胶体的制备与性质 (全,可做教案)
胶体的制备与性质
第一节 胶体的制备和净化
胶粒：1—100 nm ，原则上可由原子、分子凝聚成胶体（凝聚法），也可由大块物质分散成胶体（分散法）。
一、胶体制备的一般条件
1. 分散相在介质中的溶解度必须极小，浓度低
OH H C S 52+——真溶液）溶胶（溶解度极小，滴入水中O H S 2/???→?
低溶解度是形成溶胶的必要条件之一，同时还需要反应物的浓度很稀，生成的难溶物晶粒很小而又无长大条件时才能得到胶体。若反应物浓度很大，细小的难溶物颗粒突然生成很多，易形成半固体状的凝胶。
2. 必须有稳定剂存在
分散胶体体系中存在巨大的界面积，属热力学不稳定体系，胶体需要稳定剂作用才能稳定存在。
二、胶体的制备方法
1. 分散法：机械分散、电分散、超声分散和胶溶法
通过不同的能量或作用方式分散大块物体→胶粒
胶溶法是某些新生成的沉淀中加入适量的电解质或置于某一温度下使胶体重新分散成溶胶。
如正电胶MMH （moled metal hydroxide ）或MMLHC ：mixed metal layered hydroxide compound
在一定比例的AlCl 3·MgCl 2 混合溶液中，加入稀氨水，形成混合金属氢氧化物沉淀（半透明凝胶状），经多次洗涤后（目的在于控制其中的氯离子浓度），置该沉淀于80℃下恒温，凝胶逐渐形成带正电的溶胶。MMH 用途很广——钻井液添加剂、聚沉剂、防沉剂等。
胶溶法：新形成的洗涤过的溶液沉淀加入少量33)(FeCl OH Fe →搅拌→沉淀转化为红棕色的3)(OH Fe 溶胶→机械粉碎——球磨机、振动磨、冲击式粉碎机、胶体磨、离心磨。
研磨过程中，增大增大，S A G S ，颗粒有聚集倾向（颗粒间有吸引力；颗粒增大，S G 减小）。分散?聚集平衡，颗粒不再磨细。要提高研磨效率，防聚可采取溶剂冲稀或加入稳定剂吸附表面——工业SAA ，油漆工业，研磨色料（SAA 保护）
电分散：电弧使金属气化，分散于溶剂中，得到溶胶。
超声波分散：对被分散的物质产生很大的撕碎力。
2. 凝聚法：用物理或化学方法使分子或离子聚集成胶粒。
（1） 还原法——金属溶胶
O H KCl HCOOK Au KOH HCHO AuCl Au Au 24388321132 +++=++?????→?++（溶胶）溶胶
（还原剂）少量碳酸钾，加热
（2）氧化法 O H S O S H 2222)(22+→+溶胶
（3）水解法：金属氢氧化物
HCl OH Fe O H FeCl 3)(33
23+??→?+（溶胶）煮沸 （4）复分解法：盐类溶胶
33)(KNO AgI KI AgNO +?→?+（溶胶）稍过量
三、凝聚法原理
物质凝聚过程中，决定粒子大小的因素？控制哪些因素可以获得一定分散度的溶胶？——溶胶制备核心问题。研究认为，溶液中析出溶胶的过程，与结晶过程类似，可分为两阶段，即成核与生成。
成核速率V1与两个因素有关：①固体从液体中的析出速度，过饱和溶液浓度Q ，溶质溶解度S ，则)(1S Q V -∝
②溶解速度，即已经析出的固体又溶进溶液的速率，取决于S ， 故S
S Q k dt dn V -==11 ① n 为t 时间内产生晶核的数目 晶核生长速度)(22S Q D k V -= ② D 为溶质分子扩散系数
可见，V 1 、V 2 均与过饱和度成正比，但V 2 受Q-S 影响较小。凝聚过程中，V 1 、V 2 相互关联。
21V V >> 形成大量晶核，分散度较小，有利于形成溶胶
21V V << 晶核少，晶体生长快，易沉淀
因此，粒子分散度与1V 成正比，与2V 成反比。若要得到分散度很高的溶胶，则应在晶核形成过程中控制实验条件，使2V 很小或接近于零，使过饱和部分溶质的浓度Q-S 以晶核形式很快分离出来，否则将得到粗颗粒溶胶或沉淀。
1908年，Weimarn 研究认为，制备胶体需1V 大（高过饱和度），2V 小，（若1V 小，2V 大，过饱和度低，形成大晶体）
S
S Q -很大， 1V 大，生成晶核多，当大量晶核生成时，S Q - 迅速下降，2V 迅速减小，有利于形成 ???→?↑溶胶数目
凝胶
S
S Q -较小，晶核较少，S Q -下降不多，2V 较大，生长快，成大块沉淀 S
S Q -很小，生成晶核极少，但晶核生长也极缓慢，有利于溶胶生成 例子：溶剂：乙醇+水 2442)()(SCN Mg BaSO MgSO SCN Ba +→+
试剂浓度：
③ 低， 334/1010
dm mol --- ，已能生成晶核，又能防止晶粒迅长，→稳定溶胶 ② 312/1010dm mol --- ， 晶核少，晶粒生长消耗溶质，得粗颗粒沉淀
四、 332/1010dm mol --- ，立即大量成核，晶粒数量多，相互连接，形成凝胶
四、溶胶老化的机理
老化：新形成的溶胶（即使经过纯化），胶粒会自发的随时间的增长而慢慢增大，通过控制条件可延缓老化进程，保持胶体稳定性。
胶体具有多分散性，即由大小不一的胶化颗粒组成的多聚体。固体溶解度与颗粒大小
满足Kelvin 方程 s
a s S S RT a r V ln 23
=? a —颗粒半径；a S —颗粒溶解度； s S —大块固体溶解度；
则 a 越小，a S 越大
每种大小不同的颗粒都有其自身的饱和度。设21a a < 则21a a S S > 。若此二颗粒放在一起则溶质自小颗粒扩散至大颗粒周围。对大颗粒来讲，2a S 已是饱和 浓度，扩散进来的溶质必然会在大颗粒上沉淀。此过程不断进行，小者越小，大者越大，直至小者完全溶解，此即老化的基本机理。
胶体多分散性的原因：成核与生长同时进行，颗粒尺寸相差悬殊。
五、制备均分散胶体（形状相同，尺寸分布范围很窄的胶粒）
1. 原理：1950年，Lamer 用溶液中沉淀组分浓度随时间的变化曲线（Lamer 图）解释均分散硫溶胶的形成。要点：设法将晶核的形成与生长两个阶段分开 —— 设计制备均匀分散胶体的基本依据。
Ⅰ 成核前：i c 逐渐提高，且s i c c >
Ⅱ 成核：i c 增大至 n c 时，溶液中迅速萌发大量的晶核
Ⅲ 生长：由于大量的晶核的形成，使 i c 迅速减小，且n i c c << ，
不再有核生成。此后控制 i c 略高于 s c ，则可让已形
成的晶核同步的生长。
2. 制备均分散胶体使成核与生长两阶段分开的措施
a. 控制沉淀组分的加入量或浓度
制备3)(OH Fe 和S 溶胶时，成核阶段以高流量通入22O H 和S H 2气体，大量成核后，应减慢气体通入的速率，控制沉淀的过饱和度，使其能让已有的核长大，而不会形成新核。（先适当高浓度，后低浓度）
b. 使用能逐步释放沉淀组分的贮存剂，使沉淀组分逐渐生成。
选用络合剂 EDTA 、三乙胺、柠檬酸 + 金属离子→ 络合物，然后利用升温，调节Ph 值等手段使络合物逐渐分解，控制金属离子有适当的饱和度，让胶粒的成核与生长阶段分开。
3. 制备方法
（1） 沉淀法：通过各种手段控制沉淀反应速率，可制得各种均分散胶体。
调控水解速度或配合物分解速度来控制沉淀组分浓度。
?????→?-?密闭恒温时间C NO Fe dm mol 100333)(/05.001.0水解得均分散胶体
pH 对胶体形状有重要影响
尿素不同温度下水解速度不同，可控制地释放沉淀组分-23CO → 制备金属氧化物，氢氧化物，碳酸盐均分散胶体。
取适量4HAuCl 稀溶液，用32CO K 中和，加少量白磷 → Au mm r = 溶胶。剩余4HAuCl 用HCHO 还原，甲醛在极其缓慢的条件下加入，使生成的金在原有晶核上聚集，避免形成新的晶核，得均分散金溶胶。
（2）预置颗粒法（包封法）：将纳米级 32O Fe 、2TiO 等胶粒置于含有尿素的3YCl 溶液中，经过加热陈化后，碱式碳酸钇就会包封在预置体的表面上。
（3）共沉淀法：具有 共同阴离子的不同金属盐的溶液，在严格控制条件下，可按一定次序和一定比例同时沉淀而形成均分散胶粒。
）
（）（）（煅烧，nm LaAlO NO Al NO La C pH 503800700983333??????→?+?--= （4）粗转变法：利用高温处理、化学反应或改变溶液环境等方法处理某种分散颗粒，使其转变成另一种均分散颗粒。
（5）溶胶—凝胶法：反应组分制成溶胶——混合——转变成凝胶（添加剂、超临界干燥）——均分散颗粒
（6）气溶胶：雾状反应组分（液相前驱体）（如钛的醇盐雾滴）+ 另一反应组分的蒸汽（水
蒸气）??
?→?水解反应
产物颗粒2TiO （7）乳液法和微乳液法：在乳状液或微乳液中进行沉淀反应，反应被限定在SAA 形成的微
区内，颗粒尺寸受到限制，得到均分散颗粒。
六、溶胶的纯化
从化学反应得到的溶胶都带有多余的电解质，而电解质过高会影响溶胶的稳定性，为使之稳定，必须除去多余的电解质及小分子，此操作即溶胶的纯化。
溶胶粒子可通过滤纸但不能透过半透膜，用半透膜来纯化溶胶的方法即渗析。
半透膜：火棉胶（硝化纤维溶于乙醇+乙醚混合物）、动物肠衣、醋酸纤维膜、改性聚乙烯醇膜等。
渗析目的：除去可溶性小分子及离子。
操作：将溶胶装入半透膜袋，浸入水中，由于膜内外电解质浓度不同，膜内离子或其他小分子向膜外转移，纯化溶胶。
注意：不断更换膜内外的水，不断搅拌，可稍稍加热。
电渗析：直流电场辅以渗析的操作。
电渗析还可与超过滤相结合。
水热法：特制的密闭容器中，采用水溶液作为反应体系，通过将反应体系加热至临界温度或接近临界温度，在反应体系中产生高压环境而进行无机合成与材料制备的方法。
水热法中，水起到两个作用：l/g 是传递压力的媒介；在高压下，绝大多数反应均能溶解于水，促使反应在液相或气相中进行。产品纯度高，晶型好，单分散，形状及大小可控。产物种类受到限制：氧化物的材料或对水不敏感的硫化物。改进：以有机溶剂代替水，扩大了应用范围（溶剂热合成）
生物法制备钠粒：印度研究人员 利用Verticillium 真菌中细胞壁中的酶将 Ag Ag →+ ，钠粒25±12nm 。
特性：催化异相加氢，传感器检测气体，电信号
第二节 胶体动力学性质
一、布朗运动
1. 布朗运动：分散在液相中小粒子的无规则运动，该运动正比于温度。
2. 产生原因：液体分子对固体粒子撞击的结果。
3. 分析：固体粒子处于液体分子的包围中，液体分子一直处于无规则热运动，撞击固体粒子。粒子小 —— 某一瞬间受力不平衡 —— 向某一方移动 —— 另一瞬间又向另一方向移动 —— 粒子无规则运动；粒子越大 —— 受周围分子碰撞作用相互抵消的可能性越大 —— 大粒子无布朗运动。
胶体粒子布朗运动显著。
一、扩散现象：
粒子从高浓度区向低浓度区移动并达到均匀的自发过程叫扩散。
??
