文档介绍：该【【鼎尖教案】高中化学(大纲版)第三册 第二单元 胶体的性质及其应用 第二节胶体的性质及其应用(备课资料) 】是由【1781111****】上传分享，文档一共【7】页，该文档可以免费在线阅读，需要了解更多关于【【鼎尖教案】高中化学(大纲版)第三册 第二单元 胶体的性质及其应用 第二节胶体的性质及其应用(备课资料) 】的内容，可以使用淘豆网的站内搜索功能，选择自己适合的文档，以下文字是截取该文章内的部分文字，如需要获得完整电子版，请下载此文档到您的设备，方便您编辑和打印。:..一、胶体与溶液、浊液之间最本质的区别是什么?胶体与溶液、浊液之间最本质的区别是分散质粒子的大小不同。溶液分散质直径<10-9m,浊液分散质的直径是>10-7m,而胶体的分散质直径介于二者之间。溶液、胶体和浊液由于分散质粒子大小不同,而在性质上、外观上也有许多不同。比较如下:二、胶体化学的研究历史人们在古代就接触和利用过很多种胶体。例如,生活中遇到的面团、乳汁、油漆、土壤等,都属胶体范围。1663年,卡西厄斯(Cassius)用***化亚锡还原金盐溶液,制得了紫色的金溶胶。从十九世纪初,人们开始了对胶体的科学研究。1809年,列伊斯使用一支U型管,管底中部放一粘土塞子,盛水后通电。他观察到粘土的悬浮粒子向阳极移动,而阴极一臂中的水位则上升。这个实验证明了粘土粒和水两个相,带有相反的电荷,这种现象叫做“电泳”。1827年,英国植物学家R·布朗(R·Brown,1773~1858)用显微镜观察水中悬浮的藤黄粒子,发现粒子不停顿地在运动着,后来人们就把胶体粒子所呈现的这个重要现象称作“布朗运动”。1838年,阿歇森(Ascherson,德)在鸡蛋白的水溶液中加入一些橄榄油,使之呈悬浮的微滴。他在研究这种油滴的行为时,看到鸡蛋白在油滴与水(介质)的界面上,形成了一层膜。这一实验表明,在这种情况下蛋白质形成了几分子厚度的一层薄膜,而变得不能溶于水了,这种现象叫做“变性”作用,他同时还发现油滴在蛋白质的“保护”下也不能“聚结”了。1845~1850年间,塞尔米(F·Selmi,意)对无机胶体作了系统的研究,包括AgCl溶胶的生成条件以及盐类对它的凝聚作用。1857年,法拉第曾做试验,他使一束光线通过一个玫瑰红色的金溶胶。这个溶胶原来也像普通的溶液一样是清澈的,但当光线射过时,从侧面可以看到在此溶胶中呈现出一条光路。后来丁达尔(J·Tyndall,1820~1893,英)对此现象作了广泛的研究,以后人们就把这一现象称做“丁达尔效应”。此外,法拉第还曾做试验,他往无机溶液中先加入动物胶,再加入适当的沉淀剂时发现这时原来的沉淀作用不再发生了,这种作用后来被称做“保护”作用。1861~1864年间,格雷哈姆(T·Graham,1805~1869,英)对胶体进行了大量的实验。为着区别胶体和晶体,他首先提出了胶体(colloid)这一名称。他指出动物胶是典型的胶体,不结晶,在水中扩散时要比晶体慢得多。他采用过以羊皮纸作半透膜的渗析法,膜的微孔只能让溶液中原为晶体物质的溶质粒子透过,而胶体粒子则穿透不过去。因此他就用这种方法来纯制胶体。他还发现虽然晶体物质的溶质粒子比动物胶类的胶体粒子小得多,但若有许多这类溶质粒子聚集在一起,也能形成一个胶体粒子,金溶胶的形成就属于这种情况。格:..指出硅酸和氢氧化铝的沉淀就属于后者。他还研究了凝胶的“胶溶”现象和“脱水收缩”现象。他对胶体的这些方面的研究,导致建立了一门有系统性的学科——胶体化学。十九世纪末,人们对半透膜的渗析方法,又通以电流,发展成为电渗析法;另外还通过加压,发展为“超滤法”。1911年,唐南(T·G·Donnan,英)又提出了半透膜平衡的理论,并且为实验所证明。关于胶体的定义,1907年法伊曼(·П·Ваймарн,1879~1935,俄)明确地提出了胶体的概念,认为它是物质处在一定程度的分散状态,即粒子大小在十至一千多埃之间。同年,奥斯特瓦尔德进一步对胶体作出新的定义,认为胶体是一种多相体系,由分散相胶粒和分散介质所构成。前者可以是固、液或气体(溶胶、烟、雾、泡沫、膜等)。由于当物质处于高度分散的胶粒状态时,扩展出了很大的界面,因此胶体化学的研究又与表面化学密切联系起来了。