胶体分散体系-PPT课件.ppt

1、2022年5月15日星期日物理化学第10章2022年5月15日星期日作业：作业：Pag. 452Pag. 452453453 第一次第一次1 1、3 3、5 5、6 6、7 7、8 8 、9 9、1010第二次第二次1111、1212、1313、14 14 、1515第10章 胶体 作业2022年5月15日星期日学习要求：学习要求：u1. 1. 熟悉胶体分散体系的基本特性。熟悉胶体分散体系的基本特性。u2. 2. 掌握溶胶的光学性质，熟悉溶胶的动力性质。掌握溶胶的光学性质，熟悉溶胶的动力性质。u3. 3. 掌握溶胶的电学性质。掌握溶胶的电学性质。u4.4.掌握胶粒的双电层结构及影响掌握胶粒的双

2、电层结构及影响（ZetaZeta）电位）电位的因素。的因素。u5. 5. 了解掌握溶胶在稳定性方面的特点及电解质对了解掌握溶胶在稳定性方面的特点及电解质对其稳定性的影响。其稳定性的影响。u6.6.掌握大分子溶液与溶胶、真溶液的区别。掌握大分子溶液与溶胶、真溶液的区别。2022年5月15日星期日u10.1 胶体分散系统概论第十章 分散体系u10.2 溶胶的动力学和光学性质u10.3 溶胶的电学性质u10.4 溶胶的稳定性和聚沉作用u10.5大分子概说u10.6 Donnan平衡2022年5月15日星期日10.1 胶体分散体系概述胶粒的结构分散相与分散介质分散体系分类 （1）按分散相粒子的大小分类

3、 （2）按分散相和介质的聚集状态分类 （3）按胶体溶液的稳定性分类憎液溶胶的特性胶粒的形状2022年5月15日星期日分散相与分散介质 把一种或几种物质分散在另一种物质中就构成分散体系。其中，被分散的物质称为分散相（dispersed phase），另一种物质称为分散介质（dispersing medium)。例如：云，牛奶，珍珠2022年5月15日星期日分散体系分类分类体系通常有三种分类方法： 分子分散体系 胶体分散体系 粗分散体系按分散相粒子的大小分类：按分散相和介质的聚集状态分类： 液溶胶 固溶胶 气溶胶按胶体溶液的稳定性分类： 憎液溶胶 亲液溶胶2022年5月15日星期日（1）按分散相粒

4、子的大小分类 1.分子分散体系 分散相与分散介质以分子或离子形式彼此混溶，没有界面，是均匀的单相，分子半径大小在10-9 m(1nm)以下 。通常把这种体系称为真溶液，如CuSO4溶液。2.胶体分散体系 分散相粒子的半径在1 nm100 nm之间的体系。目测是均匀的，但实际是多相不均匀体系。也有的将1 nm 1000 nm之间的粒子归入胶体范畴。3.粗分散体系 当分散相粒子大于1000 nm,目测是混浊不均匀体系，放置后会沉淀或分层，如黄河水。2022年5月15日星期日（2）按分散相和介质聚集状态分类1.液溶胶 将液体作为分散介质所形成的溶胶。当分散相为不同状态时，则形成不同的液溶胶：A.液-

5、固溶胶 如油漆，AgI溶胶B.液-液溶胶 如牛奶，石油原油等乳状液C.液-气溶胶 如泡沫2022年5月15日星期日（2）按分散相和介质聚集状态分类2.固溶胶 将固体作为分散介质所形成的溶胶。当分散相为不同状态时，则形成不同的固溶胶：A.固-固溶胶 如有色玻璃，不完全互溶的合金B.固-液溶胶 如珍珠，某些宝石C.固-气溶胶 如泡沫塑料，沸石分子筛2022年5月15日星期日（2）按分散相和介质聚集状态分类3.气溶胶 将气体作为分散介质所形成的溶胶。当分散相为固体或液体时，形成气-固或气-液溶胶，但没有气-气溶胶，因为不同的气体混合后是单相均一体系，不属于胶体范围.A.气-固溶胶 如烟，含尘的空气B

6、.气-液溶胶 如雾，云2022年5月15日星期日（3）按胶体溶液的稳定性分类1.憎液溶胶 半径在1 nm100 nm之间的难溶物固体粒子分散在液体介质中，有很大的相界面，易聚沉，是热力学上的不稳定体系。 一旦将介质蒸发掉，再加入介质就无法再形成溶胶，是 一个不可逆体系，如氢氧化铁溶胶、碘化银溶胶等。 这是胶体分散体系中主要研究的内容。2022年5月15日星期日（3）按胶体溶液的稳定性分类 15/12-15ZY2.亲液溶胶 半径落在胶体粒子范围内的大分子溶解在合适的半径落在胶体粒子范围内的大分子溶解在合适的溶剂中，一旦将溶剂蒸发，大分子化合物凝聚，再加溶剂中，一旦将溶剂蒸发，大分子化合物凝聚，再