???→→→低化学势根本原因：高化学势动引起，低浓区，由粒子布朗运溶胶粒子：高浓区分子热运动，低浓区溶液分子：高浓区存在浓差
扩散是布朗运动的宏观表现，布朗运动是扩散的微观基础。
费克第一定律：
AB 平面 ， 浓度 左>右 ，只考虑单向扩散。设 m 为扩散量，则通过AB 平面的扩散速度 ∝dt
dm 该处的浓度梯度和AB 截面面积A dx
dc DA dt dm ?-= 负号 ——扩散方向与浓度梯度方向相反 D 扩散系数——单位浓度梯度下，单位时间内通过单位面积的质量。 对于球形粒子，r N RT D A πη61=
A N ——阿伏加德罗常数；η —— 介质粘度；r —— 胶体流体力学半径平均值 就体系而言，浓度梯度越大，质点扩散越快；体系粘度越低，D 越大，扩散越快。 就质点而言，半径越小，扩散能力越强，扩散速度越快。 费克第一定律只适用于
dx
dc 浓度梯度恒定的情况，对于浓度梯度变化的体系，有费克第二定律：)(x c D x t c ????=??，t c ??为单位体积内浓度随时间的变化 应用：扩散现象/实验 → 费克扩散公式 → D 扩散系数 → 粒子大小、形状
（扩散系数测定方法：自由界面法、多孔塞法）
二、沉降与沉降平衡
胶粒密度 > 溶液密度时，在重力场作用下，胶粒会沉降，也即溶胶动力学不稳定性的主要表现。结果，溶胶下部浓度增加，上部浓度降低，破坏了胶体的均匀性。这样又引起扩散作用，下部较浓的粒子向上移动，使体系趋于均匀。沉降作用与扩散作用达平衡时，为体系的动力稳定状态。
A. 球形胶粒，半径r ，密度 ρ，分散介质密度0ρ，则下沉重力g r F )(3
4
031ρρπ-= 若粒子以速度v 下沉，按Stokes 公式，粒子下沉时所受阻力v r F 62πη=
21F F = 时，粒子匀速下沉，则 v 9/)(2202r g r v ∝-=ηρρ
条件：①球形粒子运动十分缓慢，周围液体 分布。
②粒子间距很大，粒子间无相互作用力
③液相是连续介质
结论：溶胶是动力学稳定体系
第三节 胶体的光学性质
溶胶随胶粒的大小、形状、组成不同而呈现不同的颜色，对光具有不同的透射和散
射能力。胶体的光学性质是胶粒高度分散性和不均匀性的反映。
一、光散射现象
1. Tyndall 效应：当一束光线通过胶体时，在与入射光垂直的方向上看到一个粗亮的光路，此现象即Tyndall 效应。它是胶粒对光散射的结果。
2. 光散射：光本质上电磁波。光作用到介质中λ 这种光子遇到电子或原子核后运动方向发生改变的现象，好象把入射光散射出去，称为光散射。 ?????? ???????????????????????<-<>>>>>→→→散射微弱小，小分子真溶液，粒子太胶粒，散射明显浮液反射，体系浑浊，如悬体系的分散度散射或反射体系的化学组分 吸收光透射光（部分）物体入射光 1 1001,100,nm nm d nm d λλ 二、溶液的光散射 1. Rayleigh 散射定律： Rayleigh 最早从理论上研究光散射、基本出发点是讨论单个粒子的散射。 假设：①散射粒子比λ小的多（20/λ ②溶胶浓度很稀，粒子间距离叫较大，无相互作用，单位体积散射光强度是各个粒子的加和。 ③粒子各向同性，非导体，不吸收光。 得出：)2cos 1()2(9202021 22212224θλπ++-=I V N n n n n r I λ—— 入射光波长；I I 、0—— 分别为入射光和散射光强度； r —— 检测点到散射源的距离；θ —— 散射角，入射光与散射光之间的夹角；21n n 、 —— 分散介质和分散相的折光指数；V —— 每个粒子体积；0N —— 单位体积内粒子数量 规律：①41 λ∝I ，λ 越小，越易被散射，散射光强度越大。 nm nm 650450==红蓝，λλ， 散射光强度 红蓝I I >> 当一束白光照射在分散体系上时，在入射光垂直的方向呈蓝光，透射光方向呈红光。 解释：信号灯用红、黄、绿颜色，不易被散射。 旭日夕阳呈红色，天空是蓝色 日出江花红胜火，春来江水绿如蓝 ②21n n 、相差较大，12n n n -=? ↑，分散相与分散质界面清晰时，I ↑ ③2V I ∝（粒子体积平方） d 大反射， d 小散射弱 散射并不是胶体分散体系的特有性质，只是在胶体范围内散射光强度最强 ④0N I ∝，单位体积内粒子数目，散射光强度与单位体积内粒子数目成正比——浊度计设计原理 ⑤0I I ∝ 2. 大粒子 的光散射——Mie 散射 20/λ>>d 时，粒子不能再看作点散射源，同一粒子的不同部位都能产生散射作用，散射光因相位不同而发生相互干涉，即内干涉。因此，大粒子体系中Rayleigh 定律不再适用。Mie 对球形粒子体系进行处理，发现散射光强度的角度分布发生变化： 散射光强度在角度分布上出现极大值和极小值； 波长不同的光，散射光角度分布不同。 因而当用白光照射单分散体系时，各种颜色的光 散射 叠加在一起，在不同角度上可观察到不同的颜色——高级丁达尔现象。 3. 溶胶的颜色 无色溶胶——对可见光波段光吸收很弱，且吸收大致相同。 有色溶胶——溶液有可见光中某一波长的光有较强的选择性吸收，则透射光将呈该波长光的补色光。吸收主要取决于体系的化学结构 “不同物质” 例：红色金溶液，吸收500—600nm 的绿色光 → 互补色透过，呈红色 胶体粒子的大小不同，也能引起颜色变化。 金属溶胶中，散射光强与粒子大小λ、d 有关，胶粒对光有强的选择吸收作用，故Rayleigh 定律不再适用。 溶胶颜色是一个复杂问题，相关因素、粒子大小、分散相与分散介质的性质、光的强弱、光的散射和吸收等，目前还没有一个能说明溶胶颜色 的包括多总因素在内的定量理论。 三、超显微镜的原理与应用 1. 基本原理：普通显微镜分辨率 αλ sin 2n A =，λ为波长，n 为物体和接物镜介质的折射 率，α为被观察物体 发出的光与射于接物镜的边缘线间的夹角，称孔径角，一般估算取α=90°。普通显微镜分辨率约200nm —110nm ，不能直接用来观察胶体颗粒。 超细显微镜是在显微镜基础上观察胶粒发出的强烈的散射光，即使小至5nm —10nm 的胶粒也可被观察到。 2. 应用： ①测定溶胶粒子大小：例：用超细显微镜观察汞溶液，在39101cm -?视场内有15个光点，取1升溶液，用金棒搅动吸附汞成为汞齐（金属合金），称重，金增重8mg 。已知，,/6.133cm g =汞ρ求r =？粒径 解：一升溶液中汞胶粒的个数为升个/105.11010 1151339?=??=-N 102.1 43m r 346-33）（汞cm n r N m ?==?=ρ πρπ ②形状 （1）亮度恒定，球形或正多面体 （2） 闪光，流动不闪光，静止闪光，一长轴，二短轴，棒状 （3） 闪光都闪光（静动），两长轴，一短轴，片状 ③分散度：各区域一样亮——分散均匀，差别大——分散度宽，不均匀 ④测电泳速度 第四节 胶体的化学性质与胶团结构 一、电动现象 在外电场作用下使固液两相发生相对运动或外力使固液两相发生相对运动产生电场或电势，统称电动现象。胶体的电动下身内项与 胶体的稳定性密切相关。 ??? ??????????在介质中下沉）沉降电势（重力使胶体—颗粒运动流过毛细管或多孔塞流动电势（外压使液体—介质运动生电势外力作用，相对位移产电渗—介质运动电泳—颗粒运动外加电场产生位移电动现象 二、胶粒表面电荷的来源 电动现象表明，胶粒在液体中带电，电荷来源包括： 1. 电离：胶粒本身带有可电离基团→电离 +-+-+→+→=+H SiO H HSiO SiO H O H SiO 22333222 蛋白质分子中有很多 COOH -和2NH -，电荷符号与pH 值有关 ?????→→+-，正电 低，负电高32,,NH NH pH COO COOH pH 2. 离子吸附：胶体粒子对介质中阴阳离子不等量虚浮而带电荷 吸附规律：①水化能力弱的离子被优先吸附（胶粒高比表面特性）， 水化能力：阳离子大于阴离子，阴离子优先吸附 水化能力—水化半径—电荷间距大—作用力弱 ②法扬斯规则：能与胶粒组成离子 形成不溶物的离子将优先吸附。 制备AgI 胶体时，若3AgNO 过量，+ Ag 优先吸附，胶粒带正电 若 KI 过量，-I 优先吸附，胶粒带负电 被吸附离子是胶粒表面电荷的来源，其溶液浓度 直接影响胶粒表面 电势，故称电势决定离子（定势离子）。当表面净电荷为零时，电势决定离子的浓度称为零电荷点（PZC ）。 3.离子溶解作用：离子晶体—胶粒—阴阳离子不等量溶解—胶粒表面带电荷 1610)(-=AgI K SP ，零电荷点不是8==PI P Ag ，而是5.10,5.5==PI P Ag 4.晶格取代：黏土晶格有铝氧八面体、硅氧四面体，晶格中，黏土带负电、、部分被取代?→????→?++++2243Cu Mg Si Al 5.摩擦带电：两种非导体构成的分散体系中，介电常数ε 较大的一相将 带正电，另一相带负电。 例：玻璃小球65-=ε，水81=ε ， 三、 胶团结构 （1） 胶团的结构表明：构成胶粒的核心物质，决定定势离子与反势离子。 （2） 构成胶核的原子、分子数目为几百到几千，反离子电荷数=定势离子电荷数，胶团 电中性。 （3） 布朗运动中，胶粒运动，扩散层 反离子不随胶粒运动（原因：扩散层反离子与定 势离子静电引力减弱） 胶粒在介质中运动时显出电性——产生电泳、电渗的原因 ()[]{} +-+-?-??xH H x n nHS S As x n )(32 一、扩散双电层理论与电动 1. 扩散双电层的形成与结构 ①1879. Helmholtz 平板双电层理论 要点：（1）双电层像一平行板电容器，固体的一边是表面的电荷，相对的另一边是带相反电 荷的离子层，反离子平行的束缚在相邻质点表面的液相中。 （2）两层之间的距离约等于离子半径。 （3）双电层之间的电势成直线迅速下降。 缺点：没考虑 双电层内外两层中离子分布情况的实际差别。若按该理论，在电场中相互跟 开向相反方向移动的固体表面与反离子层之间的电势差即相界面的总电势差，与实验事实不符。 ②1910-1913. Gouy 古义— Chapman 查普曼分别修正了Helmholtz 的概念，提出扩散双电层模型，认为反离子分布不同在同一平面上，而呈扩散分布。 要点：（1）溶液中反离子扩散地分布在质点周围的空间中。质点近处反离子浓度大，远处反 离子浓度小，很远处，过剩反离子浓度为零。 （2）曲线表示电位随距离的变化。 固体表面因吸附定势离子与溶液内部电势之差称为表面电势0? ，热力学电势 （3）电泳时，胶粒和部分反离子作为整体一起定向移动，固液之间发生相对移动的“滑 动面” 效应，双电层内距离表面某一距离?处，该处的电势与溶液内部电势称为电动电势ε ε取决于滑动面内反离子浓度大小。c 大，ε小；c 小，ε大 扩散双电层模型特点：解释了电动现象；区分了表面电势/热力学电势0?与电动电势ε，并 解释了电解质对ε的影响。 不足：不能解释ε可变量，有时ε>4。 ③1924年，Stern 提出了较完善的扩散双电层理论。 要点：（1）胶粒因吸附定势粒子而带有电荷，而胶团呈电中性，胶粒周围分布有反离子。胶 粒表面的电荷与合奏为截止中的反俩子电荷构成双电层。 双电层反离子—胶团电中性定势离子—胶粒带电不同电性质???→?? ?? （2）反离子受力分析扩散双电层反离子扩散到液相内部—分子热运动反离子靠近胶粒表面—静电引力??? ? （3）扩散双电层中反离子分布不均匀（反离子分布） 靠近胶粒固体表面密度高，形成 紧密层（Stern 层）Stern 层厚度由被吸附离子大 小决定，被西服离子中心平面——Stern 面。 随着距胶粒固体表面距离增大，反离子浓度 减小，直至d x = 时，反离 子过剩浓度为零。从固体表面到反离子过剩浓度为零处的距离对应扩散双电层厚度。 （4）固体表面总有一定数量的溶剂分子与其紧密结合。电动现象中，粒子+溶剂+反离子 作为整体运动，固/液相对移动→滑动面。滑动面的确切位置不知道，但可以合理的认为滑动面位于Stern 面之外，并深入到扩散层内部。 2.双电层中的电势 （1）比较 S ? 与 ε a. 一般的，S ? > ε，稀溶液，扩散层，电势变化缓慢。ε 与S ? 接近；对于高0?，高电解质浓度条件下，电势变化迅速，ε 与S ? 差别显著。若质点表面吸附saa i n --或高分子，滑动面明显外移。 b.当溶液中含高价反离子或表面活性剂离子时，质点发生 强的选择性吸附（特性吸附），会导致Stern 层电势反号。 c.若能克服静电斥力而吸附大量同号离子（常常也是一些表面活性剂离子）可能使S ?、 ε>0? （2）扩散层电势kx e -=0?? a. x ~?指数下降。x — 扩散层中任一点位置距胶体粒子表面的距离。 -k 影响、决定 下降快慢，且k /1具有长度单位。 若将双电层等效于平衡板电容器，则k /1 即平行板电容器的板距，故k /1称为双电层厚度。 b. -k 得拜常数 2/12 22/1220122???? ??=???? ??=-e cz N kT e z n kT k A εε 其中，ε— 介质的介电常数；-k Boltzmann 常数；T —热力学温度；0n — 均匀液相中单位体积内正或负离子数目；z —正负离子的价数均为z ；e — 电子电量；c —离子浓度；Avogadro N A -常数。 c. c ↑ ， z ↑， k /1↓，双电层厚度变薄。 3.影响 的因素 a. 无机盐 Ⅰ.随着电解质浓度变大，从固体表面到反离子过剩浓度为零处的距离变小，即双电层厚度k /1变小。 Ⅱ.随着电解质浓度变大，0?与滑动面位置基本不变，电势随 距离变化更陡，ε↓ Ⅲ.双电层被压缩到溶剂化层 厚度时，ε=0，等电态，胶体易聚结，不稳定。 b. pH 值 黏土颗粒，pH <8-9 时，随pH ↑, ε平缓升高，出现一个最大值 c. 交换性阳离子 交换性阳离子z ↑，高价离子部分进入紧密吸附层，ε↓↓ 同价z 阳离子，随离子半径r ↑，水化半径↓，吸附于双电层内层，紧密层、扩散层薄，ε小。 同价z 阳离子，随离子半径r ↓，水化半径↑，吸附于双电层外层，紧密层、扩散层厚，ε大。 4. 电动电势测定。 a.电泳法 23004?=DE v πηε 其中，ε— 电动电势（V ）；v — 粒子电泳速度，cm/s ；E —电势梯度=电泳池两端电压/电极距离，（V/cm ）；η—介质粒度（P ，泊，0.1Pa ·s ）；D —液体介电常数，20℃水为 80[] )/(22s esv cm g ?? ；2300 — 单位换算系数；π4—板状胶粒；π6— 球形胶粒。 b.电渗计算 c.意义： 23004-?=πηεDE u η ε1,,E u ∝ 与粒子半径无关，毛细管长短不影响 第五节 胶体的稳定性 胶体体系的稳定性是胶体研究的重要内容。 本节主要分析胶体的稳定性、影响因素及相关理论。 一、胶体稳定性 胶体稳定性指某种性质（如分散相浓度、颗粒大小、体系粘度和密度等）有一定程度的不变性。胶体体系的稳定性可从三个方面来表征。 1.热力学稳定性。胶体是多相分散体系，有巨大的界面能，属于热力学不稳定体系。 2.动力学/沉降稳定性。指胶体在重力场或离心场中，胶粒从分散介质中离析的程度。 胶体是高度分散的体系，分散相颗粒小，有强烈的布朗运动，能阻止因重力作用引起的下沉，胶体在动力学上是相对稳定的。 3. 聚集稳定性。指体系的分散度是否随时间变化，分散相粒子是否易于自动聚结变大。 联系：若分散相离子自动聚结鞭打，则重力加大，必然会引起下沉。 失去聚结稳定性（根本） → 失去动力学稳定性 胶体的不稳定性是绝对的，稳定性是相对的，有条件的。可在一定条件下通过调控条件来有目的地调控胶体稳定性。 二、影响动力学稳定性的因素。（以钻井泥浆为例进行分析） 1.重力。液体介质中固体颗粒受到的净重力为g r F l s ）（ρρπ-=31 3 4 1F 主要决定于r 大小，其次是ρ?。应用：钻井液中加重材料必须膜得很细，目325 2. 布朗运动。颗粒越小，布朗运动越剧烈，促进溶胶动力学稳定性。m d μ5<时，无明显布朗运动，悬浮体系动力学更不稳定。 3. 介质黏度。据流体力学Stokes 公式，固体颗粒在液体介质中下沉速度公式： g r V l s η ρρ9)(22-= η1 ∝V ， 提高η ，可提高动力学稳定性。 钻井液要有适当的黏度。 4. 切力悬浮——钻井液中片状粒子浓度达到一定值 时，由于颗粒间的引力作用，形成具有一定强度的网状结构，该结构对于下沉粒子具有阻碍作用—切力悬浮作用，该作用能悬浮在胶体粒子大的多的粒子。 钻井液要求：具有相对的动力学稳定性。环 中具有较高的动力学稳定性以悬浮岩屑，防止沉砂卡钻；钻井液循环离开井口到达沉砂池，则希望动力学降低，以清除沙子和岩屑，降低钻井液固相含量，有利于提高钻速。 三、 聚结稳定性 1.静电稳定理论（DLVO 理论） Derjaguin —Landall — Verwey — Overbeck 20世纪40年代，以上科学家分别提出胶粒间存在Van Der Waals 引力势能和双电层排斥势能，据此对溶胶稳定性进行定量处理，形成了能比较完善地解释胶体聚结稳定性的电解质对聚结稳定性的影响的理论即DLVO 理论。 理论基本点：胶粒间存在引力与斥力作用，引力>斥力,聚结;引力<斥力,分散. (1) 胶粒间的Van Der Waals 引力势能.A V 分子间的Van Der Waals 力包括取向力、诱导力、色散力，大小与分子间 距六次方成反比。胶粒间的引力本质上也是Van Der Waals 力，由于胶粒是大量分子的聚集体，胶粒间的引力是胶粒中所有分子引力的综合，与胶粒间距的三次方成反比，称为“远程/远距离”范德华力。对应引力势能A V （2）胶粒间的斥力势能。R V 胶粒间的排斥力源于两方面：一是静电斥力，另一方面是溶剂化膜斥力。 胶团=表面带电的胶核+周围环境带相反电荷的离子氛。 除胶粒带电外，溶剂化作用也是使溶胶稳定的重要原因。 若水为分散介质，胶团双电层中的全部离子都是水化的，在分散相粒子周围形成一个具有弹性的水化膜/水化外壳。布朗运动中胶团相互靠近，水化外壳因受到挤压变形，每个胶团都力图恢复原状而被弹开，水化膜表现出弹性 ，增加了 溶胶聚合的机械阻力，另外，水化膜中的水因溶解了大量反离子，较体系中的“自由水”“纯水”黏度较高，也成为胶粒相互靠近时的机械障碍。 胶粒实际运动中，扩散双电层（离子氛）沿滑动面错开，胶粒带电，胶粒间产生静电斥力。2ε∝斥F ，ε与扩散层 中反离子多少、离子水化膜厚薄有密切关系。 （3）胶粒间的总相互作用势能。R A V V V += ①胶粒相距较远，离子氛未重叠，粒子间远距离引力起作用，引力是优势，0 结论：要使胶粒发生聚集，必须越过势垒0E ，从而胶体体系在一定时间内具有“稳定性”。 势垒0E 大小是胶体能否稳定的关键。粒子要发生聚沉必须越过是类才能进一步靠拢。 DLVO 理论要点小结： ①.胶团间存在斥力势能R V 与远程引力势能A V 。 ②.胶体体系的相对稳定性取决于R V 、A V 相对大小，调整R V 、A V 可改变胶体稳定性。 ③. R V 、A V 及R A V V V +=均随粒子间距变化，胶粒聚集必须越过势垒0E 。 ④. 加入电解质对A V 影响不大，但对R V 影响显著，故电解质的加入，会导致 发生变化。 适当调整电解质浓度，可得到相对稳定的胶体。 2.影响聚结稳定性的因素 胶粒间A V 永恒存在，且受外界影响较小，而R V 受电解质浓度、价态影响较大/显著。 （1）电解质浓度。 ↑↑→↑→0E c ε （2）反离子价数 衡量电解质对溶胶稳定性影响的两个指标：聚沉值和聚沉率，两者互为倒数。 聚沉值：能使溶胶发生明显聚沉的电解质的最小浓度，1-?L mmol ，聚沉值低，电解质聚沉能力强。 Schulze-Hardy 规则：电解质的聚沉值与反离子价数的六次方成反比。 