胶体与大分子溶液
第十二章 胶体及大分子溶液
•分子分散系 •胶体分散系 •粗分散系
•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
按分散相粒子的大小分类
1.分子分散系 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 , 粒子能通过滤纸和半透膜，超显微镜下不可见。通常把 这种体系称为真溶液，如CuSO4溶液。 2.胶体分散系 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。粒子能通过 滤纸但不能通过半透膜，超显微镜下可见。 3.粗分散系 当分散相粒子大于100 nm,目测是混浊不均匀体系， 放置后会沉淀或分层，如黄河水。粒子不能通过滤纸 和半透膜，一般显微镜下可见。
2.分散相与分散介质的折射率相差愈显著，则散射作 用亦愈显著。 3.散射光强度与单位体积中的粒子数成正比。
乳光计原理
保持粒子大小相同
I1 c1 I 2 c2
如果已知一种溶液的散射光强度和浓度，测定 未知溶液的散射光强度，就可以知道其浓度，这就是 乳光计。
超显微镜的特点
普通显微镜分辨率不高，只能分辨出半径在200 nm以上的粒子，所以看不到胶体粒子。 超显微镜分辨率高，可以研究半径为5~150 nm 的粒子。但是， 超显微镜观察的不是胶粒本身，而是 观察胶粒发出的散射光。是目前研究憎液溶胶非常有 用的手段之一。
E.离子反应制氯化银溶胶
AgNO3（稀）+ KCl（稀） → AgCl (溶胶） +KNO3
（2）.物理凝聚法
A. 过饱和法
利用物质在不同溶剂中溶解度的显著差别来制
备溶胶，而且两种溶剂要能完全互溶。 例1.松香易溶于乙醇而难溶于水，将松香的乙醇溶 液滴入水中可制备松香的水溶胶 。 例2.将硫的丙酮溶液滴入90℃左右的热水中，丙酮 蒸发后，可得硫的水溶胶。
胶体分散系统和大分子溶液
14.1.1 分散系统分类
按分散介质的聚集状态分类
分散介质物态
分散相状态
溶胶名称
实例
液态
气；液；固
液溶胶 (sol)
泡沫；牛奶，石油原油；油漆，Au溶胶，AgI溶胶
固态
气；液；固
固溶胶 (soldsol)
泡沫塑料，沸石；珍珠，某些宝石；有色玻璃，合金
气态
液、固
气溶胶 (aerosol)
14.2 溶胶的性质
2.1 动力性质 沉降平衡(sedimentation equilibrium)
14.2 溶胶的性质
14.2.1 动力性质
沉降平衡(sedimentation equilibrium)
分散系统
粒子直径d/nm
高度x/m (N2/N1=0.5)
氧气
0.27
5000
高度分散金溶胶
纳米物理学 纳米化学 纳米材料学
纳米生物学 纳米医学 纳米药学
纳米电子学 纳米机械学 纳米军事学
14.7 纳米技术与应用简介
14.7.2 纳米材料的分类
纳米粒子(三维) 纳米膜(二维) 纳米丝或纳米管(一维)
纳米金属 纳米氧(硫、碳、氮)化物 纳米含氧酸盐 纳米复合材料
半导体纳米材料 (硅的氧化物、硫的氧化物、过渡金属氧化物等) 光敏性纳米材料(TiO2、W2O5等) 增强性纳米材料 磁性纳米材料
14.2 溶胶的性质
粒子越小，Brown运动越激烈，其激烈程度不随时间而改变，但随温度升高而加剧。 2.1 动力性质 布朗运动(Brownian motion) 胶粒 介质分子
14.2 溶胶的性质
14.2.1 动力性质 扩散和渗透压(diffusion and osmotic pressure)
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。
第十四章 胶体分散系统和大分子溶液
cV
4 3 r , 代入上式得: 3
(kg· dm-3),
c 则 v , 再假定 V
Kc 4 3 I K r K cr 3 3
若两份浓度相同粒子半径不同的溶液, 有
I 1 r13 3 I 2 r2
在瑞利公式范围 之内 (r ≤47nm)
② 分散相与介质折光率差值愈大, 散射愈显著, 当 n1 = n2时无散射(对溶液, 离子有很厚的水化层, n1≈ n2, 散射相当微弱). ③ I ∝V粒 即粒子体积愈大, 散射愈显著. 只能 在胶粒范围内达最大, 否则变为反射.
