第二章 膠體溶液及表面現(xiàn)象

1、無機化學1無機化學2主要內容n第一節(jié)第一節(jié) 溶膠溶膠n第二節(jié)第二節(jié) 高分子化合物溶液高分子化合物溶液n第三節(jié)第三節(jié) 凝膠凝膠n第四節(jié)第四節(jié) 物質的表面現(xiàn)象物質的表面現(xiàn)象無機化學3 膠體分散系包括膠體分散系包括溶膠、高分子溶液和締合膠溶膠、高分子溶液和締合膠體體三類。膠體的分散相的粒子的大小為三類。膠體的分散相的粒子的大小為1100 nm，可以是一些小分子、離子或原子的聚集體，可以是一些小分子、離子或原子的聚集體，也可以是單個的大分子。分散介質可以是液體、也可以是單個的大分子。分散介質可以是液體、氣體，或是固體。氣體，或是固體。無機化學4分散介質分散相名 稱實 例氣體液體氣溶膠霧氣體固體氣溶膠煙

2、液體氣體泡沫膠生奶油液體液體乳狀液牛奶液體固體溶膠油漆，細胞液固體氣體泡沫浮石固體液體凝膠果凍固體固體固體溶膠紅寶石玻璃無機化學5一、溶膠的性質n（一）膠粒對過濾器的通透性 濾紙孔徑1000-5000nm 瓷板孔徑100nm無機化學6Tyndall現(xiàn)象 令一束聚焦的光束通令一束聚焦的光束通過溶膠，則從側面可以過溶膠，則從側面可以看到一個發(fā)光的圓錐體，看到一個發(fā)光的圓錐體，這種現(xiàn)象稱為這種現(xiàn)象稱為Tyndall效效應應(Tyndall effect) ，又稱又稱乳光現(xiàn)象。乳光現(xiàn)象。（二）溶膠的光學性質（二）溶膠的光學性質-丁鐸爾現(xiàn)象丁鐸爾現(xiàn)象無機化學7無機化學8d 略小于或接近于ddn (Br)

3、，AgNO3溶液過量，膠核(AgBr)m優(yōu)先吸附Ag+形成帶正電荷的膠粒。膠團的結構為： (AgBr)mnAg+(n-x)NO3x+x NO3- 無機化學21AgBrm nBr- (n-x) K x x K 膠核膠核膠粒膠粒膠團膠團吸附層吸附層擴散層擴散層同理，可以寫出同理，可以寫出AgBr溶膠的膠團結構式溶膠的膠團結構式( (KBr過過量量):):無機化學22練習：1.在AgNO3溶液中加入過量的KI溶液，得到溶膠的膠團結構可表示為 （ ）A.(AgI)mnI- (n-x)K+x-xK+ B.(AgI)mnNO3- (n-x)K+x-xK+ C.(AgI)mnAg+ (n-x)I-xxK+D

4、.(AgI)mnAg+ (n-x)NO3-x+xNO3- E.(AgI)mnAg+ (n-x)NO3-x+xI- 2.混合AgNO3和KI溶液制備AgI負溶膠時，AgNO3和KI間的關系應是 （ ）A.c (AgNO3) c (KI) B.V (AgNO3) V (KI) C.n (AgNO3) n (KI) D.n (AgNO3) = n (KI) E.n (AgNO3) n (KI)答案：A、E無機化學23二、溶膠的穩(wěn)定性和聚沉二、溶膠的穩(wěn)定性和聚沉n穩(wěn)定性穩(wěn)定性-溶膠是熱力學上的不穩(wěn)定體系，其穩(wěn)定溶膠是熱力學上的不穩(wěn)定體系，其穩(wěn)定性因素主要是性因素主要是膠粒帶電膠粒帶電和和水化膜水化膜的