7、加入溶剂，又可形成溶胶，入溶剂，又可形成溶胶，亲液溶胶是热力学上稳定、亲液溶胶是热力学上稳定、可逆的体系。可逆的体系。2022年5月15日星期日憎液溶胶的特性 15/12-15 YX（1）特有的分散程度 粒子的大小在粒子的大小在10-910-7 m之间，因而扩散较慢，不能透之间，因而扩散较慢，不能透过半透膜，渗透压低但有较强的动力学稳定性过半透膜，渗透压低但有较强的动力学稳定性 和乳光现象。和乳光现象。（2）多相不均匀性多相不均匀性 具有纳米级的粒子是由许多离子或分子聚结而成，结构具有纳米级的粒子是由许多离子或分子聚结而成，结构复杂，有的保持了该难溶盐的原有晶体结构，而且粒子大小复杂，有的保持

8、了该难溶盐的原有晶体结构，而且粒子大小不一，与介质之间有明显的相界面，比表面很大。不一，与介质之间有明显的相界面，比表面很大。（3）热力学不稳定性热力学不稳定性 因为粒子小，比表面大，表面自由能高，是热力学不因为粒子小，比表面大，表面自由能高，是热力学不稳定体系，有自发降低表面自由能的趋势，即小粒子会自稳定体系，有自发降低表面自由能的趋势，即小粒子会自动聚结成大粒子。动聚结成大粒子。2022年5月15日星期日胶粒的结构 形成憎液溶胶的形成憎液溶胶的必要条件必要条件是：是： （1 1）分散相的溶解度要小；分散相的溶解度要小； （2 2）还必须有稳定剂存在，否则胶粒易还必须有稳定剂存在，否则胶粒易

9、 聚结而聚沉。聚结而聚沉。 2022年5月15日星期日胶粒的结构 胶粒的结构比较复杂，先有一定量的难溶物分子胶粒的结构比较复杂，先有一定量的难溶物分子聚结形成胶粒的中心，称为聚结形成胶粒的中心，称为胶核胶核； 然后胶核选择性的吸附稳定剂中的一种离子，形然后胶核选择性的吸附稳定剂中的一种离子，形成紧密吸附层；由于正、负电荷相吸，在紧密层外形成紧密吸附层；由于正、负电荷相吸，在紧密层外形成反号离子的包围圈，从而形成了带与紧密层相同电成反号离子的包围圈，从而形成了带与紧密层相同电荷的荷的胶粒胶粒；胶粒与扩散层中的反号离子，形成一个电中性的胶粒与扩散层中的反号离子，形成一个电中性的胶团胶团。2022年

10、5月15日星期日胶粒的结构 胶核吸附离子是有选择性的，首先吸附与胶核中胶核吸附离子是有选择性的，首先吸附与胶核中相同的某种离子，用同离子效应使胶核不易溶解。相同的某种离子，用同离子效应使胶核不易溶解。 若无相同离子，则首先吸附水化能力较弱的负离若无相同离子，则首先吸附水化能力较弱的负离子，所以自然界中的胶粒大多带负电，如泥浆水、豆子，所以自然界中的胶粒大多带负电，如泥浆水、豆浆等都是负溶胶。浆等都是负溶胶。 2022年5月15日星期日胶粒的结构例1：AgNO3 + KIKNO3 + AgI 过量的 KI 作稳定剂 胶团的结构表达式 ： (AgI)m n I (n-x)K+x xK+ |_| |

11、_|胶核胶粒（带负电）胶团（电中性）胶核胶粒胶团胶团的图示式：2022年5月15日星期日胶粒的结构例2：AgNO3 + KIKNO3 + AgI 过量的 AgNO3 作稳定剂 胶团的结构表达式： (AgI)m n Ag+ (n-x)NO3x+ x NO3 |_|_|胶核胶粒（带正电）胶团（电中性）胶核胶粒胶团 胶团的图示式：2022年5月15日星期日胶粒的形状 作为憎液溶胶基本质点的胶粒并非都是球形，而胶粒的形状对胶体性质有重要影响。 质点为球形的，流动性较好；若为带状的，则流动性较差，易产生触变现象。2022年5月15日星期日胶粒的形状例如：（1）聚苯乙烯胶乳是球形质点（2） V2O5 溶胶

12、是带状的质点（3） Fe(OH)3 溶胶是丝状的质点2022年5月15日星期日溶胶的制备与净化 15/12-15HK溶胶的制备 （1）分散法 1.研磨法 2.胶溶法 3.超声波分散法 4.电弧法（2）凝聚法 1.化学凝聚法 2.物理凝聚法溶胶的净化 （1）渗析法（2）超过滤法2022年5月15日星期日溶胶的制备 制备溶胶必须使分散相粒子的大小落在胶体分制备溶胶必须使分散相粒子的大小落在胶体分散体系的范围之内，并加入适当的稳定剂。制备方散体系的范围之内，并加入适当的稳定剂。制备方法大致可分为两类：法大致可分为两类： （1 1）分散法分散法 用机械、化学等方法使固体的粒子变小。用机械、化学等方法使

