§ 1-4 溶胶
一、表面能与吸附
二、溶胶的性质
三、胶团结构
四、溶胶的稳定性与聚沉
溶胶
? 溶胶的特点,
? 分散质与分散剂的亲和力不强,体系不均匀,有界面,
是高度分散的不稳定多相体系。
? 溶胶具有暂时稳定性,但实验证明,溶胶最终会互相聚
结而沉降。
? 如何制备具有一定稳定性的溶胶?
溶胶 =难溶固体分散质 +分散剂 +少量相关电解质
(稳定剂 )
难溶固体分散质 + 液体分散剂
溶胶
高度分散 非高度分散
悬浊液
一些溶胶
? 例如 分散质 分散剂 稳定剂
氢氧化铁溶胶 [Fe(OH)3]m 水 FeO+
碘化银正溶胶 [AgI]m 水 Ag+
碘化银负溶胶 [AgI]m 水 I-
硫化亚砷溶胶 [As2S3]m 水 HS-
溶胶的制备
? 分散法,
? 研磨法、超声波法、胶溶法、电弧法
? 凝聚法,
? 物理凝聚法:将松香的酒精溶液滴入水中
? 化学凝聚法,FeCl3溶于水,煮沸
? 胶溶法,
? 新生成的 Fe(OH)3沉淀,用水洗净,加少量 FeCl3,搅
拌。
一,表面能与吸附
? 界面与表面
? 分散度与比表面
? 为什么液体表面会自动收缩到最小?
? 表面能 —— 表面粒子比内部粒子多出的能量称为表面能。
? 表面粒子比内部粒子具有较高的能量,液体为了保持较低
的能量水平,会尽量收缩,使表面积尽可能达到最小。
分子所受的合力不为零 分子所受的合力为零
吸附作用 —— 固体通过吸附来减少表面能
? 例如,活性炭、硅胶、沸石等固体的比表面较
大,常用作吸附剂。
? 固体吸附分两类:分子吸附和离子吸附。
? 吸附平衡,吸附
吸附剂 +吸附质 吸附剂 ·吸附质 +热
解吸
? 分子吸附 —— 在非电解质或弱电解质溶液中的
吸附。
? 相似相吸
? 溶解度小的分子容易被吸附。
? 离子交换吸附,发生在离子交换树脂上。是可逆
吸附。例,
R-SO3H+Na+ == R-SO3Na+H+
R-N+(CH3)3OH- + Cl- == R-N+(CH3)3Cl- +OH-
? 离子选择吸附,发生在溶胶中,是溶胶颗粒对相
关离子的选择吸附。 例,
在过量 AgNO3溶液中加入适量的 KI,形成 AgI沉
淀,选择吸附 Ag+。
在过量 KI溶液中加入适量的 AgNO3,形成 AgI沉
淀,选择吸附 I-。
? 离子选择吸附是造成溶胶特性的根本原因。
离子吸附 —— 在强电解质溶液中的吸附
二,溶胶的性质
? Tyndall效应是溶胶特有的光学性质,是判别溶
胶与溶液的最简便的方法。
1、光学性质 —— Tyndall(丁达尔)效应
2、动力学性质 —— 布朗运动
? 在超显微镜下观察溶胶,
发现溶胶中有许多发光
点在作无休止、无规则
的运动。如右图所示。
? 布朗运动产生的原因,
? 胶粒本身的热运动;
? 分散剂分子对胶粒的不均
匀的撞击。
? 布朗运动导致溶胶具有
扩散作用,使胶粒不致
因重力的作用而迅速沉
降。
>100
nm
1~100
nm <1nm
布朗运动
? 1827年布朗 (R.Brown)发现:悬浮在液体中的微
小颗粒总是不停的作微小的无规则的运动。
? 布朗运动是由于悬浮颗粒受到周围的液体分子不
断的随机撞击引起的。
? 1905年,爱因斯坦 (A.Einstein)从分子运动论出发
对布朗运动提出了完整的理论。
? 1908年,佩林 (J.B.Perrin)用实验证实了爱因斯坦
的理论结果,并求出了阿伏伽得罗常数 N0为
(5.5~7.2)*1023摩尔 -1。
3,电学性质 —— 电动现象
? (1)电泳
溶胶分散质在在外加电场下的定向移动。
? (2)电渗
在电渗管中,分散剂在外加电场下的定向移动。
? 电泳或电渗实验证明,溶胶的分散质和分散剂所带的
电性是不同的。例如,
红色的 Fe(OH)3溶胶,分散质 (胶粒 )带正电,分散剂带负电。
金黄色 As2S3溶胶,胶粒带负电,分散剂带正电。
(1)吸附带电
什么是离子选择吸附?
? 固体会优先吸附与它组成有关的离子。
? KBr(过量 )+AgNO3 制成 AgBr溶胶,
分散剂中存在,K+,Br-,Ag+(极少 ),NO3-
