大学无机化学溶液和胶体.ppt

《大学无机化学溶液和胶体.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大学无机化学溶液和胶体.ppt（90页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、1,第一章 溶液和胶体,1.理解稀溶液的依数性及其应用2.熟悉溶胶的结构、性质、稳定性及聚沉作用,学习要求,2,1-1 溶 液,一、基本概念分散系：一种或几种物质以细小的粒子分散在另一 种物质里所形成的体系。分散质（分散相）：被分散的物质分散剂（分散介质）：把分散质分散开来的物质,3,按照分散质粒子的大小分：分子分散系：粒子平均直径 d 100 nm(多相体系),4,体系中物理性质和化学性质完全相同的一部分称为相。相与相之间有明确的界面分隔开来，这个界面可以是具体的，也可以是假想的。根据相的存在状态不同，分为气相、液相和固相；只有一个相的体系称为单相体系或均相体系；有两个或两个以上相的体系称为

2、多相体系。问题：气相、液相和固相的区分？,5,二、溶液浓度的表示方法：溶液的浓度:一定量溶液或溶剂中所含溶质的量称为溶 液的浓度。质量摩尔浓度(mol kg-1)：物质的量浓度(mol L-1):也有的书上用 bB表示质量摩尔浓度,6,摩尔分数：,体积分数:,(同温同压下）,质量分数：w=溶质的质量/溶液的质量,7,百分比浓度：即质量百分比浓度或质量分数。用溶质 的质量占全部溶液质量的百分比表示的 溶液的浓度。体积比浓度：以液体试剂与溶剂体积之比来表示溶液 浓度的方法。如将1体积浓硫酸与5体积 水混和得到的硫酸溶液浓度就是1:5，或记为(1:5)H2SO4。*质量体积浓度：以每升溶液中含有多少

3、克溶质来表 示 溶液浓度的一种方法。如某溶液的 浓度为5克/升，表示1升此溶液中含有5 克溶质。,8,ppm浓度：溶液的浓度用溶质质量占溶液质量的百万 分之比来表示的叫ppm浓度，即每千克溶 液中含溶质的毫克数。10-6 这种浓度表示方法常用于极稀的溶液(如植 物生长刺激素溶液)或自然环境、食物中有 害物质含量的表示。ppb浓度：溶液的浓度用溶质质量占溶液质量的十亿 分之比来表示的叫ppb浓度，即每千克溶液 中含溶质的微克数。这种浓度表示方法用 于极稀的溶液和某些含量极低的物质.10-9,9,溶解度：一定温度下，100g溶剂中所能溶解的溶质 的最大克数。(区别于饱和溶液)100g水中溶解1g以

4、上称可溶物质；溶解1g 0.1g称微溶物质；溶解0.1g以下称难溶物质。“相似相溶”原理：溶质与溶剂在结构和极性上相 似；“相溶”指彼此互溶。,10,固体溶解度：在一定温度下，某固体物质在100克溶剂中达到饱和状态时所溶解的质量。,饱和溶液(saturated solution)：在一定温度下，溶质在溶剂中溶解的量达到最大时的溶液叫做饱和溶液。溶质溶于溶剂的溶解过程中，首先是溶质在溶剂中的扩散作用，在溶质表面的分子或离子开始溶解，进而扩散到溶剂中。,11,被溶解了的分子或离子在溶液中不断地运动，当它们和固体表面碰撞时，就有停留在表面上的可能，这种淀积作用是溶解的逆过程。当固体溶质继续溶解，溶液

5、浓度不断增大到某个数值时，淀积和溶解两种作用达成动态平衡状态，即在单位时间内溶解在溶剂中的分子或离子数，和淀积到溶质表面上的分子或离子数相等时，溶解和淀积虽仍在不断地进行，但如果温度不改变，则溶液的浓度已经达到稳定状态，这样的溶液称为饱和溶液，其中所含溶质的量，即该溶质在该温度下的溶解度。,12,由此可见，在饱和溶液中，溶质的溶解速率与它从溶液中淀积的速率相等，处于动态平衡状态。在一定温度下，一定量的溶剂中不能再溶解某种溶质的溶液(即已达到该溶质的溶解度的溶液)。如果在同一温度下，某种溶质还能继续溶解的溶液(即尚未达到该溶质的溶解度的溶液)，称“不饱和溶液”。如果溶质是气体，还要指明气体的压强

