丝姜大字 物理化学讲滈 第十四章) 胶体分散系统 和大分子溶液 (6学时) 物理化学教研室
物理化学讲稿 第十四章 胶体分散系统 和大分子溶液 （6 学时） 物理化学教研室
第十四章胶体分散系统和大分子溶液（教学方案） 章节名称 第十四章胶体分散系统和大分子溶液 备注 授课方式 理论课（√）：实验课()：实习() 教学时数 6 1.了解胶体分散系统的分类及胶体一般制备，净化方法。 2.了解憎液溶胶的动力性质，光学性质，电性质。 教学目的及要 3.了解胶体的结构及胶体的稳定性与聚沉作用。 4.了解大分子溶液的一般性质及其分子量的测定。 5.了解唐南平衡及离子交换的应用。 教学内容提要 时间分配 14.1、胶体和胶体的基本特征 1.5 (分散体系的分类、胶团的结构) 14.2、溶胶的制备与净化 0.5 14.3、溶胶的动力性质 1 (布朗运动与胶粒的扩散、沉降与沉降平衡) 14.4、溶胶的光学性质 (锋尔效应、雷莱公式) 0.5 14.5、溶胶的电性质 1 14.6、双电层理论和℃一电势 0.5 14.7、溶胶的稳定性和聚沉 0.5 (胶体的稳定理论一DLVO理论、影响聚沉作用的一些因素) 14.8、大分子溶液及其膜平衡 0.5 (大分子溶液的性质及其分子量的测定、大分子溶液的渗透压和 唐南平衡、大分子对溶胶的保护作用和敏化作用) 重点：1.溶胶的定义、胶团结构及其基本特征：2.溶胶的动力性质、光 重点 难点 学性质和电性质：3.溶胶的稳定性和聚沉：4.大分子分子量的测定。 难点：有关理论的假设、模型和数学处理及公式的推导。 讨论题目：在密闭的容器中，有大小不同的两个水珠，长期放置后会产 讨论 生什么现象？为什么？ 思考 思考题目：为何晴朗的天空是蓝色的？而晚霞时的天空是红色的？ 作业 练习作业：1、复习题：1、4、5、6 2、习题：6、17 教学手段 课堂讲授 参考 1.王绪。物理化学学习指导。陕西人民教育出版社，1992 文献 2.物理化学一一概念辨析解题方法。中国科学技术大学出版社.2002 2
2 第十四章 胶体分散系统和大分子溶液（教学方案） 章节名称 第十四章 胶体分散系统和大分子溶液 备 注 授课方式 理论课（√）；实验课（ ）；实习（ ） 教学时数 6 教 学 目 的 及 要 求 1.了解胶体分散系统的分类及胶体一般制备,净化方法。 2.了解憎液溶胶的动力性质,光学性质,电性质。 3.了解胶体的结构及胶体的稳定性与聚沉作用。 4.了解大分子溶液的一般性质及其分子量的测定。 5.了解唐南平衡及离子交换的应用。 教学内容提要 时间分配 14.1、胶体和胶体的基本特征 （分散体系的分类、胶团的结构） 14.2、溶胶的制备与净化 14.3、溶胶的动力性质 （布朗运动与胶粒的扩散、沉降与沉降平衡） 14.4、溶胶的光学性质 （锋尔效应、雷莱公式） 14.5、溶胶的电性质 14.6、双电层理论和 ζ—电势 14.7、溶胶的稳定性和聚沉 （胶体的稳定理论—DLVO 理论、影响聚沉作用的一些因素） 14.8、大分子溶液及其膜平衡 （大分子溶液的性质及其分子量的测定、大分子溶液的渗透压和 唐南平衡、大分子对溶胶的保护作用和敏化作用） 1.5 0.5 1 0.5 1 0.5 0.5 0.5 重点 难点 重点：1.溶胶的定义、胶团结构及其基本特征；2.溶胶的动力性质、光 学性质和电性质；3.溶胶的稳定性和聚沉；4.大分子分子量的测定。 难点：有关理论的假设、模型和数学处理及公式的推导。 讨论 思考 作业 讨论题目：在密闭的容器中，有大小不同的两个水珠，长期放置后会产 生什么现象？为什么？ 思考题目：为何晴朗的天空是蓝色的？而晚霞时的天空是红色的？ 练习作业：1、复习题：1、4、5、6 2、习题：6、17 教学手段 课堂讲授 参考 文献 1.王绪。物理化学学习指导。陕西人民教育出版社，1992 2.物理化学——概念辨析解题方法。中国科学技术大学出版社.2002
第十四章胶体分散系统和大分子溶液 第一节胶体分散系统及粗分散系统研究的内容和方法 一、分散系统的观念（定义） 一种或多种物质分散在另一种物质中所构成的系统称为分散系统。前者称为分 散相，后者称为分散介质。例如：云，牛奶，珍珠 分微相与介质 乳脂 水 空气 水 蛋白质 均相分散系统的分散质通常叫溶质，分散介质通常叫溶剂，这样的分散系统也 叫溶液，例如小分子溶液、大分子溶液、电解质溶液等；对溶质、溶剂不加区分的 均相分散系统称之为混合物。小分子溶液、电解质溶液的分散质及分散介质的质点 的大小的数量级为0.lm以下，且透明、不发生散射现象，溶质扩散速度快，是热 力学稳定系统；但大分子溶液，分散质质点的线尺寸在1nm~1000nm之间，扩散慢， 也是热力学稳定系统。 二、分散系统的分类：分散系统的分类是错综复杂的。 小分子溶液 均相分散系统 大分子溶液 电解质溶液 分散系统可分为 缔合胶体（或胶体电解质溶液） [溶胶 非均相分散系统 粗分散系统（乳状液、泡沫、悬浮 液及悬浮体) 溶胶(sol) (憎液溶胶) 胶体大分子溶液（亲液溶胶） 僧液溶胶的基本特征：高度的分散性，多相性，热力学不稳定性 分散体系通常有三种分类方法： ·分子分散体系 按分散相粒子的大小分类： ·胶体分散体系 粗分教本系 •液溶胶 按分散相和介质的聚集状态分类： 固溶胶 •气溶胶 曾液溶胶 按胶体溶液的稳定性分类： •亲液溶胶 3
