粗分散系统包括乳状液、泡沫、悬浮液及悬浮体等，它们在性质上及研究方法 上与胶体分散系统有许多相似之处，故列入同一章予以讨论。胶体分散系统和粗分 散系统在生物界和非生物界都普遍存在；在实际生活和生产中均有重要应用，如在 化工、石油、治金、印染、涂料、塑料、纤维、橡胶、洗涤剂、化妆品、牙膏等生 产部门，以及在医学、生物学、土壤学、气象学、地质学、水文学、环境科学等领 域都涉及到它的原理。 本章主要研究胶体分散系统及粗分散系统的制备、性质和应用。 四.胶体分散系统及粗分散系统的研究方法 胶体分散系统及粗分散系统是一门综合性很强的学科领域，它的研究方法应 用到热力学，量子力学，统计力学以及动力学等许多学科，甚至与数学、生物学、 材料科学等所用的研究方法交叉与重叠。20世纪40年代以前，胶体理论只能对一 些现象和性质作粗略的、定性的解释：但借助量子力学的发展，应用其方法建立了 胶体间相互作用的理论（为DLV0理论的基础）；同样，应用统计热力学研究大分子 溶液中大分子在固体表面上的吸附过程也取得新的进展；而应用热力学方法及动力 学方法研究溶胶的稳定性（如空间稳定理论及溶胶的聚沉速率与机理等）也是不可 缺少的方法。然而，胶体分散系统及粗分散系统这一学科领域与化学动力学相似， 仍是理论发展尚不很成熟，许多结论都强烈依靠实验来得到的正在发展的学科领 域，如现代的光散射技术、能谱技术、超显微技术、高速离心技术及电泳散射技术 等应用于胶体分散系统的实验研究，极大地推动了该学科领域的发展。 五、胶粒的结构 形成憎液溶胶的必要条件是： (1)分散相的溶解度要小： (2)还必须有稳定剂存在，否则胶粒易聚结而聚沉。 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，称为胶 核：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，在紧密层外形成反号离子的包围圈，从而形成了带与紧密层相同电荷的胶 粒：胶粒与扩散层中的反号离子，形成一个电中性的胶团。 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。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、豆浆等都是负溶胶。 例1：AgNO3+KI→KNO+AgI↓ 过量的KI作稳定剂 胶团的结构表达式： 胶团的图示式： [(AgI)m nI-(n-x)K+]-xK 胶核 大✉ K+K 胶粒 胶核 胶团 胶粒（带负电） 胶团（电中性） 人 6
6 粗分散系统包括乳状液、泡沫、悬浮液及悬浮体等，它们在性质上及研究方法 上与胶体分散系统有许多相似之处，故列入同一章予以讨论。胶体分散系统和粗分 散系统在生物界和非生物界都普遍存在；在实际生活和生产中均有重要应用，如在 化工、石油、冶金、印染、涂料、塑料、纤维、橡胶、洗涤剂、化妆品、牙膏等生 产部门，以及在医学、生物学、土壤学、气象学、地质学、水文学、环境科学等领 域都涉及到它的原理。 本章主要研究胶体分散系统及粗分散系统的制备、性质和应用。 四. 胶体分散系统及粗分散系统的研究方法 胶体分散系统及粗分散系统是一门综合性很强的学科领域，它的研究方法应 用 到热力学，量子力学，统计力学以及动力学等许多学科，甚至与数学、生物学、 材料科学等所用的研究方法交叉与重叠。20 世纪 40 年代以前，胶体理论只能对一 些现象和性质作粗略的、定性的解释；但借助量子力学的发展，应用其方法建立了 胶体间相互作用的理论(为 DLVO 理论的基础)；同样，应用统计热力学研究大分子 溶液中大分子在固体表面上的吸附过程也取得新的进展；而应用热力学方法及动力 学方法研究溶胶的稳定性(如空间稳定理论及溶胶的聚沉速率与机理等)也是不可 缺少的方法。然而，胶体分散系统及粗分散系统这一学科领域与化学动力学相似， 仍是理论发展尚不很成熟，许多结论都强烈依靠实验来得到的正在发展的学科领 域，如现代的光散射技术、能谱技术、超显微技术、高速离心技术及电泳散射技术 等应用于胶体分散系统的实验研究，极大地推动了该学科领域的发展。 五、胶粒的结构 形成憎液溶胶的必要条件是： （1）分散相的溶解度要小； （2）还必须有稳定剂存在，否则胶粒易聚结而聚沉。 