6、。,13,分配定律：一定温度下，一种溶质分配在互不相溶 的两种溶剂中的浓度比值为一常数。(如萃取和抽提),14,三、*水（了解）水、阳光和空气是人类生存的物质基础。生命过程离不开水。水是在动植物组织内最丰富的物质，占人体质量的70%。水中含有很多溶解的物质，如海水中主要成分是Na+和Cl-（还有K+，Ca2+，Mg2+，SO42-，HCO3-和Br-），河水中主要成分是Ca2+和HCO3-。,15,水在地球上分布最广，覆盖地球表面70%。地球的储水量很丰富，共有14.5亿立方千米之多。地表、地下和大气层中总水量约1.31021kg，约占地球质量的5%。但是其中海水却占了97.2%，陆地淡水仅占

7、2.8%，而与人类生活最密切的江河、淡水湖和浅层地下水等淡水，又仅占淡水储量的0.34%（不到总水量的0.003%）。更令人担忧的是，这数量极有限的淡水，正越来越多地受到污染。,16,据科学界估计，全世界有半数以上的国家和地区缺乏饮用水，特别是经济欠发达的第三世界国家，目前已有70即17亿人喝不上清洁水，世界已有将近80人口受到水荒的威胁。我国人均淡水为世界人均水平的四分之一，属于缺水国家。全国已有300多个城市缺水，已有29的人正在饮用不良水，其中已有7000万人正在饮用高氟水。每年因缺水而造成的经济损失达100多亿元，因水污染而造成的经济损失更达400多亿元。,17,以上数据充分说明：水资

8、源短缺成了当今世界面临的重大课题。前不久，联合国的人类环境和世界水会议已发出警告：人类在石油危机之后，下一个危机就是水。因此，保护和更有效合理利用水资源，是世界各国政府面临的一项紧迫任务。,一则公益广告上所说：“节约用水，否则，我们看到的最后一滴水将是自己的眼泪”。,“水危机”并非危言耸听！,18,1993年1月18日，联合国大会通过决议，将每年的3月22日定为“世界水日”。我国把每年的3月22日-28日定为“中国水周”，每年5月15日所在的那一周作为城市节约用水宣传周。,水的特性？与水分子的极性有关,所有固态和液态物质中，水的比热容最大；,3.98 OC时，水的密度最大,水结冰时体积增大,1

9、9,从环境角度来说，最完善的措施是拦水和调水。改变水资源的时空分布，充分利用水资源。同时注重节约用水，提高水资源利用率：工业方面提倡节水产业、控制污染物的排放，加强废水处理；农业方面应采用先进的灌溉方式（喷灌、滴灌）等。水是生命的基础，它不仅关系到人类生活的质量，还影响到人类的生存能力。我们必须增强水的危机意识，珍惜水，节约水，保护水资源。具体到实验中，在洗涤仪器时，要遵循“少量多次”的原则。,20,水污染主要有如下几种类型：(a)有毒物质的污染：无机重金属离子，如Hg2+，Cd2+，Pb2+，Cr()等，以及非金属元素砷(As2O3)和氰的化合物(CN-)高毒性的有机农药，如多氯联苯、有机磷

10、农药等 生活污水中所带的细菌和病毒(b)无毒营养物质的污染：包括洗涤剂中的磷酸盐，化肥中的磷酸盐和硝酸 盐，以及人和动物的排泄物，腐败的植物等。“富营养化”,21,(c)热污染：热不能全部转化为功，被排入河流湖泊中提高了水温，降低了水中氧气的溶解度，也促进了藻类和微生物的繁殖，不利于水中动物的生存。,22,四、稀溶液的依数性 对于浓度较稀的溶液（难挥发非电解质稀溶液），溶液的某些性质（如蒸气压下降，沸点升高，凝固点下降和渗透压等）只与溶液的浓度有关，而与溶液的本性无关，称为稀溶液的依数性（依赖于溶质粒子数的性质）。,23,稀溶液的定义：-广义定义 两种挥发性物质组成一溶液，在一定的温度和压力下

11、，在一定的浓度范围内，溶剂遵守Raoult定律，溶质遵守Henry定律，这种溶液称为稀溶液。值得注意的是：化学热力学中的稀溶液并不仅仅是指浓度很小的溶液。,24,1、水的相图,在不同的温度及压力条件下，水可以三种不同的聚集状态而存在，即气(g,gas)、固(s,solid)、液(l,liquid),蒸发-由液态变为气态的过程叫蒸发，也叫汽化；,水的饱和蒸气压-在一定温度下，当水蒸发为水蒸气的过程与水蒸气凝结成液态水的过程处于平衡状态时，气相中水蒸气所产生的压力称为水的饱和蒸气压P（Pressure),随温度的升高而增大。,25,熔化：升华：,沸点：水的饱和蒸气压等于外压时的温度，即为水(boi