13、固体的粒子变小。 （2 2）凝聚法凝聚法 使分子或离子聚结成胶粒使分子或离子聚结成胶粒2022年5月15日星期日用这两种方法直接制出的粒子称为用这两种方法直接制出的粒子称为原级粒子。原级粒子。 溶胶的制备 视具体制备条件不同，这些粒子又可以聚视具体制备条件不同，这些粒子又可以聚集成较大的集成较大的次级粒子次级粒子。 通常所制备的溶胶中粒子的大小不是均一通常所制备的溶胶中粒子的大小不是均一的，是一个的，是一个多级分散体系多级分散体系。2022年5月15日星期日溶胶的制备-研磨法1.1.研磨法研磨法 用机械粉碎的方法将固体磨细。用机械粉碎的方法将固体磨细。 这种方法适用于脆而易碎的物质，对于柔韧这

14、种方法适用于脆而易碎的物质，对于柔韧性的物质必须先硬化后再粉碎。例如，将废轮胎性的物质必须先硬化后再粉碎。例如，将废轮胎粉碎，先用液氮处理，硬化后再研磨。粉碎，先用液氮处理，硬化后再研磨。 胶体磨的形式很多，其分散能力因构造和转胶体磨的形式很多，其分散能力因构造和转速的不同而不同。速的不同而不同。2022年5月15日星期日溶胶的制备-胶溶法 胶溶法胶溶法又称又称解胶法解胶法，是将新鲜的凝聚胶粒重新分，是将新鲜的凝聚胶粒重新分散在介质中形成溶胶，并加入适当的稳定剂。散在介质中形成溶胶，并加入适当的稳定剂。 这种稳定剂又称这种稳定剂又称胶溶剂胶溶剂。根据胶核所能吸附的离。根据胶核所能吸附的离子而选

15、用合适的电解质作胶溶剂。子而选用合适的电解质作胶溶剂。 这种方法一般用在化学凝聚法制溶胶时，为了将这种方法一般用在化学凝聚法制溶胶时，为了将多余的电解质离子去掉，先将胶粒过滤，洗涤，然后多余的电解质离子去掉，先将胶粒过滤，洗涤，然后尽快分散在含有胶溶剂的介质中，形成溶胶。尽快分散在含有胶溶剂的介质中，形成溶胶。 2022年5月15日星期日例如：例如：溶胶的制备-胶溶法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2022年5月15日星期日溶胶的制备-超声分散法 3.超声分散法

16、这种方法目前只用来制备乳状液。这种方法目前只用来制备乳状液。 如图所示，将分散相和分如图所示，将分散相和分散介质两种不混溶的液体放在散介质两种不混溶的液体放在样品管样品管4 4中。样品管固定在变压中。样品管固定在变压器油浴中。器油浴中。 在两个电极上通入高频电在两个电极上通入高频电流，使电极中间的石英片发生流，使电极中间的石英片发生机械振荡，使管中的两个液相机械振荡，使管中的两个液相均匀地混合成乳状液。均匀地混合成乳状液。 2022年5月15日星期日超声分散法超声分散法溶胶的制备-超声分散法2022年5月15日星期日溶胶的制备-电弧法 电弧法主要用于制备金、电弧法主要用于制备金、银、铂等金属溶

17、胶。制备过程银、铂等金属溶胶。制备过程包括先分散后凝聚两个过程。包括先分散后凝聚两个过程。4.电弧法 将金属做成两个电极，浸在将金属做成两个电极，浸在水中，盛水的盘子放在冷浴中。水中，盛水的盘子放在冷浴中。在水中加入少量在水中加入少量NaOH 作为稳定作为稳定剂。剂。 制备时在两电极上施加制备时在两电极上施加 100V 左右的直流电，调节左右的直流电，调节电极之间的距离，使之发生电火花，这时表面金属蒸发，电极之间的距离，使之发生电火花，这时表面金属蒸发，是分散过程，接着金属蒸气立即被水冷却而凝聚为胶粒。是分散过程，接着金属蒸气立即被水冷却而凝聚为胶粒。2022年5月15日星期日4.电弧法溶胶的

18、制备-电弧法2022年5月15日星期日溶胶的制备-凝聚法 1. 1.化学凝聚法化学凝聚法 通过各种化学反应使生成物呈过饱和状态，通过各种化学反应使生成物呈过饱和状态，使初生成的难溶物微粒结合成胶粒，在少量稳定使初生成的难溶物微粒结合成胶粒，在少量稳定剂存在下形成溶胶，这种稳定剂一般是某一过量剂存在下形成溶胶，这种稳定剂一般是某一过量的反应物。例如：的反应物。例如：A. .复分解反应制硫化砷溶胶复分解反应制硫化砷溶胶 2H3AsO3（稀）（稀）+ 3H2S As2S3（溶胶）（溶胶）+6H2OB.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

19、(OH)3 （溶胶）（溶胶）+3HCl2022年5月15日星期日 C. .氧化还原反应制备硫溶胶氧化还原反应制备硫溶胶 2H2S( (稀）稀）+ SO2( (g) ) 2H2O +3S ( (溶胶）溶胶） Na2S2O3 +2HCl 2NaCl +H2O +SO2 +S ( (溶胶）溶胶） E.离子反应制氯化银溶胶离子反应制氯化银溶胶 AgNO3（稀）（稀）+ KCl（稀）（稀） AgCl ( (溶胶）溶胶） +KNO3D.还原反应制金溶胶还原反应制金溶胶 2HAuCl4( (稀）稀）+ 3HCHO +11KOH 2Au( (溶胶）溶胶）+3HCOOK + 8KCl + 8H2O 溶胶的制备-