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，称为胶 核；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，在紧密层外形成反号离子的包围圈，从而形成了带与紧密层相同电荷的胶 粒；胶粒与扩散层中的反号离子，形成一个电中性的胶团。 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。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、豆浆等都是负溶胶。 例 1：AgNO3 + KI→KNO3 + AgI↓ 过量的 KI 作稳定剂 胶团的结构表达式 ： 胶团的图示式： [(AgI)m n I – (n-x)K+]x– xK+ 胶核 胶粒(带负电) 胶团(电中性) 胶核 胶粒 胶团
例2：AgNO3+KI→KNO3+Agl↓ 过量的AgNO,作稳定剂 胶团的图示式： 胶团的结构表达式： [(AgI)m n Agt (n-x)NO3]x+xNO3 胶核 胶核 胶粒 胶粒（带正电） 胶团 胶团（电中性） 胶粒=胶核+被吸附离子+紧密层反离子 胶团=胶粒+扩散层反离子 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。 例如：(1)聚苯乙烯胶乳是球形质点 (2) V,O5溶胶是带状的质点 (3)Fe(OH3溶胶是丝状的质点 >
7 例2：AgNO3 + KI → KNO3 + AgI↓ [(AgI)m n Ag+ (n-x)NO3 – ]x+ x NO3 – 胶核 胶粒 胶团 胶团的图示式： 胶核 胶粒(带正电) 胶团(电中性) 过量的 AgNO3 作稳定剂 胶团的结构表达式： 胶粒 = 胶核 +被吸附离子 + 紧密层反离子 胶团 = 胶粒 + 扩散层反离子 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。 例如：（1）聚苯乙烯胶乳是球形质点 （2） V2O5 溶胶是带状的质点 （3） Fe(OH)3 溶胶是丝状的质点
第二节溶胶的制备及纯化 一、 溶胶的制备方法 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。制备方法大致可分为两类： (1)分散法用机械、化学等方法使固体的粒子变小。 (2)凝聚法使分子或离子聚结成胶粒。用这两种方法直接制出的粒子称为原级粒子。 视具体制备条件不同，这些粒子又可以聚集成较大的次级粒子。通常所制备的溶胶中粒 子的大小不是均一的，是一个多级分散体系。 溶胶的制备方法有：由小分子溶液用凝聚法（小变大）一包括物理凝聚法，化学反应 法及更换溶剂法制备成溶胶，例如，将松香的乙醇溶液加入到水中，由于松香在水 中的溶度低，则松香以溶胶颗粒大小析出，形成松香的水溶胶（更换溶剂法）。 再如：FeC13(稀水溶液)+3H20煮沸Fe(OH)2(溶胶)+3HC1(化学反应法) 由粗分散系统用分散法（大变小）一一包括研磨法、电弧法及超声分散法制备成 溶胶。 小分子溶液 由小变大 溶胶质点大小 ←由大变小 粗分散系统 质点大小 凝聚法 1nm~1000nm 分散法 质点大小 -0.1nm >1m 更换溶剂法 化学反应法 研磨法 超声分散法 物理凝聚法 电弧法 (一)、分散法 1.研磨法 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。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。 2.胶溶法又称解胶法，仅仅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。这种稳定剂又称胶溶剂。根据胶核所能吸附的离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。 例如： Fe(OHD3(新鲜沉淀) 加FeCl3 Fe(OH3(溶胶) AgCI(新鲜沉淀) 加AgNO,或KCI AgCI(溶胶) 8