3 第十四章 胶体分散系统和大分子溶液 第一节 胶体分散系统及粗分散系统研究的内容和方法 一、分散系统的观念（定义） 一种或多种物质分散在另一种物质中所构成的系统称为分散系统。前者称为分 散相，后者称为分散介质。例如：云，牛奶，珍珠 均相分散系统的分散质通常叫溶质，分散介质通常叫溶剂，这样的分散系统也 叫溶液，例如小分子溶液、大分子溶液、电解质溶液等；对溶质、溶剂不加区分的 均相分散系统称之为混合物。小分子溶液、电解质溶液的分散质及分散介质的质点 的大小的数量级为 0.1nm 以下，且透明、不发生散射现象，溶质扩散速度快，是热 力学稳定系统；但大分子溶液，分散质质点的线尺寸在 1nm～1000nm 之间，扩散慢， 也是热力学稳定系统。 二、分散系统的分类：分散系统的分类是错综复杂的。 胶体 溶胶（sol) 大分子溶液(亲液溶胶） （憎液溶胶） 憎液溶胶的基本特征：高度的分散性，多相性，热力学不稳定性 分散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
1.按分散相粒子的大小分类 (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°m以下。通常把这种体系称为真溶液，如CuS0溶液。 (2)胶体分散体系 分散相粒子的半径在1nm100nm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1nm~1000nm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1000m,目测是混浊不均匀体系，放置后会沉淀或分层， 如黄河水。 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-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 (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 (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.气-液溶胶 如雾，云 3.按胶体溶液的稳定性分类 (1)憎液溶胶 半径在1nm-100nm(10°-10？m)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。 (2)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溶剂中，一旦将溶剂蒸发， 大分子化合物凝聚，再加入溶剂，又可形成溶胶，亲液溶胶是热力学上稳定、可 逆的体系。 憎液溶胶的特性 (1)特有的分散程度 粒子的大小在1nm~100nm(10°-10m)之间，因而扩散较慢，不能透过半透 4
4 1.按分散相粒子的大小分类 （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 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 nm~100 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。 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-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 （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 （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.气-液溶胶 如雾，云 3.按胶体溶液的稳定性分类 （1）憎液溶胶 半径在 1 nm-100 nm（10-9 -10-7 m）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。 （2）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溶剂中，一旦将溶剂蒸发， 大分子化合物凝聚，再加入溶剂，又可形成溶胶，亲液溶胶是热力学上稳定、可 逆的体系。 