5、存在。的存在。 膠粒都帶有相同符號的電荷，膠粒之間相互排膠粒都帶有相同符號的電荷，膠粒之間相互排斥，阻止兩膠粒合并變大；斥，阻止兩膠粒合并變大；另外膠粒吸附層中的另外膠粒吸附層中的離子對水分子有吸引力，吸附的水分子在膠粒表離子對水分子有吸引力，吸附的水分子在膠粒表面形成一層水化膜，阻止了膠粒之間的聚結。面形成一層水化膜，阻止了膠粒之間的聚結。因因此溶膠中的膠粒能相對穩(wěn)定地存在。此溶膠中的膠粒能相對穩(wěn)定地存在。n 聚沉聚沉-當膠粒的動能增大到能克服這種靜電斥當膠粒的動能增大到能克服這種靜電斥力時，膠粒間就會相互碰撞合并，粒子增大到布力時，膠粒間就會相互碰撞合并，粒子增大到布朗運動克服不了重力作用

6、時就出現(xiàn)朗運動克服不了重力作用時就出現(xiàn)聚沉聚沉。無機化學24n促使溶膠聚沉的主要方法：促使溶膠聚沉的主要方法：n（一）加入強電解質（一）加入強電解質n原理：一是加入的強電解質解離出的離子原理：一是加入的強電解質解離出的離子破壞了破壞了雙電層結構雙電層結構，膠粒失去了靜電保護作用；二是強，膠粒失去了靜電保護作用；二是強電解質離子具有很強的溶劑化作用，電解質離子具有很強的溶劑化作用，破壞了膠粒破壞了膠粒表面的水化膜表面的水化膜。n注意：電解質對溶膠的聚沉作用取決于與膠粒帶注意：電解質對溶膠的聚沉作用取決于與膠粒帶有相反電荷的離子，即有相反電荷的離子，即反離子反離子。n電解質對溶膠的聚沉作用電解質對

7、溶膠的聚沉作用與反離子所帶電荷的多與反離子所帶電荷的多少有關少有關。無機化學n（1）一般地，離子電荷越高，對溶膠的聚沉能）一般地，離子電荷越高，對溶膠的聚沉能力就越強。這個規(guī)律叫做哈迪力就越強。這個規(guī)律叫做哈迪-叔爾采規(guī)則。叔爾采規(guī)則。 一價、二價、三價反離子的臨界聚沉濃度之比：一價、二價、三價反離子的臨界聚沉濃度之比： (1/1)6:(1/2)6:(1/3)6 =100: 1.8:0.14n（2）同價反離子的聚沉能力雖相差不大，其聚）同價反離子的聚沉能力雖相差不大，其聚沉能力隨著離子水合半徑的減小而增加。沉能力隨著離子水合半徑的減小而增加。 如如:一價正離子一價正離子(對負溶膠對負溶膠)聚沉

8、能力：聚沉能力： H+ Cs+ Rb+ NH4+ K+ Na+ Li+ 一價負離子一價負離子(對正溶膠對正溶膠)聚沉能力：聚沉能力： F- Cl- Br- I -OH-無機化學26n（二）加入帶相反電荷的溶膠（二）加入帶相反電荷的溶膠 帶相反電荷的溶膠有相互聚沉能力。例如，用明帶相反電荷的溶膠有相互聚沉能力。例如，用明礬凈水。礬凈水。n（三）加熱（三）加熱 加熱增加了膠粒的運動速度和碰撞機會，同時降加熱增加了膠粒的運動速度和碰撞機會，同時降低了它對離子的吸附作用，從而降低了膠粒所帶低了它對離子的吸附作用，從而降低了膠粒所帶電荷的電量和水化程度，使溶膠在碰撞中聚沉。電荷的電量和水化程度，使溶膠在

9、碰撞中聚沉。 例如：例如：As2S3溶膠加熱至沸，析出淡黃色溶膠加熱至沸，析出淡黃色As2S3沉沉淀。淀。無機化學27n1.下列四種電解質對某種AgCl溶膠的臨界聚沉濃度（mmolL-1）分別是：NaNO3(300)，Na2SO4（295），MgCl2(25)，AlCl3(0.5)，則該種AgCl溶膠的類型和膠粒所帶電荷的電性分別是（ ） nA.正溶膠、正電性 B.正溶膠、負電性nC.中性溶膠、電中性 D.負溶膠、正電性nE.負溶膠、負電性答案：E無機化學282.溶膠具有相對穩(wěn)定性的原因是（） A.布朗運動 B.帶有相同電荷的膠粒間的靜電斥力 C.膠粒表面水合膜的保護作用 D.A、B和C 3.