第十四章 界面和胶体化学
物理化学电子教案
④ 散射光强度与溶胶浓度、胶粒半径的关系 对同一光源, 同一溶胶有 I K v V 2
布朗运动: 溶胶中粒子的不规则运动现象. 产生原因: 布朗运动是介质分子固有热运动的 表现—即介质分子对胶粒不断撞击的结果. 布朗运动尽管复杂、无规则,但爱因斯坦据分 子运动论给出了一定时间内胶粒所移动的平均位移 .
x RT t L 3r
r —是粒子半径 η—是介质粘度
第十四章 界面和胶体化学
ζ —电动电势. 紧密层(滑动面)和溶液本体之间的电势
差, 该电势在胶粒和介质发生相对运动时才表现出来.
第十四章 界面和胶体化学
物理化学电子教案
ζ电势对外加电解质十分敏感, 当电解质浓度增大或反 离子电荷增加时, 反离子被压入紧密层次, 使ζ电势下降, 分 散层变薄, 电势分布也下降. 当电解质浓度增大到一定程度, 分散层厚度为零, 此时胶粒失去电性, 稳定性减小, 容易发生聚沉. 有时加入某种电解质会改变电 泳方向, 改变ζ电势符号, 一般高价 离子易造成 电泳或电渗速度与ζ 电势的关系:
物理化学——第14章-胶体与大分子溶液复习题
本章练习题
4、制备BaSO4溶胶，反应物Ba(SCN)2过量，请写出胶团 的结构并判断胶粒带电情况。
答：胶核是（BaSO4）m，优先吸附相同离子Ba2+，吸附层 中还有负离子SCN-离子。 所以胶粒为[（BaSO4）m· n Ba2+· (2n-x) SCN-]x+。 中性胶团为[（BaSO4）m· n Ba2+· (2n-x) SCN-]x+· xSCN-。
判断题
1、能产生丁铎尔现象的分散系统就是溶胶。（
X ）
2、通过超显微镜可以直接看到胶体粒子的形状和大小。 （ X ） 3、加入电解质有时可以使胶体稳定，有时也可以使胶体 聚沉。（ √ ） 4、大分子溶液与溶胶一样是多相不稳定体系。（ X ）
选择题
1.将高分子溶液作为胶体体系来研究，因为它：（D） (A) 是多相体系 ； (B)热力学不稳定体系 ； (C) 对电解质很敏感 ；(D) 粒子大小在胶体范围内 。 （D） 2.溶胶与大分子溶液的区别主要在于： (A)粒子大小不同 ； (B) 渗透压不同 ； (C) 丁铎尔效应的强弱不同 ； (D)相状态和热力学稳定性不同
第十四章 胶体分散系统 和大分子溶液
本章练习题
1、为什么燃烧不完全时烟囱冒黑烟，而燃烧较完全时烟 囱冒青烟？ 答：燃烧不完全时，烟灰颗粒较大，属于粗分散系统，对入 射光主要是反射，看到的是黑色。燃烧较完全时，烟灰颗粒 小，属于胶体系统，看到的是散射光。由于蓝光、紫光的散 射强，所以看到的是青烟。
本章练习题
选择题
3. 下列电解质对某溶胶的聚沉值分别为c(NaNO3) = 300， c(Na2SO4) = 295，c(MgCl2) = 25，c(AlCl3) = 0.5(mol· dm-3)， 可确定该溶液中粒子带电情况为： （C） (A)不带电 ；(B)带正电 ；(C) 带负电 ；(D)不能确定 。 4. 在AgNO3溶液中加入稍过量 KI溶液，得到溶胶的胶团 结构可表示为： （A） (A)[(AgI)m•nI-•(n-x) •K+]x-•xK+ ； (B)[(AgI)m•nNO3-•(n-x)K+]x-•xK+ ； (C)[(AgI)m•nAg+•(n-x)I-]x-•xK+ ； (D)[(AgI)m•nAg+•(n-x)NO3-]x+•xNO3- 。
第十二章 学习小结
第十二章胶体与大分子溶液 6 + 2 学时本章概略地阐明溶胶的制备及其性质，以及大分子溶液的性质。
▲基本要求：1、了解分散体系的基本特性。
2、了解胶体的动力性质、光学性质与电学性质。
3、了解胶体粒子带电原因、胶团结构、双电层结构和电动电动势的概念。
4、了解胶体的稳定性与聚沉作用。
5、了解大分子溶液性质及分子量的测定方法。
7、理解什么是唐南平衡，如何准确地用渗透压法测定大分子物质的相对分子量8、了解大分子溶液的粘度及粘均分子量。
★基本内容：1、胶体的分类、基本特性、溶胶的制备和净化。
2、胶体的动力学性质。
布朗运动与扩散、沉降与沉降平衡。
3、胶体的光学性质：丁铎尔效应、瑞利公式。
