胶体化学教程

第十四章 胶体分散体系与大分子溶液

教学目的与要求:

使学生从热力学性质和动力学性质的特点了解和掌握溶胶，胶粒的结构和稳定性的原因，溶胶的制备，净化，稳定和破坏因素。溶胶的基本性质（动力学性质，光学性质，和电学性质以及胶粒具有电动现象的根源），溶胶的各种性质的特殊应用。

重点与难点:

溶胶的热力学性质和动力学性质，胶粒的结构和稳定性的原因，溶胶的制备，净化，稳定和破坏因素。溶胶的基本性质（动力学性质，光学性质，和电学性质以及胶粒具有电动现象的根源），溶胶的各种性质的特殊应用。

分散系统：将一种物质分散在另一种物质中构成的系统。如NaCl溶液，悬浮液等。

将被分散的物质称为分散相，另一种物质称为分散介质。 分散系统的分类： 1．（按分散相的粒子的尺度进行分类） 分子分散体系： r＜10-9m 胶体分散体系： 10-9＞r＜10-7m 粗分散体系： r＞10-7m 2．按分散相与分散介质的聚集状态分类

本章主要讨论胶体分散系统与在分子溶液。胶体分散系统实际上是不溶于溶剂的固体以小颗粒的形式分散在分散介质中，由于它的分散程度高，具有很大的相界面，从热力学上讲是一个不稳定的系统。又由于它具有独特的分散程度，具有一些独特的性质，在生命科学，工农业生产，日常生活，以及基础理论研究等方面都有广泛的应用。大分子溶液实际上是橡胶，蛋白质等的溶液，是一种真溶液，是热力学稳定的系统，但由于分子量比较大，溶液中粒子的尺度落在胶体分散系统的范围内，所以也具有胶体分散系统的一些特性，同时它又是分子分散系统，还具有一些不同于胶体分散的一些特性，本章的第三部分内容是乳状液。

随着社会的发展和进步，人类对客观世界的认识也不断深入，并不断从宏观和微观两个层次深入。所谓宏观是指研究对象的尺寸很大，其下限是人的肉眼可以观察到的最小物体，而上限则是无限的，目前人们对宏观认识的发泄度已经延伸到上百亿光年。在这个基础上相继建立了一些科学领域，如经典力学，经典热力学，地球或天体物理学乃至空间科学。所谓微观是指上限为原子，分子而下限

则上一个无下限的时空。随着人们认识手段的不断进步（如各种新的谱学仪器的出现），人们已经对分子、原子、电子、中子、介子和超子等十分微小的领域有所了解，时间概念也已缩小到飞秒的数量级，一些描述微观世界的学科如量子力学、原子物理学和粒子物理学等相继建立。但是直到20世纪80年代，自从纳米材料出现后，人们才发现在宏观与微观之间，还存在着有一个介观世界被遗忘了。

在胶体和表面化学中所涉及超细微粒，其大小，尺寸在1～100nm之间，基本属于介观领域。

§14．1胶体与胶体的基本特性

胶体概念的来由

今天的胶体化学仅研究由难溶物分散在介质中构成的系统的性质，在这种系

统中，分散相高度分散，具有很大的相界面，是热力学上的一个不稳定系统，但有的胶体却是十分稳定的，所以胶体稳定性的原因，胶体有制备和破坏，也都是胶体化学的研究的内容。

不同溶质的扩

散

分散系统的分类

分散系统的分类： 1．（按分散相的粒子的尺度进行分类） 分子分散体系： r＜10-9m 胶体分散体系： 10-9＞r＜10-7m 粗分散体系： r＞10-7m 2．按分散相与分散介质的聚集状态分类

上边的这些按分散相粒子的尺度和按分散相分散介质的聚集状态分类的方法实际上也是不尽合理的，因为一些分散系统虽然可以属于同一分散系统，但其性质却有很大的差别。通过对胶体溶液稳定性和胶体粒子结构的研究，人们发现胶体散系统至少包括了性质颇为不同的两大类：（1）由难溶物分散到分散介质中所形成的憎液溶胶（其中的粒子都是由大数目的分子或其它粒子构成。这种系统具有很大的相界面，很高的表面Gibbs自由能，属于热力学中的不稳定系统。（2）

