第13章胶体与大分子溶液
兰州大学物理化学课件 第十三章 胶体分散体系
一般以比表面积的大小来表示分散体系分散程度 的大小 分散度（比表面积：单位体积的物质具 有的表面积）
S S0 V
显然，分散程度越高，比表面积越大
4 3 分散相呈球体 V r S 4 r 2 3
通过大量观察，得出结论：粒子越小，布朗运动 越激烈。其运动激烈的程度不随时间而改变，但随温 度的升高而增加
1905年和1906年爱因斯坦（Einstein)和斯莫鲁霍 夫斯基（Smoluchowski)分别阐述了Brown运动的本质。
Brown运动是分散介质分子以不同大小和不同方向 的力对胶体粒子不断撞击而产生的，由于受到的力不 平衡，所以连续以不同方向、不同速度作不规则运动。 随着粒子增大，撞击的次数增多，而作用力抵消的可 能性亦大
用这两种方法直接制出的粒子称为原级粒 子。视具体制备条件不同，这些粒子又可以聚 集成较大的次级粒子 通常所制备的溶胶中粒子的大小不是均一的， 是一个多级分散体系
分散法
(1)研磨法： 用机械粉碎的方法（球磨机，胶体磨等）将固体磨细 这种方法适用于脆而 易碎的物质，对于柔韧性 的物质必须先硬化后再粉 碎。例如，将废轮胎粉碎， 先用液氮处理，硬化后再 研磨
布朗运动的存在是胶体能够稳定存在的原因。因 胶粒不会安定的停留在某一位置上，胶粒就不会因 重力而聚沉。但布朗运动也有可能使胶粒相互碰撞 而聚集 二.扩散 胶粒也有热运动，因此也具有扩散和渗透压。 只是溶胶的浓度较稀，这种现象很不显著 由于分子的热运动和胶粒的布朗运动，可 以观察到胶粒从高浓区向低浓区迁移的现象， 这就是胶粒的扩散作用
2.亲液溶胶（分散相与分散介质之间有亲和力的溶胶） 如高分子化合物溶液，分子半径落在胶体粒 子范围内的大分子溶解在合适的溶剂中，形成分 子分散的真溶液。一旦将溶剂蒸发，大分子化合 物凝聚，再加入溶剂，又可形成溶胶，亲液溶胶 是热力学上稳定、可逆的体系
胶体
紧密层
0热力学电势差：
固体表面与溶液本体间的电势差
x
双 电 层 的 Stern 模 型
当溶胶相对静止时，整个溶胶体系是电中性的，但 当分散相粒子和液体介质相对运动时，就会产生电位差， 这种电位差叫电动电势。 胶粒是带电的，由于静电引力使反粒子在表面周围，
又由于分子热运动，使反粒子在表面附近呈扩散分布。
离表面近的一层——紧密层(内层)，厚度(约几
1869年，发现了Tyndall效应,可区别溶胶及溶液；
1903年，德国科学家Zsigmondy发明了超显微镜， 肯定溶胶的一个根本问题—体系的多相性，从而明确了 胶体化学是界面化学。
1907年，德国化学家Ostwald创办《胶体化学和工
业杂志》—胶体化学正式成为一门独立的学科。 1941年，前苏联的德查金(Derjaguin B V)和朗道 (Landau L D)以及1948年荷兰的维韦(Werwey E J W）和 奥佛比克(Overbeek J T G)胶体稳定性的DLWO理论。从 70年代起，对高分子稳定胶体的研究逐渐成为热点，其中
φ0
+ + + + + + + + + + + +
δ
φ0
+ + + + + + + + + + + + +
-
A B x -
平板双电层模型
扩散双电层模型
质 点 表面+ + + + + + + + + +
表面与胶体习题答案
第十三章 界面现象§13.1 表面张力及表面吉布斯自由能一、表面张力 在两相(特别是气-液)界面上，处处存在着一种张力，它垂直与表面的边界，指向液体方向并与表面相切。
把作用于单位边界线上的这种力称为表面张力，用γ 表示，单位是N ·m -1。
二、表面功与表面自由能温度、压力和组成恒定时，可逆使表面积增加dA 所需要对体系作的功，称为表面功。
用公式表示为：s W dA γ∂=，式中γ为比例系数，它在数值上等于当T ，p 及组成恒定的条件下，增加单位表面积时所必须对体系做的可逆非膨胀功。
B B B B ,,,,,,,,()()()()S V n S P n T V n T P n U H A G A A A Aγ∂∂∂∂====∂∂∂∂ （ 广义的表面自由能） 表面自由能考虑了表面功，热力学基本公式中应相应增加s dA γ一项，即由此可得：B BBB BBB BB B BBd d d d d d d d dA d d d d d d d s s s s U T S P V A dn H T S V P A dn S T P V A dn G S T V P A dn γμγμγμγμ=-++=+++=--++=-+++∑∑∑∑狭义的表面自由能定义：B ,,()p T n G Aγ∂=∂，表面吉布斯（Gibbs ）自由能，单位：J ·m -2。
