第05章胶体.ppt

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1、第五章 胶体,教学要求 掌握溶胶的基本性质和胶团结构，溶胶稳定性因素和聚沉作用；掌握大分子化合物的结构特点，大分子电解质溶液的两性电离与等电点，Donnan平衡及有关计算。熟悉胶体分散系区别于其他分散系的特征及表面活性剂结构特点。了解分散系分类，表面吸附现象及表面能的物理意义，高分子溶液稳定性因素。,第一节 胶体分散系,第二节 表面活性剂和乳状液,一、表面性质,二、乳状液,第三节 溶胶,一、溶胶的基本性质,二、胶团结构及溶胶的稳定性,第四节 高分子溶液,一、高分子化合物结构特性及其溶液的形成,二、聚电解质溶液,三、高分子溶液稳定性的破坏,四、高分子溶液渗透压和膜平衡,五、凝胶,分散系的分类分散

2、系：一种或数种物质（分散相）分散在另一物质（分散介质）中所形成的系统。,第一节 胶体分散系,胶体分散系分散粒子大小在1100nm之间的分散体系的分类：根据分散质微粒的构成来分,根据分散质状态分,气溶液：烟、云、雾,液溶胶：AgI胶体、Fe(OH)3胶体,固溶胶：红宝石玻璃、烟水晶,第二节 表面活性剂和乳状液,表面性质1分散度和比表面：,S0=S/V,表面能与分散程度有关。分散相在介质中的分散程度就是分散度，常用比表面S0表示：,2表面能,任何两相界面上的分子与其内部分子所处状态不同：,S0是物质的比表面，S是物质的总表面积，V是物质的体积。物质的分散度越大比表面越大。,物体中内部与表面分子的能

3、量是不一样的。在两相界面的分子(如B)与相内的分子(如A),因所处的状态不同,其位能不一样。相内分子所受分子间力平衡，而表面分子因为合力不为零，有一个指向相内的力。若要把内部分子拉向表面，增大表面积，就要克服内部分子引力而做功，在恒T、P下，称为表面功或表面自由能。,结论：表面分子要比相内分子多出一部分能量表面能。将物体分散(粉碎或雾化)，就是增加更多的表面能。,表面张力：指沿液体表面垂直作用于单位长度上使表面收缩的力。,液体表面有自动缩小表面积的趋势。水的液滴聚集变大，可以缩小表面积，降低表面能。该结论对固体物质同样适用。例如：溶胶的聚沉,3表面吸附,（1）无机盐（2）大多数有机小分子（3）

4、肥皂、洗涤剂,4 表面活性剂,（1）无机盐类为表面非活性物质。为使体系表面张力趋于最低，溶质分子将自动浓集于溶液内部，所以C内C表，这叫负吸附。,（2）（3）类为表面活性剂。低级脂肪酸、醇、醛、高级脂肪酸、肥皂、合成洗涤剂等。表面活性剂会自动浓集于溶液表面，使C内C表，所以又叫正吸附。,1）结构特点及作用原理：均含有疏水和亲水两类基团的长链化合物。,作用原理：亲水基团进入水中，而疏水基团离开水相向表面集积，从而，分子走向排列或定向吸附在相界面上，从而降低水的表面张力，降低表面自由能，使体系稳定。,表面活性剂在医学上的应用 胆汁中胆酸盐可使食物中脂肪乳化，增加脂肪与消化液间接触面积，使其与溶于水

5、的酶充分作用，而使消化速度增大。磷脂不仅是细胞膜主要成分，也是体内重要表面活性物质，降低肺泡内表面上水层表面张力，使肺保持正常呼吸功能，而不能塌陷。,缔合胶体：当加入的表面活性剂浓度达到一定量时，会在水相表面上定向排列，形成完整的单分子层膜，与此同时，进入溶液中的表面活性剂互相将疏水基团在内，亲水基团朝向水面形成胶束而降低疏水基团与水接触面，从而体系稳定。开始形成胶束时的最低浓度称为临界胶束浓度,二 乳状液 一种液体被分散到另一种不相溶的液体中所组成的分散系叫乳状液。乳状液是一种多相不稳定体系,乳状液中加入表面活性剂，此时又叫乳化剂。其分子在两相界面上作定向排列，不仅降低相界面张力，而且形成一

