第五章 膠體溶液

第五章膠體溶液第1頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三學(xué)習(xí)目標(biāo)●理解分散系的概念、分類及特點●了解溶膠的重要性質(zhì)，掌握溶膠的穩(wěn)定性原因及聚沉方法●了解高分子化合物的概念、特性，理解高分子溶液對溶膠的保護(hù)作用●了解凝膠的概念、性質(zhì)及形成原因，熟悉凝膠在醫(yī)學(xué)上的意義第2頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三

第一節(jié)分散系油水泥水NaCl溶液分散劑（介質(zhì)）分散相（質(zhì)）分散系Na+和Cl-小土粒小油滴

水水

水一、分散系的概念（一）分散系1.分散系：一種物質(zhì)(或幾種物質(zhì))以細(xì)小粒子，分散到另一種物質(zhì)里所形成的混合物。2.分散相：被分散成細(xì)小粒子的物質(zhì)。3.分散介質(zhì)：容納分散相的物質(zhì)。第3頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三1.相的定義：物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)完全相同的部分稱為相。（二）相的概念3.多相體系：有兩個或兩個以上相的體系稱多相體系。2.單相體系：只有一個相的體系稱為單相體系（或均相體系）油水混合物碘酊第4頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三二、分散系的分類

分散系劃分方法：根據(jù)分散質(zhì)微粒大小的不同。分散質(zhì)粒子的直徑d：﹤10-9m10-9～10-7m10-9m=1nm(納米)(<1nm1～100nm>100nm)

溶液膠體濁液﹥10-7m第5頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三分散系溶液（分子或離子）膠體粗分散系懸濁液、乳濁液d<1nm1nm<d<100nmd>100nm思考：溶質(zhì)＝分散質(zhì)？溶劑＝分散劑？說明：溶質(zhì)、溶劑概念只適用于溶液，而不能用于其它分散系。第6頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三二、分散系的分類

（一）分子或離子分散系

分散相粒子的直徑小于1nm(10-9m)，以分子、原子或離子狀態(tài)均勻分散在分散介質(zhì)中所形成的分散系，稱為分子或離子分散系。CuSO4溶液特點透明均勻、穩(wěn)定能透過濾紙和半透膜氯化鈉注射液第7頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三二、分散系的分類

（二）粗分散系分散相粒子直徑大于100nm(10-7m)的分散系稱為粗分散系。按分散相狀態(tài)的不同又分為懸濁液和乳濁液。1.懸濁液固體的小顆粒分散在液體中所形成的粗分散系，叫做懸濁液。

2.乳濁液液體以微小的小液滴分散在另一種互不相溶的液體中所形成的粗分散系稱為乳濁液。

油水混合物泥水混合物特點不透明不均勻、不穩(wěn)定不能透過濾紙和半透膜第8頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三二、分散系的分類

（三）膠體分散系

分散相粒子的直徑在1～100nm(10-9m~10-7m)之間的分散系，稱為膠體分散系，簡稱膠體。常見的膠體：Fe(OH)3膠體、Al(OH)3膠體、硅酸膠體、淀粉膠體、蛋白質(zhì)、血液、豆?jié){、墨水、涂料。

Fe(OH)3膠體豆?jié){特點不透明不均勻、不穩(wěn)定不能透過濾紙和半透膜第9頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三三、分散系的特點分散系的種類分散相粒子粒子直徑分散系特點分子、離子分散系溶液單個分子或離子＜1nm單相、透明、均勻、穩(wěn)定、能透過濾紙和半透膜膠體分散系溶膠許多分子或離子的聚集體1～100nm多相、透明度不一、不均勻、較穩(wěn)定、能透過濾紙，不能透過半透膜高分子溶液單個高分子單相、透明、均勻、穩(wěn)定、能透過濾紙，不能透過半透膜粗分散系懸濁液固體小顆粒＞100nm多相、渾濁、不透明、不均勻、不穩(wěn)定、不能透過濾紙和半透膜乳濁液液體小液滴三種分散系的比較

第10頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三第二節(jié)溶膠一、溶膠的性質(zhì)（一）光學(xué)性質(zhì)（丁達(dá)爾效應(yīng)）在暗室中用一束強(qiáng)光投射到溶膠上，從光束的垂直方向上可以清楚地觀察到一條光帶，這是溶膠的丁達(dá)爾效應(yīng)。丁達(dá)爾效應(yīng)是光的散射現(xiàn)象。第11頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三由于溶膠粒子的直徑大小在1~100nm之間，稍小于可見光波長（400~700nm），當(dāng)可見光透過溶膠時會產(chǎn)生明顯的散射作用。而對于真溶液，由于分子或離子直徑遠(yuǎn)小于光的波長，光發(fā)生透射，顯得清澈透明。因此，可以用丁達(dá)爾現(xiàn)象區(qū)分溶膠和真溶液。第12頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三實驗：光束分別通過Fe(OH)3膠體和CuSO4溶液，觀察現(xiàn)象?，F(xiàn)象：一束光通過膠體時，從側(cè)面可觀察到膠體里產(chǎn)生一條光亮的“通路”。CuSO4溶液Fe(OH)3膠體丁達(dá)爾效應(yīng)