8 第二节 溶胶的制备及纯化 一、 溶胶的制备方法 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。制备方法大致可分为两类： （1）分散法 用机械、化学等方法使固体的粒子变小。 （2）凝聚法 使分子或离子聚结成胶粒。用这两种方法直接制出的粒子称为原级粒子。 视具体制备条件不同，这些粒子又可以聚集成较大的次级粒子。通常所制备的溶胶中粒 子的大小不是均一的，是一个多级分散体系。 溶胶的制备方法有：由小分子溶液用凝聚法(小变大)—包括物理凝聚法，化学反应 法及更换溶剂法制备成溶胶，例如，将松香的乙醇溶液加入到水中，由于松香在水 中的溶度低，则松香以溶胶颗粒大小析出，形成松香的水溶胶(更换溶剂法)。 再如： FeCl3(稀水溶液)＋3H2O Fe(OH)2(溶胶)＋3HCl (化学反应法) 由粗分散系统用分散法(大变小)——包括研磨法、电弧法及超声分散法制备成 溶胶。 （一）、分散法 1.研磨法 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。 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。 2.胶溶法又称解胶法，仅仅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。这种稳定剂又称胶溶剂。根据胶核所能吸附的离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。 例如： Fe(OH)3（新鲜沉淀） Fe(OH) 3 3 (溶胶） 加FeCl AgCl (新鲜沉淀） AgCl(溶胶） AgNO KCl 3 加 或 AgCl (新鲜沉淀） AgCl(溶胶） AgNO KCl 3 加 或
3.超声分散法这种方法目前只用来制备乳状液。 如图所示，将分散相和分散介质两种不混溶的液体放在样品管4中。样品管固定 在变压器油浴中。在两个电极上通入高频电流，使电极中间的石英片发生机械振 荡，使管中的两个液相均匀地混合成乳状液。 1.石英片2电极 翻 3.变压器油4.盛试样的试管 超声波分散法 弧法 4.电弧法 电弧法主要用于制备金、银、铂等金属溶胶。制备过程包括先分散后凝聚两个过 程。将金属做成两个电极，浸在水中，盛水的盘子放在冷浴中。在水中加入少量NOH 作为稳定剂。制备时在两电极上施加100V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，是分散过程，接着金属蒸气立即被水冷却而 凝聚为胶粒。 (二)凝聚法 1.化学凝聚法 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： A.复分解反应制硫化砷溶胶 2H3AsO3(稀)+3H2S→As2S3(溶胶)+6H2O B.水解反应制氢氧化铁溶胶 FeCl3(稀)+3H2O(热)→Fe(OH)3(溶胶)+3HCI
9 3.超声分散法 这种方法目前只用来制备乳状液。 如图所示，将分散相和分散介质两种不混溶的液体放在样品管 4 中。样品管固定 在变压器油浴中。在两个电极上通入高频电流，使电极中间的石英片发生机械振 荡，使管中的两个液相均匀地混合成乳状液。 4.电弧法 电弧法主要用于制备金、银、铂等金属溶胶。制备过程包括先分散后凝聚两个过 程。将金属做成两个电极，浸在水中，盛水的盘子放在冷浴中。在水中加入少量 NaOH 作为稳定剂。制备时在两电极上施加 100V 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，是分散过程，接着金属蒸气立即被水冷却而 凝聚为胶粒。 （二）凝聚法 1.化学凝聚法 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： A.复分解反应制硫化砷溶胶 2H3AsO3 (稀) + 3H2S →As2S3 (溶胶) + 6H2O B.水解反应制氢氧化铁溶胶 FeCl3 (稀) +3H2O(热)→ Fe(OH)3 (溶胶) + 3HCl