20、凝聚法2022年5月15日星期日 2. 2.物理凝聚法物理凝聚法 A. . 更换溶剂法更换溶剂法 利用物质在不同溶剂中溶解度的显著差别来制利用物质在不同溶剂中溶解度的显著差别来制备溶胶，而且两种溶剂要能完全互溶。备溶胶，而且两种溶剂要能完全互溶。 例例1 1. .松香易溶于乙醇而难溶于水，将松香的乙松香易溶于乙醇而难溶于水，将松香的乙醇溶液滴入水中可制备松香的水溶胶醇溶液滴入水中可制备松香的水溶胶 。 例例2 2. .将硫的丙酮溶液滴入将硫的丙酮溶液滴入90左右的热水中，丙左右的热水中，丙酮蒸发后，可得硫的水溶胶。酮蒸发后，可得硫的水溶胶。溶胶的制备-凝聚法2022年5月15日星期日例图：溶胶

21、的制备-凝聚法B. .蒸气骤冷法蒸气骤冷法将汞的蒸气通入冷水将汞的蒸气通入冷水中就可以得到汞的水中就可以得到汞的水溶胶。溶胶。2022年5月15日星期日溶胶的净化 在制备溶胶的过程中，常生成一些多余的电解质，在制备溶胶的过程中，常生成一些多余的电解质，如制备如制备 Fe(OH)3溶胶时生成的溶胶时生成的HCl。 少量电解质可以作为溶胶的稳定剂，但是过多的电少量电解质可以作为溶胶的稳定剂，但是过多的电解质存在会使溶胶不稳定，容易聚沉，所以必须除去。解质存在会使溶胶不稳定，容易聚沉，所以必须除去。 净化的方法主要有净化的方法主要有渗析法渗析法和和超过滤法超过滤法。 2022年5月15日星期日 （1

22、）渗析法渗析法 简单渗析简单渗析 将需要净化将需要净化的溶胶放在羊皮纸或动物膀的溶胶放在羊皮纸或动物膀胱等半透膜制成的容器内，胱等半透膜制成的容器内，膜外放纯溶剂。膜外放纯溶剂。溶胶的净化 利用浓差因素，多余的电解质离子不断向膜外渗透，利用浓差因素，多余的电解质离子不断向膜外渗透，经常更换溶剂，就可以净化半透膜容器内的溶胶。经常更换溶剂，就可以净化半透膜容器内的溶胶。 如将装有溶胶的半透膜容器不断旋转，可以加快如将装有溶胶的半透膜容器不断旋转，可以加快渗析速度。渗析速度。2022年5月15日星期日简单渗析简单渗析溶胶的净化2022年5月15日星期日 电渗析电渗析 为了加快渗析速为了加快渗析速度

23、，在装有溶胶的半透膜两度，在装有溶胶的半透膜两侧外侧外加一个电场加一个电场，使多余的，使多余的电解质离子向相应的电极作电解质离子向相应的电极作定向移动。溶剂水不断自动定向移动。溶剂水不断自动更换，这样可以提高净化速更换，这样可以提高净化速度。这种方法称为电渗析法。度。这种方法称为电渗析法。（1）渗析法渗析法 溶胶的净化2022年5月15日星期日电渗析电渗析溶胶的净化2022年5月15日星期日 用用半透膜作过滤膜半透膜作过滤膜，利，利用吸滤或加压的方法使胶粒用吸滤或加压的方法使胶粒与含有杂质的介质在压差作与含有杂质的介质在压差作用下迅速分离。用下迅速分离。（2）超过滤法超过滤法溶胶的净化 将半透

24、膜上的胶粒迅将半透膜上的胶粒迅速用含有稳定剂的介质再速用含有稳定剂的介质再次分散。次分散。2022年5月15日星期日(3）电超过滤：电超过滤：溶胶的净化 有时为了加快有时为了加快过滤速度，在半透过滤速度，在半透膜两边安放电极，膜两边安放电极，施以一定电压，使施以一定电压，使电渗析和超过滤合电渗析和超过滤合并使用，这样可以并使用，这样可以降低超过滤压力。降低超过滤压力。2022年5月15日星期日10.2 溶胶的动力学和光学性质 Brown 运动 胶粒的扩散 溶胶的渗透压 沉降平衡 高度分布定律 光散射现象 Tyndall效应 超显微镜2022年5月15日星期日Brown运动(Brownian m

25、otion) 1827 年植物学家年植物学家布朗（布朗（Brown)用显微镜观察用显微镜观察到悬浮在液面上的花粉粉末不断地作不规则的运动。到悬浮在液面上的花粉粉末不断地作不规则的运动。 后来又发现许多其它物质如煤、后来又发现许多其它物质如煤、 化石、金属等化石、金属等的粉末也都有类似的现象。人们称微粒的这种运动的粉末也都有类似的现象。人们称微粒的这种运动为为布朗运动布朗运动。 但在很长的一段时间里，这种现象的本质没有但在很长的一段时间里，这种现象的本质没有得到阐明。得到阐明。 2022年5月15日星期日Brown运动(Brownian motion) 1903年发明了年发明了超显微超显微镜镜，