利用丁達(dá)爾效應(yīng)是區(qū)分膠體與溶液的一種常用的物理方法。第13頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三（二）動力學(xué)性質(zhì)

1．布朗運動

2．?dāng)U散

3．沉降溶膠的布朗運動在膠體分散系中，當(dāng)溶膠粒子有濃度差時，溶膠粒子將從濃度大區(qū)域向濃度小區(qū)域自動遷移，這種現(xiàn)象稱為擴(kuò)散。如果膠體粒子的密度比分散介質(zhì)的密度大，粒子在重力作用下緩慢地向容器底部降落的現(xiàn)象叫做沉降。

將一束強(qiáng)光透過溶膠并在光的垂直方向用超顯微鏡觀察，可以觀測到溶膠中的粒子在不停地作不規(guī)則的運動，這種不停的無規(guī)則的運動稱為布朗運動。溶膠的擴(kuò)散現(xiàn)象溶膠的沉降現(xiàn)象第14頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三（三）電學(xué)性質(zhì)（電泳現(xiàn)象）在外電場作用下，膠粒在分散介質(zhì)中定向移動的現(xiàn)象稱為電泳現(xiàn)象。

氫氧化鐵溶膠的電泳現(xiàn)象膠粒帶有電荷是由于膠粒電離或選擇性吸附離子引起的。在一個U形管中，加入棕色的Fe(OH)3溶膠，然后插上電極并通直流電，陰極附近顏色逐漸變深，表示氫氧化鐵膠粒向陰極移動。第15頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三二、溶膠的穩(wěn)定性和聚沉（一）溶膠的穩(wěn)定性溶膠是不穩(wěn)定體系，具有自發(fā)聚結(jié)的趨勢，應(yīng)該很容易聚結(jié)而下沉，但事實上很多溶膠相當(dāng)穩(wěn)定。溶膠的穩(wěn)定性原因有以下幾點：①溶膠分散程度高，膠粒體積小，具有強(qiáng)烈的布朗運動，可以克服重力作用而不易下沉。②在溶膠體系中，由于膠粒都帶有相同的電荷，它們相互排斥阻止了彼此的靠近。③膠團(tuán)中的吸附層離子和擴(kuò)散層離子都能發(fā)生水化作用，在其表面形成具有一定強(qiáng)度和彈性的水化膜，這層水化膜阻止了膠粒之間的直接接觸，使膠粒碰撞時不致引起聚沉。第16頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三二、溶膠的穩(wěn)定性和聚沉（二）溶膠的聚沉

溶膠的穩(wěn)定是暫時的、有條件的、相對的。從溶膠的穩(wěn)定性來看，只要破壞了溶膠穩(wěn)定性的因素，溶膠粒子就會聚結(jié)而沉降，這個過程稱為溶膠的聚沉。①電解質(zhì)對溶膠的聚沉作用在溶膠中加入少量電解質(zhì)，增加了溶液中離子的濃度，將有較多帶相反電荷的離子抵消膠粒所帶電荷，使膠粒之間的相互排斥力減小甚至消失，導(dǎo)致膠粒聚集合并變大，從而破壞了水化膜，膠粒就會聚集成大的顆粒從溶膠中聚沉下來。

第17頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三③溶膠的相互聚沉②加熱聚沉

加熱增加了膠粒的運動速度和碰撞機(jī)會，同時降低膠核對帶電離子的吸附作用，減少膠粒所帶的電荷和水化程度，即減弱膠體溶液穩(wěn)定的因素，使膠?？梢耘鲎簿鄢?。將兩種帶相反電荷的溶膠以適當(dāng)?shù)谋壤旌?，也會發(fā)生聚沉。這是因為不同電性的溶膠相互中和了各自所帶的電荷，所以共同聚沉下來。明礬KAl(SO4)2·12H2O

用明礬凈水就是溶膠相互聚沉的實際應(yīng)用，因為天然水中的膠體懸浮粒子一般是負(fù)溶膠，明礬中的硫酸鋁水解生成的Al(OH)3溶膠是正溶膠，兩者混合發(fā)生相互聚沉，再加上Al(OH)3絮狀物的吸附作用，使污物清除，達(dá)到凈化水的目的。第18頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三第三節(jié)高分子化合物溶液一、高分子化合物的概念

高分子化合物是由幾千甚至幾萬個原子組成的、相對分子質(zhì)量在1萬以上，甚至高達(dá)幾百萬的大分子化合物。如蛋白質(zhì)、纖維素、淀粉、動植物膠、人工合成的各種樹脂等。

高分子化合物溶液是指高分子溶解在適當(dāng)?shù)娜軇┲兴纬傻娜芤?。如組成人體組織、細(xì)胞以及存在于體液中的重要物質(zhì)——蛋白質(zhì)、核酸、糖原等。

第19頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三二、高分子化合物溶液的特性（一）穩(wěn)定性高高分子溶液比溶膠穩(wěn)定性高，在無菌、溶劑不蒸發(fā)的情況下，可以長期放置而不沉淀。在穩(wěn)定性方面與真溶液相似。