12、ling point)的沸点。当外压为101325Pa时的温度为水的正常沸点，即为100 OC,凝固点：液态水与冰在一定压力下处于平衡状态时所(freezing point)对应的温度称为水的 凝固点；简单地说，水的 蒸气压与冰的蒸气压相等时的温度，随压 力的增大而降低。,26,水的相图（得到？）,三相点：温度为0.0098度，压力为 609 Pa,“相”与“态”的区别？单相区,A,O,OA线表示冰的熔点或水的凝固点曲线，曲线上的任一点都表示冰与水的平衡，也表示冰在不同压力下的熔点或水在不同压力下的凝固点。,27,2.溶液的蒸气压下降-拉乌尔定律（Raoult）,法国物理学家拉乌尔总结出：在一

13、定温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸气压等于纯溶剂的蒸气压与溶剂摩尔分数的乘积，蒸气压的下降与溶质的摩尔分数成正比。pA*为纯溶剂蒸气压,p=pA*A A:溶剂分子p=pA*(1-B)B:溶质分子p=pA*-p=pA*B:摩尔分数,28,把液体置于密闭容器中，在一定温度下，当液体的蒸发速率与蒸气的凝结速率相等时，气、液两相达到平衡，水面上的蒸气浓度不再改变，此时蒸气的压力叫做液体的饱和蒸气压，简称蒸气压。它仅与液体的本质和温度有关，与液体的量以及液面上方空间的体积无关。,29,蒸气压下降原因:在难挥发非电解质溶液中，溶液的蒸气压实际就是溶剂的蒸气压。由于溶质的加入，溶剂的表面被溶质分子部分占据，

14、单位时间内蒸发出表面的溶剂分子比纯溶剂时为少。因此，在达到蒸发凝结平衡时，溶液的蒸气压必然低于纯溶剂的蒸气压。,30,说明：如果溶质是挥发的，则溶液的蒸气压不一定会下降；如果溶质是电解质，或非电解质溶液浓度大，则溶液的蒸气压也会下降，而且下降很明显，但不符合上述拉乌尔定律。拉乌尔定律成立的前提条件是：难挥发非电解质的稀溶液。,31,3 溶液的沸点升高和凝固点下降,当液体的蒸气压等于外界压力时，液体就沸腾，此时的温度叫做沸点。沸点随外界压力而改变，通常说的沸点指1atm下的正常沸点。当液体的蒸气压等于其固态的蒸气压时，液体就凝固，此时的温度叫做凝固点。固体在一定温度下也有一定的蒸气压，一般情况下

15、固体的蒸气压都很小。若固相蒸气压小于液相蒸气压，则液相要向固相转化；反之，固相向液相转化。,32,溶液的凝固，先是溶剂凝固为固体析出。如在水溶液中，随着冰的析出，溶液的浓度就逐渐增大，凝固点也不断降低，直到某一浓度时，溶剂和溶质按一定比例一齐析出凝固成固体，形成低溶点混合物。所以溶液不是在某一温度凝固，而是在一定温度范围内凝固。溶液的凝固点通常是指开始析出固态溶剂时的温度。,在我们现基础课阶段，溶液凝固时，只析出纯溶剂，溶质不析出。,33,AB:水的蒸气压曲线AC:冰的蒸气压曲线,注意：溶质是加到水中，只影响溶液的蒸气压，而对固相冰的蒸气压没有影响。因此此时溶液的蒸气压必定低于冰的蒸气压。且只

16、有在更低的温度下两蒸气压才会相等。,34,AB:水的蒸气压曲线 AC:冰的蒸气压曲线,35,造成溶液沸点升高和凝固点下降的根本原因是溶液的蒸气压下降。实验结果证明难挥发非电解质稀溶液的沸点升高和凝固点下降与溶液的质量摩尔浓度成正比。即：,Tb=Kb bB(溶剂的摩尔沸点升高常数)Tf=Kf bB(溶剂的摩尔凝固点下降常数)单位：Kkgmol-1Kb和Kf只取决于溶剂的本性，与溶质本性无关;,36,在科学研究中，常利用稀溶液沸点升高和凝固点降低的规律来测定非电解质物质的相对分子质量。,例：把 1.09g 葡萄糖溶于 20g 水中，所得溶液在 101.325kPa 下沸点升高了0.156K，求葡萄

