝聚成沉淀，就要減少或消除膠體微粒表面吸附的電荷，使之減弱或失去電性排斥力作用，從而使膠粒在運(yùn)動(dòng)中碰撞結(jié)合成更大的顆粒。Q1：膠體為什么能夠穩(wěn)定存在？

膠粒帶電、布朗運(yùn)動(dòng)Q2：如何破壞膠體的穩(wěn)定狀態(tài)？使膠體微粒凝聚成更大的顆粒，形成沉淀，從分散劑里析出的過(guò)程叫膠體的凝聚。第30頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期四實(shí)驗(yàn)：往Fe(OH)3膠體中加入物質(zhì)的量濃度相等的下列溶液：①M(fèi)gSO4溶液,②Na2SO4溶液，③MgCl2溶液，④NaCl溶液，⑤Na3PO4溶液結(jié)論：a.加入電解質(zhì)使Fe(OH)3膠體凝聚說(shuō)明Fe(OH)3膠粒帶電荷；b.不同電解質(zhì)對(duì)Fe(OH)3膠體的凝聚效果不同，從電解質(zhì)陽(yáng)離子濃度的影響不能解釋，但從陰離子對(duì)其影響PO43->SO42->Cl-說(shuō)明Fe(OH)3膠體微粒帶正電荷?，F(xiàn)象：膠體變成渾濁狀態(tài)，產(chǎn)生紅褐色沉淀的量⑤>①=②>③>④(1)加入電解質(zhì)第31頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期四實(shí)例：①渾濁的井水中加入少量石灰能使水變澄清；②豆?jié){里加鹽鹵(MgCl2·6H2O)或石膏(CaSO4·2H2O)溶液使之凝聚成豆腐；③水泥里加石膏能調(diào)節(jié)水泥漿的硬化速率；④在江河與海的交匯處形成的沙洲。第32頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期四(2)加入膠粒帶相反電荷的膠體帶不同電荷的膠體微粒相互吸引發(fā)生電性中和，從而在膠粒碰撞時(shí)發(fā)生凝聚，形成沉淀或凝膠。實(shí)驗(yàn)：將Fe(OH)3膠體溶液與硅酸膠體溶液現(xiàn)象：形成大量的沉淀.結(jié)論：Fe(OH)3膠粒與H2SiO3膠粒帶相反電荷.實(shí)例：①用明礬、氯化鐵等凈水；②不同種類的墨水混合使用時(shí)有沉淀產(chǎn)生，使墨水失效。第33頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期四(3)加熱溫度升高，膠粒的吸附能力減弱，減少了膠粒所吸引的陰離子或陽(yáng)離子數(shù)量，膠粒所帶的電荷數(shù)減少，膠粒間的斥力作用減弱，使得膠粒在碰撞時(shí)容易結(jié)合成大顆粒，形成沉淀或凝膠。實(shí)例：淀粉溶液加熱后凝聚成了漿糊凝膠，蛋清加熱后凝聚成了白色膠狀物(同時(shí)發(fā)生變性)。

練習(xí):氯化鐵溶液與氫氧化鐵膠體具有的共同性質(zhì)是()A、分散質(zhì)顆粒直徑都在1nm~100nm之間

B、能透過(guò)半透膜

C、加熱蒸干、灼燒后都有氧化鐵生成

D、呈紅褐色C第34頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

練習(xí):下列事實(shí)：①用鹽鹵點(diǎn)豆腐②水泥的硬化③用明礬凈水④河海交匯處可沉積沙洲⑤制肥皂時(shí)在高級(jí)脂肪酸鈉、甘油和水形成的混合物中加入食鹽，析出肥皂⑥鋼筆使用兩種不同顏色的藍(lán)墨水，易出現(xiàn)堵塞⑦血液透析。其中與膠體知識(shí)有關(guān)的是（）A、①②③④⑤

B、③④⑤⑥⑦C、①③⑤⑥⑦

D、全部都是D第35頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期四三、膠體化學(xué)與界面化學(xué)的相關(guān)性◆膠體的基本特性：

特有的分散程度、多相性、聚結(jié)不穩(wěn)定性◆研究物質(zhì)的界面特性——界面化學(xué)表面張力、表面能、表面現(xiàn)象、表面吸附、單分子膜、表面潤(rùn)濕等◆研究一群質(zhì)點(diǎn)所構(gòu)成的分散體系的性質(zhì)

————膠體化學(xué)動(dòng)力性質(zhì)、電性質(zhì)、光學(xué)性、流變性質(zhì)、膠體的聚結(jié)與穩(wěn)定性等第36頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期四四、膠體與界面化學(xué)研究涉及領(lǐng)域★農(nóng)業(yè)★生物學(xué)與醫(yī)學(xué)★日用品的生產(chǎn)與使用★輕工業(yè)★環(huán)境科學(xué)★分析化學(xué)★材料★海洋科學(xué)★天文與氣象學(xué)★油田開發(fā)第37頁(yè)，共41頁(yè)，2