高等水化学胶体化学.ppt

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1、第二章第二章 胶体化学胶体化学“胶体胶体”这个名词是英国化学家这个名词是英国化学家Graham于于18611861年提出的年提出的胶体胶体(colloid)任一质点任一质点, ,其某个线度其某个线度在在1010-7-7和和1010-9-9m m之间即认为是之间即认为是胶体分散系统胶体分散系统（一）胶体分散系统及其基本性质（一）胶体分散系统及其基本性质分散系统分散系统：一种或几种物质分散在另一种物质之中：一种或几种物质分散在另一种物质之中分散相分散相：被分散的物质：被分散的物质 （dispersed phase）分散介质分散介质：另一种连续分布的物质：另一种连续分布的物质 （dispersing

2、 medium)胶体是一种分散系统胶体是一种分散系统例如：云，牛奶，珍珠例如：云，牛奶，珍珠类型类型粒子大小粒子大小特性特性举例举例低分子溶低分子溶液液( (分子分子分散系统分散系统) )100nm 热力学热力学不稳定不稳定, ,动力学动力学不不稳定稳定的的多相多相系统系统, ,扩散慢扩散慢, ,不不能透过半透膜能透过半透膜, ,光散射强光散射强, ,在在普通显微镜下可以看见普通显微镜下可以看见泥沙悬浮液、泥沙悬浮液、大气层中尘埃大气层中尘埃和水滴和水滴按分散相粒子的大小分类按分散相粒子的大小分类按分散相和分散介质的聚集状态分类按分散相和分散介质的聚集状态分类分散相分散相分散介质分散介质名称名

3、称实例实例气气液液固固 液液泡沫泡沫乳状液乳状液溶胶溶胶肥皂泡沫、灭火泡沫肥皂泡沫、灭火泡沫牛奶、豆浆牛奶、豆浆金溶胶、硫溶胶金溶胶、硫溶胶气气液液固固固固固态泡沫固态泡沫固态乳状固态乳状液液固态溶胶固态溶胶泡沫玻璃、泡沫塑料泡沫玻璃、泡沫塑料珍珠珍珠有色玻璃、有色塑料有色玻璃、有色塑料液液固固气气雾雾烟烟水雾、油雾水雾、油雾烟、尘烟、尘按胶体分散系统的性质分类按胶体分散系统的性质分类 （1）憎液溶胶）憎液溶胶 由由AgI(s)，Au(s)，Fe(OH)3(s)等难溶物质等难溶物质分散在液体介质（通常是水）中形成的溶分散在液体介质（通常是水）中形成的溶胶。胶。 半径在半径在1nm-100nm之

4、间的难溶物固体粒子之间的难溶物固体粒子保持了原有的性质，分散在液体介质中，保持了原有的性质，分散在液体介质中，有很大的相界面，易聚沉，是热力学上的有很大的相界面，易聚沉，是热力学上的不稳定系统。不稳定系统。 这是胶体分散系统中主要研究的内容。这是胶体分散系统中主要研究的内容。按胶体分散系统的性质分类按胶体分散系统的性质分类 （2）亲液溶胶）亲液溶胶 半径落在胶体粒子范围内的大分子物质，半径落在胶体粒子范围内的大分子物质，溶解在合适的溶剂中形成的溶胶。溶解在合适的溶剂中形成的溶胶。 分散相分子本身的大小已达到胶粒范围，分散相分子本身的大小已达到胶粒范围，它的扩散速率小、不能透过半透膜等性质它的扩

5、散速率小、不能透过半透膜等性质与胶体系统相似。与胶体系统相似。 亲液溶胶是热力学上稳定，可逆的系统。亲液溶胶是热力学上稳定，可逆的系统。粗分散系统粗分散系统胶体系统胶体系统分子分散系统分子分散系统分散法分散法凝聚法凝聚法大变小大变小小变大小变大nm100 nm1100nm1 分散法分散法研磨法研磨法气流粉碎法气流粉碎法胶溶法胶溶法超声波粉碎法超声波粉碎法电弧法电弧法凝聚法凝聚法物理凝聚物理凝聚化学凝聚化学凝聚蒸气凝聚法蒸气凝聚法过饱和法过饱和法复分解反应法复分解反应法水解反应法水解反应法121 胶体系统的制备与净化胶体系统的制备与净化分散法分散法研磨法研磨法：即机械粉碎的方法，通常用于：即机械

6、粉碎的方法，通常用于脆而易碎的物质，对于柔韧的物质必脆而易碎的物质，对于柔韧的物质必须先硬化后再分散。胶体磨的主要部须先硬化后再分散。胶体磨的主要部件是一高速转动的圆盘，一般每分钟件是一高速转动的圆盘，一般每分钟可以转动可以转动5000-100005000-10000转。圆盘的周边转。圆盘的周边与外壳之间的距离可调节到与外壳之间的距离可调节到5 5* *1010-6-6m m左左右的微小距离，物料在其间受到强烈右的微小距离，物料在其间受到强烈地冲击与研磨。地冲击与研磨。分散法分散法气流粉碎法气流粉碎法：气流粉碎机（喷射磨）它的主要：气流粉碎机（喷射磨）它的主要部件是在粉碎室的边缘上装有与周边成