憎液溶胶的特性 （1）特有的分散程度 粒子的大小在 1nm～100nm（10-9 -10-7 m）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。 (2)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，结构复杂，有的保持了该 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。 (3)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。 4,按分散相及分散介质的聚集态分类如表 表1分散系统的分类 (按分散相及分散介质的聚集态分类) 分散相 分散介质 通称 举例 气 液 泡沫 肥皂及灭火泡沫 液 液 乳状液 牛奶及含水原油 溶胶及悬浮液 银溶胶、油墨、泥浆、 固 液 钻井液 沸石、泡沫玻璃、泡沫 气 固 固体泡沫 金属 液 固 珍珠 固 固 加颜料的塑料 液 气 气溶胶 雾 固 气 悬浮体 烟、尘、沙尘暴 三、胶体分散系统及粗分散系统研究的对象 按IUPAC关于胶体分散系统的定义，认为分散质可以是一种也可以是多种物 质，可以是由许许多多的原子或分子（通常是103~10°个）组成的粒子，也可以是一 个大分子，只要它们至少有一维空间的尺寸（即线尺寸）在1nm~100nm(即10m~ 10)范围并分散于分散介质之中，即构成胶体分散系统。按此定义，胶体分散系 统应包括：溶胶、缔合胶体也叫胶体电解质及大分子溶液。 溶胶，一般是许许多多原子或分子聚集成的粒子大小的三维空间尺寸均在 1nm~100nm之间，分散于另一相分散介质之中，且粒子与分散介质间存在相的界 面的分散系统，其主要特征是高度分散的、多相的、热力学不稳定系统，也叫憎液 胶体。 缔合胶体，通常是由结构中含有非极性的碳氢化合物部分和较小的极性基团 (通常能电离)的电解质分子（如离子型表面活性剂分子）缔合而成，通常称为胶束， 胶束可以是球状、层状及棒状等（见表面活性剂章节），其三维空间尺寸也在1m~ 100m之间，而溶于分散介质之中，形成高度分散的、均相的、热力学稳定系统。 大分子溶液，是一维空间尺寸（线尺寸）达到1nm~1000nm之间的大分子（蛋白 质分子、高聚物分子等)，溶于分散介质之中，成为高度分散的、均相的、热力学 稳定系统：另一方面在性质上它与溶胶又有某些相似之处（如扩散慢、大分子不通 过半透膜)，所以把它称为亲液胶体，也作为胶体分散系统研究的对象。 5
5 膜，渗透压低但有较强的动力稳定性 和乳光现象。 （2）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，结构复杂，有的保持了该 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。 （3）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。 4 . 按分散相及分散介质的聚集态分类如表 表 1 分散系统的分类 （按分散相及分散介质的聚集态分类） 分散相 分散介质 通称 举例 气 液 泡沫 肥皂及灭火泡沫 液 液 乳状液 牛奶及含水原油 固 液 溶胶及悬浮液 银溶胶、油墨、泥浆、 钻井液 气 固 固体泡沫 沸石、泡沫玻璃、泡沫 金属 液 固 珍珠 固 固 加颜料的塑料 液 气 气溶胶 雾 固 气 悬浮体 烟、尘、沙尘暴 三、胶体分散系统及粗分散系统研究的对象 按 IUPAC 关于胶体分散系统的定义，认为分散质可以是一种也可以是多种物 质，可以是由许许多多的原子或分子(通常是 103～109个)组成的粒子，也可以是一 个大分子，只要它们至少有一维空间的尺寸(即线尺寸)在 1nm～100nm(即 10-9 m～ 10-7 m)范围并分散于分散介质之中，即构成胶体分散系统。按此定义，胶体分散系 统应包括：溶胶、缔合胶体也叫胶体电解质及大分子溶液。 溶胶，一般是许许多多原子或分子聚集成的粒子大小的三维空间尺寸均在 1nm～100nm 之间，分散于另一相分散介质之中，且粒子与分散介质间存在相的界 面的分散系统，其主要特征是高度分散的、多相的、热力学不稳定系统，也叫憎液 胶体。 缔合胶体，通常是由结构中含有非极性的碳氢化合物部分和较小的极性基团 (通常能电离)的电解质分子(如离子型表面活性剂分子)缔合而成，通常称为胶束， 胶束可以是球状、层状及棒状等(见表面活性剂章节)，其三维空间尺寸也在 1nm～ 100nm 之间，而溶于分散介质之中，形成高度分散的、均相的、热力学稳定系统。 大分子溶液，是一维空间尺寸(线尺寸)达到 1nm～1000nm 之间的大分子(蛋白 质分子、高聚物分子等)，溶于分散介质之中，成为高度分散的、均相的、热力学 稳定系统；另一方面在性质上它与溶胶又有某些相似之处(如扩散慢、大分子不通 过半透膜)，所以把它称为亲液胶体，也作为胶体分散系统研究的对象