膠體及其性質(zhì)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上膠體及其性質(zhì)一、膠體的由來(lái)及其認(rèn)識(shí)的發(fā)展膠體一詞，來(lái)自1861年T.格雷姆研究物質(zhì)在水中擴(kuò)散的論文應(yīng)用于分析的液體擴(kuò)散。當(dāng)時(shí)發(fā)現(xiàn)有些物質(zhì)（如某些無(wú)機(jī)鹽、糖和甘油等）在水中擴(kuò)散很快，容易透過(guò)一些膜；而另一些物質(zhì)，如蛋白質(zhì)、明膠和硅膠類水合氧化物等，則擴(kuò)散很慢或不擴(kuò)散。前者容易形成晶態(tài)，稱為晶質(zhì)；后者不易形成晶態(tài)，多呈膠態(tài)，則稱為膠體。此種分類并未說(shuō)明膠體的本質(zhì)，因?yàn)槟z狀的膠體在適當(dāng)條件下可以形成晶態(tài)，而晶質(zhì)也可以形成膠態(tài)。直到20世紀(jì)初超顯微鏡的發(fā)明以及后來(lái)電子顯微鏡的應(yīng)用，對(duì)膠體才逐漸有較清楚的了解.二、膠體體系的特點(diǎn)自質(zhì)點(diǎn)大小這一特點(diǎn)考慮，高分子與膠體質(zhì)點(diǎn)的大小差不

2、多。例如，分子量為 36000的胰島素（球狀）直徑約4.0納米；分子量為42000的蛋白朊長(zhǎng)橢球長(zhǎng)約11納米，與一般金溶膠和硅溶膠質(zhì)點(diǎn)大小相近。有的高分子甚至長(zhǎng)達(dá)100納米以上。因此,與大小有關(guān)的性質(zhì)，如擴(kuò)散、沉降、滲透壓、光散射（見(jiàn)膠體光散射）等性質(zhì)，二者全都相似。膠體研究的許多結(jié)果可以應(yīng)用于高分子體系，從而大大推動(dòng)了高分子的研究，高分子化學(xué)的部分領(lǐng)域也就歸入膠體化學(xué)的范疇。經(jīng)典的膠體體系是熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，是一相（質(zhì)點(diǎn)）分布在另一相(介質(zhì))中的多相分散體系；而高分子質(zhì)點(diǎn)分散在介質(zhì)中的這種膠體體系卻是熱力學(xué)穩(wěn)定的體系，是均相溶液，即高分子溶于溶劑而形成的溶液。如同小分子的溶液一樣,只要溶劑不

3、揮發(fā),高分子溶液就可以永久存在。高分子溶液的溶劑揮發(fā)后，得到高分子化合物；但若把高分子放入溶劑中，則又自動(dòng)溶解而形成溶液。于是就把高分子溶液稱為可逆膠體，也叫做親液膠體，以與疏液膠體相對(duì)照、相區(qū)別。膠體質(zhì)點(diǎn)與經(jīng)典化學(xué)所研究的分子不同的另一特點(diǎn)，是其形狀的千差萬(wàn)別，從完全對(duì)稱的球形和比較對(duì)稱的橢球形,到極不對(duì)稱的不規(guī)則薄片,以至細(xì)長(zhǎng)的線條。這將對(duì)體系的性質(zhì)，特別是流變性質(zhì)有重大影響。例如高分子溶液、鉆井泥漿、油漆涂料、膠團(tuán)溶液，以及乳狀液、泡沫等的粘度、彈性、塑性及觸變性等皆與質(zhì)點(diǎn)的形狀和結(jié)構(gòu)有關(guān)（見(jiàn)非牛頓流體）。三、膠體化學(xué)中的基本術(shù)語(yǔ)相是指物質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)都完全相同的均勻部分。體系中有兩個(gè)

4、或兩個(gè)以上的相，稱為多相體系。相界面是指相與相之間的接觸面稱為相界面，相與相之間的宏觀物理界面。在相互接觸的兩相中，若一相為氣體，相界面稱為表面，若是液固分界面，稱為界面。分散相是指在多相分散體系中，被分散的物質(zhì)。分散介質(zhì)是指分散相所在的連續(xù)介質(zhì)，又叫連續(xù)相。 例如：鉆井液中，粘土顆粒分散在水中。粘土為分散相；水為分散介質(zhì)。分散度D是指分散相的分散度，是分散程度的量度，通常用分散相顆粒平均直徑或長(zhǎng)度a的倒數(shù)來(lái)表示。 D=1a。比表面是指單位體積（重量）物質(zhì)的總表面積。比表面 = S/V（ m-1 ） 或比表 面= S/W（m2 kg）。吸附是指物質(zhì)在兩相界面上自動(dòng)濃集（界面濃度大于內(nèi)部濃度）的