大或高分子化合物的溶液，其分子的大小已经达到了胶体的范围，具有胶体的一些特征（如扩散慢，不能透过半透膜，有效应等）但是它却属于分子分散的真溶液，是热力学的稳定的系统。这两种系统是完全性质不同的分散系统。当然这种分类也不是截然的，在这两者之间还存在着一些过渡性质的系统，对于那些从多相转变到均相的过渡部分至今尚未彻底了解。（这也是近代胶体化学研究的内容之一。

由于大分子溶液和憎液溶胶在性质上有很大的不同，而大分子物质在实用及理论上又具有重要的意义，因此近年来，大分子化合物已经成为一个独立的科学。于是，胶体化学所研究的内容就是超微不均匀系统的物理化学了。

胶团的结构

胶体是由难溶物构成的高分散系统，粒子的粒度为10-7~10-9 m，胶体的性质主要是由于它特殊的分散程度。从热力学讲，它是一个不稳定的系统，这是因为界面很大，所以界面能很大，有聚沉的趋势。但有的胶体却是十分稳定的，这种稳定性的原因来自于胶体的特殊的结构。

如果仅仅把一种不溶性的固体分散在一种介质中，是不能制备出稳定的胶体的。还必须有第三种物质作为稳定剂的存在（通常是少量的电解质），作为稳定剂的离子常被吸附在胶粒的表面，形成了双电层，由于胶粒带电和离子的溶剂化作用，胶粒才能稳定地存在于介质中。 以AgI的胶粒结构说明之：

总而言之，应从以下几个方面认识胶体体系：

1．胶体中的不溶物具有晶体的特性，在溶胶中，晶体颗粒的大小不定（大小在一定的范围内。

2．胶体是一个多相体系，相界面大，热力学上不稳定，有聚沉的趋势。 3．胶体的稳定性的来源是由于稳定剂的存在而形成的双电层结构。

§14．2 溶胶的制备和净化

溶胶的制备

制备溶胶的方法有分散法和凝聚法，其目的是设法让分散相的粒子的线度落在胶体分散体系的范围以内，并使体系中存在适当的稳定剂使之稳定。通常所制备的溶胶中的粒子的大小不一，是一个多级分散体系。 1． 分散法：

即用适当的方法使大块的物质在稳定剂的存在下分散成胶体粒子的大小。 （1）研磨法，如墨汁的制造过程。

（2）胶溶法，使暂时凝聚起来的分散相重新分散的方法。许多新鲜的沉淀经洗涤除去过多电解质，再加入少量的稳定剂后可以形成溶胶，这种作用称为胶溶作用。 例：

（3）超声波分散法。 （4）电弧法

2．凝聚法：

这种方法的特点是制成可以生成难溶物的分子（离子）的过饱和溶液，再使之结合成胶体粒子而得到溶胶，通常可以分为 两种：

（1）化学凝聚法：通过化学反应（复分解反应，水解，氧化或还原反应等—）而生成小颗粒的不溶有物而得到溶胶的方法，如： As2O3 + 3 H2S → As2S3 (溶胶) + H2O

贵金属的溶胶可以通过还原反应来制备

2HAuCl4 (稀)+ HCHO(少量) + 11KOH 2Au (溶胶)+

HCOOK+8H23O

Fe, Al, Cu, Cr, V 等的氧化物溶胶通过水解反应来制备， 硫溶胶可以通过氧化还原反应制备

（2）物理凝聚法 （3）更换溶剂法

溶胶的净化

一般制备的溶胶中常含有一些电解质, 过多电解质会破坏胶体的稳定性，因此必须设法使之净化。净化的方法有：

（1）渗析法 这方法的特点是利用胶粒不能透过半透膜，而离子可以透过半透膜的特性，把要净化的溶胶放在半透膜内，然后将半透膜放在溶剂中，这样，由于浓度的差别，就可以将电解质转移到溶剂之中去。 电渗析法

（2）超过滤法

溶胶的形成条件和老化机理