乳状液和胶体解析课件.ppt
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- 乳状液 胶体 解析 课件
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1、11.1 11.1 乳状液乳状液11.2 11.2 胶体溶液胶体溶液11.3 11.3 大分子化合物溶液大分子化合物溶液 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,珍珠小分子(离子)分散系胶体分散系粗分散系分散系按分散相粒子的大小分为:胶体分散系按分散相和介质的聚集状态分类:液溶胶固溶胶气溶胶胶体按稳定性分类:憎液溶胶(简称:溶胶,如Fe(OH)3溶胶)亲液溶胶(又称:大分子化合物溶液、分子溶胶,如明胶等)表表11-1 分散系按分散相离子大小不同
2、的分类分散系按分散相离子大小不同的分类分散相分散相粒子直粒子直径径/nm分散系统类分散系统类型型 分散相分散相粒子的粒子的组成组成 一般性质一般性质 实例实例 100nm 粗粒分散系粗粒分散系(乳状液、乳状液、悬浮液悬浮液)粗粒子粗粒子 非均相;热力学不稳定系统;非均相;热力学不稳定系统;分散相粒子不能透过滤纸和半分散相粒子不能透过滤纸和半透膜透膜 乳汁、泥浆等乳汁、泥浆等 11.1 乳状液乳状液(emulsion)是一种液体的液滴分散在另一种不相溶的液体中所形成的粗分散体系。11.1.1 表面张力表面张力 气液表面分子在表面和内部受力情况 单位表面上的表面分单位表面上的表面分子比相同数量的内
3、部分子子比相同数量的内部分子多出的部分能量,称为多出的部分能量,称为比比表面能表面能,单位,单位J/m2;物理学也称物理学也称表面张力表面张力,单位单位N/m;符号;符号 。dAdG表系统表面自由能和表面积系统表面自由能和表面积的关系可表示为的关系可表示为:表G式中:为系统的表面自由能,为系统的表面自由能,为表面张力。为表面张力。从量纲上来看:从量纲上来看:Nm/m2=N/m(牛顿米牛顿米),所以比表面所以比表面能在数值上等于表面张力,但二者的物理意义不同能在数值上等于表面张力,但二者的物理意义不同。表面张力理解为作用于液体表面每单位长度上的力。液体收表面张力理解为作用于液体表面每单位长度上的
4、力。液体收缩表面的倾向常以表面张力来量度。缩表面的倾向常以表面张力来量度。气液表面A为系统的表面积,为系统的表面积,要降低表面能,可通过两种途径:一是缩小物体的表面积;二是降低表面张力或是两者都减小。11.1.2 11.1.2 表面活性剂表面活性剂 向水中加入表面张力比水小的物质,该物质在表向水中加入表面张力比水小的物质,该物质在表面层的浓度大于在溶液内部的浓度,这种吸附叫做正面层的浓度大于在溶液内部的浓度,这种吸附叫做正吸附。吸附。能产生正吸附的物质称为表面活性剂(能产生正吸附的物质称为表面活性剂(surfactant,surface active agent)。)。表面活性剂能显著降低水表
5、面活性剂能显著降低水表面张力。表面张力。表面活性剂的结构特点是:表面活性剂的结构特点是:亲脂性端 亲水性端 简图图图11-2 11-2 表面活性物质示意图表面活性物质示意图11.1.3 乳状液乳状液 能使乳浊液稳定的的表面活性物质称为乳化剂,乳化剂所起的作用称为乳化作用。水包油型乳状液 油包水型乳状液 图图11-311-3是两种乳状液的示意图是两种乳状液的示意图11.2、溶 胶 的 性 质1.高度分散性:高度分散性:粒子的大小在粒子的大小在10 9 10 7m 之间,因而扩散较慢,不能透过之间,因而扩散较慢,不能透过半透膜,渗透压低但有较强的动力稳定性和乳光现象。半透膜,渗透压低但有较强的动力