17、糖的摩尔质量M。（水的Kb等于0.512K kg mol-1）解：Tb=Kb b,M=179 g/mol(理论值为180g/mol),37,*稀溶液的沸点升高和凝固点降低的规律在生产上和生活中有 广泛的应用和实例：在汽车和坦克的散热(水箱)中加入适量的非电解质(如甘油、乙二醇等)，可降低冷却水的冻结温度，以保证汽车和坦克等在严寒气候下仍能正常运行（不涨破水箱）。,盐和水的凝固点很低，生活中，利用这一性质，常在积雪融化时撒盐以免结冰路滑造成交通事故。氯化钠和雪的混合物，温度可降低到-22；氯化钙和冰混合后，可得-55的低温，均可作冷却剂用。,38,注意：如果溶质是挥发的，由于溶液的蒸气压不一定会

18、下降，所以，溶液的沸点不一定会升高、凝固点不一定会下降；如果溶质是电解质，或非电解质溶液浓度大，则溶液的沸点一定升高、凝固点一定下降，但不符合上述定量关系。难挥发非电解质的稀溶液的沸点升高、凝固点下降，即 Tb=Kb bB Tf=Kf bB,39,注：a)浓溶液由于在溶液中溶质分子较多，分子间的相 互影响增大。因此，在浓溶液中不存在稀溶液的通 性所表明的定量关系。b)电解质在溶液中电离，其中粒子数显著增加，故上述性质要比相同浓度的非电解质溶液变化大得多，不存在稀溶液定律所表明的定量关系。c)若溶质是挥发的，则不存在稀溶液性质或不存在稀溶液定律所表明的定量关系,40,4、溶液的渗透压,渗透-溶剂

19、分子通过半透膜向溶液自动扩散的过程，称为渗透。半透膜-只允许溶剂分子通过，而溶质分子不能通过的膜，叫半透膜。动物的膀胱、植物的表皮层、细胞膜是天然的半透膜，人工半透膜有硝化纤维膜和醋酸纤维膜等高分子薄膜。,41,42,渗透压-顾名思义，就是由渗透作用引起的溶剂与溶液两边的压力差。化学上把这种刚刚足以阻止渗透过程的进行所外加的压力，称为渗透压,荷兰物理学家范特霍夫（Vant Hoff）指出：稀溶液的渗透压与其浓度和热力学温度成正比。即 V=nRT 或=cRT(对于很稀的溶液，c 的数值可近似用 b 代替，c为物质的量浓度，T，温度；n，溶质的物质的量；V，溶液的体积，单位，m3),43,注意单位

20、：R=8.314 J.K-1.mol-1=8.314 N.m.K-1.mol-1=8.314 Pa.m2.m.K-1.mol-1=8.314 Pa.m3.K-1.mol-1 说明：a)渗透压与浓度成正比，即与溶质数目有关，与溶 质本性无关；b)渗透压只是当溶液与溶剂被半透膜隔开时才会产生；,44,c)半透膜两边只要有浓度差就能产生渗透压；d)平衡时，渗透过程仍在继续，只不过两边渗透速度相等。渗透平衡与任何平衡一样，为动态平衡。,渗透现象在自然界和动、植物体内广泛存在，在生物学中具有重要意义：动植物的细胞膜大多具有半透膜的性质，因此水分、养料 在动植物体内循环都是通过渗透而实现的，如植物细胞就

21、是靠细胞液的渗透压而将根部的水分输送到茎部和叶片。,45,在人体内正常体温（37）时，血液的平均渗透压约为 780kPa，因而在向血液中注射溶液时，必须考虑注射液的 渗透压(等渗溶液如质量分数为0.9%的生理盐水和5%的葡萄 糖溶液)。,测定大分子化合物的相对分子质量。例如血红蛋白的相对分子质量高达 7104，1L 水中含 20g 血 红蛋白的溶液，若用凝固点下降法测定，该溶液的凝固点只下降 510-4，而用渗透压法测定，其渗透压高达 700Pa。显然前者很难测准。,46,反渗透：如果外加在溶液上的压力超过渗透压，则会使溶液中的水向纯水溶剂中流动，称为反渗透。反渗透在海水淡化、工业废水或污水的