7、一定部件是在粉碎室的边缘上装有与周边成一定角度的两个高压喷嘴。此喷嘴分别将高压空角度的两个高压喷嘴。此喷嘴分别将高压空气及物料以接近或超过音速的速度喷入粉碎气及物料以接近或超过音速的速度喷入粉碎室，这两股方向相反、高速旋转的流体在粉室，这两股方向相反、高速旋转的流体在粉碎室相遇，形成涡流。固体粒子由于相互间碎室相遇，形成涡流。固体粒子由于相互间的碰撞、摩擦及剪切作用而被粉碎。由于旋的碰撞、摩擦及剪切作用而被粉碎。由于旋转的离心作用，较大的粒子被抛向周边而继转的离心作用，较大的粒子被抛向周边而继续被粉碎；细小微粒则随气流走向中心，受续被粉碎；细小微粒则随气流走向中心，受到挡板拦截而落入布袋。到挡

8、板拦截而落入布袋。分散法分散法胶溶法胶溶法：亦称解胶法，它不是使粗粒分散：亦称解胶法，它不是使粗粒分散成溶胶，而只是使暂时凝集起来的分散成溶胶，而只是使暂时凝集起来的分散相又重新分散。许多新鲜的沉淀经洗涤相又重新分散。许多新鲜的沉淀经洗涤除去过多的电解质，再加少量的稳定剂除去过多的电解质，再加少量的稳定剂后，则又可以制成溶胶，这种作用称为后，则又可以制成溶胶，这种作用称为胶溶作用。胶溶作用。AgCl (新鲜沉淀）新鲜沉淀） AgCl(溶胶）溶胶）AgNOKCl3加或 Fe(OH)3（新鲜沉淀）（新鲜沉淀） Fe(OH)3 ( (溶胶）溶胶）3FeCl加分散法分散法超声波分散法超声波分散法：用超

9、声波所产生的能量来进行分散作：用超声波所产生的能量来进行分散作用。目前多用于制备乳状液。用。目前多用于制备乳状液。电弧法电弧法：将预制金属溶胶的金属丝浸入水中作为电极，：将预制金属溶胶的金属丝浸入水中作为电极，通入直流电，使两极产生电弧。在电弧的高温作用通入直流电，使两极产生电弧。在电弧的高温作用下，产生的金属蒸汽遇冷却水立即冷凝成胶粒。若下，产生的金属蒸汽遇冷却水立即冷凝成胶粒。若预先在水中加入少量碱作为稳定剂，便可形成稳定预先在水中加入少量碱作为稳定剂，便可形成稳定的溶胶。此法实际上是兼有分散和冷凝两个过程，的溶胶。此法实际上是兼有分散和冷凝两个过程，即在放电时金属原子因高温而蒸发，随即又

10、被溶液即在放电时金属原子因高温而蒸发，随即又被溶液冷却而凝聚。用电弧法可制得金、银、铂等贵重金冷却而凝聚。用电弧法可制得金、银、铂等贵重金属的溶胶。属的溶胶。凝聚法凝聚法蒸气凝聚法蒸气凝聚法：例如，在真空条件下，将固态的钠和苯：例如，在真空条件下，将固态的钠和苯分别加热成气态，两者的混合气体经液态空气冷凝分别加热成气态，两者的混合气体经液态空气冷凝器骤然降温，凝固成微小的粒子。由于钠和苯在固器骤然降温，凝固成微小的粒子。由于钠和苯在固态下完全不互溶，除去冷冻，再经加热使苯粒子熔态下完全不互溶，除去冷冻，再经加热使苯粒子熔化，即制得钠的苯溶胶。用此法也可制得其它碱金化，即制得钠的苯溶胶。用此法也

11、可制得其它碱金属有机化合物的溶胶。属有机化合物的溶胶。过饱和法过饱和法：改变溶剂或降低温度均可使溶质的溶解度：改变溶剂或降低温度均可使溶质的溶解度降低。在过饱和条件下，溶质可自动凝聚成溶胶。降低。在过饱和条件下，溶质可自动凝聚成溶胶。例如，取少量的硫溶于乙醇中，再将此溶液在搅拌例如，取少量的硫溶于乙醇中，再将此溶液在搅拌的情况下倾入水中，由于溶剂改变，硫难溶于水而的情况下倾入水中，由于溶剂改变，硫难溶于水而生成白色浑浊的硫溶胶。用此法可制得难溶于水的生成白色浑浊的硫溶胶。用此法可制得难溶于水的树脂、脂肪等水溶胶，也可制备难溶于有机溶剂的树脂、脂肪等水溶胶，也可制备难溶于有机溶剂的物质的有机溶胶