AgBr胶粒优先吸附,Br-
? 用 FeCl3 水解制成 Fe(OH)3溶胶,
分散剂中存在,Fe(OH)2+,Fe(OH)2+,Cl-,H+
Fe(OH)3胶粒 优先吸附,Fe(OH)2+ (FeO+)
(2)离解带电
? 硅酸溶胶 硅酸电离 H2SiO3 = H++ HSiO3-
? 胶粒吸附 HSiO3-而带负电。
胶粒带电的原因
三、胶团结构
? Fe(OH)3溶胶
电位离子,FeO+
反离子,Cl-
胶团结构式,?[Fe(OH)3]m.nFeO+.(n-x)Cl-?,xCl-
胶核
扩散层
吸附层 胶团,电中性
胶粒,带正电
扩散双电层结构
胶核
胶粒
胶团
例,AgNO3 + KI→ KNO3 + AgI↓
过量的 KI 作稳定剂
胶团的结构表达式,
[(AgI)m, nI-,(n-x)K+]x-,xK+
扩散双电层结构
例,AgNO3 + KI→ KNO3 + AgI↓
过量的 AgNO3 作稳定剂
胶团的结构表达式,
[(AgI)m, nAg+,(n-x)NO3-]x+,xNO3-
胶核
胶粒
胶团
扩散双电层结构
电动电势
? 热力学电势 ?,
与溶胶的电位离
子数有关。
对某一溶胶,电
位离子数是一定
的,因此,?值
是一定的。
? 电动电势 ?,
与吸附层中反离
子的数目有关。
当吸附层中反离
子数目改变时,
?电势会改变。
吸附层 扩散层
?电势与电泳电渗
? 电动电势 ?的大小与
电泳或电渗速度有关,
?电势越大,电泳或
电渗速度越大。
?电势与溶胶的稳定性
??电势越大,溶胶越稳
定。
?因为 ?电势越大,胶
粒之间的静电排斥作用
力越大,能有效的阻止
胶粒之间的合并,使溶
胶不至于受重力的作用
而下沉。
?在溶胶中加入一些无
关电解质后,由于有更
多的反离子进入固定层,
因而会使 ?电势减小,
溶胶发生聚沉。
四、溶胶的稳定性与聚沉
1、溶胶的稳定性
? 溶胶是一个多相不均匀体系,不稳定,胶粒之
间存在相互集结成大颗粒而沉淀的趋势。
? 制作良好的溶胶能稳定存放一段时间的原因,
? 溶胶的动力学稳定性 —— 布朗运动
? 溶胶的聚结稳定性 —— 胶粒带有符号相同的电荷
? 胶团中电位离子和反离子的溶剂化作用
? 常将电位离子称为溶胶的稳定剂。
2、溶胶的聚沉
(1)电解质对溶胶的聚沉作用
(2)溶胶的相互聚沉
(3)温度对溶胶稳定性的影响
(4)浓度对溶胶稳定性的影响
电解质对溶胶的聚沉作用
? 加入强电解质后,溶胶中反离子浓度增加,反离
子进入吸附层,中和了电位离子,使 ?电势降低,
胶粒的带电量降低,溶胶的聚结稳定性降低,发
生聚沉。
? 电解质的聚沉能力用聚沉值表示。
? 电解质的聚沉能力大小主要取决于与反离子,
? Schulze-Hardy(叔采 -哈迪)规则:反离子电荷越高,
对溶胶的聚沉能力越强。
? 感胶离子序:对同价反离子,聚沉能力随离子水合半径
的减少而增加。
溶胶聚沉实例
? 溶胶的相互聚沉
明矾 K2SO4·Al2 (SO4) 3·24H2O净水
泥沙三角洲
? 加热使溶胶聚沉
加热 Fe(OH)3溶胶,产生红棕色沉淀。
? 浓缩使溶胶聚沉
一般很难制得较高浓度( 1%以上)的溶胶。
3.溶胶的保护
? 高分子溶液 —— 均匀、稳定的单相分散系。
? 高分子溶液对溶胶的保护作用
? 高分子溶液对溶胶的敏化作用
§ 1-5 乳状液
?一、表面活性物质
?二、乳状液
一,表面活性物质
? 表面活性物质
? 凡是溶于水后能显著降低水的表面能的物质。
? 如肥皂、洗洁精、洗衣粉等。
? 表面活性物质的结构特征
? 分子由性质截然不同的两部分组成;
? 一部分是亲水的极性基团,如 — OH,— COOH,—
NH2,— SO3H等,它们与水的亲合力较强,称为亲水
基;
? 另一部分是亲油的非极性基团,如 R— (烃基),Ar—
(芳基)等,它们与水的亲合力较弱,与油的亲合力较
强,称为亲油基。
? 例如,硬脂酸钠 C17H35— COONa
表面活性物质能降低水的表面能
? 表面活性物质的分子聚集在水的界面上。
空气
表面