5、現(xiàn)象。吸附質(zhì)是指被吸附的物質(zhì)。吸附劑是指吸附吸附質(zhì)的物質(zhì)。物理吸附是指吸附的作用力是以靜電吸引為主的吸附?；瘜W(xué)吸附是指吸附的作用力是以化學(xué)鍵力為主的吸附。四、溶膠的制備1.溶膠制備的一般條件：（1）分散相在介質(zhì)中的溶解度必須極?。?）必須有穩(wěn)定劑存在2.膠體的制備方法：（1）凝聚法（2）分散法五、溶膠的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)1.擴(kuò)散：過(guò)程為自發(fā)過(guò)程 ddddmcDA t x ，此為Fick第一擴(kuò)散定律，式中dm/dt表示單位時(shí)間通過(guò)截面A 擴(kuò)散的物質(zhì)數(shù)量，D為擴(kuò)散系數(shù)，單位為m2/s，D越大，質(zhì)點(diǎn)的擴(kuò)散能力越大 擴(kuò)散系數(shù)D與質(zhì)點(diǎn)在介質(zhì)中運(yùn)動(dòng)時(shí)阻力系數(shù)f之間的關(guān)系為：ARTDNf （AN為 阿伏加德羅常數(shù)；R

6、為氣體常數(shù)） 若顆粒為球形，阻力系數(shù)f=6rp（式中，h為介質(zhì)的黏度，r為質(zhì)點(diǎn)的半徑） 故16RTDNA r，此式即為Einstein第一擴(kuò)散公式 濃度梯度越大，質(zhì)點(diǎn)擴(kuò)散越快；就質(zhì)點(diǎn)而言，半徑越小，擴(kuò)散能力越強(qiáng)，擴(kuò)散速度越快。2.布朗運(yùn)動(dòng)：本質(zhì)是分子的熱運(yùn)動(dòng) 現(xiàn)象：分子處于不停的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)中 由于布朗運(yùn)動(dòng)是無(wú)規(guī)則的，因此就單個(gè)粒子而言，它們向各方向運(yùn)動(dòng)的幾率是相等的。在濃度高的區(qū)域，單位體積的粒子較周圍多，造成該區(qū)域“出多進(jìn)少”，使?jié)舛冉档?，這就表現(xiàn)為擴(kuò)散。擴(kuò)散是布朗運(yùn)動(dòng)的宏觀表現(xiàn)，而布朗運(yùn)動(dòng)是擴(kuò)散的微觀基礎(chǔ) Einstein認(rèn)為，粒子的平均位移x與粒子半徑r、介質(zhì)黏度h、溫度T和位移時(shí) 間t

7、 之間的關(guān)系：1 2 3ARTtxNr，此式常稱為Einstein-Brown位移方程。式 中x是在觀察時(shí)間t內(nèi)粒子沿x軸方向的平均位移；r為膠粒的半徑；h為介質(zhì)的粘度；AN為阿伏加德羅常數(shù)。 3.沉降 溶膠是高度分散體系，膠粒一方面受到重力吸引而下降，另一方面由于布朗運(yùn)動(dòng)促使?jié)舛融呌诰?。?dāng)這兩種效應(yīng)相反的力相等時(shí)，粒子的分布達(dá)到平衡，粒子的濃度隨高度不同有一定的梯度，如圖所示。這種平衡稱為沉降平衡。六、溶膠的光學(xué)性質(zhì)1、丁達(dá)爾效應(yīng)：以一束強(qiáng)光射入溶膠后，在入射光的垂直方向可以看到一道明亮的光帶，被稱為丁達(dá)爾效應(yīng) 光本質(zhì)是電磁波，當(dāng)光波作用到介質(zhì)中小于光波波長(zhǎng)的粒子上時(shí)，粒子中的電子被迫振動(dòng)