表面力导致吸附现象。J·W·吉布斯在1876年应用热力学,研究了等温吸附,指出,借测量溶液的表面张力,可以计算出液体表面的吸附量。但他的这一理论当时并未引起人们的注意,只是在三十多年后才由实验所证实。1906年,富朗特里希(H·Freundlish)研究了木炭等吸附剂从脂肪酸溶液中吸附溶剂的性质,总结出了经验公式,称做“富氏吸附公式”。1916年,朗缪尔(I·Langmuir,1881~1957,美)又从分子运动论推导出“朗氏吸附公式”,但这一公式只适用于单分子层。次年,他又设计一种“表面天平”,可以计量液面上散布的一层不溶物质的表面积,由此能计算后者的分子截面。1938年,布仑诺厄(S·Brunauer)、爱麦特(P·H·Emmett)和特勒(E·Teller)把朗氏公式推广到多分子层吸附现象,求得一个比较广泛适用的多分子层吸附等温线公式,即后来的所谓“BET公式”,从而建立了现代测定固体比表面的标准方法,它对于催化作用的定量研究起了重大的推进作用。另一方面,对胶体粒子的直接观察,在二十世纪初也有了进展,1903年,西登托夫(H·Siedentopf,1872~1940)和齐格蒙第(R·Zsigmondy,1865~1929,瑞士)发明了观察胶体粒子运动的超显微镜,实际上观察到的是散射光,即胶粒以一个个亮点的形式而呈现。一般显微镜只能看到2000埃以上的物象,而超显微镜则可以观察到小至100埃的粒子。贝仑(J·B·Perrin,1870~1942,法)就曾借这种仪器进行试验,他把一定大小的藤黄小球悬浮在水中,由于受到地心引力的作用,形成了沉降平衡,由此可以求得阿伏加德罗常数。1913年,德国鲁斯卡(E·Ruska)、麻尔和阿登内(V·Ardenne)发明了电子显微镜,用电子束代替普通光线,并运用磁镜聚焦,这样能达到三十万倍的线性放大,能观察到10埃以上大小的物像,这也就是胶粒大小的低限。电子显微镜通过复制技术,更可以用来观察表面膜内小至约10埃的胶粒。为了能够确定一个胶体粒子的“分子量”,1923年,瑞典斯维德贝格(T·Svedberg,1884~)设计了超离心机,获得的引力常数达30万倍于地心引力常数,为测量蛋白质分子在水中的沉降速度创造了条件,从而能计算蛋白质的分子量。他的一些测定结果如下:牛胰岛素46,000人血红朊63,000人血清球朊153,000章鱼血清朊2,800,000烟草花叶病毒31,400,000斯维德贝格的工作在亲液胶体方面取得了重大的成就,对蛋白质及高分子溶液的深入了解提供了有力的研究手段。另一方面,由于憎液胶体具有很大的相界面,从热力学的观点来衡量,它是不稳定的体系。因此有关胶体稳定性的研究便成为胶体化学的中心课题之一。本世纪四十年代,苏联人:..ерягин)、朗道(Ландау)、荷兰人费韦(Verwey),以及乌弗贝克(Overbeek),各自独立地建立了胶体稳定性的理论,称做DLVO理论。这个理论考虑了质点之间由于双电层的存在而引起的斥力,以及质点之间的范德华力。这样,便第一次从理论上定量地解释了质点形状比较简单的胶体的稳定性,因此对胶体化学的发展有着重大的影响。综观二十年代利用超离心机的实验,三十年代多层吸附理论和四十年代憎液胶体稳定理论的建立,可以说是最近半世纪中胶体化学领域内的三大成就。有一类物质,如肥皂、染料,具有很奇特的性质。按其溶液的依数性,可以断定质点的数目很少,但其电导率却很高,并且其电导率与浓度的关系也与一般电解质很不一样。这类物质的另一特点是有增溶作用。麦克班(J·W·McBain,美)在本世纪初期,系统地研究了这类物质的性质,开辟了所谓胶态电解质的领域。他证明,在溶液中,这类物质的分子或离子能聚集成胶团,从而解释了它们的许多特性。近代表面活性剂的多样化应用,正是在这一理论基础上发展起来的。1936年,缪勒(ErwinWilhelmMüller,美籍德人)发明了场发射显微镜。他是利用一个高熔金属(钨、铂)的尖端为阴极,在高电场作用下,使该尖端发射出电子,并将其投射在荧光屏上,形成尖端上原子的电子投射象,分辨本领约达20埃。1951年,缪勒进一步将尖端改为阳极,令氦离子投射在屏上,成为场离子显微镜,分辨本领能达到2埃。