三、界面张力与温度的关系,,,,S B B A V n s T V n S A T γ⎛⎫∂∂⎛⎫=- ⎪ ⎪∂∂⎝⎭⎝⎭,,,,S B BA P n s T P n S A T γ⎛⎫∂∂⎛⎫=- ⎪ ⎪∂∂⎝⎭⎝⎭ 四、溶液的表面张力与浓度的关系对于纯液体，当温度、压力一定时，其表面张力一定。
但对于溶液，由于溶质的加入形成了溶液，表面张力发生变化。
这种变化大致有三种情况:A.表面张力随溶质浓度增大而升高如：NaCl 、KOH 、NH 4Cl 、KNO 3等无机盐类；B.表面张力随浓度增大而降低，通常开始降低较快而后减慢，如醇类、酸类、醛类、酮类等极性有机物；C.一开始表面张力急剧下降，到一定浓度后几乎不再变化，如含8个碳以上的有机酸盐、有机胺盐、磺酸盐等。
胶体与大分子溶液试题
胶体与大分子溶液试题一、填空题1．胶体是高分散的多组分相热力学体系，动力学体系。
2．高分子溶液是多组分相热力学体系。
3．胶体体系中，分散相的粒子大小界于米，而粗分散体系粒子大小米。
4．丁达尔现象是光的所引起的，其强度I与入射光波长λ。
5．是胶体稳定性原因之一。
6．胶粒是胶体稳定性主要原因。
7．通电后，胶粒在电场中运动的现象称为，而分散介质在电场中运动的现象称为。
二、单项选择题1．雾的形成过程中，分散相(1)和分散介质(2)的相态分别为：( )A、(1)气，(2)气；B、(1)液，(2)液；C、(1)液，(2)气；D、(1)气，(2)液。
2．对胶体分散体系,分散相的颗粒大小范围一般为：( )A、10-7～10-5m；B、10-9～10-7m；C、10-3～10-5m；D、10-1～10-9m。
3．下列体系哪一种是胶体溶液：( )A、墨汁；B、肥皂溶液；C、牛奶；D、30 ％甲醛溶液。
4．乳状液是由哪个分散体系组成? ( )A、两种互不相溶的液体；B、固体加液体；C、两种互溶的液体；D、多种互溶的液体。
5．下列物质中哪一种属于胶体：( )A、空气；B、蔗糖水；C、石英；D、红宝石。
6．烟的形成过程中，分散相(1)和分散介质(2)的相态分别为：( )A、(1)气，(2)气；(B) (1)固，(2)液；(C) (1)固，(2)气；(D) (1)气，(2)液。
7．当一束光线透过悬浊液、溶胶、真溶液时，它们分别发生光的：( )A、反射、散射、透射；B、反射、折射、散射；C、折射、反射、散射；D、反射、散射、强散射8．在晴朗的白昼，天空呈蔚蓝色的原因是: ( )A、蓝光波长短, 透射作用显著；B、蓝光波长短, 散射作用显著；C、红光波长长, 透射作用显著；D、红光波长长, 散射作用显著。
9．在As2S3溶胶中加入等体积等当量浓度的下列不同电解质溶液，则使溶胶聚沉最快的是：( )A、LiCl；B、NaCl；C、CaCl2；D、AlCl3。
大分子溶液
大分子溶液 小分子溶液 1~100nm 慢 单分子 单相 不能 是 弱 大 大 不太敏感 可逆 <1nm 快 单分子 单相 能 是 无 小 小 不敏感 可逆
多相 不能 是否热力学稳定体系 不是 丁达尔效应 强 粘度 小，与介质相似 渗透压 小 对外加电解质 敏感 形成过程是否可逆 不可逆
三、大分子溶液的黏度与分子质量的 测定
一）黏度的表示方法
二）黏度法测定大分子的平均摩尔质量 Huggins和Kraemer根据实验得到了稀溶液 中线型大分子的增比黏度、相对黏度与 浓度的关系式：
sp
C
C
k1 c
2
r 2
ln c k
2
以ηsp/c对c作图，得一条直线，以 lnηr/c 对c作图得另一条直线。将两条直线外推 至浓度c → 0，得到特性黏度[η]。
大分子化合物的分类
平均摩尔质量大于10 kgmol-1的物质 天然大分子 淀粉、蛋白质 、纤维
素、核酸、各种生物大分子。
合成大分子 合成橡胶、树脂、纤维。
功能大分子
光敏大分子、导电大分
子、医用大分子、 大分子膜。
大分子溶液其他溶液性质的比较
溶液类型 性质 分散相大小 扩散速度 分散相存在单元 体系 能否透过半透膜 憎液溶胶 1~100nm 慢
大分子的浓度涨落
Debye根据涨落理论导出的大分子溶液散 射光强Iθ,r计算公式为
I , r 2π n n cRT 1 cos2 I0 L r c c
2 2 0 4 2 2