*乳光的偏振性、*光散射测分子量4、胶体的电学性质电泳和电渗现象、胶粒带电原因、胶团结构、双电层结构和电动电势。
5、胶体的稳定性和聚沉作用：胶体的稳定性、影响聚沉作用的一些因素、电解质聚沉能力的规律、胶体稳定性的DLVO理论。
6、大分子溶液特征：7、大分子溶液渗透压与唐南平衡。
8、大分子溶液几种粘度及粘均分子量测量。
9、盐析与胶凝。
★重点：溶胶的定义与基本性质，溶胶的制备与胶团结构式表示，溶胶的动力学性质，溶胶的光学性质，胶粒的双电层结构， ζ电势与电动现象，胶体的稳定性与聚沉规律，大分子溶液的特性，大分子溶液渗透压和唐南平衡及其计算，。
★难点：溶胶与大分子溶液的特性与区别，溶胶的光学性质及自然现象解释，胶团的双电层结构，电动现象与ζ电势计算，胶团稳定的DLVO 理论，唐南平衡的计算。
★ 主要公式及其适用条件1． 胶体系统及其特点胶体：分散相粒子在某方向上的线度在1～100 nm 范围的高分散系统称为胶体。
对于由金属及难溶于水的卤化物、硫化物或氢氧化物等在水中形成胶体称憎液溶胶（简称为胶体）。
憎液溶胶的粒子均是由数目众多的分子构成，存在着很大的相界面，因此憎液溶胶具有高分散性、多相性以及热力学不稳定性的特点。
2． 胶体系统的动力学性质（1） 布朗运动体粒子由于受到分散介质分子的不平衡撞击而不断地作不规则地运动，称此运动为布朗运动。
第十四章胶体分散系统和大分子溶液
第十四章 胶体分散系统和大分子溶液【复习题】【1】用As 2O 3与略过量的H 2S 制成的硫化砷 As 2S 3溶胶，试写出其胶团的结构式。
用FeCl 3在热水中水解来制备Fe(OH)3溶胶，试写出Fe(OH)3溶胶的胶团结构。
【解析】 H 2S 是弱酸，考虑它的一级电离，故其胶团结构式为：-+x-23[(As S )m nHS (n-x)H ]xH +Fe(OH)3溶胶的胶团结构式为{[Fe(OH)3]m ·n Fe(OH)2+·(n-x )Cl -}x -·x Cl -。
【2】在以KI 和AgNO 3为原料制备AgI 溶胶时，或者使KI 过量，或者使AgNO 3过量，两种情况所制得的AgI 溶胶的胶团结构有何不同？胶核吸附稳定离子时有何规律？【解析】(AgI)m 胶核在KI 存在时吸附I -离子，当AgI 过量时则吸附Ag ＋，胶核吸附离子的规律为，首先吸附使胶核不易溶解的离子及水化作用较弱的离子。
【3】胶粒发生Brown 运动的本质是什么？这对溶胶的稳定性有何影响？【解析】Brown 运动的本质是质点的热运动，它使溶胶产生扩散、渗透压、沉降核沉降平衡。
【4】Tyndall 效应是由光的什么作用引起的？其强度与入射光波长有什么关系？粒子大小范围落在什么区间内可以观察到Tyndall 效应？为什么危险信号要用红色灯显示？为什么早霞、晚霞的色彩？【解析】Tyndall 效应是由光散射作用形成的。
其强度与入射光强度的关系为：222221242212242n n A V I n n πνλ⎛⎞−=⎜⎟+⎝⎠ A 为入射光的振幅；λ为入射光的波长；ν为单位体积中的粒子数；V 为单个粒子的体积，n 1和n 2为分散相的分散介质的折射率。
可见， Tyndall 效应的强度与入射光的波长的4次方成反比。
在1～100nm 范围内可观察到Tyndall 效应。
危险信号要用红色灯显示的主要原因是红光的波长较长不易散射。
第十三章胶体与大分子溶液练习题
第十三章胶体与大分子溶液练习题一、判断题：1．溶胶在热力学和动力学上都是稳定系统。
2．溶胶与真溶液一样是均相系统。
3．能产生丁达尔效应的分散系统是溶胶。
4．通过超显微镜可以看到胶体粒子的形状和大小。
5．ζ电位的绝对值总是大于热力学电位φ的绝对值.【6．加入电解质可以使胶体稳定，加入电解质也可以使肢体聚沉；二者是矛盾的。
7．晴朗的天空是蓝色，是白色太阳光被大气散射的结果。
8．旋光仪除了用黄光外，也可以用蓝光。
9．大分子溶液与溶胶一样是多相不稳定体系。
10．将大分子电解质NaR的水溶液与纯水用半透膜隔开，达到Donnan平衡后，膜外水的pH值将大于7。
二、单选题：1．雾属于分散体系，其分散介质是：(A) 液体；(B) 气体；(C) 固体；(D) 气体或固体。