这些仪器适用于观察表面原子的微观排列,包括被吸附的物质。再结合超高真空技术,它已成为现代研究固体表面结构的有力工具。当前,胶体化学正在研究的课题大致有:(1)第一吸附层的本性,(2)电化学反应的机理,(3)湿润作用的本性等。此外,还有一些问题有待于创造研究条件,然后才能找到解决的途径。例如:从溶液中吸附的单分子层区;表面层机械性能的本性;泡沫和乳胶的本性等问题。胶体化学的应用范围,涉及到很多工业部门。近年来对油漆膜的物化性能、催化剂的作用机理、生物膜及合成膜的选择性渗透机理等研究,都受到重视。胶体化学还深入到分子生物学的其他领域。大气污染中气溶胶的形成与破除又是一项重要的课题。自从塑料、橡胶、合成纤维工业兴起以来,胶体化学的研究与高分子化学的联系更加密切。三、胶体的结构当溶胶通以直流电时,可以看到胶粒向某一电极移动,这种现象叫做电泳。它说明胶体粒子是带电的。要认识胶体的结构,首先必须了解胶粒为什么会带电。胶粒带电的原因,是由于胶体是高分散的多相体系,具有巨大的界面(总表面积),因而有很强的吸附能力。它能有选择地吸附介质中的某种离子,而形成带电的胶粒。关于胶体的结构,现在认为,在胶体粒子的中心,是一个由许多分子聚集而成的固体颗粒,叫做胶核。在胶核的表面常常吸附一层组成类似的、带相同电荷的离子。例如,***银与***化钾反应,生成***化银溶胶,若***化钾过量,则胶核***化银吸附过量的Cl-而带负电,若***银过量,则***化银吸附过量的Ag+而带正电。当胶核表面吸附了离子而带电后,在它周围的液体中,与胶核表面电性相反的离子会扩散到胶核附近,并与胶核表面电荷形成扩散双电层(如图)。扩散双电层由两部分构成::..(1)吸附层胶核表面吸附着的离子,由于静电引力,又吸引了一部分带相反电荷的离子(以下简称反离子),形成吸附层。(2)扩散层除吸附层中的反离子外,其余的反离子扩散分布在吸附层的外围。距离吸附层的界面越远,反离子浓度越小,到了胶核表面电荷影响不到之处,反离子浓度就等于零。从吸附层界面(图的虚线)到反离子浓度为零的区域叫做扩散层。这里再以***化银溶胶为例来说明。包围着***化银胶核的是扩散双电层(吸附层和扩散层),胶核和吸附层构成了胶粒,胶粒和扩散层形成的整体为胶团,在胶团中吸附离子的电荷数与反离子的电荷数相等,因此胶粒是带电的,而整个胶团是电中性的。由于胶核对吸附层的吸引能力较强,对扩散层的吸引能力较弱,因此在外加电场(如通直流电)作用下,胶团会从吸附层与扩散层之间分裂,形成带电荷的胶粒而发生电泳现象。下图是硅酸胶团结构示意图。个SiO·nHO分子聚集成胶核,胶核表面的HSiO2223有微弱的电离,胶核选择吸附与其组成类似的n个SiO2,H+为反离子,总数为2n个,其3中2(n-x)个为带负电的SiO2?所吸引,共同构成胶粒中的吸附层,其余的2x个H+则分3布在扩散层中,它的胶团结构也可以用下面式子来表示。:..而土壤胶体又是土壤中最重要、最活跃的部分,植物营养的吸收,土壤中的各种反应,大都集中在这一部分。硅酸胶团结构示意图胶体在土壤肥力上起着巨大作用,在工农业生产上有着重要意义。四、高分子凝胶的智能化高分子凝胶是指三维网络结构的高分子化合物与溶剂组成的体系,由于它是一种三维网络立体结构,因此它不被溶剂溶解,同时分散在溶剂中并能保持一定的形状。溶剂虽然不能将三维网状结构的高分子溶解,但高分子化合物中亲溶剂的基团部分却可以被溶剂作用而使高分子溶胀,这也是形成高分子凝胶的原因之一。高分子凝胶的智能化表现在以下几方面。当外部环境的pH、离子强度、温度、电场以及环境中所含有的其他化学物质发生变化时,高分子凝胶即呈现出“刺激—应答”状态。例如在高分子凝胶中出现相转变,表现为网络的网孔增大、网络失去弹性、网络的体积急剧变化(可变化几百倍之多),甚至在三维网络结构中不再存在凝胶相。而且这些变化是可逆的和不连续的。上述这些变化使高分子凝胶的体积既可以发生溶胀,又可以收缩,利用这种性质设计出一种装置,它具有肌肉的功能,这种人造肌肉制成机械手类似于智能机器人的手,能够拿东西。我们可以看出,这种人造肌肉是被谁指令的呢?那就是上面指出的外部环境的各种物理性质和化学性质发生的变化。