26、为研究布朗运动提供，为研究布朗运动提供了物质条件。了物质条件。 用超显微镜可以观察用超显微镜可以观察到溶胶粒子不断地作不到溶胶粒子不断地作不规则规则“之之”字形的运动，字形的运动，从而能够测出在一定时从而能够测出在一定时间内粒子的平均位移。间内粒子的平均位移。 通过大量观察，得出结论：通过大量观察，得出结论：粒子越小，布朗运动粒子越小，布朗运动越激烈。越激烈。其运动激烈的程度不随时间而改变，但其运动激烈的程度不随时间而改变，但随温随温度的升高而增加。度的升高而增加。2022年5月15日星期日Brown运动的本质 1905年和年和1906年年爱因斯爱因斯坦（坦（Einstein)和斯莫鲁霍夫和斯

27、莫鲁霍夫斯基（斯基（Smoluchowski)分别分别阐述了阐述了Brown运动的本质。运动的本质。 认为认为Brown运动是分散介质分子以不同大小和不运动是分散介质分子以不同大小和不同方向的力对胶体粒子不断撞击而产生的，由于受到同方向的力对胶体粒子不断撞击而产生的，由于受到的力不平衡，所以连续以不同方向、不同速度作不规的力不平衡，所以连续以不同方向、不同速度作不规则运动。随着粒子增大，撞击的次数增多，而作用力则运动。随着粒子增大，撞击的次数增多，而作用力抵消的可能性亦大。抵消的可能性亦大。当半径大于5 m，Brown运动消失。2022年5月15日星期日Brown运动的本质2022年5月15日

28、星期日Brown运动的本质 Einstein认为，溶胶粒子的认为，溶胶粒子的Brown运动与分子运动类运动与分子运动类似，平均动能为似，平均动能为 。并假设粒子是球形的，运用分子运。并假设粒子是球形的，运用分子运动论的一些基本概念和公式，得到动论的一些基本概念和公式，得到Brown运动的公式为：运动的公式为：32kT式中式中 是在观察时间是在观察时间t内粒子内粒子沿沿x轴方向的平均位移；轴方向的平均位移；xr为胶粒的半径；为胶粒的半径；为介质的粘度；为介质的粘度；L为阿伏加德罗常数。为阿伏加德罗常数。 213rtLRTx 这个公式把粒子的位移与粒子的大小、介质粘度、这个公式把粒子的位移与粒子的

29、大小、介质粘度、温度以及观察时间等联系起来。温度以及观察时间等联系起来。2022年5月15日星期日胶粒的扩散 胶粒也有热运动，因此也具有扩散和渗透压。只胶粒也有热运动，因此也具有扩散和渗透压。只是溶胶的浓度较稀，这种现象很不显著。是溶胶的浓度较稀，这种现象很不显著。 如图所示，在如图所示，在CDFE的桶内的桶内盛溶胶，在某一截面盛溶胶，在某一截面AB的两侧的两侧溶胶的浓度不同，溶胶的浓度不同，C1 1 C2。 由于分子的热运动和胶粒的布朗运动，可以观察到胶由于分子的热运动和胶粒的布朗运动，可以观察到胶粒从粒从C1区向区向C2区迁移的现象，这就是区迁移的现象，这就是胶粒的扩散作用胶粒的扩散作用。

30、2022年5月15日星期日胶粒的扩散2022年5月15日星期日溶胶的渗透压 由于胶粒不能透过半透膜，而介质分子或外加由于胶粒不能透过半透膜，而介质分子或外加的电解质离子可以透过半透膜，所以有从化学势高的电解质离子可以透过半透膜，所以有从化学势高的一方向化学势低的一方自发渗透的趋势。的一方向化学势低的一方自发渗透的趋势。 溶胶的渗透压可以借用稀溶液渗透压公式计算：溶胶的渗透压可以借用稀溶液渗透压公式计算：cRT 式中式中c为胶粒的浓度。由于憎液溶液不稳定，浓度为胶粒的浓度。由于憎液溶液不稳定，浓度不能太大，所以测出的渗透压及其它依数性质都很小。不能太大，所以测出的渗透压及其它依数性质都很小。 但

31、是亲液溶胶或胶体的电解质溶液，可以配制高但是亲液溶胶或胶体的电解质溶液，可以配制高浓度溶液，用渗透压法可以求它们的摩尔质量。浓度溶液，用渗透压法可以求它们的摩尔质量。2022年5月15日星期日沉降平衡（sedimentation equilibrium） 溶胶是高度分散体系，胶溶胶是高度分散体系，胶粒一方面受到重力吸引而下降，粒一方面受到重力吸引而下降，另一方面由于布朗运动促使浓另一方面由于布朗运动促使浓度趋于均一。度趋于均一。 当这两种效应相反的力相当这两种效应相反的力相等时，粒子的分布达到平衡，等时，粒子的分布达到平衡，粒子的浓度随高度不同有一定粒子的浓度随高度不同有一定的梯度，如图所示。