L为Avogadro常数，n0为溶剂折射率，c为溶液浓度，∂n/∂c为折 射率随浓度的变化率，λ为入射光的波长， r为观测散射光的距 离，θ为观测散射光与入射光的夹角，∂Π/∂c为渗透压随浓度的 变化率，I0为入射光强。 适用于入射光的波长大于大分子的情况。
胶体与大分子溶液7要点
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14.8 大分子概说
三种分散体系性质的比较 大分子分类
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2020/10/1
一. 三种分散体系性质的比较
r /0
sp
0 0
r
1
sp
/
c
1 c
0 •
0
[] clim0csp
lim
c0
r
c
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2020/10/1
三. 用粘度法测定摩尔质量
当温度、聚合物和溶剂体系选定后，大分子溶液的粘度仅与浓度 和聚合物分子的大小有关。
特性粘度是几种粘度中最能反映溶质分子本性的一种物理量，由于
溶液类型 性质
憎液溶胶
胶粒大小
1~100nm
分散相存在单元 多分子组成的胶
粒
能否透过半透膜
不能
是否热力学稳定体 系
不是
丁铎尔效应
强
粘度
小，与介质相似
对外加电解质
敏感
聚沉后再加分散介 质
不可逆
大分子溶 液
1~100nm
单分子
不能
是
微弱 大 不太敏感
可逆
小分子溶液
<1nm 单分子
能 是 微弱 小 不敏感 可逆
数均摩尔质量
质均摩尔质量
Z均摩尔质量
粘均摩尔质量
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傅献彩物理化学选择题———第一章 热力学第一定律及其应用 物化试卷(一)
目录（试卷均已上传至“百度文库”，请自己搜索）第一章热力学第一定律及其应用物化试卷（一）第一章热力学第一定律及其应用物化试卷（二）第二章热力学第二定律物化试卷（一）第二章热力学第二定律物化试卷（二）第三章统计热力学基础第四章溶液物化试卷（一）第四章溶液物化试卷（二）第五章相平衡物化试卷（一）第五章相平衡物化试卷（二）第六章化学平衡物化试卷（一）第六章化学平衡物化试卷（二）第七章电解质溶液物化试卷（一）第七章电解质溶液物化试卷（二）第八章可逆电池的电动势及其应用物化试卷（一）第八章可逆电池的电动势及其应用物化试卷（二）第九章电解与极化作用第十章化学动力学基础（一）物化试卷（一）第十章化学动力学基础（一）物化试卷（二）第十一章化学动力学基础(二) 物化试卷（一）第十一章化学动力学基础(二) 物化试卷（二）第十二章界面现象物化试卷（一）第十二章界面现象物化试卷（二）第十三章胶体与大分子溶液物化试卷（一）第十三章胶体与大分子溶液物化试卷（二）参考答案1．物质的量为n的纯理想气体，该气体在如下的哪一组物理量确定之后，其它状态函数方有定值。
( )(A) p (B) V (C) T,U (D) T, p2. 下述说法哪一个正确? ( )(A) 热是体系中微观粒子平均平动能的量度(B) 温度是体系所储存热量的量度(C) 温度是体系中微观粒子平均能量的量度(D)温度是体系中微观粒子平均平动能的量度3. 有一高压钢筒，打开活塞后气体喷出筒外，当筒内压力与筒外压力相等时关闭活塞，此时筒内温度将：( )(A)不变(B)升高(C)降低(D)无法判定4. 1 mol 373 K，标准压力下的水经下列两个不同过程变成373 K，标准压力下的水气，(1) 等温等压可逆蒸发，(2)真空蒸发这两个过程中功和热的关系为：( )(A) |W1|> |W2| Q1> Q2(B)|W1|< |W2| Q1< Q2(C) |W1|= |W2| Q1= Q2(D)|W1|> |W2| Q1< Q25. 恒容下，一定量的理想气体，当温度升高时热力学能将：( )(A)降低(B)增加(C)不变(D)增加、减少不能确定6. 在体系温度恒定的变化中,体系与环境之间： ( )(A) 一定产生热交换(B)一定不产生热交换(C) 不一定产生热交换(D)温度恒定与热交换无关7. 一可逆热机与另一不可逆热机在其他条件都相同时,燃烧等量的燃料,则可逆热机拖动的列车运行的速度：( )(A) 较快(B) 较慢(C) 一样(D) 不一定8. 始态完全相同(p1,V1,T1)的一个理想气体体系，和另一个范德华气体体系，分别进行绝热恒外压(p0)膨胀。
第十三章 胶体与大分子
二、胶体的分类