6、稳定性和乳光现象。2.不均匀(多相性):不均匀(多相性):胶粒与介质之间存在明显的物理分界面,所以溶胶是一种胶粒与介质之间存在明显的物理分界面,所以溶胶是一种 超微不均匀相(尽管用肉眼看是均匀的);超微不均匀相(尽管用肉眼看是均匀的);3.聚结不稳定性:聚结不稳定性:界面能大,胶粒处于不稳定状态,有相互聚结成较大颗粒而界面能大,胶粒处于不稳定状态,有相互聚结成较大颗粒而聚沉的趋势。聚沉的趋势。溶胶的溶胶的基本特性基本特性:11.2.1 溶胶的性质溶胶的性质(由基本特性引起的)(由基本特性引起的)1、溶胶的光学性质溶胶的光学性质3、溶胶的电学性质、溶胶的电学性质2、溶胶的动力学性质溶胶的动力学性
7、质溶胶具有丰富多彩的光学性质,这与其对光的溶胶具有丰富多彩的光学性质,这与其对光的散射和吸收有关。也是散射和吸收有关。也是溶胶的高度分散性及多溶胶的高度分散性及多相不均匀性特点相不均匀性特点的反映。的反映。本节着重讨论胶体的光散射,可以得到质点的本节着重讨论胶体的光散射,可以得到质点的分子量、体积大小等信息。光散射方法已成为分子量、体积大小等信息。光散射方法已成为研究胶体与大分子溶液的有力工具。研究胶体与大分子溶液的有力工具。1.溶胶的光学性质溶胶的光学性质 1869 年,Tyndall 发现:令一束会聚光通过溶胶,则从侧面可以看到一个乳光柱(即明显的光的路径),这就是 Tyndall 效应;
8、当光线射入分散体系时,有三种情况:当光线射入分散体系时,有三种情况:1 1)分散相粒子)分散相粒子 入射光波长(入射光波长(r r )主要发生光的反射,体系呈现混浊(不同于乳光柱,柔和主要发生光的反射,体系呈现混浊(不同于乳光柱,柔和的发光体)的发光体)这属于粗分散体系。这属于粗分散体系。2 2)分散相粒子)分散相粒子 入射光波长(入射光波长(r r )主要发生光的散射;主要发生光的散射;散射:光波绕过粒子向各方向传播散射:光波绕过粒子向各方向传播产生乳光(散射产生乳光(散射光)。光)。这属于这属于溶胶体系溶胶体系。大分子横截面直径很小,主要发生透射,散射光微弱,无丁大分子横截面直径很小,主要
9、发生透射,散射光微弱,无丁达尔现象达尔现象3 3)分散相粒子)分散相粒子 入射光波长入射光波长 (r r )主要发生光的透射,散射很微弱。主要发生光的透射,散射很微弱。这属于这属于真溶液或纯真溶液或纯液体体系液体体系。Tyndall现象现象 是判别溶胶与其它分散系的最简便方法。是判别溶胶与其它分散系的最简便方法。胶粒的不规则运动导致:扩散、渗透压、外力场中胶粒的不规则运动导致:扩散、渗透压、外力场中的定向运动等动力性质。的定向运动等动力性质。(1 1)布朗运动)布朗运动 18271827年,英国植物学家年,英国植物学家BrownBrown发现,在显微镜下能观察到悬发现,在显微镜下能观察到悬 浮
10、在液面(水)上的花粉末不断地作不规则的运动。浮在液面(水)上的花粉末不断地作不规则的运动。后来人们发现溶胶也具有这种无规则运动。后来人们发现溶胶也具有这种无规则运动。2.溶胶的动力学性质溶胶的动力学性质实验证明:粒子越小,温度越高,介质黏度越小,布朗运动实验证明:粒子越小,温度越高,介质黏度越小,布朗运动越剧烈;越剧烈;水泵最高能将水送到水泵最高能将水送到10.33米的相对高度,米的相对高度,而扩散可以将水送到而扩散可以将水送到 40 米或更高处。米或更高处。高浓度低浓度扩散(2 2)扩散)扩散 当溶胶存在浓度差时,胶粒自发地由浓度大的区域当溶胶存在浓度差时,胶粒自发地由浓度大的区域 向浓度小