32、的梯度，如图所示。 这种平衡称为这种平衡称为沉降平衡沉降平衡。2022年5月15日星期日 达到沉降平衡时达到沉降平衡时，粒子随高度分布的粒子随高度分布的情况与气体类似，可以用高度分布定律。情况与气体类似，可以用高度分布定律。高度分布定律 如图所示，设容器截面积为如图所示，设容器截面积为A，粒子为球型，半径为粒子为球型，半径为r，粒子与介质，粒子与介质的密度分别为的密度分别为 和和 ，在，在 x1和和x2处单处单位体积的粒子数分别位体积的粒子数分别N1，N2， 为渗透压，为渗透压，g为重力加速度。为重力加速度。 0304d()3NA xrg 在高度为在高度为dx的这层的这层溶胶中，使溶胶中，使N

33、个粒子下个粒子下降的重力为：降的重力为：2022年5月15日星期日dddNAART cARTL 该层中粒子所受的扩散力为该层中粒子所受的扩散力为 ，负号表示扩散，负号表示扩散力与重力相反。力与重力相反。 ，则，则cRTdA30d4d()3NRTN xrgL达到沉降平衡时，这两种力相等，得达到沉降平衡时，这两种力相等，得高度分布定律2022年5月15日星期日 这就是这就是高度分布公式高度分布公式。粒子质量愈大，其平衡浓。粒子质量愈大，其平衡浓度随高度的降低亦愈大。度随高度的降低亦愈大。积分得：积分得：)()(34ln120312xxgLrNNRT高度分布定律32021141exp()()3Nrg

34、L xxNRT或：或：2022年5月15日星期日光散射现象 当光束通过分散体系时，一部分自由地通过，当光束通过分散体系时，一部分自由地通过，一部分被吸收、反射或散射。可见光的波长约在一部分被吸收、反射或散射。可见光的波长约在400700 nm之间。之间。 （1）当光束通过）当光束通过粗分散体系粗分散体系，由于粒子大于入射，由于粒子大于入射光的波长，主要发生光的波长，主要发生反射反射，使体系呈现混浊。，使体系呈现混浊。 （2）当光束通过）当光束通过胶体溶液胶体溶液，由于胶粒直径小于可，由于胶粒直径小于可见光波长，主要发生见光波长，主要发生散射散射，可以看见乳白色的光柱。，可以看见乳白色的光柱。

35、（3）当光束通过）当光束通过分子溶液分子溶液，由于溶液十分均匀，散，由于溶液十分均匀，散射光因相互干涉而完全抵消，射光因相互干涉而完全抵消，看不见散射光看不见散射光。2022年5月15日星期日光散射的本质 光是一种电磁波，照射溶胶时，粒子中的电子光是一种电磁波，照射溶胶时，粒子中的电子被迫振动，成为二次光源，向各个方向发射与入射被迫振动，成为二次光源，向各个方向发射与入射光频率相同的电磁波，这就是散射光波，也就是我光频率相同的电磁波，这就是散射光波，也就是我们观察到的散射光（亦称乳光）。们观察到的散射光（亦称乳光）。 分子溶液分子溶液十分均匀，这种散射光因相互干涉而完十分均匀，这种散射光因相互

36、干涉而完全抵消，全抵消，看不到散射光看不到散射光。 溶胶溶胶是多相不均匀体系，在胶粒和介质分子上产是多相不均匀体系，在胶粒和介质分子上产生的散射光不能完全抵消，因而生的散射光不能完全抵消，因而能观察到散射现象能观察到散射现象。2022年5月15日星期日Tyndall效应 Tyndall效应实效应实际上已成为判别溶际上已成为判别溶胶与分子溶液的最胶与分子溶液的最简便的方法。简便的方法。 1869年年Tyndall发现，若令一束会聚光通过溶胶，发现，若令一束会聚光通过溶胶，从侧面（即与光束垂直的方向）可以看到一个发光的圆从侧面（即与光束垂直的方向）可以看到一个发光的圆锥体，这就是锥体，这就是Tyn

37、dall效应效应。其他分散体系也会产生一。其他分散体系也会产生一点散射光，但远不如溶胶显著。点散射光，但远不如溶胶显著。 2022年5月15日星期日Tyndall效应2022年5月15日星期日超显微镜的特点 普通显微镜普通显微镜分辨率不高，只能分辨出半径在分辨率不高，只能分辨出半径在200 nm以上以上的粒子，所以看不到胶体粒子。的粒子，所以看不到胶体粒子。 超显微镜超显微镜分辨率高，可以研究半径为分辨率高，可以研究半径为5150 nm的粒子。但是，的粒子。但是， 超显微镜观察的不是胶粒本身，而是超显微镜观察的不是胶粒本身，而是观察胶粒发出的散射光。是目前研究憎液溶胶非常有观察胶粒发出的散射光

38、。是目前研究憎液溶胶非常有用的手段之一。用的手段之一。2022年5月15日星期日 从超显微镜可以获得哪些有用信息？从超显微镜可以获得哪些有用信息？（1） 可以测定球状胶粒的平均半径。可以测定球状胶粒的平均半径。（2） 间接推测胶粒的形状和不对称性。例如，球状间接推测胶粒的形状和不对称性。例如，球状 粒子不闪光，不对称的粒子在向光面变化时有粒子不闪光，不对称的粒子在向光面变化时有 闪光现象。闪光现象。（3） 判断粒子分散均匀的程度。粒子大小不同，散判断粒子分散均匀的程度。粒子大小不同，散 射光的强度也不同。射光的强度也不同。（4） 观察胶粒的布朗运动观察胶粒的布朗运动 、电泳、沉降和凝聚等、电泳