1. 以结构、稳定性分类 1）憎液溶胶（简称：溶胶） 胶粒由许多分子组成，体系的相界
面大，界面能高，所以极易被破坏 而聚沉，并且不能恢复溶胶原态。
例如：将Au金溶胶沉淀出来后，再将沉 淀物悬浮于水中，不能再得到胶状金。
憎液溶胶是热力学不稳定体系和聚沉不 可逆体系。
胶粒与液体介质之间的亲合性弱，所以 叫憎液溶胶。
1）由于离子溶剂化，胶粒和胶团也是溶剂化的。 2）胶团的结构表达（横式）须掌握。
§13.2 溶胶的制备及提纯
一、溶胶的制备
胶体的分散相具有特有的分散度：10-9~10-7m， 制备溶胶有两类方法：
1.分散法：大颗粒分割成胶体粒子； 2.凝聚法：使小的分子（离子）颗粒聚集成胶
体粒子。
1．分散法
1）研磨法：机械粉碎法，适用于脆而易碎的分 散相，最细到 1m 的颗粒；
a）悬浮于液体中的质点的平均动能和小分 子一样，皆为 (3/2) kBT。Brown 运动是不断 热运动的液体分子对微粒冲击的结果。这一 理论可以解释以上两个实验观测结果。
b）在实验中不必苛求质点运动的实际路 径或实际速度 (也没有法测得)，只需测 定一定时间间隔 ( t ) 内质点 ( 在 x 轴上 )
胶体的扩散系数系数： 10－10 ~ 10－12 m2 / s 小分子物质的扩散系数：~10－9 m2 / s
一些典型的扩散系数值（20C水中）
物质
蔗糖 胶态金 纤维蛋白质 胶态硒
分子量
342 = 1.3 nm
330,000 = 56 nm
D (×10-10 m2/s)
4.586 1.63 0.197 0.038
一、扩散现象
当存在浓差时，胶粒由高浓区域自发地 移向低浓区域，此即扩散现象。
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2020/4/14
（2）按分散相和介质聚集状态分类
1.液溶胶 将液体作为分散介质所形成的溶胶。当分散
相为不同状态时，则形成不同的液溶胶：
A.液-固溶胶 如油漆，AgI溶胶 B.液-液溶胶 如牛奶，石油原油等乳状液 C.液-气溶胶 如泡沫
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2020/4/14
14.1 胶体分散体系及其基本特性
胶体化学的发展
在1861年英国科学家格雷厄姆(Graham)就提出了“胶体”的 概念，他将物质按扩散能力分为两类：一类易扩散，如蔗糖、 食盐、硫酸镁及其他无机盐类,并在溶液中能透过半透膜；另一 类难扩散，如蛋白质、Al(OH)3、Fe(OH)3及其他大分子化合物, 在溶液中不能透过半透膜。当蒸去水份后，前类物质析出晶 体，而后类物质得到胶状物。因此他认为可以把物质区分为晶 体和胶体两类。
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（3）按胶体溶液的稳定性分类
2.亲液溶胶 半径落在胶体粒子范围内的大分子溶解在
合适的溶剂中，一旦将溶剂蒸发，大分子化合物凝 聚，再加入溶剂，又可形成溶胶，亲液溶胶是热力 学上稳定、可逆的体系。
上一内容 下确的。后来的学者如俄国科学家维
伊曼(在1905年）对多种化合物进行试验，结果证明任何典 型
的晶体物质都可以用降低其溶解度或选用适当分散介质而制
成溶胶。如把NaCl分散在苯中就可以形成溶胶。
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2020/4/14
胶体化学发展史
这样人们认识到胶体只是物质以一定分散 程度而存在的一种状态，而不是一种特殊类型的 物质的固有状态。
物理化学—Chapter 14 Colloid Chemistry
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2020/4/14
第14章 胶体分散体系和大分子溶液
14.1 胶体及其基本特性 14.2 溶胶的制备与净化 14.3 溶胶的动力性质 14.4 溶胶的光学性质 14.5 溶胶的电学性质 14.6 溶胶的稳定性和聚沉作用 14.7 大分子概说 14.8 大分子的相对摩尔质量 14.9 Donnan平衡
1.分子分散体系
分散相与分散介质以分子或离子形式彼此混溶， 没有界面，是均匀的单相，分子半径大小在10-9 m以 下 。通常把这种体系称为真溶液，如CuSO4溶液。 2.胶体分散体系