22、处理和溶液浓缩等方面有重要的应用。现在用的反渗透膜主要有醋酸纤维素膜和芳香族聚酰胺纤维素膜等。,47,“净水袋”可化尿液为净水 美国驻阿富汗和伊拉克的特种兵开始配发一种名为“净水袋”（Hydropack)的特殊的水净化装备，它可以迅速将脏水（包括人的尿液）过滤成纯净水，供士兵饮用或浸泡脱水食品。近两年来，美国特种兵和别动队员对其进行了试用，取得了良好的效果。装备了“净水袋”后，士兵每天所需背负的食物重量会大大减少，从3.5公斤锐减至400克。美国国防部野战食品处处长杰拉德达什介绍说：“譬如说，可以从油槽甚至厕所中取脏水灌入净水袋中，大约两小时后便可获得一公升高质量的、含有盐分及糖分的饮用水。”

23、“减少士兵的负荷，是迫切需要解决的问题。”达什说，“要知道水很沉，更何况士兵们还要背负近45公斤的其它装备。”,48,“净水袋”可清除脏水中99.9%的细菌及致命化学物质。不过值得注意的是，虽然它可以净化尿液，但是如果士兵长期饮用的话，可能会引发尿中毒。“净水袋的工作原理是渗透作用，”野战食品处的工作人员塞纳卡尔介绍说，“膜片的一面放入了盐分和糖分以及其它一些氨基酸，另一面则注入脏水。一段时间后水开始渗透膜片。而且不受士兵运动强度及外部气温的影响气温越高，净水的效果反而会越好。只需1-4个小时，便会得到一公升净水。”“净水袋”由位于美国俄勒冈州奥尔巴尼市的“水合技术”(HydrationTec

24、hnology)生产，为军人量身定做，以减轻他们的作战负荷。,49,“对净水袋进行了改装，将栓塞改成了拉链，这样士兵可以迅速灌满水袋，塞进背包后继续行军。”目前，美国方面正在为海军研制类似的可净化海水的附属装备，届时它将成为救生艇的必备装备。发布时间：2004年7月24日,50,我国亚海水淡化技术取得重大突破 2005年7月13发布 国家海洋局杭州水处理技术研究开发中心日前与广东一家造纸企业签订合同，将在珠江口建立一套日处理量十万吨的亚海水淡化系统，淡化成本与自来水价格基本相当，这标志着我国亚海水淡化技术达到国际先进水平。国家海洋局杭州水处理中心办公室主任朱淑飞介绍说，亚海水只是一种通俗的说法

25、，国际学术界一般称其为“苦咸水”，其含盐量高于淡水的，低于海水的。由于盐度较小，亚海水的淡化成本比海水要低：一吨海水淡化后可以获得千克的淡水，而一吨亚海水淡化后可以获得千克左右的淡水，以杭州水处理中心目前的技术水平，每吨海水的淡化在元左右，而每吨亚海水淡化成本在元左右，与当地自来水价格基本相当。,51,这套亚海水淡化系统由杭州水处理中心采用自主研发的全膜法工艺。“全膜法”指的是在咸水脱盐过程中全程使用反渗透膜过滤的工艺，这种技术是当前国际上最先进的。通过优化工艺布局，扩大生产规模，亚海水淡化成本可以进一步降低。目前，国际上规模最大的亚海水淡化项目日处理能力为万吨，在珠江口建立的这套系统使我国的

26、亚海水淡化单项工程突破了十万吨级规模，达到了国际通称的大规模标准。据介绍，亚海水淡化技术在我国有广泛的应用前景。在东部沿海地区，由于过度开采地下水导致的倒灌海水，在海滨滩涂水库中的滩涂水，在河流入海口的咸淡混合水，包括在西部地区的苦咸水，都适用亚海水淡化技术。从年开始，浙江省水利厅和国家海洋局杭州水处理中心合作，在浙江进行滩涂水的淡化试验。年，杭州水处理中心在位于海岛的浙江省玉环县建立了我国首个日产吨的亚海水淡化项目，不但淡化后的水价与自来水价格相当，而且水质也符合国家卫生标准。,52,*水的净化（根据水源、用途）除去泥砂，消毒、杀菌 混凝法：利用Al2(SO4)3，FeCl3水解后形成胶体或