、2．将高分子溶液作为胶体体系来研究，因为它：(A) 是多相体系；(B) 热力学不稳定体系；(C) 对电解质很敏感；(D) 粒子大小在胶体范围内。
3．溶胶的基本特性之一是：(A) 热力学上和动力学上皆属于稳定体系；(B) 热力学上和动力学上皆属不稳定体系；(C) 热力学上不稳定而动力学上稳定体系；(D) 热力学上稳定而动力学上不稳定体系。
)4．溶胶与大分子溶液的区别主要在于：(A) 粒子大小不同；(B) 渗透压不同；(C) 丁铎尔效应的强弱不同；(D) 相状态和热力学稳定性不同。
5．大分子溶液和普通小分子非电解质溶液的主要区分是大分子溶液的：(A) 渗透压大；(B) 丁铎尔效应显著；(C) 不能透过半透膜；(D) 对电解质敏感。
6．以下说法中正确的是：&(A) 溶胶在热力学和动力学上都是稳定系统；(B) 溶胶与真溶液一样是均相系统；(C) 能产生丁达尔效应的分散系统是溶胶；(D) 通过超显微镜能看到胶体粒子的形状和大小。
7．对由各种方法制备的溶胶进行半透膜渗析或电渗析的目的是：(A) 除去杂质，提高纯度；(B) 除去小胶粒，提高均匀性；(C) 除去过多的电解质离子，提高稳定性 ； (D) 除去过多的溶剂，提高浓度 。
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憎液溶胶的特性 胶粒的结构 胶粒的形状
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2020/12/8
胶体分散体系分类
胶体分散体系的分类：
•液溶胶 1、按分散相和介质的聚集状态分类： •固溶胶
•气溶胶 •憎液溶胶 2、按胶体溶液的稳定性分类： •亲液溶胶
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2020/12/8
（2）按胶体溶液的稳定性分类
2.亲液溶胶
大（高）分子化合物的溶液称为亲液溶胶。它
是分子溶液，但其分子的大小已经到达胶体的范围，
因此具有胶体的一些特性（例如：扩散慢，不透过
半透膜，有Tyndall效应等等）。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，
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2020/12/8
胶粒的结构
胶粒的结构比较复杂，先有一定量的难溶物分子
聚结形成胶粒的中心，称为胶核； 胶核选择性的吸附稳定剂中的一种定位离子，组
成固相；由于正、负电荷相吸，在固相外形成液相反
号离子的包围圈，固相与液相紧密层中的反号离子形
2020/12/8
（1）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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2020/12/8
为什么研究胶体分散系统
• 胶体分散系统在生物界和非生物界都普 遍存在，在实际生活和生产中也占有重 要的地位。
• 胶体属于介观世界，研究胶体是人类认 识客观世界的一个重要层次。
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2020/12/8
具体地说：人类对客观世界的认识包含了宏观、微观 和介观三个层次。
所谓宏观是指研究对象的尺寸很大，其下限是人的肉眼可 以观察到的最小物体（r>1μm），而上限则是无限的。
（1）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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2020/12/8
（3）热力学不稳定性
因为粒子小，比表面大，表面自由能高，是热力学不 稳定体系，有自发降低表面自由能的趋势，即小粒子会自 动聚结成大粒子。
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2020/12/8
胶粒的结构