? 当表面活性物质的浓度达到饱和时,表面活性物
质分子在界面上定向排列,占据了水的界面,从
而降低了水的表面能。
? 表面活性物质的碳链越长,憎水性就越强,就越
容易聚集在水的界面上。
? 表面活性物质的种类很多,用途极广。根据用途
不同,表面活性物质可以分为乳化剂、洗涤剂、
润湿剂、发泡剂、增溶剂等等。


一些表面活性物质
? 肥皂 —— 块状的为 Na肥皂,液体状的为 K肥皂
硬脂酸盐 C17H35— COONa( K)
亲油基 亲水基。
? 洗衣粉 —— 十二烷基苯磺酸钠 ABS
C12H25— C6H4— SO3- Na+
? CH3
? |
?R— N+— CH2COO-
? |
? CH3 甜菜碱
?用于洗发香波和洗面奶
洗洁精
十二烷基苯磺酸钠 ABS
聚氧乙烯十二烷基硫酸酯钠
AES
C12H23-O-(CH2CH2O)n-SO3Na
? 羧酸盐 R-COONa
? 硫酸酯盐 R-OSO3Na
? 磺酸盐 R-SO3Na 阴离子型
? 磷酸酯盐 R-OPO3Na
? 伯胺型 R-NH.HCl
? 仲胺型 R-NHCH3.HCl 阳离子型
? 叔胺型 R-N(CH3)2.HCl
? 季胺型 R-N+(CH3)3.Cl-
? 氨基酸型 R-NHCH2-CH2COOH 两性
? 甜菜酸型 R-N+(CH3)2-CH2COO-
? 聚氧乙烯型 R-O-(CH2CH2O)nH
? 多元醇型 R-COOCH2(CH2OH)3 非离子型
表面活性剂类型
二,乳状液
? 乳状液
? 又称乳浊液
? 分散质为一种液体
? 分散剂为另一种液体
? 两种液体互不相溶,通常一种称为水,另一种称为油。
? 分散质液滴直径大约在 100~500nm之间,用普通
显微镜即可看见。
? 由于液滴对可见光的反射作用,大部分乳状液外
观为不透明或半透明的乳白色。
乳状液为不稳定体系
? 分散质液滴的直径较大,不能发生布朗运动而扩
散;
? 体系的相界面较大,具有较高的表面能,液滴很
快便会互相合并而分层;
? 要获得稳定的乳状液,必须加入稳定剂,如在水
和油的体系中加入洗洁精或液体肥皂,振荡可以
得乳白色的稳定的乳状液。
? 乳状液的稳定剂通常称为乳化剂,是表面活性物
质中的一类。
两种类型的乳状液
? 水包油型乳状液
? 油分散在水中
? 用油 /水或 O/W表示
? 如牛奶、豆浆、冷霜、地板蜡、沥青、涂料等。
? 油包水型乳状液
? 水分散在油中
? 用水 /油或 W/O表示
? 如原油、人造黄油奶油,注射液等。

乳化剂与乳状液类型的关系
? 乳状液的类型取决于所选用的乳化剂。
? 钠肥皂 —— 亲水基截面较亲油基大,有利于形成
水包油型的乳状液。
? 钙肥皂 —— 亲油基截面较亲水基大,有利于形成
油包水型的乳状液。
水相把油滴紧紧包围起来

油相把水滴紧紧包围起来
水 油
钠肥皂的去污原理
? 肥皂不能在硬水中去污。因为硬水中含较多 Ca2+ 和
Mg2+,会发生下列反应,
C17H35COO-Na++Ca2+ =(C17H35COO-)2Ca2+
硬酯酸钠(溶于水) 硬酯酸钙或硬酯酸镁,不溶于水
? 解决的办法,
加三聚磷酸钠 Na5P3O10;加沸石。
钠肥皂 钙肥皂





? 如何判断乳状液是油 /水型还是水 /油型呢?
? 最简便的方法是稀释法,
? 取少量乳状液加水稀释,如果分散剂与水互溶,
不出现分层现象,即为油 /水型乳状液;相反,
如果分散剂与水不互溶而出现分层现象,则是水
/油型乳状液。
例如牛奶加水稀释时,不但不分层,而且瞬即
达到, 水乳交融,,故牛奶是油 /水型乳状液。
应用
? 很多农药都是不溶于水的有机油状物,不能直接使用,需
将它们与亲水性乳化剂配合制成 O/W型乳剂后在使用。这
样就能以少量药剂较均匀地噴洒在作物上,既能充分发挥
药效,又能防止农药太集中而伤害作物。
? 在正常生理活动中,脂肪因不溶于水而难于被机体消化吸
收,因此在消化系统内的运输和吸收需经胆汁中胆酸的乳
化作用和小肠的蠕动,使脂肪形成乳浊液后,就易于进行
生化反应而被消化吸收了。
? 健康人体血液中含有 MgCO3和 Ca3(PO4)2,并以胶体状态
存在,这些胶粒都被血清蛋白等高分子保护着。患病时,
保护物质含量减少,溶胶稳定性下降,发生聚沉,形成各
种结石。
学习要求
? 1.了解分散系的概念及分类,了解溶胶的性质,
掌握胶团结构,了解溶胶的稳定性和聚沉及其
影响因素。
? 3,了解乳状液的特点、类型、稳定性。
? 作业
? P25 #1-13,#1-14