66632)3/1(:)2/1(:)1/1(3.0:6.1:100::==+++M M M 分母为反离子价数 （3）反离子大小：水化离子半径越小，越易靠近粒子表面，聚沉能力强。 -----------+ ++++ ++++++>>>>>>>>>>>>>>>>>>>SCN I Br ClO Cl BrO PO H IO F Ac SO Mg Ca Sr Ba Li Na K NH Rb Cs H 3342324222242/1 对于高价离子，影响聚沉能力的主要因素是价数，离子撒小影响不太显著。 利用电解质聚沉溶胶的例子： 卤水（含等离子、、+++Na Mg Cu 22）+ 豆浆（荷负电的大豆蛋白胶体）→ 豆腐 江海接界处，带有清水、浑水分界面，海水中的盐类对江河中荷负电的土壤胶体聚沉的结果，形成小岛、沙洲。 （4）溶胶相互聚沉，带异号电荷胶体相互聚沉。 原因：电中和；两种胶体的稳定剂发生相互作用形成沉淀。 实例：明矾()净水土壤胶体水解→?? ???-++??→??)( )( )(12)(3224OH Al O H SO KAl 不同牌号墨水混合产生沉淀；医院血液能否相互凝固判断血型。 四、高分子的稳定与絮凝作用 1.空间稳定作用。 向溶胶中加入高聚物或saa i n --，虽然降低了ε，但显著提高了胶体的稳定性。DLVO 理论难解释。人们经过研究提出空间稳定理论。 （1）吸附的高聚物层对胶体稳定性的影响包括三个方面： ①带电聚合物吸附后，增加了胶粒间的静电斥力势能R V ，可用DLVO 处理。 ②高聚物的存在会减少胶粒间的引力势能A V 。 ③胶粒吸附高分子后，吸附层的重叠会产生一种新的斥力势能，阻止胶粒聚集。这种作用称为空间稳定作用，产生的势能称为空间斥力势能S V 故 S R A V V V V ++= H R O R E R e R S V V V V V +++= （2）影响因素 ①高分子结构： 段或接枝共聚物，含有吸附基团与水化基团，两者原子量大体相当。 ②分子量与浓度：一般，M 越高，吸附层越厚，稳定效果好。许多聚合物有临界分子量，低， ；浓度较高，稳定；浓度再高，稳定性不能再进一步提高；低浓度不能形成吸附，降低稳定性。 ③溶剂。良溶剂，高分子伸展，吸附层厚，稳定作用强；不良溶剂，稳定作用差。 2.絮凝作用 （1）溶胶中加入极少量的可溶性高分子聚合物，该聚合物可在不同胶粒间发生桥联作用，使 溶胶迅速沉淀，形成疏松絮状结构，此现象称为絮凝现象。 比较： 电解质聚沉作用：电解质压缩双电层，—ε↓，—R V ↓，—0E ↓ 缓慢 絮凝：快速、高效、用量少、沉淀疏松 “桥联机理”——高分子同时吸附在多个颗粒表面，形成桥联结构，把多个粒子拉在一起导致絮凝。另外，絮凝剂带有与胶体粒子相反电荷时，电中和作用不可忽视。 （2）影响因素 ①絮凝剂分子结构。链状结构好，交联或支链结构差。 吸附基团+水化基团（—COONa 、—CONH 2、—OH ） 适当的水解度 ②分子量。分子量越大，桥联越有利，絮凝效果越好。M 在 mol g /106 左右。 ③浓度。最佳——胶粒的1/2饱和吸附量 ④搅拌均匀，但不可太剧烈，以免打散絮凝物，形成稳定凝胶。 ⑤pH 和盐类对絮凝效果影响很大。 第六节 高分子溶液基本性质简介 1.高分子溶液一直是胶体化学研究的重要部分之一。高分子溶液与胶体存在异同。 同：大小nm 1001-，扩散速度慢，不能透过半透膜 异：高分子溶液是均相热力学稳定体系； 胶体是多相体系，属热力学不稳定体系，黏度高，丁达尔效应弱。 2.P74 各种平均分子量及测定方法 平均分子量种类 数学表达式 测定方法 数均分子量n M ∑∑∑∑∑===i i i i i i i i n n M n M W W M X M )/( 冰点降低法、沸点升高法、渗透压法、端汞滴定法 重均分子量w M ∑∑∑∑∑===i i i i i i i i i w M n M n W M W M W M 2 光散射法 Z 均分子量z M ∑∑∑∑∑∑===i i i i i i i i i i i z M n M n M W M W Z M Z M 32 超离心法 （i i i M W Z ==质量大分子量） 半均分子量ηM []2/1122/122/12????????=????????==∑∑∑∑∑+i i i i i i i i i M n M n W M W M W M η 黏度法 P75 几种黏度的定义 名称 定义 含义 相对粘度 0/ηηη=r 溶液粘度与溶剂粘度的比值 增比粘度 1/)(00-=-=r sp ηηηηη 溶液粘度比溶剂粘度增加的百分数， 代表溶质对粘度的贡献 比浓粘度 c sp /η 单位浓度的溶质对粘度的贡献 特性粘度 []c c r c sp c /ln lim /lim 0 0ηηη→→== 单个溶质分子对粘度的贡献， c 为100ml 溶液中所含溶质的质量。 第七节 分散体系的流变性 流变性质：指物质在外力作用下的流动和变形的性质。 1.切变速率与切应力：在垂直于流体流动方向上，流速随距离x 的变化率称为切变速率 D 。即dx dv D = ，1-s ，由于存在D ，相邻两液层存在内摩擦力或流动阻力。 为使液层保持恒定D ，必须对它施加一个与阻力相等的反向力。在单位面积的液层上 所施加的 这种力称为切应力，用 τ 表示。2 /m N 2.牛顿公式和粘度 D ητ= 纯液体，大多数小分子溶液，层流 η只与温度有关，与D 无关，D 2= η 3.浓分散体系的流变性 handbook 被吸附离子是胶粒表面电荷的来源，其溶液浓度直接影响胶粒表面电势，故称电势决定离子（定势离子）。当表面净电荷为零时，电势决定离子的浓度称为零电荷点（PZC）。 零电荷点point of zero charge；PZC；zero point of charge；ZPC带电固体表面的表面电势和表面电荷为零时,决定电势离子浓度的负对数值。电动电势为零时决定电势离子浓度的负对数值称为等电点(isoelectric point,IEP)。 等电点(I.P.C)，它指的是固体表面的ζ电势为零的情形 在毛细管中的液态汞柱(其上为液体介质,从而构成了汞电极)因电势变化而改变其高度的现象。汞柱的高度反映了汞的界面张力,它对电势的关系曲线称电毛细曲线,一般呈近似的抛物线图形。与抛物线顶端相应的电势称为零电荷电势(zero charge potential) 实验二溶胶的制备与性质实验报告 篇一：Fe3溶胶制备纯化及性质实验报告 溶胶的制备、纯化及稳定性研究 1、实验背景 胶体现象无论在工农业生产中还是在日常生活中，都是常见的问题。为了了解胶体现象，进而掌握其变化规律，进行胶体的制备及性质研究实验很有必要。 氢氧化铁胶体因其制备简单、带有颜色和稳定性好等特点被广泛应用于大学物理化学实验中，并且是高中化学中的一个重要实验。但是采用电泳方法测定溶胶的电动电势（ζ）却是始终是一个难点，因为溶胶的电泳受诸多因素影响如：溶胶中胶粒形状、表面电荷数量、溶剂中电解质的种类、离子强度、PH、温度和所加电压。 2、实验要求 了解制备胶体的不同方法，学会制备Fe3溶胶。 实验观察胶体的电泳现象，掌握电泳法测定胶体电动电势的技术。 探讨不同外加电压、电泳时间、溶胶浓度、辅助液的pH值等因素对Fe3溶胶电动电势测定的影响。 探讨不同电解质对所制备Fe3溶胶的聚沉值,掌握通过聚沉值判断溶胶荷电性质的方法。 二、实验部分 1.实验原理 溶胶的制备方法可分为分散法和凝聚法。分散法是用适当方法把较大的物质颗粒变为胶体大小的质点，如机械法，电弧法，超声波法，胶溶法等；凝聚法是先制成难溶物的分子的过饱和溶液，再使之相互结合成胶体粒子而得到溶胶，如物质蒸汽凝结法、变换分散介质法、化学反应法等。Fe3溶胶的制备就是采用化学反应法使生成物呈过饱和状 态，然后粒子再结合成溶胶。 在胶体分散系统中，由于胶体本身电离，或胶体从分散介质中有选择地吸附一定量的离子，使胶粒带有一定量的电荷。显然，在胶粒四周的分散介质中，存在电量相同而符号相反的对应离子。荷电的胶粒与分散介质间的电位差，称为ξ电位。在外加电场的作用下，荷电的胶粒与分散介质间会发生相对运动。胶粒向正极或负极（视胶粒荷负电或正电而定）移动的现象，称为电泳。同一胶粒在同一电场中的移动速度由ξ电位的大小而定，所以?电位也称为电动电位。 测定ξ电位，对研究胶体系统的稳定性具有很大意义。溶胶的聚集稳定性与胶体的ξ电 位大小有关，对一般溶胶，ξ电位愈小，溶胶的聚集稳定性愈差，当ξ电位等于零时，溶胶的聚集稳定性最差。所以，无论制备胶体或破坏胶体，都需要了解所研究胶体的ξ电位。原则上，任 韩山师院化学系化学专业物理化学实验课实验报告 实验六胶体溶液的制备与性质 实验目的： 了解水溶胶的制备方法及胶体溶液的一些性质。 实验原理： 分散相的粒子直径在10-9~10-7m之间的分散物系叫做胶体。胶体物系的制备方法有两种：一种是分散法，使粒子较大的物质分散成胶体物系；另一种是凝聚法，使溶质分子原子或者离子自行结合成胶粒大小而形成溶胶。本实验利用凝聚法制备Fe(OH)3溶胶和MnO2溶胶。 通常溶胶都具有比较稳定性质，如可以在密闭条件下保持比较长的时间而不会产生沉淀，原因在于胶粒具有一定的ζ电位和溶剂化膜，故当加入一定的电解质时，胶粒电性相反的溶胶或其它物质使ζ电位降低，溶剂化膜变薄时，胶体变得不稳定并发生聚沉。本实验研究正溶胶Fe(OH)3和负溶胶MnO2的这些性质及渗析作用。 实验用品：仪器：酸式滴定管（50mL）、试管15支、烧杯（25mL×2，100mL×1）、量筒（100mL×1，50mL×1,10mL×1）丁达尔现象观察筒、试管架、锥形瓶（250mL×6）、移液管（25mL×1，2mL×2，1mL×4）玻璃棒、吸量管（10mL×1、2mL×2，1mL×1）、酒精灯、三脚架。试剂：1mol/L盐酸、0.1mol/L KMnO4溶液、2.5mol/L KCl溶液、5% 氨水、0.01mol/L K2CrO4溶液、10% FeCl3溶液、1% H2O2溶液、0.001mol/L K3[Fe（CN）6]溶液、1mol/L Na2S2O3溶液 实验内容及其现象记录： 问题与讨论： 1、用量筒量取190mL蒸馏水进行加热一定要沸腾后才能逐滴加入10mL10% FeCl3溶液。 