27、相对分子量更大，电荷更多的Al2(OH)nCl6-nm(n=15，m 10)，Fe(OH)n(SO4)3-(n/2)m(n 2，m 10)等作为混凝剂来吸附和卷带水中非常细小的淤泥微粒。水的纯化 除去水中所有离子，消毒、杀菌海水的淡化 海水含盐量为3.5%(1)蒸馏法：生活水纯化、实验室净化水和海水淡化的主要手段。但消耗能源，煤作为能源造成污染。太阳能为理想能源。,53,(2)离子交换法：-目前实验室纯化水的主要方法 用离子交换树脂获得高纯度的去离子水，也可用于 物质的分离和提纯。交换树脂：包括阳离子交换树脂和阴离子交换树脂。如强酸性阳离子交换树脂:R-SO3H+Na+R-SO3Na+H+强碱

28、性阴离子交换树脂:R-N(CH3)3OH+Cl-R-N(CH3)3Cl+OH-树脂再生：当阳离子交换树脂上的H+被Na+取代，阴离子交换树脂上的OH-被Cl-取代后，需要分别用HCl或 H2SO4和NaOH进行树脂再生。,54,(d)反渗透法：用于海水淡化、除去水中的多氯联苯、酚类化合物、铬、铅和银的化合物极为有效。可能成为一种有前途的海水淡化方法，它可以快速、大量生产淡水，成本为目前城市自来水成本的3倍左右。只有 一些沿海城市应用于海水淡化，没有大规模应用的原因？如 厦门湖里区 于2003年底海水淡化工程完工并投入生产，每天生产5000吨直饮瓶装水。存在的问题：反渗透加压的动力来源？理想的渗

29、透膜（耐用）？-经济核算,55,海水淡化，除了蒸馏法、离子交换法、反渗透法外，还可以用凝固法等。,56,1-2 胶体溶液,胶体是分散质粒子的平均直径d 1-100 nm 的分散体系。胶体溶液又称溶胶。溶胶是高度分散的多相体系,具有热力学不稳定性(具有很高的表面能)。,57,一、溶胶的制备条件：分散质粒子大小(1-100 nm)合适；加入稳定剂使胶粒保持分散不聚沉；制备的方法：分散法：把较大的物质颗粒变为胶体粒子。用机械研 磨法、超声波法等使沉淀由于溶 剂的作用重 新“溶解”成胶体溶液）。许多新 鲜的沉淀 经过洗涤除去过多的电解质，再加少量的稳 定剂，则得到溶胶。,58,Fe(OH)3(新鲜沉淀

30、)FeCl3 Fe(OH)3(溶胶)凝聚法：使分子或离子 聚结成胶粒。将真溶液进行 某种处理，即可得到溶胶。如将FeCl3稀溶 液 滴入沸水中就形成Fe(OH)3溶胶；在AgNO3 稀 溶液中，滴加KI溶液，即可形成AgI溶胶；如水解反应：FeCl3+3H2O Fe(OH)3(溶胶)+3HCl,59,二、胶团结构 高度分散的小固体颗粒在水介质中有极大的表面自由能，因此它力图吸附一部分离子以降低它的表面自由能。吸附离子后使颗粒表面带电。带有相同电性的胶体粒子彼此有排斥性，这是增进溶胶稳定性的一个重要因素。如 AgI 溶胶的胶团结构：,60,分散质由m个AgI分子聚结而成，称为胶核，由于表面的强力

31、吸附将溶液中的I-(电位离子）选择地吸附在紧密层中。由于静电引力作用，又会有部分K+(反号离子)挤进紧密层，剩余的K+留在扩散层中，即构成胶体表面的双电层结构。胶团结构可用下列简图表示：,61,62,胶体粒子带电，这些电荷来源于胶核从水溶液中选择性地吸附某种离子，但整个溶液是电中性的，即还有等量的反离子存在。反离子在溶液中受到两个方向相反的作用：即一方面受胶核的吸引有靠近胶核的趋势，另一方面本身的热运动使其有远离胶核的趋势。于是一部分反离子被吸附在胶核表面形成吸附层，剩余的反离子则松散地分布在胶粒外面，形成扩散层。,63,靠近界面处反离子浓度大些；随着反离子与界面距离的增大，反离子由多到少，形

32、成扩散分布。对给定的体系来说吸附层与扩散层达到动态平衡。,64,吸附层和扩散层带符号相反的电荷，在外电场的作用下发生相对位移时，两层之间存在电位差，称为电动电位(音zeta)电势只有在电场作用下，胶粒和介质作相对移动时才能表现出来，又称电动电势。,65,|的大小与反离子在双电层中分布情况有关：吸附层中的反离子越多，中和掉胶粒的表面电荷就越多，|就越小。电势是表征胶粒所带净电荷多少的物理量。电势的符号由胶粒所吸附离子的电荷决定：吸附正电荷，电势为正；吸附负电荷，电势为负。,66,电势除受决定电势的离子浓度影响外，还与溶 液中其它电解质的浓度有关：当电解质浓度增加时，更多反离子进入吸附层，扩散层被