8、（其振動(dòng)頻率與入射光波的頻率相同）,成為二次波源，向各個(gè)方向發(fā) 射電磁波，這就是散射光波也就是我們看到的散射光。 丁達(dá)爾效應(yīng)可以認(rèn)為是膠粒對(duì)光的散射作用的宏觀表現(xiàn)。2、Rayleigh散射定律散射光強(qiáng)度與入射光波長(zhǎng)的四次方成反比。入射光波長(zhǎng)愈短，散射愈顯著。所以可見(jiàn)光中，藍(lán)、紫色光散射作用強(qiáng)。分散相與分散介質(zhì)的折射率相差愈顯著，則散射作用亦愈顯著。若n1=n2 則無(wú)散射現(xiàn)象 散射光強(qiáng)度與單位體積中的粒子數(shù)成正比。 散射光強(qiáng)度與粒子體積的平方成正比。在低分子溶液中，散射光極弱，因此利用丁道爾現(xiàn)象可以鑒別溶膠和真溶液。3、溶膠的顏色：溶膠產(chǎn)生各種顏色的主要原因是溶膠中的質(zhì)點(diǎn)對(duì)可見(jiàn)光產(chǎn)生選擇性吸 收

9、 若溶膠對(duì)可見(jiàn)光的各部分吸收很弱，且大致相同，則溶膠無(wú)色 若溶膠能較強(qiáng)的選擇性吸收某一波長(zhǎng)的光，則透過(guò)光該波長(zhǎng)的光變?nèi)?，就?huì)呈現(xiàn)該波長(zhǎng)光的補(bǔ)色光 質(zhì)點(diǎn)對(duì)光的吸收主要取決于其化學(xué)結(jié)構(gòu) 每種分子都有其自己的特征吸收波長(zhǎng)，若特征波長(zhǎng)在可見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍內(nèi)，則該物質(zhì)顯色七、膠體產(chǎn)生電動(dòng)現(xiàn)象的原因在固體表面的帶電離子稱為定位離子或電位離子，定位離子是使膠體產(chǎn)生電動(dòng)現(xiàn)象的原因。而固體表面上產(chǎn)生定位離子的原因：（1）吸附。膠粒在形成過(guò)程中，膠核優(yōu)先吸附某種離子，使膠粒帶電。（2）電離。對(duì)于可能發(fā)生電離的大分子的溶膠而言，則膠粒帶電主要是其本身發(fā)生電離引起的。例如蛋白質(zhì)分子，當(dāng)它的羧基或胺基在水中離解時(shí)，整個(gè)大分

10、子就帶負(fù)電或正電荷。（3）同晶置換。黏土礦物中如高嶺土，主要由鋁氧四面體和硅氧四面體組成，而與周圍4個(gè)氧的電荷不平衡，要由等正離子來(lái)平衡電荷。而這些正離子在介質(zhì)中會(huì)電離并擴(kuò)散，所以使黏土微粒帶負(fù)電。（4）溶解量的不均衡。離子型固體物質(zhì)如AgI，在水中會(huì)有微量的溶解，所以水中會(huì)有少量的銀離子和碘離子。八、電動(dòng)現(xiàn)象電泳、電滲，流動(dòng)電勢(shì)和沉降電勢(shì)均屬于電動(dòng)現(xiàn)象電泳：在外電場(chǎng)作用下，膠體粒子相對(duì)于靜止介質(zhì)作定向移動(dòng)的電動(dòng)現(xiàn)象稱電泳。電滲：在外電場(chǎng)作用下，分散介質(zhì)相對(duì)于靜止的帶電固體表面作定向移動(dòng)的電動(dòng)現(xiàn)象流動(dòng)電勢(shì)：在外力作用下，液體流過(guò)毛細(xì)管或多孔塞時(shí)，兩端產(chǎn)生的電勢(shì)差稱為流動(dòng)電勢(shì)。 沉降電勢(shì)：在外力作用下，帶電膠粒作相對(duì)于液相的運(yùn)動(dòng)時(shí)，兩端產(chǎn)生的電勢(shì)差稱為沉降電勢(shì)。參考文獻(xiàn)1、作者： 書(shū)名：應(yīng)用膠體與界面化學(xué) 出 版 社： 出版時(shí)間：2008-08-01版2、作者：等編著 書(shū)名：膠體與表面化學(xué) 出 版 社： 出版時(shí)間：2004-8