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

24

388321132 +++=++−−−−−→−++

（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

3

3

)(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 -==

1

1 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 24

42)()(S C N Mg BaSO

MgSO SCN Ba +→+

试剂浓度：

③ 低， 334/1010dm 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

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=⋅

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21

a 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 << ，