形成憎液溶胶的必要条件是： （1）分散相的溶解度要小； （2）还必须有稳定剂存在，否则胶粒易聚结而
聚沉。
（2）按胶体溶液的稳定性分类
1.憎液溶胶 简称溶胶，由半径在1 nm~100 nm之间的难溶物 固体粒子分散在液体介质中形成， 憎液溶胶具有很大的相界面，易聚沉，是热力 学上的不稳定体系。聚沉之后往往不能恢复原态， 因而是热力学中的不稳定和不可逆系统。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。
因而它是热力学稳定、可逆的系统。
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2020/12/8
憎液溶胶的特性
（1）特有的分散程度
粒子的大小在10-9~10-7 m之间，因而扩散较慢，不能透 过半透膜，渗透压低但有较强的动力稳定性 和乳光现象。
（2）多相不均匀性
具有纳米级的粒子是由许多离子或分子聚结而成，结构 复杂，有的保持了该难溶盐的原有晶体结构，而且粒子大小 不一，与介质之间有明显的相界面，比表面很大。
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例如：云，牛奶，珍珠
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2020/12/8
分散系统的分类
按分散相粒子的大小，通常有三种分散系统
1、分子分散体系 2、胶体分散体系 3、粗分散体系
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2020/12/8
什么是胶体分散系统
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
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2020/12/8
（1）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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胶体与大分子溶液
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前言
• 什么是胶体分散系统？ • 为什么学习胶体分散系统？ • 学习胶体分散系统的那些性质？
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2020/12/8
什么是分散系统
把一种或几种物 质分散在另一种物质 中就构成分散系统。 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)。
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
当分散相粒子大于1000 nm,目测是混浊不均匀体 系，放置后会沉淀或分层，如黄河水。
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2020/12/8
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 13.6 双电层理论和ξ电势
8 乳状液
14.9 凝胶
14.10 大分子溶液
14.11 Donnan平衡和聚电解质溶液的渗透压
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2020/12/8
13.1 胶体及其基本特性
所谓微观是指上限为原子、分子（r<1nm），而下限则是 一个无下限的时空。
对于1μm>r>1nm的研究对象，则属介观世界。 在20世纪80年代前，介观世界被人类所忽略，而对胶体分
散系统的研究则对人类对客观世界的认识起到补充作用。
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2020/12/8
学习内容
14.1 胶体及其基本特性 14.2 溶胶的制备与净化