6、层包围分散相液珠的具有一定机械强度的膜，阻止液滴因相互碰撞而聚结，使乳状液得以稳定存在。,第三节 溶胶,一 溶胶的基本性质,溶胶的多相性，高度分散性和聚结不稳定性是溶胶的基本特性，它所具有的性质都是由此引起,（一）溶胶的光学性质,当一束强光透过胶体时，可以看到一条光亮的通路，这种现象叫做丁达尔现象。,用这种方法可以区别溶液和胶体。,产生原因：当颗粒大小d小于入射光波长入时，光环绕颗粒除入射光方向外，还向各方向散射，即每个颗粒又作为一个光源，向各方向发射光，散射出来的光称乳光。,产生条件：颗粒大小合适，d（1-100nm之间）分散相折光率(n1)与分散介质折光率（n2）不同。,散射现象的强弱：,

7、颗粒越大、越多；折光率相差越大散射越强。,（二）动力学性质Brownian movement,1 Brownian movement：显微镜下可见胶体粒子作不断改变速度和方向的无规则运动,颗粒越小，温度越高，布朗运动越剧烈。布朗运动并不是胶体特有的性质。,2 扩散与沉降平衡,当溶胶中的胶粒存在浓度差时，胶粒从浓度大的区域向浓度小的区域迁移，这种现象叫扩散。,在重力场中，胶粒受重力作用要下沉，这一现象称为沉降。,离心机使沉降平衡加速建立,三、电学性质,胶体带电规律：（1）金属氢氧化物、金属氧化物的胶粒吸附阳离子带正电（2）非金属氧化物、金属硫化物、硅酸、土壤胶体吸附阴离子带负电（3）AgI即可吸

8、附I-，也可吸附Ag+，视两者多少而吸附不同电荷（4）有些胶体如淀粉、蛋白质一般不吸附各种离子。因形成水膜而稳定存在,（一）胶体带电原因：胶粒表面分子的电离,SiO2+H2O H2SiO3 2H+SiO32-,-2H+被扩散到溶液中，SiO32-留在胶粒表面使带负电,胶粒选择性吸附溶液中与其组成相似的粒子所致，如 Fe(OH)3m吸附FeO+（AgI)m吸附Ag+或I-,As2S3吸附溶液中HS-而带负电,二 胶团结构及溶胶的稳定性,（二）胶粒的双电层结构：,Fe(OH)3m n FeO+(n-x)Cl-1x+xCl-胶核 吸附层 胶粒 扩散层 胶团,在胶体溶液中加入电解质，迫使一部分反离子进

9、入吸附层，使扩散层变薄，当电解质浓度加大时，扩散层厚度可趋于零，在电场中不泳动,（三）溶胶稳定性,溶胶稳定性因素：,a、胶粒带电并形成双电层，可阻止溶胶粒子在热运动过程中近距离碰撞；b、吸附层离子水化，形成水化膜，以保持因碰撞引起合拼。c、动力学稳定性，分子不停地做布朗运动，从而克服重力引起的沉降作用,(四)溶胶的聚沉现象,稳定因素受破坏，胶粒聚结析出称为聚沉,a、加热，使V，碰撞聚沉，并使胶体解吸附b、加入电解质，破坏吸附层水化膜,使一定量溶胶在一定时间内发生聚沉所需电解质溶液的最小浓度，称为临界聚沉浓度（mmol/L）,2）同价离子的聚沉能力：（负）F-Cl-Br-I-CNS-，（正）H+