33、压缩、变薄，|变小；当电解质浓度增加到一定值时，扩散层厚度为 零，电势也等于零，胶粒不带电，最不稳定，称为溶胶的等电态。,某些具有特异性吸附能力的离子加入后，甚至还可使电势符号改变。,67,横坐标表示双电层厚度,68,上图所示的AgI 的胶粒带有负电荷，这种带负电荷的溶胶称为负溶胶。溶胶的正负性与制备过程有关。,69,若 AgI 溶胶的制备刚好反过来，即将KI溶液滴入AgNO3溶液中，此时原溶液中Ag+是大量的，(AgI)m将主要吸附Ag+，其胶团结构如下图所示，此时AgI溶胶成为正溶胶。,70,又如氢氧化铁胶体（胶团）的结构,71,许多Fe(OH)3 分子聚集成胶核 Fe(OH)3m，选择性

34、吸附与它组成相类似的 FeO+而带正电荷；而 AgIm 胶核则选择性优先吸附 I-而带负电荷(如果AgNO3 过量，则优先吸附Ag+而带正电荷)。因此胶核有选择性吸附与其组成相类似的离子的倾向。,72,三、溶胶的性质1、溶胶的稳定性-相对性 溶胶是在稳定剂存在时才能稳定存在的系统。从胶团的结构可以看出溶胶相对稳定的主要原因：a)胶粒带电：带有相同电荷，静电排斥而不聚沉；b)溶剂化作用：吸附层中离子的水化作用，使胶粒 被水包围，也会阻止胶粒间的相互接触（近）或碰 撞而聚沉；溶胶的稳定性可用|来衡量,即|越大，胶粒所带电荷越多，扩散层越厚，溶剂化层也厚，溶胶越稳定。,73,2、溶胶的聚沉-绝对性

35、溶胶系统具有很大的表面积，总是有聚集成更大颗粒的倾向，当颗粒大到一定程度时就要沉淀或聚沉。聚沉可以由各种原因引起，如加热、加入电解质等。1）电解质的聚沉作用 溶胶对电解质很敏感，加入很少量的电解质就可以引起溶胶的聚沉。,74,主要是对 电势的影响，随着电解质的加入，更多的反离子进入吸附层，使|降低，扩散层和 水化层变薄，溶胶稳定性下降。聚沉值：衡量电解质对溶胶的聚沉能力，指在一定 条件下使溶胶发生聚沉所需电解质的最低 浓度，单位 mmol.L-1 聚沉值主要取决于电解质中与胶粒带相反电荷的离子的价态，离子的种类对此影响不大。,75,一般说来：与胶粒所带电荷相反的离子价态越高，聚沉能力越强，即聚

36、沉值越小。如异号电荷离子价态为1,2,3时，聚沉值的比例约 为100:1.6:0.14杰略金-维尔魏溶液稳定性理论：正常电解质的聚沉值与价数的六次方成反比。对负溶胶来说，一价金属离子的聚沉能力 Cs+Rb+K+Na+Li+对正溶胶来说，聚沉能力 Cl-Br-NO3-I-CNS-,76,两种与胶粒带相反电荷的离子对溶胶的聚沉作用有 时候具有加和性，有时候是相互对抗的（如Li+和 Mg2+对As2S3溶胶的聚沉）。2）加热 胶粒处于不停的布朗运动中，温度升高，布朗运动加剧，增加了胶粒相互碰撞的机会而聚沉；,77,3）溶胶的相互聚沉现象 将带相反电荷的溶胶混合，由于异性相吸，互相中和电性而发生聚沉。

37、但实验结果表明，两种溶胶仅以某一比例混合 时才发生完全聚沉，把极少量的一种溶胶加入另一 种溶胶中并不发生聚沉。明矾净化水的作用就是明矾中带正电荷的 Al(OH)3 溶胶与水中带负电的胶态悬浮物相互聚沉而使水得 到净化。,78,3、动力性质布朗运动（Brown）大量分子的无规则运动叫做分子的热运动。分子热运动的基本特征是分子的永恒运动和频繁 的相互碰撞。分子热运动具有混乱性和无序性。产生原因：胶粒自身的热运动；颗粒间的相互碰撞而运动。,79,4、溶胶的电学性质 由于胶粒带电，在外电场作用下产生移动的现象。1）电泳：胶粒在分散介质中的移动现象2）电渗：用特殊仪器可以观察到胶粒移动的同时，分散介质将

