返县大学 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
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 授课方式理论课(√);实验课():实习()教学时数 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 教学目的及要求 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 0.5 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 144、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 146、双电层理论和一电势 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 48、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) 重点厘点:.溶胶的定义、胶团结构及其基本特征:2溶胶的动力性质、光 难点 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 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 分散系统的观念(定义) 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 分相与介质 水 乳 水 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.lnm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~1000m之间,扩散慢 也是热力学稳定系统。 、分散系统的分类:分散系统的分类是错综复杂的 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) 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 按分散相粒子的大小分类:·胶体分散体系 粗分散体系 液溶胶 按分散相和介质的聚集状态分类:-固溶胶 溶胶 按胶体溶液的稳定性分类:亲液溶胶
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103m以下。通常把这种体系称为真溶液,如CuSO1溶液。 (2)胶体分散体系 分散相粒子的半径在1mm100mm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1nmˇ1000mm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1000mm,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.固一气溶胶如泡沫塑料,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)僧液溶胶 半径在1nm-100n(102-107m)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 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lnm~100nm(103-10m)之间,因而扩散较慢,不能透过半透
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 液泡沫 肥皂及灭火泡沫 液乳状液牛奶及含水原油 液固气液固液固 液 胶及悬浮液溶胶、油墨、泥浆、 固固体泡沫 沸石、泡沫玻璃、泡沫 金属 固固气气 珍珠 加颜料的塑料 气溶胶雾 悬浮体烟、尘、沙尘暴 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 个大分子,只要它们至少有一维空间的尺寸(即线尺寸)在1mm~100nm(即10m 10ˉm)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~ l00nm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硏究的对象
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