12、。物质的有机溶胶。凝聚法凝聚法化学凝聚法化学凝聚法：通过化学反应（如复分解反应、：通过化学反应（如复分解反应、水解反应、氧化或还原反应等）使生成物呈水解反应、氧化或还原反应等）使生成物呈过饱和状态，然后粒子在结合成溶胶。过饱和状态，然后粒子在结合成溶胶。水解反应制氢氧化铁溶胶水解反应制氢氧化铁溶胶 FeCl3 (稀稀)+3H2O （热）（热） Fe(OH)3 （溶胶）（溶胶）+3HCl复分解反应制溶胶复分解反应制溶胶As2O3+3H2S As2S3（溶胶）（溶胶）+3H2O还原反应制贵金属溶胶还原反应制贵金属溶胶2HAuCl4（稀溶液）（稀溶液）+3HCHO（少量）（少量）+11KOH2Au（

13、溶胶）（溶胶）HCOOKKClH2O溶溶胶胶的的净净化化22 胶体系统的光学性质胶体系统的光学性质1 1、Tyndall（丁达尔）效应（丁达尔）效应18691869年年 Tyndall发现胶体系统有光发现胶体系统有光散射散射现象现象丁达尔效应丁达尔效应：在暗室里，将一束聚集的光投射到胶体：在暗室里，将一束聚集的光投射到胶体系统上，在与入射光垂直的方向上，可观察到一个发系统上，在与入射光垂直的方向上，可观察到一个发亮的光柱，其中有微粒闪烁。亮的光柱，其中有微粒闪烁。当粒子粒径当粒子粒径 波长时，发生光的反射；波长时，发生光的反射；当粒子粒径当粒子粒径 波长时，发生光的散射波长时，发生光的散射可见

14、光的波长：可见光的波长：400 400 760 760 nmnm胶体粒子直径：胶体粒子直径：1 1 100 nm 100 nm 胶体粒子可发生光散射胶体粒子可发生光散射散射光：散射光：分子吸收一定波长的光，形成电偶极子，分子吸收一定波长的光，形成电偶极子，由其振荡向各个方向发射振动频率与入射光频率相同由其振荡向各个方向发射振动频率与入射光频率相同的光的光丁达尔效应（乳光效应）是由于胶体粒丁达尔效应（乳光效应）是由于胶体粒子发生光散射而引起的子发生光散射而引起的系统完全均匀，所有散射光相互抵消，看系统完全均匀，所有散射光相互抵消，看不到散射光；不到散射光；丁达尔效应可用来区分丁达尔效应可用来区分

15、胶体溶液胶体溶液小分子真溶液小分子真溶液系统不均匀，散射光不会被相互抵消，系统不均匀，散射光不会被相互抵消，可看到散射光。可看到散射光。 0222022022422cos1229InnnnlCVI 2. Rayleigh2. Rayleigh（瑞利）（瑞利） 公式公式I ：散射光强度散射光强度 ； I0 : 入射光强度；入射光强度；V ：一个粒子的体积；一个粒子的体积； C ：单位体积中的粒子数；单位体积中的粒子数；n : 分散相的折射率；分散相的折射率； n0：分散介质的折射率；分散介质的折射率； ：散射角（观测方向与入射光方向间夹角）；散射角（观测方向与入射光方向间夹角）； l : 观测者

16、与散射中心距离观测者与散射中心距离 对于非导电的、球形粒子的、稀溶胶系统：对于非导电的、球形粒子的、稀溶胶系统：单位体积溶胶的散射强度：单位体积溶胶的散射强度：由由 Rayleigh 公式可知：公式可知：1) 1) I V 2 可用来鉴别小分子真溶液与胶体溶液；可用来鉴别小分子真溶液与胶体溶液； 如已知如已知 n 、n0 ，可测，可测 I 求粒子大小求粒子大小V 。2) 2) I 1/ 4 波长越短的光，散射越强。波长越短的光，散射越强。 例例：用白光（蓝、紫光波长最短，红光波长最：用白光（蓝、紫光波长最短，红光波长最长）照射溶胶，散射光呈蓝色，透射光呈红色。长）照射溶胶，散射光呈蓝色，透射光呈红色。 0222022022422cos1229InnnnlCVI 3) I n可以此来区分可以此来区分胶体溶液胶体溶液高分子溶液高分子溶液分散相与分散介质分散相与分散介质有相界面，有相界面， n大大均相溶液，均相溶液， n小小） I 同一种溶胶，仅同一种溶胶，仅C不同时，有：不同时，有：2121CCII如已知如已知C1，可求可求C2 0222022022422cos1229InnnnlCVI