分散相粒子的半径在1 nm~100 nm之间的体系。目 测是均匀的，但实际是多相不均匀体系。也有的将1 nm ~ 1000 nm之间的粒子归入胶体范畴。 3.粗分散体系
自从1903年Zsigmondy和Siedentopf发明了超 倍显微镜，第一次成功的观察到溶胶中粒子的运 动，证明了溶胶的超微不均匀性。认识到溶胶中 存在相界面的重大意义。也认识到胶体化学和表 面化学之间的密切联系。
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2020/4/14
胶体化学的应用
胶体化学是物理化学的一个重要分支。 它所研究的领域是化学、物理学、材料科学、 生物化学等诸学科的交叉和重叠，是这些学科 的重要基础。胶体化学与工农业生产、日常生 活密切相关，胶体及其研究方法对于浮选、冶 金、材料、食品加工、水质的净化、废水处 理、石油化工等有着重要意义。
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2020/4/14
（2）按分散相和介质聚集状态分类
3.气溶胶
将气体作为分散介质所形成的溶胶。当分散相为 固体或液体时，形成气-固或气-液溶胶，但没有 气-气溶胶，因为不同的气体混合后是单相均一 体系，不属于胶体分散体系范围.
A.气-固溶胶 如烟，含尘的空气
B.气-液溶胶 如雾，云
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2020/4/14
分散体系及其基本特性
胶体化学所研究的对象是高度分散的多相系统。
人们每天总要接触各种分散系统，如盐水、糖 水等各种溶液就是常见的分散系统，
另外，水滴分散在空气中形成的云雾、颜料分 散在油中形成油漆、气体分散在液体中形成泡 胶沫 分粒以散的及系结固统构体。颗粒分散在空气中形成烟尘等都是
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2020/4/14
（3）按胶体溶液的稳定性分类
1.憎液溶胶 半径在1 nm~100 nm之间的难溶物固体粒子 分散在液体介质中，有很大的相界面，易聚沉，是 热力学上的不稳定体系。 一旦将介质蒸发掉，再加入介质就无法再形成 溶胶，是一个不可逆体系，如氢氧化铁溶胶、碘 化银溶胶等。 这是胶体分散体系中主要研究的内容。
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2020/4/14
分散相与分散介质
把一种或几种物 质分散在另一种物质 中就构成分散体系。 其中，被分散的物质 称为分散相 （dispersed phase）， 另一种物质称为分散 介质（dispersing medium)。
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例如：云，牛奶，珍珠
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2020/4/14
分散体系分类
分散体系通常有三种分类方法：
按分散相粒子的大小分类：
•分子分散体系 •胶体分散体系 •粗分散体系
•液溶胶 按分散相和介质的聚集状态分类： •固溶胶
•气溶胶
•憎液溶胶 按胶体溶液的稳定性分类： •亲液溶胶
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2020/4/14
（1）按分散相粒子的大小分类
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2020/4/14
胶体化学发展史
在胶体的制备过程中，他发现有许多通常不溶解的物质
在适当的条件下可以分散在溶剂中形成貌似均匀的溶液，从
其外表上看和通常的真溶液无什么差别，但从其扩散速率、
渗透能力等来看则属于胶体物质的范围，因此它称之为溶胶。
格雷厄姆虽然首次认识到物质的胶体性质，但他把物质
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2020/4/14
（2）按分散相和介质聚集状态分类
2.固溶胶 将固体作为分散介质所形成的溶胶。当分散相为
不同状态时，则形成不同的固溶胶：
A.固-固溶胶 如有色玻璃，不完全互溶的合金
B.固-液溶胶 C.固-气溶胶
如珍珠，某些宝石 如泡沫塑料，沸石分子筛
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