2、在制取MnO2溶胶时，滴加H2O2时一定要慢慢滴加，充分搅拌，否则会产生沉淀，当 用玻棒醮取该溶液点于滤纸时把滤纸染为粉红色，应注意要求外围的一小圈为粉红色，中间大部分是黄褐色，否则还得继续滴加1% H2O2溶液。 3、在做KCl 、K2CrO 4、K3[Fe（CN）6]溶液对Fe(OH)3溶胶的聚沉作用的实验中要求每次 混浊程度应一样，可用一瓶不加电解质的原始溶液来比较，以后的各瓶就可以这一瓶作为参照来得到满意的实验结果。 2019-2020年人教版高中化学必修一说课稿：2-1-1 胶体的制备及其性质 一、教材分析 本节教学内容选自人教版普通高中课程标准实验教科书必修《化学1》第二章《化学物质及其变化》第一节《物质的分类》。本节课是以学生初中学习的纯净物、混合物、溶液和浊液等知识为基础，提倡学生从原有的知识出发，在介绍了纯净物与混合物的基础上引入胶体的概念。本节的探究学习，既有助于巩固初中所学的内容，也对有效地进行高中阶段的化学学习具有承前启后的作用，在学习和研究化学当中具有不可替代的作用。因此，本节课在全书中占有特殊的地位和具有重要的功能，是高中化学的教学重点之一。 二、学情分析 由于教学对象是刚上高中的专业生，初中知识很薄弱，对化学的要求只是学业考试，从思想上对化学的重视程度不够。 三、设计思路 我准备通过用与生活息息相关的例子激发学生对化学学科的学习兴趣，进而提高学生对化学学科的重视程度，通过鼓励学生主动与教师、同学交流，形成较浓的学习气氛，进而培养学生自主探究合作学习的习惯。 四、教学目标 根据教学大纲的要求和编写教材的意图，结合本节课的特点和学生的实际情况确定了如下教学目标： 知识与技能：（1）了解什么是胶体（2）了解胶体与其它分散系的区别（3）了解胶体的制备、性质与用途 过程与方法：（1）运用观察法、实验探究法学习胶体的性质与用途（2）通过创设问题情境，自由讨论，形成探究、合作的科学学习方式（3）体会分析、归纳、推理的方法在知识学习中的作用 情感态度与价值观：（1）在自主探究过程中，体验活动探究的乐趣，增强学习化学、探究物质变化奥秘的兴趣。（2）重视化学学科与生活实际的联系性，体验化学学 胶体的制备与性质 第一节 胶体的制备和净化 胶粒：1—100 nm ，原则上可由原子、分子凝聚成胶体（凝聚法），也可由大块物质分散成胶体（分散法）。 一、胶体制备的一般条件 1. 分散相在介质中的溶解度必须极小，浓度低 OH H C S 52+——真溶液）溶胶（溶解度极小，滴入水中O H S 2/???→? 低溶解度是形成溶胶的必要条件之一，同时还需要反应物的浓度很稀，生成的难溶物晶粒很小而又无长大条件时才能得到胶体。若反应物浓度很大，细小的难溶物颗粒突然生成很多，易形成半固体状的凝胶。 2. 必须有稳定剂存在 分散胶体体系中存在巨大的界面积，属热力学不稳定体系，胶体需要稳定剂作用才能稳定存在。 二、胶体的制备方法 1. 分散法：机械分散、电分散、超声分散和胶溶法 通过不同的能量或作用方式分散大块物体→胶粒 胶溶法是某些新生成的沉淀中加入适量的电解质或置于某一温度下使胶体重新分散成溶胶。 如正电胶MMH （moled metal hydroxide ）或MMLHC ：mixed metal layered hydroxide compound 在一定比例的AlCl 3·MgCl 2 混合溶液中，加入稀氨水，形成混合金属氢氧化物沉淀（半透明凝胶状），经多次洗涤后（目的在于控制其中的氯离子浓度），置该沉淀于80℃下恒温，凝胶逐渐形成带正电的溶胶。MMH 用途很广——钻井液添加剂、聚沉剂、防沉剂等。 胶溶法：新形成的洗涤过的溶液沉淀加入少量33)(FeCl OH Fe →搅拌→沉淀转化为红棕色的3)(OH Fe 溶胶→机械粉碎——球磨机、振动磨、冲击式粉碎机、胶体磨、离心磨。 研磨过程中，增大增大，S A G S ，颗粒有聚集倾向（颗粒间有吸引力；颗粒增大，S G 减小）。分散?聚集平衡，颗粒不再磨细。要提高研磨效率，防聚可采取溶剂冲稀或加入稳定剂吸附表面——工业SAA ，油漆工业，研磨色料（SAA 保护） 电分散：电弧使金属气化，分散于溶剂中，得到溶胶。 超声波分散：对被分散的物质产生很大的撕碎力。 2. 凝聚法：用物理或化学方法使分子或离子聚集成胶粒。 （1） 还原法——金属溶胶 设计性实验 Fe(OH)3胶体的制备和电泳 韩丰 郭麟 刘天乙 （大连大学 环境与化学工程学院 化学111，辽宁大连 116622） 指导老师：李艳华 贾颖萍 [摘 要] 文章主要探究氢氧化铁的制备、纯化温度及时间对胶体的影响，并测定的胶体性质，最终确定利用化学法制备，纯化温度介于60℃到70℃，时间控制在2周左右，辅助液选用KCl 溶液并且电导率与胶体相同，电泳电压为60V ，得到Fe(OH)3胶体的ζ 电位为；并且研究了相同阳离子不同价态阴离子的盐对于胶体聚沉的影响，并得到价态越高，聚沉能力越强。 [关 键 词] Fe(OH)3胶体；电泳；ζ 电位；实验；聚沉值 作为物理化学实验中经典实验 [1,2] ---胶体的制备及采用电泳方法测定溶胶的电动电势 ζ，我们很有必要去认识和学习。但由于溶胶的电泳受诸多因素如：溶胶中胶粒形状、表面电荷数量、辅助液中电解质的种类、温度和所加电压等。根据实验内容主要利用水解Fe(OH)3溶液制备的氢氧化铁胶体，并且通过渗析纯化后使用。另外，根据教材的实验步骤进行电泳实验，经常遇到溶胶与辅助液间有一界模糊和两极间界面移动距离相差较大等问题。为了使这些问题能够得以很好的解决，我们主要是氢氧化铁胶体的制备、Fe(OH)3胶体的纯化时渗析温度及时间的控制、辅助液的选择与其电导率控制、胶体溶液和导电液的正确加入以及适度的电泳电压等方面对这一实验进行了改进研究来探究Fe(OH)3胶体的ζ 电位，通过与理论值相比较，做出合理的误差分析，以此来对胶体电泳最佳实验条件得以确定，以这一实验改进的条件探讨及结果。 1、实验部分 1.1 实验原理 1.1.1 胶体简介 溶胶是一个多相系统；是热力学不稳定系统(要依靠稳定剂使其形成离子或分子吸附层，才能得到暂时的稳定)，胶粒（分散相）大小在1~100nm 之间[3] ； 1.1.2制备胶体的原理： 凝胶作用：由于溶剂的作用，使沉淀重新溶解成胶体溶液。 化学凝聚法：通过化学反应使生成物呈过饱和状态，然后粒子再胶合成胶粒。 1.1.3 氢氧化铁溶胶ζ电势的测定计算 实验主要是通过测定一定外加电场强度下胶粒的电泳速度的方法计算胶粒的ζ 电位。采用界面移动法测胶粒的电泳速率。 在电泳仪的两段极施加电位差E 后，在时间t 内，如溶胶界面移动的距离为d ，则胶粒的电泳速率： t d v 溶胶的制备、纯化及稳定性研究 1、实验背景 胶体现象无论在工农业生产中还是在日常生活中，都是常见的问题。为了了解胶体现象，进而掌握其变化规律，进行胶体的制备及性质研究实验很有必要。 氢氧化铁胶体因其制备简单、带有颜色和稳定性好等特点被广泛应用于大学物理化学实验中，并且是高中化学中的一个重要实验。但是采用电泳方法测定溶胶的电动电势（ζ）却是始终是一个难点，因为溶胶的电泳受诸多因素影响如：溶胶中胶粒形状、表面电荷数量、溶剂中电解质的种类、离子强度、PH、温度和所加电压。 2、实验要求 (1)了解制备胶体的不同方法，学会制备Fe(OH)3溶胶。 (2)实验观察胶体的电泳现象，掌握电泳法测定胶体电动电势的技术。 (3)探讨不同外加电压、电泳时间、溶胶浓度、辅助液的pH值等因素对Fe(OH)3溶胶电 动电势测定的影响。 (4)探讨不同电解质对所制备Fe(OH)3溶胶的聚沉值,掌握通过聚沉值判断溶胶荷电性质的方法。 二、实验部分 1.实验原理 溶胶的制备方法可分为分散法和凝聚法。分散法是用适当方法把较大的物质颗粒变为胶体大小的质点，如机械法，电弧法，超声波法，胶溶法等；凝聚法是先制成难溶物的分子(或离子)的过饱和溶液，再使之相互结合成胶体粒子而得到溶胶，如物质蒸汽凝结法、变换分散介质法、化学反应法等。Fe(OH)3溶胶的制备就是采用化学反应法使生成物呈过饱和状态，然后粒子再结合成溶胶。 在胶体分散系统中，由于胶体本身电离，或胶体从分散介质中有选择地吸附一定量的离子，使胶粒带有一定量的电荷。显然，在胶粒四周的分散介质中，存在电量相同而符号相反的对应离子。荷电的胶粒与分散介质间的电位差，称为ξ电位。在外加电场的作用下，荷电的胶粒与分散介质间会发生相对运动。胶粒向正极或负极（视胶粒荷负电或正电而定）移动的现象，称为电泳。同一胶粒在同一电场中的移动速度由ξ电位的大小而定，所以 电位也称为电动电位。 测定ξ电位，对研究胶体系统的稳定性具有很大意义。溶胶的聚集稳定性与胶体的ξ电 制备氢氧化铁胶体 【实验目的】：制备氢氧化铁胶体，比较其与氯化铁的区别。 【实验要求】：保证安全，尽量不损坏仪器。成功制备氢氧化铁。【实验原理】：FeCl3+6H2O=加热=Fe(OH)3（胶体）+3HCl 【实验设备及环境要求】：铁架台、石棉网、酒精灯、小烧杯、量筒。 要求环境干净整洁，没有极易燃物。 【实验步骤】：准备实验（护目镜等）→组装仪器（由下至上，由左至右）→量取25mL蒸馏水，倒入小烧杯中→点燃酒精灯→将蒸馏水加热至沸腾，滴入饱和氯化铁溶液5-6滴，继续煮沸至溶液呈红褐色→熄灭酒精灯，停止加热→取下小烧杯，观察其与氯化铁外观差异→试验其丁达尔效应→在两只烧杯中分别加入相同量的含有悬浮颗粒物的浑浊污水→向其中的一只烧杯中加入10mL氢氧化铁胶体→静置，比较两只烧杯中液体的澄清程度→拆除清洗所有仪器，结束实验。【实验结果】：(1)氯化铁溶液呈棕色，氢氧化铁胶体呈红褐色。 (2)制备得到的氢氧化铁胶体具有丁达尔效应。 (3)加入了氢氧化铁的颜色深于另一烧杯中液体，但更 澄清。 【讨论和分析】：成功制备出氢氧化铁胶体。 (1)氯化铁的水解反应 FeCl3+6H2O=加热=Fe(OH)3+3HCl。为什么产生的盐酸与氢氧化铁不反应呢？原因大致有二。 一、是因为高温反应时，盐酸挥发成气体，不接触无法反应。 二、是因为氢氧化铁和盐酸反应主要是因为氢氧根负离子和氢正离子结合，但制备的氢氧化铁胶体为带正电的粒子，氢离子也带正电，不反应。 (2)氢氧化铁胶体会出现聚沉现象。因为煮沸时间过长温度高，加剧了胶体粒子的热运动，碰撞几率增大，更容易结合成大粒子聚沉。(3)做净水剂。胶体粒子表面积大，能够吸附更多的悬浮颗粒物，沉降。高铁酸钾是含有FeO42-的一种化合物，其中心原子Fe以六价存在，因此，高铁酸钾具有极强的氧化性，可以对水进行氧化、消毒、杀菌处理。因此，高铁酸钾在饮用水的处理过程中，集氧化、吸附、絮凝、沉淀、灭菌、消毒、脱色、除臭等八大特点为一体的综合性能，被称为多功能水处理剂。 【实验过程反思】 氢氧化铁胶体的制备过程中，反应总体成功，但学生在做实验时没注意观察液体变为红褐色后就停止加热，有的学生制备胶体出现了聚沉现象。因此在今后的实验中注意加热时间不宜过长。 溶胶的制备、纯化及稳定性研究 一、前言 1、实验背景 胶体现象无论在工农业生产中还是在日常生活中，都是常见的问题。为了了解胶体现象，进而掌握其变化规律，进行胶体的制备及性质研究实验很有必要。 氢氧化铁胶体因其制备简单、带有颜色和稳定性好等特点被广泛应用于大学物理化学实验中，并且是高中化学中的一个重要实验。但是采用电泳方法测定溶胶的电动电势（ζ）却是始终是一个难点，因为溶胶的电泳受诸多因素影响如：溶胶中胶粒形状、表面电荷数量、溶剂中电解质的种类、离子强度、PH、温度和所加电压。 2、实验要求 (1)了解制备胶体的不同方法，学会制备Fe(OH)3溶胶。 (2)实验观察胶体的电泳现象，掌握电泳法测定胶体电动电势的技术。 (3)探讨不同外加电压、电泳时间、溶胶浓度、辅助液的pH值等因素对Fe(OH)3溶胶电动电势测定的影响。 (4)探讨不同电解质对所制备Fe(OH)3溶胶的聚沉值,掌握通过聚沉值判断溶胶荷电性质的方法。 二、实验部分 1.实验原理 溶胶的制备方法可分为分散法和凝聚法。分散法是用适当方法把较大的物质颗粒变为胶体大小的质点，如机械法，电弧法，超声波法，胶溶法等；凝聚法是先制成难溶物的分子(或离子)的过饱和溶液，再使之相互结合成胶体粒子而得到溶胶，如物质蒸汽凝结法、变换分散介质法、化学反应法等。Fe(OH)3溶胶的制备就是采用化学反应法使生成物呈过饱和状态，然后粒子再结合成溶胶。 在胶体分散系统中，由于胶体本身电离，或胶体从分散介质中有选择地吸附一定量的离子，使胶粒带有一定量的电荷。显然，在胶粒四周的分散介质中，存在电量相同而符号相反的对应离子。荷电的胶粒与分散介质间的电位差，称为ξ电位。在外加电场的作用下，荷电的胶粒与分散介质间会发生相对运动。胶粒向正极或负极（视胶粒荷负电或正电而定）移动的现象，称为电泳。同一胶粒在同一电场中的移动速度由ξ电位的大小而定，所以 电位也 实验:胶体与乳液的制备及性质 一、实验目的 1、了解溶胶的制备及基本性质。 2、了解乳状液制备原理。 3、掌握乳状液以及鉴别其性质的方法 二、实验原理(此部分不用全抄,主要意思有就行) 胶体分散系就是分散相粒径为1~100nm的一种分散体系。它主要包括溶胶与高分子化 合物溶液。 溶胶的分散相粒子与分散剂之间存在相界面,它就是一种高分散度的多相分散系,因而胶粒有聚集的趋势,就是热力学不稳定体系;溶胶胶粒对光有散射作用,因而具有明显的丁铎尔(Tyndall)效应;溶胶胶粒带电,因而在电场中向与其电性相反的一极泳动,这种现象称为电泳;胶粒在溶剂分子热运动的推动下作布朗运动,所以说溶胶就是动力学稳定体系。 实验室制备溶胶一般采用凝聚法,即通过水解或复分解反应生成难溶物,在适当的浓度、温度等条件下使生成物分子聚集成较大颗粒的胶核而形成溶胶。为克服其聚集的趋势,胶核选择吸附与其组成相关的离子作为第一吸附层,后者又吸附带相反电荷的离子形成电荷总数 少一些的第二吸附层。胶核与其吸附的双电层构成了带电的胶粒,它们带同种电荷、互相排斥,加之对水分子的吸引,形成水化膜,使溶胶得以稳定。 例如用水解反应制Fe(OH)3溶胶,其反应如下 沸腾 FeCl3+ 3H2O === Fe(OH)3+ 3HCl △ Fe(OH)3+ HCl === FeOCl + 2H2O FeOCl === FeO+ + Cl- 氢氧化铁溶胶的胶粒结构为[{Fe(OH)3}m·nFeO+·(n-x)Cl―]x+,胶粒带正电荷,称正溶胶。 又如用复分解反应制AgI溶胶,其反应如下 AgNO3+KI===AgI+KNO3 当AgNO3过量则胶核选择吸附Ag+,第二吸附层为NO3―,胶粒带正电荷,若为KI过量,则胶核选择吸附I―,第二吸附层为K+,胶粒带负电荷。 但若电解质离子过多,则与胶粒带相反电荷的离子再进入第二吸附层,中与胶粒的电荷,促使溶胶聚沉;若将正、负溶胶混合则会互相中与电荷导致聚沉。 为使溶胶稳定,新制备的溶胶需进行透析,去除多余的电解质。这一过程叫溶胶的净化。 高分子化合物溶液的分散相粒径也就是1~100nm,也存在布朗运动。有的高分子化合物 分子其实就是电解质大离子,如蛋白质、核酸等,故也有电泳现象。但高分子化合物溶液就是 单相分散体系,分散相与分散介质间无相界面,故“Tyndall”效应很微弱,更重要的,其分散相粒子无聚集趋势,故高分子溶液就是热力学稳定体系。使其稳定的另一个重要原因,就是由于高分子表面有许多亲水基团,使其溶剂化能力比溶胶强得多,高分子化合物可以自发溶解,其沉淀-溶解过程就是可逆的,溶胶却不能。由于有厚实的溶剂化膜保护,高分子溶液不容易发生聚沉。 在溶胶中加入足量高分子溶液,可以保护溶胶使之难以聚沉,称之为保护作用;若加入少量高分子溶液,则反而会促使溶胶聚沉,称之为敏化作用。 在适当浓度、温度下,高分子溶液可以发生胶凝作用,生成凝胶。 乳状液就是一种液体分散到另一种不相溶混的液体中的粗分散体系,分散相粒径大于100nm。必须有乳化剂──表面活性剂的加入,乳状液才能稳定存在,肥皂水即就是一种乳化剂。 胶体的制备及性质实验报告设计精编W O R D 版 IBM system office room 【A0816H-A0912AAAHH-GX8Q8-GNTHHJ8】 【实验二】胶体的制备及性质 一、实验目的： 1、掌握实验室制备氢氧化铁胶体的实验操作技能和方法。 2、实验探究胶体的重要性质——丁达尔效应，学会用简单的方法鉴别胶体和溶液。 3、培养由宏观实验现象推测微观粒子大小的能力。 二、实验用品： 1．实验药品： FeCl 3饱和溶液、CuSO 4 溶液、泥水、1mol/L HCl 溶液、水玻璃（NaSiO3 的水溶液）、蒸馏水、U形管、0.01mol/L KNO3溶液、MgSO4溶液2．实验仪器：铁架台（配铁圈）、石棉网、烧杯、试管、试管夹、酒精灯、火柴、量筒、胶头滴管、激光笔、玻璃棒、漏斗、滤纸、石墨电极 三、实验步骤与方法： （1）胶体的制备： （2）胶体的性质： 结论：1、溶液、胶体和浊液中分散质粒子的大小顺序是，三种分散系的稳定性顺序，三种分散系的本质区别 是。 2、胶体的性质有：、、 四、知识储备及注意点： 1、常见的分散系： 2、胶体的性质： 当可见光束通过胶体时，可以看到一条光亮的“通路”，这条光亮的“通路”是由于胶体粒子对光线的散射形成的，这种现象称为“丁达尔效应”，利用丁达尔效应是区分胶体和其他分散系的一种常用物理方法。 3、Fe(OH) 3 胶体的制备实验中，要注意以下几个方面： （1）要用蒸馏水，不能用自来水，自来水中有电解质会使胶体发生凝聚。 （2）FeCl 3 溶液要饱和但不能浑浊。 （3）逐滴滴加FeCl 3 溶液要不断振荡，但不能用玻璃棒搅拌。 （4）FeCl 3不能过量，因FeCl 3 本身是电解质，过量的FeCl 3 也能使胶体发生凝聚。 （5）不能使液体沸腾时间过长，以免生成沉淀，加热过度会使胶粒运动加快，发生凝聚。 溶胶的制备、纯化及稳定性研究 ——时间的影响和用K2SO4溶液测聚沉值 一、前言 1、实验背景 胶体现象无论在工农业生产中还是在日常生活中，都是常见的问题。为了了解胶体现象，进而掌握其变化规律，进行胶体的制备及性质研究实验很有必要。 Fe(OH)3胶体因其制备简单、带有颜色和稳定性好等特点被广泛应用于大学物理化学实验中，并且是高中化学中的一个重要实验。但是采用电泳方法测定溶胶的电动电势（ζ）却是始终是一个难点，因为溶胶的电泳受诸多因素影响如：溶胶中胶粒形状、表面电荷数量、溶剂中电解质的种类、离子强度、PH、温度和所加电压。 2、实验要求 (1)了解制备胶体的不同方法，学会制备Fe(OH)3溶胶。 (2)实验观察胶体的电泳现象，掌握电泳法测定胶体电动电势的技术。 (3)探讨不同外加电压、电泳时间、溶胶浓度、辅助液的pH值等因素对Fe(OH)3溶胶电动电势测定的影响。 (4)探讨不同电解质对所制备Fe(OH)3溶胶的聚沉值,掌握通过聚沉值判断溶胶荷电性质的方法。 二、实验部分 1.实验原理 溶胶的制备方法可分为分散法和凝聚法。分散法是用适当方法把较大的物质颗粒变为胶体大小的质点，如机械法，电弧法，超声波法，胶溶法等；凝聚法是先制成难溶物的分子(或离子)的过饱和溶液，再使之相互结合成胶体粒子而得到溶胶，如物质蒸汽凝结法、变换分散介质法、化学反应法等。Fe(OH)3溶胶的制备就是采用化学反应法使生成物呈过饱和状态，然后粒子再结合成溶胶。 在胶体分散系统中，由于胶体本身电离，或胶体从分散介质中有选择地吸附一定量的离子，使胶粒带有一定量的电荷。显然，在胶粒四周的分散介质中，存在电量相同而符号相反的对应离子。荷电的胶粒与分散介质间的电位差，称为ξ电位。在外加电场的作用下，荷电的胶粒与分散介质间会发生相对运动。胶粒向正极或负极（视胶粒荷负电或正电而定）移动 氢氧化铁胶体的制备和性质实验教学设计 1.掌握实验室制备氢氧化铁胶体的实验操作技能和方法。 