10、Cs+Rb+NH4+K+Na+Li-,c、加入带相反电荷的溶胶，中和电荷，胶体相互聚沉。,3）一些有机离子具有非常强的聚沉能力 可能是可被胶核强烈吸附的缘故。,4）高分子溶液对溶胶的保护作用,溶胶中加入高分子溶液，被溶胶吸附并把胶粒包围起来，从而避免碰撞聚沉，使之稳定存在。,第四节 高分子溶液（分子量在1万以上）,高分子溶液与溶胶性质的比较,高分子溶胶 属于单相分散系统属于稳定系统，不需要稳定剂粘度大、渗透压大分散相与分散介质亲和力大Tyndall现象不明显加入少量电解质无影响，加入多量时能引起盐析,溶 胶属于多相分散系统属于不稳定系统，需要稳定剂粘度小、渗透压小分散相与分散介质亲和力大Tyn

11、dall现象明显加入少量电解质后即可产生沉淀,一、高分子化合物结构特性及其溶液的形成,（一）高分子化合物的结构特点,由若干个基本单位（链节）重复连接，形成线状或分枝状结构。分子中化学键可以旋转，有的可卷曲成团状。性质：难溶解、有溶胀现象、溶液黏度大。,（二）高分子溶液的形成,高分子化合物在形成溶液时将先溶胀最后完全溶解。分子表面形成厚厚的水化膜。,二 聚电解质溶液,1 概念：在水溶液中能以离子形式存在的高分子化合物称为聚电解质,2 蛋白质的两性电离,蛋白质是各种氨基酸以肽链联结起来的长链大分子，其中一些氨基酸可能还有未形成肽键的-COOH或-NH2，暴露在介质中形成-COO-，NH3+，以 两

12、性离子形式存在，产生两性电离，蛋白质所带电荷决定于NH3+，COO-多少。,蛋白质在等电点时的性质 溶解度、黏度、渗透压、膨胀性最小,三 高分子溶液稳定性的破坏,加入高浓度无机盐，使蛋白质沉淀析出叫盐析。实质是使蛋白质脱水，破坏水化膜，而析出。,盐析与溶胶聚沉不同：盐析用量大，聚沉用量少盐析时正、负离子均起作用，聚沉时只与胶粒电性相反的离子起作用。除去电介质，蛋白质可以重新溶解即具可逆性，而溶胶聚沉是不可逆的。,盐析能力与离子种类有关，阴离子起主要作用阴离子：SO42-C6H5O73-C4H4O62-CH3COO-Cl-NO2-Br-I-CNS-阳离子：NH4+K+Na+Li+以上叫感胶离子序

13、,由以上可见，蛋白质盐析以（NH4）2SO4为最佳，不仅溶解度大，又是温和试剂，蛋白质沉淀析出后，不致引起生物活性丧失。,四、高分子溶液渗透压和膜平衡,（一）高分子溶液的渗透压力（了解）,线形高分子溶液渗透压不符合Vant Hoff公式,（二）膜平衡（Donnan equilibrium）,用半透膜将聚电解质溶液与小离子电解质溶液隔开，因大分子存在而引起小分子（离子）在膜两侧分布不均现象叫董南平衡,将蛋白质电解质NanP和NaCl水溶液用半透膜分开；膜内为NanP（浓度为C），膜外为NaCl（浓度为b），除Pn-离子，其余均可以自由通过。,平衡时，Na+外=b-xCl-外=b-x Na+内=n

14、c+x Cl-内=xNa+、Cl-进出膜速率应相等V进=k进Na+外Cl-外V出=k出Na+内Cl-内 V进=V出 k进=k出 Na+外Cl-外=Na+内Cl-内b-x2=nc+xx,b2-2bx+x2=ncx+x2 b2=(nc+2b)x,若 cb，x0，表示膜外电解质几乎不向膜内渗透。若 cb，xb/2，表示电解质将平均分布于膜两侧。若 c=b时，xb/3，表示有1/3电解质进入膜内,五 凝胶,高分子溶液在一定条件下（T，C或加入少量电解质）失去流动性，粘度逐渐增大，最后形成弹性半固体状物质叫凝胶，其过程叫胶凝。分为弹性凝胶和脆性凝胶。,x=b2/nc+2b,产生凝胶作用的先决条件：大分子或胶粒必须具有线状结构。,3）脱液收缩凝胶放置一段时间后，一部分液体能自动从凝胶中分离出来，致使凝胶体积缩小，称离浆。,凝胶的主要性质：1）溶胀2）结合水,