10、現(xiàn)有甲、乙、丙、丁和Fe(OH)3五種溶膠，把甲與丙、乙與丁、丙與丁、丙與Fe(OH)3溶膠兩兩混合，均發(fā)生聚沉現(xiàn)象，那末，膠粒帶負電荷的溶膠是 （ ）A.甲和乙 B.乙和丙 C.甲和丁 D.甲和丙E.乙和丁答案：D、B無機化學294.某溶膠在電泳時膠粒向陽極移動，將該溶膠分別加入到蔗糖溶液 氯化鈉溶液 硅酸溶膠 氫氧化鐵溶膠中，不發(fā)生聚沉的是（） nA.和 B.和nC.和 D.和nE.和答案：Cn5.膠體的本質特征是 n A.Tyndall現(xiàn)象 B.膠粒帶電n C.膠粒直徑為1100nm D.布朗運動答案：C無機化學30第二節(jié) 高分子化合物n 高分子化合物的相對分子質量很大，通常為高分子化合

11、物的相對分子質量很大，通常為104106。它的許多性質都與相對分子質量大有關。它的許多性質都與相對分子質量大有關。n 可分為天然高分子可分為天然高分子(蛋白質、核酸、淀粉、糖元、蛋白質、核酸、淀粉、糖元、纖維素纖維素)和合成高分子和合成高分子(塑料、橡膠等塑料、橡膠等)。n 高分子化合物能自動分散到合適的分散介質中形成高分子化合物能自動分散到合適的分散介質中形成均勻的溶液，為均相系統(tǒng)，在熱力學上是穩(wěn)定的均勻的溶液，為均相系統(tǒng)，在熱力學上是穩(wěn)定的-與與真溶液相似。粒子直徑大小與溶膠相似真溶液相似。粒子直徑大小與溶膠相似-擴散速率慢，擴散速率慢，不能透過半透膜。不能透過半透膜。無機化學31一、高分

12、子化合物的概念n高分子化合物概念：單個分子相對分子量在一萬以上的大分子。q 蛋白質、核酸、糖原、存在體液中重要物質；人體肌肉、組織；又如天然橡膠等q 據來源 可分為天然的和合成的無機化學32表表2-1 高分子溶液與溶膠性質的比較高分子溶液與溶膠性質的比較 高分子溶液高分子溶液 溶溶 膠膠 膠粒是單個的高分子化合物膠粒是單個的高分子化合物分散相與分散介質親和力強分散相與分散介質親和力強均相分散系統(tǒng)，均相分散系統(tǒng)，Tyndall現(xiàn)象現(xiàn)象不明顯不明顯穩(wěn)定系統(tǒng)，加入少量電解質穩(wěn)定系統(tǒng)，加入少量電解質無影響，加大量電解質凝聚無影響，加大量電解質凝聚粘度和滲透壓較大粘度和滲透壓較大膠粒由許多分子聚集而成膠

13、粒由許多分子聚集而成分散相與分散介質親和力小分散相與分散介質親和力小非均相分散系統(tǒng)，非均相分散系統(tǒng)，Tyndall現(xiàn)象明顯現(xiàn)象明顯不穩(wěn)定系統(tǒng)，加入少量電解不穩(wěn)定系統(tǒng)，加入少量電解質后即可產生聚沉質后即可產生聚沉粘度和滲透壓較小粘度和滲透壓較小二、高分子化合物溶液的形成和特征無機化學33n在溶膠中加入一定量的高分子，能顯著提高溶膠的穩(wěn)定性，在溶膠中加入一定量的高分子，能顯著提高溶膠的穩(wěn)定性，這種現(xiàn)象稱為這種現(xiàn)象稱為高分子對溶膠的保護作用高分子對溶膠的保護作用。n原因是：高分子物質吸附在溶膠粒子表面，包圍住膠粒，原因是：高分子物質吸附在溶膠粒子表面，包圍住膠粒，形成一層高分子保護膜，使其對介質的親