高分子溶液穩(wěn)定性高，與高分子化合物本身的結(jié)構(gòu)有關(guān)。高分子化合物具有親水基團(tuán)（如-OH、-COOH、-NH3等），這些基團(tuán)與水有很強(qiáng)的親和力。當(dāng)高分子化合物溶解于水中時，在高分子化合物表面上牢固地吸引著許多水分子形成了水化膜。原因第20頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三（二）黏度大

因其具有線狀或分支狀結(jié)構(gòu)，在溶液中能牽引介質(zhì)使其運動困難，故表現(xiàn)為黏度大。真溶液、溶膠的粘度與純?nèi)軇┫嘟?。原因高分子化合物溶液的黏度比溶液或溶膠都大。第21頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三三、高分子化合物對溶膠的保護(hù)作用例如，作為防腐藥的蛋白銀是一種膠體銀制劑，其制備過程中將蛋白質(zhì)高分子化合物加入到膠體銀中，使之比普通銀溶膠更穩(wěn)定、濃度更高、銀粒更細(xì)。

在溶膠中加入適量高分子化合物溶液，可以顯著的增加溶膠的穩(wěn)定性，這種現(xiàn)象叫高分子化合物的保護(hù)作用。第22頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三第四節(jié)凝膠一、凝膠的形成

凝膠是一種特殊的分散體系。它是由膠體粒子或線形大分子之間相互連接，形成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，大量的溶劑分子被分隔在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的空隙中而失去流動性所形成的。1.形成凝膠的原因：一般認(rèn)為是由于析出固體時，形成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)空隙內(nèi)保留了大量的溶劑，所以凝結(jié)為稠厚而不易流動的凝膠。第23頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三2.形成凝膠的條件：首先決定于膠體粒子的本性，其次還與濃度和溫度等因素有關(guān)。

例如：魚湯在低溫下便會形成凝膠。液體含量多的凝膠叫膠凍，如血塊、果凍、魚凍等，液體含量少的稱為干凝膠，如人的指甲、毛發(fā)、皮膚組織等。高分子化合物絕大多數(shù)是線形或分支形大分子，能形成凝膠是其普遍性質(zhì)。濃度越大，溫度越低，越容易形成凝膠。第24頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三二、凝膠的性質(zhì)（一）彈性各種凝膠在凍態(tài)時（溶劑含量多的凝膠叫胨），彈性大致相同，但干燥后就顯出很大差別。一類凝膠在烘干后體積縮小很多，但仍保持彈性，叫做彈性凝膠；例如：肌肉、皮膚、毛發(fā)、指甲等是由柔順性大的線形大分子所形成的凝膠，屬于彈性凝膠；另一類凝膠烘干后體積縮小不多，但失去彈性，變脆，易磨碎，叫做脆性凝膠。例如：由硅酸溶膠、氫氧化鋁溶膠等所形成的凝膠，粒子間交聯(lián)性強(qiáng)，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)牢固，不易伸縮，則是脆性凝膠。第25頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三（二）膨潤（溶脹）干燥的彈性凝膠放入適當(dāng)?shù)娜軇┲?，會自動吸收液體而膨脹，體積增大，這個過程叫做膨潤。有的彈性凝膠膨潤到一定程度，體積就不再增大，稱為有限膨潤。例如：橡膠在苯中的膨潤，木柴在水中的膨潤。有的彈性凝膠能無限地吸收溶劑，最后形成溶液，稱為無限膨潤。例如：阿拉伯樹膠、牛皮膠等在水中的膨潤。脆性凝膠不能膨潤。第26頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三（三）離漿（脫液收縮）

新制備的凝膠放置一段時間后，一部分液體可以自動而緩慢地從凝膠中分離出來，凝膠本身體積縮小，這種現(xiàn)象叫做離漿或脫液收縮。離漿實質(zhì)上是高分子之間繼續(xù)交聯(lián)的結(jié)果，即組成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的大分子之間的連結(jié)點繼續(xù)發(fā)展增多，使網(wǎng)架緊密，更牢固，結(jié)果使液體從網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中擠出。離漿析出的液體是溶液而不是溶劑，因而離漿并不是膨潤的逆過程。例如：腺體的分泌，新鮮血塊放置后分離出血清，淀粉糊放置后分離出液體，都是凝膠的離漿現(xiàn)象。第27頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三三、凝膠的生理意義凝膠處于溶液和固體高聚物的中間狀態(tài)，兼有兩者的一些性質(zhì)，一方面具有一定強(qiáng)度以維持形態(tài)，另一方面可以讓許多物質(zhì)在其中進(jìn)行物質(zhì)交換，因此凝膠對生命活動具有重要意義。

例如生物體中肌肉組織纖維、細(xì)胞膜、軟骨和有機(jī)體中的各種膜，都是凝膠的薄膜，它們具有一定的強(qiáng)度，保持細(xì)胞和組織一定的形狀，同時承擔(dān)著機(jī)體新陳代謝過程中物質(zhì)交換的功能。生理學(xué)特點

凝膠在有機(jī)體的組成中占重要地位，人