39、、沉降和凝聚等 现象。现象。超显微镜的类型2022年5月15日星期日10.3 溶胶的电学性质 胶粒带电的本质胶粒带电的本质 电动现象电动现象（2）电渗）电渗（3）流动电势）流动电势（4）沉降电势）沉降电势 双电层双电层 电动电位电动电位(1) 电泳电泳Tiselius电泳仪电泳仪 界面移动电泳仪界面移动电泳仪显微电泳仪显微电泳仪区带电泳区带电泳2022年5月15日星期日胶粒带电的本质 （1）胶粒在形成过程中，胶核优先吸附某种离子，使胶粒带电。 （2） 离子型固体电解质形成溶胶时，由于正、离子型固体电解质形成溶胶时，由于正、负离子溶解量不同，使胶粒带电。负离子溶解量不同，使胶粒带电。 例如：将例

40、如：将AgI制制备溶胶时，由于备溶胶时，由于Ag+较小，活动能力强，比较小，活动能力强，比I-容易脱容易脱离晶格而进入溶液，使胶粒带负电。离晶格而进入溶液，使胶粒带负电。 例如：在例如：在AgI溶胶的制备过程中，如果溶胶的制备过程中，如果AgNO3过过量量，则胶核优先吸附，则胶核优先吸附Ag+离子，使胶粒离子，使胶粒带正电带正电；如果；如果KI过量过量，则优先吸附，则优先吸附I -离子，胶粒离子，胶粒带负电带负电。2022年5月15日星期日 （3） 可电离的大分子溶胶，由于大分子本身发可电离的大分子溶胶，由于大分子本身发生电离，而使胶粒带电。生电离，而使胶粒带电。胶粒带电的本质 例如例如蛋白质

41、分子蛋白质分子，有许多羧基和胺基，在，有许多羧基和胺基，在pH较较高高的溶液中，离解生成的溶液中，离解生成PCOO-离子而离子而负带电负带电；在；在pH较低较低的溶液中，生成的溶液中，生成P-NH3+离子而离子而带正电带正电。 在某一特定的在某一特定的pH条件下，生成的条件下，生成的-COO-和和-NH3+数量相等，蛋白质分子的数量相等，蛋白质分子的净电荷为零净电荷为零，这，这pH称为蛋白称为蛋白质的质的等电点等电点 。2022年5月15日星期日电动现象 胶粒在重力场作用下发生沉降，而产生胶粒在重力场作用下发生沉降，而产生沉降电沉降电势势；带电的介质发生流动，则产生；带电的介质发生流动，则产生

42、流动电势流动电势。这是。这是因动而产生电。因动而产生电。 以上四种现象都称为以上四种现象都称为电动现象电动现象。 由于胶粒带电，而溶胶是电中性的，则介质带由于胶粒带电，而溶胶是电中性的，则介质带与胶粒相反的电荷。在外电场作用下，胶粒和介质与胶粒相反的电荷。在外电场作用下，胶粒和介质分别向带相反电荷的电极移动，就产生了分别向带相反电荷的电极移动，就产生了电泳电泳和和电电渗渗的电动现象，这是因电而动。的电动现象，这是因电而动。2022年5月15日星期日电泳（electrophoresis） 影响电泳的因素有：带电粒子的大小、形状；影响电泳的因素有：带电粒子的大小、形状；粒子表面电荷的数目；介质中电

43、解质的种类、离子粒子表面电荷的数目；介质中电解质的种类、离子强度，强度，pH值和粘度；电泳的温度和外加电压等。值和粘度；电泳的温度和外加电压等。 带电带电胶粒胶粒或大分子在外加电场的作用下向带相或大分子在外加电场的作用下向带相反电荷的电极作反电荷的电极作定向移动定向移动的现象称为的现象称为电泳电泳。 从电泳现象可以获得胶粒或大分子的结构、从电泳现象可以获得胶粒或大分子的结构、大小和形状等有关信息。大小和形状等有关信息。2022年5月15日星期日界面移动电泳仪 首先在漏斗中装上待测溶胶，首先在漏斗中装上待测溶胶，U型管下部活塞内径型管下部活塞内径与管径相同。与管径相同。 实验开始时，打实验开始时

44、，打开底部活塞，使溶胶开底部活塞，使溶胶进入进入U型管，当液面型管，当液面略高于左、右两活塞略高于左、右两活塞时即关上，并把多余时即关上，并把多余溶胶吸走。在管中加溶胶吸走。在管中加入分散介质，使两臂入分散介质，使两臂液面等高。液面等高。2022年5月15日星期日界面移动电泳仪 小心打开活塞小心打开活塞 ，接通电源，观察液面的变化。若是，接通电源，观察液面的变化。若是无色溶胶，必须用紫外吸收等光学方法读出液面的变化。无色溶胶，必须用紫外吸收等光学方法读出液面的变化。 根据通电时间和根据通电时间和液面升高或下降的刻液面升高或下降的刻度计算电泳速度。度计算电泳速度。 另外要选择合适另外要选择合适的