11、的区域迁移,这种过程称为扩散向浓度小的区域迁移,这种过程称为扩散在生物体内,扩散是物质的输送或物质的分子、离在生物体内,扩散是物质的输送或物质的分子、离子透过细胞膜的一种动力。子透过细胞膜的一种动力。溶胶是高度分散体系,胶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度趋于均一。当这两种效应相反的力相等时,粒子的分布达到平衡,粒子的浓度随高度不同有一定的梯度,如图所示。这种平衡称为沉降平衡。(3 3)沉降)沉降一、电动现象溶胶粒子的运动与电性能之间的关系。1电动现象的发现:电泳1803年,俄国的 Pecc 实验(如图):通电后,粘土粒子朝正极方向运动。其他实通电后,粘土粒子朝正极方向运
12、动。其他实验也证明一些悬浮粒子也有这种在电场中作验也证明一些悬浮粒子也有这种在电场中作定向运动的现象。定向运动的现象。电电泳泳现现象象说说明:明:悬悬浮在液体中的胶体粒子浮在液体中的胶体粒子带电带电,其符,其符号可以根据胶粒在号可以根据胶粒在电场电场中的移中的移动动方向确定。方向确定。电电泳:泳:在外加在外加电场电场下,下,胶体粒子在分散介胶体粒子在分散介质质中中定向移定向移动动的的现现象叫象叫电电泳。泳。3 溶胶溶胶的电学性质的电学性质 在生物化学中常用电泳法分离和区别各种氨基在生物化学中常用电泳法分离和区别各种氨基酸和蛋白质。酸和蛋白质。在医学中利用血清在纸上的电泳,在纸上可得在医学中利用
13、血清在纸上的电泳,在纸上可得到不同蛋白质前进的次序,反映了其运动速度,以到不同蛋白质前进的次序,反映了其运动速度,以及从谱带的宽度反映其中不同蛋白质含量的差别。及从谱带的宽度反映其中不同蛋白质含量的差别。健康人和肝硬变患者的血清蛋白电泳图健康人和肝硬变患者的血清蛋白电泳图 健康人肝硬变患者清 蛋 白清 蛋 白Pecc 还发现:还发现:若固相(粘土)固定,通电若固相(粘土)固定,通电后可观察到液体(水)在电后可观察到液体(水)在电场作用下向负极移动。场作用下向负极移动。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。2.电渗:电渗:在外加电场在外加电场下,固相不动而液相移下,固
14、相不动而液相移动的现象。动的现象。电泳与电渗的异同:电泳与电渗的异同:a)相同点:相同点:电场作用下,相接触的固体与液体间发生电场作用下,相接触的固体与液体间发生相对运动的现象;相对运动的现象;b)不同点:不同点:电泳观察到质点的运动;电渗固体不动而电泳观察到质点的运动;电渗固体不动而液体运动。液体运动。电泳、电渗统称为电动现象 电动现象说明胶体粒子是带电的。那么,胶粒表面的电荷从何而来呢?二、溶胶粒子的表面电荷二、溶胶粒子的表面电荷 1.电离作用:电离作用:有些溶胶粒子本身就是一个可离解的基团。有些溶胶粒子本身就是一个可离解的基团。例:肥皂一类表面活性剂(R-COO Na+),由于在水中生成
15、胶束(憎液基团在内,亲液基团在外),又由于R-COO Na+的离解,则整个胶束表面带负电荷。2吸附离子作用吸附离子作用胶粒在形成过程中,胶核优先吸附与其组成相似的某种离子,使胶粒带电。例如:在AgI溶胶的制备过程中,如果AgNO3过量,则胶核优先吸附Ag+离子,使胶粒带正电;如果KI过量,则优先吸附I-离子,胶粒带负电。三、胶团的结构三、胶团的结构 稳定剂:由于溶胶的聚结不稳定性,需在溶胶中加入少量电解质(即稳定剂),其离子吸附在分散相颗粒表面上形成双电层结构,由于带电和溶剂化作用,胶体粒子可相对稳定地存于介质中。例如以 KI 为稳定剂的 AgI 溶胶(如图):胶团胶团:胶粒连同周围介质中的相
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