2.实验探究胶体的重要性质——丁达尔效应，学会用简单的方法鉴别胶体和溶液。 3.培养由宏观实验现象推断微观粒子大小的能力。 4.认识胶体在生活生产和科学研究中的应用。1.利用已有的经验，并查阅有关资料或向老师咨询，完成以下问题：（1）按分散质或分散剂的聚集状态（气态、液态、固态），它们之间可以组合形成9种分散系，对每种分散系，请各举一个实例。（2）当分散剂是水或其他液体时，按分散质粒子的大小不同，可将分散系分为哪几类？对每一类请各举几个实例。2.胶体是物质的一种存在形式，是一种（填“混合物”或“纯净物”）体系，它研究的（填“是”或“不是”）某种物质特有的性质，而是物质所表现出来的性质。由此可知，物质的性质不仅与有关，还与有关。3.在实验室制备FeOH3胶体的实验操作方法是，有关反应的化学方程式为。4.若将FeOH3胶体和泥水分别进行过滤，你预测在滤纸上都有固体物质留下吗？蒸馏水，FeCl3饱和溶液，CuSO4溶液，泥水，食盐溶液，淀粉胶体小烧杯，量筒，酒精灯，铁架台（配铁圈），石棉网，胶头滴管，激光笔（或手电筒），玻璃棒，漏斗，火柴，滤纸1.制备FeOH3胶体：在洁净的小烧杯里加入约25 mL蒸馏水，加热至沸腾，然后向沸水中逐滴加入12 mL FeCl3饱和溶液，继续煮沸至液体呈红褐色，停止加热。FeCl3饱和溶液呈色。FeOH3胶体呈色。反应的化学方程式为。2. FeOH3胶体、CuSO4溶液和泥水的外观比较：另取两个小烧杯分别加入约25 mL CuSO4溶液、25 mL泥水，观察比较FeOH3胶体、CuSO4溶液 1-3 分散系与胶体——胶体的制备与性质【实验报告】 一、制备氢氧化铁胶体 1. 试验目的：制备氢氧化铁胶体，比较其与氯化铁的区别。 2. 实验要求：保证安全。尽量不损坏仪器。成功制备氢氧化铁。 3. 实验设备及环境要求：铁架台、石棉网、酒精灯、小烧杯、量筒。要求环境干 净整洁，没有极易燃物。 4. 实验步骤：准备实验(护目镜等)-组装仪器(由下至上，由左至右)-量 取25mL蒸馏水，倒入小烧杯中-点燃酒精灯-将蒸馏水加热至沸 腾，滴入饱和氯化铁溶液5-6滴，继续煮沸至溶液呈红褐色T 熄灭酒 精灯，停止加热-取下小烧杯，观察其与氯化铁外观差异 -试验其丁 达尔效应-在两只烧杯中分别加入相同量的含有悬浮颗粒物的浑浊污 水-向其中的一只烧杯中加入10mL氢氧化铁胶 体-静置，比较两只烧杯中液体的澄清程度-拆除清洗所有仪器，结 束实验。 5. 实验结果：(1)氯化铁溶液呈棕色，氢氧化铁胶体呈红褐色。 (2) 制备得到的氢氧化铁胶体具有丁达尔效应。 (3) 加入了氢氧化铁的颜色深于另一烧杯中液体，但更澄清。 6. 讨论和分析：成功制备出氢氧化铁胶体。 ⑴氯化铁的水解反应。FeC3+6fOMq热=Fe(OH3+3HC。 为什么产生的盐酸与氢氧化铁不反应呢？原因大致有二。一是 因为高温反应时，盐酸挥发成气体，不接触无法反应。二是因 为氢氧化铁和盐酸反应主要是因为氢氧根负离子和氢正离子结 合，但制备的氢氧化铁胶体为带正电的粒子，氢离子也带正 电，不反应。 (2) 氢氧化铁胶体会出现聚沉现象。因为煮沸时间过长温度高， 加剧了胶体粒子的热运动，碰撞几率增大，更容易结合成大粒 子聚沉。 (3) 做净水剂。 胶体粒子表面积大，能够吸附更多的悬浮颗粒物，沉降。 高铁酸钾是含有FeQ2-的一种化合物，其中心原子Fe以六价 存在，因此，高铁酸钾具有极强的氧化性，可以对水进行 氧化、消毒、杀菌处理。因此，高铁酸钾在饮用水的处理过 程中，集氧化、吸附、絮凝、沉淀、灭菌、消毒、脱色、除 臭等八大特点为一体的综合性能，被称为多功能水处理剂。 胶体的制备与性质教学设计 教学目标 1、认识胶体的一些重要性质和作用；了解氢氧化铁胶体的制取方法。 2、通过丁达尔现象、胶体制取、胶体性质实验等实验，提高观察能力、动手能力，思维能力和自学能力；通过对实验现象的分析，提高思维能力。 3、初步认识物质聚集状态对性质的影响 教学重点难点 重点：胶体粒子的大小与胶体性质的关系。 难点：制备胶体化学方程式的书写 课前准备： 教学设备：电脑、实物展台、投影仪等，多媒体动画、图片、视频、课件等； 实验药品：蒸馏水、泥水悬浊液、植物油和水的混合物、FeCl3饱和溶液(不能浑浊)、CuSO4溶液、豆浆、Fe(OH)3胶体、KNO3溶液、稀HCl溶液等。 实验仪器：酒精灯、铁架台、烧杯（5只）、小试管（6支）、玻璃棒等。 教学过程： 教学 环节 教师活动学生活动 复习旧知 回顾液态分散系及其分类，以及各类 分散系的稳定性 回顾已有知识经验，进入新知学习准备状态 引入新课 展示一瓶豆浆、CuSO4溶液及混浊的 泥水，观察。一会儿泥水变澄清。请学生 解析原因。 回答：是由于浊液的微粒直径较大，很容易 发生沉降 [讲授]我们可以用肉眼简单地将浊 液鉴别出来。而有些液体胶体也是透明 的，用肉眼很难和溶液区分开来（展示两 份液态分散系：CuSO4溶液和Fe(OH)3溶 液)。所以今天我们将一起来学习简单的 鉴别胶体和溶液的方法。 新知学习实 验 探 究 1 演示实验：制备Fe(OH)3胶体。 [讲解]烧杯里蒸馏水煮沸后，滴加 FeCl3溶液要不断振荡，但不宜用玻璃棒 搅拌；也不宜使液体沸腾时间过长，以免 生成沉淀。所得胶体应该是透明、呈红褐 色的。 [板书] Fe(OH)3胶体制备： FeCl3+3H2O Fe(OH)3(胶体) +3HCl 观察教师的操作，识记 [投影]激光电筒照射CuSO4溶液、新 制Fe(OH)3胶体的现象。 学生观察并表述： Fe(OH)3胶体中有一条 光亮的通道，而CuSO4溶液并未出现光亮的通 路 [讲解]光亮通路的产生是由于胶体 粒子对光线的散射作用，这种现象叫做丁 达尔现象。这是胶体的光学性质 [延伸]这种在光线的照射下，出现明 亮的光路的现象，在自然界中也经常出 现。比如：雾天行驶的汽车的灯光、早晨 树林中出现阳光的光路等。 [总结]利用丁达尔效果可以简单快 速地鉴别胶体的和溶液 了解胶体的光学性质，丁达尔效应以及丁 达尔效应在日常生活中的应用 实 验 探 究 2 [过渡]胶体除了有丁达尔效应之外，还 有其他的性质。我们先来回顾一下，在第一 节课的时候我们学习海盐的提纯的时候，我 们是如何除去海盐中的泥沙的？然后是用 什么工具？ [回答]用过滤的方法除去海盐的泥沙，过滤 要用到滤纸 [提问]从海盐提取的实验可以看出，浊 液和溶液能否通过滤纸 [回答]浊液不能通过滤纸，而溶液能通过滤 纸 溶胶的制备纯化及其光电性质研究（) ————————————————————————————————作者: ————————————————————————————————日期: 溶胶的制备、纯化及其光电性质研究电泳时间的影响 一、前言 1、实验背景 氢氧化铁溶胶的制备在工业上非常重要。目前,工业上一般选用的胶溶法工艺非常复杂。本次实验探究是以三氯化铁为原料,用凝聚法制备氢氧化铁溶胶,比较简单,适合实验中操作,而结果表明这种方法效果也是比较好的。本实验首先根据化学反应法制备了Fe（OH）３溶胶，再以火棉胶/乙醚溶液为原料制备了半透膜。通过热渗析法进行纯化。然后围绕胶体性质,进行胶体的电泳及其定量分析。 2、实验要求 1、本实验为设计探究性实验,以下操作步骤中,每一个小组需选择其中一个探究条件（但各小组所选探究条件不能相同),除了要探究的条件外，其它条件选择探究条件第一项的值。 ２、数据处理要求 （１) 将实验结果和数据整理记录; （2) 根据电泳公式计算Ｆｅ(OH)3溶胶的ζ电位; (3) 讨论ＦeＣｌ３溶液滴加速度对Ｆｅ（OH)３溶胶形成的影响; (4)讨论不同的波长的光源对Fe(OH)3溶胶Tｙndalｌ现象的影响; （5)讨论不同的外部因素对Fｅ(OH) 溶胶的ζ电位测定的影响; ３ 3、实验注意事项 (1) 刚制备好的半透膜应装满水溶出其中剩余的乙醚，装水不宜太早,致乙醚未蒸发完,加水后膜呈白色而不适用,也不宜太迟，致膜变干硬而不易取出。制成的半透膜袋如有小漏洞,只需拭干有洞的部分，用玻璃棒蘸少许火棉胶轻轻接触洞口，使之粘满,即可补好。 (2) 可分别用质量分数为1％的ＡgNO3及KCNS溶液检验Fe(OH）3溶胶中是否含有Cl-和Fe３+离子,也可通过侧溶胶电导率的方法判断溶胶的纯化程度（纯化好的Fe(ＯH）3溶胶的电导约为10-5Ω-１)。 (3) 电泳测定管须洗净并干燥，以免残余水珠及其它离子干扰。 （4) 打开电泳仪电源开关时若电流表不动，电极也未见有气泡放出，表示电极不通电，应切断电源，检查线路是否接触不良,直到线路接通为止。 （５) 两铂电极的距离是指U型管溶液导电的距离，不是水平距离。量取两电极的距离时, 要沿电泳管的中心线量取,电极间距离的测量须尽量精确。 二、实验部分 《胶体的制备和性质》教学设计 一、教学目标 1、知识与技能： （1）让学生认识到什么是分散系，知道根据分散质粒子的大小，把分散系氛围溶液、胶体和浊液。 （2）认识胶体及其本质特征，并结合生活实际举出常见的胶体，引导学生根据丁达尔效应鉴别区分胶体和溶液。 （3）通过学习，使学生掌握胶体的重要性质，了解胶体的一些用途，能用胶体知识解释日常生活和自然现象。 2、过程与方法 （1）通过联系所学的物质分类的知识，引导学生思考分散系分类的依据，使学生很好地认识理解分散系的本质特征，加强学生的思考与科学探究的能力。（2）通过实验探究的方法，把胶体跟溶液、浊液作对比，使学生在观察、比较、分析的过程中认识三种不同分散系的本质和胶体的特性。 （3）通过各小组间的信息交流，培养学生团队协作的精神，及其筛选信息、收集、整理知识的能力。 3、情感态度与价值观 （1）通过对胶体的本质特征和性质的探究，激发学生的求知热情，培养学生勤于思考、严谨求实、勇于创新实践的科学精神。 （2）通过胶体与溶液区别的现象，引出生活中胶体的例子，引导学生联系生活实际，培养学生勤于在生活中思考问题，从生活中学习化学的乐趣。 （3）通过胶体性质的知识与我们周围生活紧密联系，使学生产生感情共鸣，增强求知欲。 