38、向与胶粒移动相反的电极方向移 动，这种分散介质的移动称为电渗。,80,胶团或胶体溶液是电中性的，而胶粒是带电荷的。胶粒是在溶胶中独立运动的单位。当通过直流电时，胶团在吸附层和扩散层之间发生分裂，胶核和吸附层组成的胶粒向与其所带电荷相反的电极方向移动，如氢氧化铁胶粒向负极移动，而扩散层中的反离子则向正极移动。这就是电泳的本质。,81,许多重要的生物分子，如氨基酸、多肽、蛋白质、核苷酸、核酸等都具有可电离基团，它们在某个特定的pH值下可以带正电或负电，在电场的作用下，这些带电分子会向着与其所带电荷极性相反的电极方向移动。电泳技术就是利用在电场的作用下，由于待分离样品中各种分子带电性质以及分子本身大

39、小、形状等性质的差异，使带电分子产生不同的迁移速度，从而对样品进行分离、鉴定或提纯的技术。,82,5、溶胶的光学性质丁铎尔效应（Tyndall）当一束强光透过胶体时，在入射光的垂直方向可 以看到一条光亮的通路，称为丁达尔效应。光线照射到分散体系时，只有一部分光能够通过，其余部分则被吸收、散射或反射。光的吸收主要取决于体系的化学组成，而散射和反射则取决于体系的分散程度。,83,如果粒子大于入射光波长很多倍，则主要发生光的反射，如粗分散体系；如果粒子小于入射光波长，则主要发生光的散射，每个粒子变成一个新的小光源，这时观察到的是光波环绕微粒而向其四周发射与入射光波长相同的光，称为散射光。,84,由于

40、溶胶粒子大小一般不超过100nm，小于可见光波长（400nm700nm），因此当可见光透过溶胶时会产生明显的散射作用。对于真溶液，虽然分子或离子更小，但因散射光的强度随散射粒子体积的减小而明显减弱。因此，真溶液对光的散射作用很微弱。,85,可以采用丁铎尔现象来区分胶体和溶液。夜间或雾天常常用红颜色灯做警示灯，红光波长长。散射少，透过多。,86,四、高分子溶液及凝胶,大（高）分子物质：相对分子量大于104的物质，包括天然的蛋白质、核酸、脱氧核糖核酸（DNA）等，以及合成的橡胶、塑料、纤维等。大分子的分子大小与胶粒大小相近，表现出溶胶的某些性质(丁铎尔效应，扩散速度慢);-相似 但大分子溶液是个均

41、相的热力学稳定体系，一般不带电荷，比溶胶稳定得多(主要由于它的高度溶剂化)。-不同,87,大分子溶液与小分子溶液相同，具有溶解可逆性(即聚沉出来后可再溶解形成溶液)；而溶胶一旦聚沉出来就很难再成为溶胶。而且大分子溶液的粘度通常比溶胶的大。盐析：即是要使大分子物质从水溶液中析出，必须加大量的电解质。主要是去溶剂化作用。而溶胶聚沉所需电解质的量要少得多。,88,高分子溶液的保护作用：在胶体溶液中加入大分子物质溶液如明胶，可以对胶体起到保护作用，大大提高溶胶的稳定性，使其不易聚沉，称为保护作用。因为明胶吸附在胶粒表面，包住了胶粒（所以溶液中大分子的数目必须大大超过胶粒的数目），阻止了胶粒之间的相互碰撞而聚沉。由于大分子溶液是稳定的，从而使胶体溶液稳定。,89,高分子溶液的敏化作用：如果加入少量大分子物质溶液，不仅不能保护溶胶，还会降低其稳定性，甚至引起聚沉，称为敏化作用。,90,凝胶是一种特殊的分散体系，由胶粒和线形大分子相互连接，形成立体网状结构，大量的溶剂分子被分隔在网状结构的空隙中而失去流动性所形成的。其性质介于固体和液体之间。凝胶的外表看似固体或半固体，但其内部结构的强度有限，易被破坏。形成凝胶的过程称为胶凝。如在一定 pH 值条件下可胶凝得到硅酸凝胶，将热水中制得的动物胶冷却也成为凝胶。凝胶的存在极其普遍，如粉皮、奶酪、皮肤、肌肉、淤泥、土壤等。,