C.氧化还原反应制备硫溶胶 2H2S(稀)+SO2(g)→2H2O+3S(溶胶) Na2S2O3+2HC1→2NaC1+H,O+SO,+S(溶胶) D还原反应制金溶胶 2HAuCl()+3HCHO+11KOH A>2Au(溶胶)+3 HCOOK+8KC1+8H2O E离子反应制氯化银溶胶 AgNO3(稀)+KC1(稀)→AgCI(溶胶)+KNO3 2.物理凝聚法 A.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备溶胶，而且两种溶剂要能完全互溶。 例1.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。 例2.将硫的丙酮溶液滴入90℃左右的热水中，丙酮蒸发后，可得硫的水溶胶。 B.蒸气骤冷法 将汞的蒸气通入冷水中就可以得到汞的水溶胶 二.溶胶的纯化 在制备溶胶的过程中，常生成一些多余的电解质，如制备F(OH)3溶胶时生成 的HC1。未经纯化的溶胶往往含有很多电解质或其他杂质。少量的电解质可以使溶 胶质点因吸附离子而带电，因而对于稳定溶胶是必要的。少量电解质可以作为溶胶 的稳定剂，但是过量的电解质对溶胶的稳定反而有害，会使溶胶不稳定，容易聚沉。 因此，溶胶制得后需经纯化处理。净化的方法主要有渗析法和超过滤法。 最常用的纯化方法是渗析，有简单渗析和电渗析。 简单渗析利用溶胶质点不能透过半透膜，而离子或小分子能透过膜的性质，将 多余的电解质或低分子化合物等杂质从溶胶中除去。常用的半透膜有火棉胶膜，醋 酸纤维膜等。 电渗析为了加快渗析速度，在装有溶胶的半透膜两侧外加一个电场，使多余的 电解质离子向相应的电极作定向移动。溶剂水不断自动更换，这样可以提高净化速 度。这种方法称为电渗析法。 纯化溶胶的另一种方法是超过滤法。超过滤是用孔径极小而孔数极多的膜片作 为滤膜，利用压差使溶胶流经超过滤器。这时，溶胶质点与介质迅速分离，杂质透 过滤膜而除掉。将半透膜上的胶粒迅速用含有稳定剂的介质再次分散。 电超过滤有时为了加快过滤速度，在半透膜两边安放电极，施以一定电压， 使电渗析和超过滤合并使用，这样可以降低超过滤压力。 0
10 C.氧化还原反应制备硫溶胶 2H2S(稀）+ SO2(g) → 2H2O +3S (溶胶） Na2S2O3 +2HCl → 2NaCl +H2O +SO2 +S (溶胶） E.离子反应制氯化银溶胶 AgNO3(稀)+ KCl(稀) → AgCl(溶胶) +KNO3 D.还原反应制金溶胶 2HAuCl4(稀）+ 3HCHO +11KOH ⎯→ 2Au(溶胶）+3HCOOK + 8KCl + 8H2O D.还原反应制金溶胶 2HAuCl4(稀）+ 3HCHO +11KOH ⎯→ 2Au(溶胶）+3HCOOK + 8KCl + 8H2O 2.物理凝聚法 A. 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备溶胶，而且两种溶剂要能完全互溶。 例 1.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 。 例 2.将硫的丙酮溶液滴入 90℃左右的热水中，丙酮蒸发后，可得硫的水溶胶。 B.蒸气骤冷法 将汞的蒸气通入冷水中就可以得到汞的水溶胶 二.溶胶的纯化 在制备溶胶的过程中，常生成一些多余的电解质，如制备 Fe(OH)3溶胶时生成 的 HCl。未经纯化的溶胶往往含有很多电解质或其他杂质。少量的电解质可以使溶 胶质点因吸附离子而带电，因而对于稳定溶胶是必要的。少量电解质可以作为溶胶 的稳定剂，但是过量的电解质对溶胶的稳定反而有害，会使溶胶不稳定，容易聚沉。 因此，溶胶制得后需经纯化处理。净化的方法主要有渗析法和超过滤法。 最常用的纯化方法是渗析，有简单渗析和电渗析。 简单渗析利用溶胶质点不能透过半透膜，而离子或小分子能透过膜的性质，将 多余的电解质或低分子化合物等杂质从溶胶中除去。常用的半透膜有火棉胶膜，醋 酸纤维膜等。 电渗析为了加快渗析速度，在装有溶胶的半透膜两侧外加一个电场，使多余的 电解质离子向相应的电极作定向移动。溶剂水不断自动更换，这样可以提高净化速 度。这种方法称为电渗析法。 纯化溶胶的另一种方法是超过滤法。超过滤是用孔径极小而孔数极多的膜片作 为滤膜，利用压差使溶胶流经超过滤器。这时，溶胶质点与介质迅速分离，杂质透 过滤膜而除掉。将半透膜上的胶粒迅速用含有稳定剂的介质再次分散。 电超过滤 有时为了加快过滤速度，在半透膜两边安放电极，施以一定电压， 使电渗析和超过滤合并使用，这样可以降低超过滤压力