二、教学重点、难点 认识分散系，了解分散系胶体的本质特征、胶体的性质及其应用。引导学生用丁达尔效应来鉴别胶体与溶液，认识胶体与其它分散系的本质区别。 三、教学方式 1．实验探究：设计了几种生活中常见的溶液、胶体、浊液的对比探究实验，以学生的实际问题为出发点，来展开知识地学习与研究，满足学生的求知欲。 2．多媒体辅助：主要是丁达尔现象（还有布朗运动、聚沉、电泳等）的flash，能够帮助学生更好的理解丁达尔现象，把抽象的微观世界变成生动形象的动画，增强知识的直观性。 3、小组汇报：小组讨论，结合各自实验探究的方案与所遇到的问题，并提出解决方法。 四、教学流程 【思考与交流】 1、向学生展示NaCl溶液、淀粉溶液属于混合物还是纯净物？溶质分别是什么？溶剂分别是什么？是什么分散在什么里边？ 2、仿照初中学过的溶液、溶质和溶剂，参照教材，写出分散系、分散质和分散剂的概念。 【投影并板书】1、分散系的定义及其分类 概念举例说明 实验10：胶体的制备与性质实验探究 一、实验目的 1、掌握实验室制备氢氧化铁胶体的实验操作技能和方法。 2、实验探究胶体的重要性质——丁达尔效应，学会用简单的方法鉴别胶体和溶液。 3、掌握胶体性质实验的演示技能，能成功演示胶体溶液的性质实验 二、实验原理 要得到胶粒范围大小的颗粒，一般有以下两种方法：一种是把较大的粒子或块状物质，细分为较小的颗粒，叫分散法；另一种是使较小的单元如分子或离子，聚集成为胶体颗粒，叫凝聚法。本实验采取凝聚法。 Fe(OH)3胶体的制备是通过水解反应来进行： FeCl3 + 3H2O ==== Fe(OH)3 + 3HCl H2SiO3胶体的制备是通过复分解反应来进行 Na2SiO3 + 2HCl ==== 2NaCl + H2SiO3 胶体具有丁达尔现象、布朗运动、电泳、凝聚等性质。 三、实验用品 饱和FeCl3；0.01mol/LKNO3；2mol/L的NaCl， 0.01mol/L硫酸铝；尿素；HCl（1mol/L）；饱和 Na2SiO3溶液；浓盐酸；酚酞试液；氯化铝（浓溶液）； 氯化铵(浓溶液) U形管；直流电源；钢笔式电筒（激光笔）；导线；玻璃纸（不透光的纸板） 四、学生实验学习任务 1、成功制备150ml的Fe(OH)3胶体 2、熟练完成Fe(OH)3胶体的丁达尔现象实验、电泳现象实验和凝聚现象实验。 3、按实验要求给出的方法制备硅酸溶胶、凝胶各50ml。 4、自行设计实验，探究制备硅酸胶体的实验中盐酸浓度、试剂滴加顺序、溶液PH值对反应产物的影响，如实记录实验过程与结果。 五、实验基本流程 1、Fe(OH)3胶体的制备 烧杯中加入150mL蒸馏水加热至沸，向其中逐滴加入饱和FeCl3 2 mL,继续煮沸至溶液变成红棕色，即得到Fe(OH)3胶体（切勿加热时间过长，以免破坏胶体），冷却至室温备用。 2、胶体的性质 （1）胶体的光学性质 用比烧杯略大、侧面有一小洞的厚纸圆筒套在盛有Fe(OH)3胶体（或硅酸胶体）的烧杯外面，让光线从小洞进入荣翻页，可以看到胶体溶液里有一条光亮的通路，这种现象叫丁达尔效应。用同样的方法观察食盐溶液或乳浊液，则没有这种现象 实验：胶体与乳液的制备及性质 一、实验目的 1. 了解溶胶的制备及基本性质。 2. 了解乳状液制备原理。 3. 掌握乳状液以及鉴别其性质的方法 二、实验原理 (此部分不用全抄，主要意思有就行) 胶体分散系是分散相粒径为1~100nm的一种分散体系。它主要包括溶胶和高分子化合物 溶液。 溶胶的分散相粒子与分散剂之间存在相界面，它是一种高分散度的多相分散系，因而胶 粒有聚集的趋势，是热力学不稳定体系；溶胶胶粒对光有散射作用，因而具有明显的丁铎尔（Tyndall）效应；溶胶胶粒带电，因而在电场中向与其电性相反的一极泳动，这种现象称 为电泳；胶粒在溶剂分子热运动的推动下作布朗运动，所以说溶胶是动力学稳定体系。 实验室制备溶胶一般采用凝聚法，即通过水解或复分解反应生成难溶物，在适当的浓度、 温度等条件下使生成物分子聚集成较大颗粒的胶核而形成溶胶。为克服其聚集的趋势，胶核 选择吸附与其组成相关的离子作为第一吸附层，后者又吸附带相反电荷的离子形成电荷总数 少一些的第二吸附层。胶核和其吸附的双电层构成了带电的胶粒，它们带同种电荷、互相排 斥，加之对水分子的吸引，形成水化膜，使溶胶得以稳定。 例如用水解反应制Fe(OH)3溶胶，其反应如下 沸腾 FeCl3 + 3H2O === Fe(OH)3 + 3HCl △ Fe(OH)3 + HCl === FeOCl + 2H2O FeOCl === FeO+ + Cl- 氢氧化铁溶胶的胶粒结构为[{Fe(OH)3}m·nFeO+·(n-x)Cl―]x+，胶粒带正电荷，称正溶胶。 又如用复分解反应制AgI溶胶，其反应如下 AgNO3+KI===AgI+KNO3 当AgNO3过量则胶核选择吸附Ag+，第二吸附层为NO3―，胶粒带正电荷，若为KI过量，则 胶核选择吸附I―，第二吸附层为K+，胶粒带负电荷。 但若电解质离子过多，则与胶粒带相反电荷的离子再进入第二吸附层，中和胶粒的电荷， 促使溶胶聚沉；若将正、负溶胶混合则会互相中和电荷导致聚沉。 为使溶胶稳定，新制备的溶胶需进行透析，去除多余的电解质。这一过程叫溶胶的净化。 高分子化合物溶液的分散相粒径也是1~100nm，也存在布朗运动。有的高分子化合物分 子其实是电解质大离子，如蛋白质、核酸等，故也有电泳现象。但高分子化合物溶液是单相 分散体系，分散相与分散介质间无相界面，故 第二章胶体的性质及其用途 第一节胶体 第1课时 一、课题胶体 [目标] 1、知识传授：⑴初步了解分散系、胶体的概念。 ⑵一般了解Fe(OH)3胶体、Agl胶体的 制备方法。 2、能力培养：通过实验，培养学生的观察能力、思维能 力以及想象能力。 3、德育渗透：适当进行辨证唯物主义观点的教育和爱国 主义教育。 [重点]胶体概念 [教具]多媒体 [教法]实验探究法 二、教学过程 Ⅰ、引入新课 [设问]先让学生写出KI与AgNO3溶液反应的化学方程式。是否任何情况下混和AgNO3和KI溶液反应都有黄色沉淀产生呢？ [实验] 蒸馏水0.01mol/L AgNO3 0.1mol/L AgNO3 ①②③ 无沉淀无沉淀有沉淀 [提问]上述实验中制得的液体，哪些是浊液？ [追问] ①、②号液体外观相同，都是溶液吗？它们的性质 是否完全相同？请看实验。 [实验]让一束光照射盛放①、②号液体的试管。 [小结]实验发现，②中有一条光亮的通路，这被称为丁达尔现象， ①中则无。由此可见两种液体的性质有所不同。通常我们把 ②号中的液体叫胶体。本节主要介绍什么是胶体和胶体的重 要性质。 Ⅱ、讲授新课 [揭题] 第8节 胶体 一、胶体 [讨论]上述①、②、③号试管中的溶液、胶体与浊液是怎样形成的？ 其形成过程有什么共同的特点？ [小结] 一种或几种物质的微粒 + 另一种物质 混和物 分散质 + 分散剂 分散系 [ 提问] 上述①、②、③号试管中液体，分散质、分散剂各是什么？ [讨论]刚才实验时同样的反应物，②中无沉淀，③中有沉淀，这是 什么原因呢？ [小结] AgNO3+KI=KNO3+AgI↓ AgNO3+KI=KNO3+AgI （胶体） 浓→快→多→颗粒大→有沉淀——浊液 稀→慢→少→颗粒小→无沉淀——胶体 [设问]大家知道，分散质的颗粒溶液小，而浊液大。这可以通过过 滤实验加以证明，前者可透过滤纸，后者则不能。那么胶体 中的分散质颗粒的大小又如何呢？能否设计出类似的实验来 证明呢？ [实验] 滤出液 AgNO3 碘水 渗析 AgNO3 [小结]淀粉胶粒和溶液里的离子或分子都能通过滤纸。 [追问]现把滤纸换成半透膜，胶粒能否透过半透膜呢？ [讨论]⑴要证明食盐水里的Na+、Cl-能否透过半透膜，需要什么试 剂？所取试液是半透膜内还是半透膜外的液体？为什么？ ⑵同样，如何证明淀粉胶体的微粒能否透过半透膜？ [小结]⑴证明Cl-、Na+能透过半透膜 取膜外的液体 Cl- 兰色 白色 胶体的性质及其应用 一、分散系 1、分散系：一种（或几种）物质以粒子形式分散到另一种物质里所形成的混合物。 分散质：被分散成粒子的物质（一般量少） 2、分散系组成 分散剂：粒子分散在其中的物质（一般量多）物质与水混合时，一般认为是分散剂。 3、分散系分 类：、（）、 。 溶液悬浊液胶体 分 散系 粒子直径 外观 粒子组成 能否透过半透膜 能否透过滤纸 3 二、胶体 胶体的本质特征：是分散质粒子直径在～之间（可透过滤纸，不能透过半透膜）（一）胶体的性质 1. 丁达尔现象（光学性质） 实验：用激光笔垂直照射淀粉胶体，胶体，溶液。 现象：胶体内部存在一条光路而溶液没有。 结论：这种由于胶体微粒对光的散射作用形成的一条光亮的通道的现象叫丁达尔现象。 说明：应用此性质可对溶液和胶体进行区分。 例子：灰尘， 提问：能否说一种液体只要有丁达尔效应，就是胶体？ 2. 布朗运动（动力学性质） 引入：胶粒较小而轻，它在水中的运动情况如何 实验：将一滴液体放在水中观察 现象：胶体扩散 解释：胶粒在不同方向受到了水分子撞击的力量大小不同，所以运动方向在每一瞬间都在改变，因而形成无秩序的不停的运动，这种现象叫布朗运动。 例子：花粉放于水中、空气中的灰尘、粉笔灰放于水中 3. 电泳（电学性质） 实验：将胶体放在U形管中，一端加导电 现象：阴极附近颜色加深 分析：阴极附近颜色加深→胶粒带正电荷在电场作用下向阴极移动→胶体直径小→表面积大→吸附能力强→只吸附阳离子，因而带正电荷。 结论：电泳：在电场作用下，胶体的微粒在分散剂里向阴极或阳极作定向移动的现象叫电泳。 < 胶粒带电的一般规律 > A. 带正电的胶粒：金属氧化物、金属氢氧化物 FeO(与陶土的分离)、Fe（OH）3、Al（OH）3 B. 带负电的胶粒：金属硫化物、非金属氧化物、硅酸及土壤实验二溶胶的制备与性质实验报告
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