14、和力加強，阻止形成一層高分子保護膜，使其對介質的親和力加強，阻止了膠粒之間的直接接觸，從而增強了溶膠的穩(wěn)定性。了膠粒之間的直接接觸，從而增強了溶膠的穩(wěn)定性。n但有時，加入少量的高分子溶液，不但起不到保護作用，但有時，加入少量的高分子溶液，不但起不到保護作用，反而降低了溶膠的穩(wěn)定性，甚至發(fā)生聚沉，這種現(xiàn)象稱作反而降低了溶膠的穩(wěn)定性，甚至發(fā)生聚沉，這種現(xiàn)象稱作敏化作用敏化作用。 原因是：濃度低時，無法將膠體顆粒表面完全覆蓋，一個原因是：濃度低時，無法將膠體顆粒表面完全覆蓋，一個高分子長鏈可同時吸附多個膠粒，把膠粒聚集起來產生沉高分子長鏈可同時吸附多個膠粒，把膠粒聚集起來產生沉淀。淀。三、高分子溶液

15、對溶膠的保護作用和敏三、高分子溶液對溶膠的保護作用和敏化作用化作用無機化學34高分子物質對溶膠保護作用（高分子物質對溶膠保護作用（a a）和敏化作用（和敏化作用（b b）示意圖）示意圖 無機化學35第三節(jié) 凝膠q高分子溶液粘度變大，失去流動性，形成有網狀結構的半固態(tài)物質，稱為凝膠（gel）。q剛性凝膠：粒子間交聯(lián)強，網狀骨架堅固，若將其干燥，網孔中的液體可被驅出，凝膠的體積和外形無明顯變化。q彈性凝膠：由柔性高分子化合物形成，干燥后，體積明顯縮小，有彈性，再放到合適的液體中，它又會溶脹變大，甚至完全溶解。無機化學36第四節(jié)第四節(jié) 物質的表面現(xiàn)象物質的表面現(xiàn)象n兩相接觸的分界面稱為界面。若其中一

16、相為氣相，則稱為表面。一切界面上發(fā)生的現(xiàn)象，統(tǒng)稱為表面現(xiàn)象。無機化學37氣相氣相 液體內部及表層分子受力情況示意圖液相液相無機化學38一、表面張力和表面能一、表面張力和表面能n表面張力：表面張力：指向液體內部的引力把液體分子從其指向液體內部的引力把液體分子從其表面拉到內部，即表面的一種抵抗擴張的力。表面拉到內部，即表面的一種抵抗擴張的力。用用表示，單位表示，單位N/m。n表面能：表面能：把分子從內部移往界面必須克服吸引力把分子從內部移往界面必須克服吸引力而消耗一定量的功，這個功稱為表面能。而消耗一定量的功，這個功稱為表面能。sE無機化學39二、表面活性物質二、表面活性物質表面活性物質：能顯著降

17、低水的表面張力的物質非表面活性物質：使水的表面張力升高或略微降低的物質。正吸附：若溶液表面吸附的溶質能降低溶劑表面張力，則溶液表層將保留更多的溶質分子，其表層濃度大于溶液內部的溶質濃度，這種吸附稱為正吸附。負吸附：若增大溶劑的表面張力，溶液表層則排斥溶質，使其盡量進人溶液內部，此時溶液表層溶質的濃度小于其內部濃度，這種吸附叫負吸附。表面活性物質在溶液中形成正吸附；而非表面活性物質表面活性物質在溶液中形成正吸附；而非表面活性物質在溶液中形成負吸附。在溶液中形成負吸附。無機化學40 結構特征：結構特征：表面活性劑一般具有兩類性質相反表面活性劑一般具有兩類性質相反的兩親性基團。的兩親性基團。 一類為一類為疏水性或親脂性基團疏水性或親脂性基團，為，為非極性基團非極性基團，它們是一些直鏈的或帶有側鏈的有機烴基；它們是一些直鏈的或帶有側鏈的有機烴基； 另一類是另一類是親水性基團，為極性基團親水性基團，為極性基團，如：，如： -OH、-COOH、-NH2、-SH及及-SO2OH等等。 無機化學41q含有疏水性非極性基團和親水性極性基團，親水基端進入水中，疏水基端離開水