45、介质，使电泳过程的介质，使电泳过程中保持液面清晰。中保持液面清晰。 2022年5月15日星期日显微电泳仪 该方法简单、快速，胶体用量少，可以在胶粒所该方法简单、快速，胶体用量少，可以在胶粒所处的环境中测定电泳速度和电动电位。但只能测定显处的环境中测定电泳速度和电动电位。但只能测定显微镜可分辨的胶粒，一般在微镜可分辨的胶粒，一般在200nm以上。以上。 装置中用的是铂黑电装置中用的是铂黑电极，观察管用玻璃制成。极，观察管用玻璃制成。电泳池是封闭的，电泳和电泳池是封闭的，电泳和电渗同时进行。电渗同时进行。 物镜观察位置选在静止层处（即电渗流动与反流物镜观察位置选在静止层处（即电渗流动与反流动刚好相

46、消），这时观察到的胶粒运动速度可以代表动刚好相消），这时观察到的胶粒运动速度可以代表真正的电泳速度。真正的电泳速度。2022年5月15日星期日显微电泳仪2022年5月15日星期日 区带电泳实验简便、易行，样品用量少，分离区带电泳实验简便、易行，样品用量少，分离效率高，是分析和分离蛋白质的基本方法。效率高，是分析和分离蛋白质的基本方法。 常用的区带电泳有：纸上电泳，圆盘电泳和板常用的区带电泳有：纸上电泳，圆盘电泳和板上电泳等。上电泳等。区带电泳 将惰性的固体或凝胶作为支持物，两端接正、将惰性的固体或凝胶作为支持物，两端接正、负电极，在其上面进行电泳，从而将电泳速度不同负电极，在其上面进行电泳，从

47、而将电泳速度不同的各组成分离。的各组成分离。 2022年5月15日星期日 a.纸上电泳 区带电泳用滤纸作为支持物的电泳称为纸上电泳。用滤纸作为支持物的电泳称为纸上电泳。 先将一厚滤纸条在一定先将一厚滤纸条在一定pH的缓冲溶液中浸泡，取出的缓冲溶液中浸泡，取出后两端夹上电极，在滤纸中后两端夹上电极，在滤纸中央滴少量待测溶液，电泳速央滴少量待测溶液，电泳速度不同的各组分即以不同速度不同的各组分即以不同速度沿纸条运动。度沿纸条运动。 经一段时间后，在纸条上形成距起点不同距离的区带，经一段时间后，在纸条上形成距起点不同距离的区带，区带数等于样品中的组分数。将纸条干燥并加热，将蛋白区带数等于样品中的组分

48、数。将纸条干燥并加热，将蛋白质各组分固定在纸条上，再用适当方法进行分析。质各组分固定在纸条上，再用适当方法进行分析。2022年5月15日星期日 b. .凝胶电泳凝胶电泳 用淀粉凝胶、琼胶或聚丙烯酰胺等用淀粉凝胶、琼胶或聚丙烯酰胺等凝胶作为载体，则称为凝胶电泳。凝胶作为载体，则称为凝胶电泳。 将凝胶装在玻管中，电泳后各组将凝胶装在玻管中，电泳后各组分在管中形成圆盘状，称为圆盘电泳；分在管中形成圆盘状，称为圆盘电泳； 凝胶电泳的分辨率极高。例如，凝胶电泳的分辨率极高。例如，纸上电泳只能将血清分成五个组分，纸上电泳只能将血清分成五个组分，而用聚丙烯酰胺凝胶作的圆盘电泳而用聚丙烯酰胺凝胶作的圆盘电泳可

49、将血清分成可将血清分成25个组分。个组分。区带电泳2022年5月15日星期日区带电泳如果将凝胶铺在玻板上进行的电泳称为平板电泳。如果将凝胶铺在玻板上进行的电泳称为平板电泳。 C.C.板上电泳板上电泳2022年5月15日星期日 在外加电场作用下，带电的在外加电场作用下，带电的介质介质通过多孔膜或通过多孔膜或半径为半径为110 nm的毛细管作的毛细管作定向移动定向移动，这种现象称，这种现象称为为电渗电渗。 外加电解质对电渗速度影响显著，随着电解质浓外加电解质对电渗速度影响显著，随着电解质浓度的增加，电渗速度降低，甚至会改变电渗的方向。度的增加，电渗速度降低，甚至会改变电渗的方向。 电渗方法有许多实

50、际应用，如溶胶净化、海水电渗方法有许多实际应用，如溶胶净化、海水淡化、泥炭和染料的干燥等。淡化、泥炭和染料的干燥等。（2）电渗（electro-osmosis)2022年5月15日星期日 在在U型管型管1,2中盛电解质溶中盛电解质溶液，将电极液，将电极5,6接通直流电后，接通直流电后，可从有刻度的毛细管可从有刻度的毛细管 4中，中，准确地读出液面的变化。准确地读出液面的变化。 电渗实验 图中，图中，3为多孔膜，可以用滤纸、玻璃或棉花等为多孔膜，可以用滤纸、玻璃或棉花等构成；也可以用氧化铝、碳酸钡、构成；也可以用氧化铝、碳酸钡、AgI等物质构成。等物质构成。 如果多孔膜吸附阴离子如果多孔膜吸附阴