这种具有三维网络结构的高分子凝胶的溶胀行为还可以由于糖类的刺激而发生突变,这样,高分子溶胀行为将受到葡萄糖浓度变化的指令。葡萄糖浓度信息对于糖尿病患者是很重要的,如果以这种含葡萄糖的高分子凝胶作为负载胰岛素的载体,表面用半透膜包覆,在此体系中随着葡萄糖浓度的变化,高分子凝胶将作出响应,执行释放胰岛素的命令,从而有效地维持糖尿病患者的血糖浓度处于正常。五、纳米材料纳米材料是近年来受到人们极大重视的一个领域。它至少可以分为以下三类:(1)金属与半导体的纳米颗粒。这种物质当颗粒尺寸减小到纳米级时,金属颗粒的能级,从准连续能级变为离散能级,最后达到类似分子轨道的能级。这时,它们的电学、磁学、:..(2)AlO、MgO、某些硅酸盐等绝缘体,它们的纳米颗粒早已被人们研究(如催化剂、23陶瓷材料等),在一般情况下并不呈现特殊的电学性能。(3)化学家早已合成出的许多大分子、如冠醚化合物、树型化合物、多环化合物、超分子化合物、富勒烯等等,它们的分子尺寸可达几纳米,甚至几十纳米。一些生物活性的大分子也可以归入此类。这些化合物的电子能级一般都表现出分子轨道能级的特点,有时会出现离子导电。它们的导电性质与颗粒尺寸的关系不明显,与金属纳米颗粒的性质有很大的差别。但是,这一类大分子化合物,当分子结构达到一定尺寸和复杂程度时,会出现一些特殊性质,如自修复、自组合等,形成更复杂的结构。以富勒烯为例:1985年,英国化学家Kroto,美国化学家Curl和Smalley在研究碳原子形成团簇(cluster)的条件和机制时,首次在质谱图上观察到C和C的存在。后来因为受到建筑学家Fuller6070所设计的拱形圆顶建筑的启发,想出了C的结构应当和足球相似,是由12个五边形和2060个六边形组成的中空的球形分子。值得重视的是,富勒烯的合成也是以碳原子(用电弧放电法使石墨气化)为真正的原料。和人造金刚石的思路有异曲同工之妙,关键在于如何控制碳原子形成团簇时多种可能采取的结构途径之间的比例。左下图是富勒烯家族中的一些“成员”的结构示意图。右下图是近年来倍受重视的碳纳米管的结构模型图。这种材料因为可以在管上的碳原子处通过形成化学键的方式和其他功能分子相连接,有可能成为一种比较容易制备且可多点连接的分子导线而受到关注。此外,利用它做一种模具,设法在其中充以金属氧化物(可通过***盐的分解来得到),经过还原可制备出纳米量级的金属“细丝”。纳米材料是一个全新的材料科学领域,可作超导材料。1991年日本SumioLijima用电弧放电法制C得到的碳炱中发现管状的碳管碳的壁为类60石墨二维结构,基本上由六元并环构成,按管壁上的碳碳键与管轴的几何关系可分为“扶手椅管”“锯齿状管”和“螺管”三大类,按管口是否封闭可分为“封口管”和“开口管”,按管壁层数可分为单层管(SWNT)和多层管(MWNT)。多层管有点像俄国玩具“套娃”,层间距为340pm,比石墨的层间距335pm略大。管碳的长度通常只达到纳米级(1nm=10-9m)。C自从发现以来,一直是科学家关注的物质。近年的研究发现,C分子被发现及制备6060后,其独特的光电磁性引起科学家的浓厚兴趣。例如:C的超导温度为18K,当掺杂CHCl603后超导温度提高到80K,当掺杂CHBr后超导温度提高到117K。另外,一般的高分子中引3入少量C后,能产生较好的光电导性能,可用于高效催化剂、紧凑型高能电池、光化学装60置及化学传感器。水溶性的高分子C衍生物将应用于生物与药物中,其抗病毒试验已得到60令人惊奇的结果。据最近的研究结果表明,C具有治疗艾滋病的功效。含C衍生物能与6060许多物质发生化学反应。:..胶体粒子的电泳操作:(1)用直径为12厘米培养皿作槽体,%的***钾溶液,然后用滴管伸到***钾稀溶液的下面,缓慢地加入***钾饱和溶液,使稀、浓溶液之间形成一个界面。(2)在槽中央***钾稀溶液里轻轻滴入几滴氢氧化铁溶胶,使它在稀、浓溶液的界面处形成一个圆珠,如图所示。(3)小心地插入两片碳电极,接通20~30伏的直流电源后,氢氧化铁胶粒逐渐向阴极移动,致使阴极附近溶液的颜色变深。说明氢氧化铁胶体粒子带正电。七、卤水为什么可以点豆腐答:豆浆是胶体,卤水是一种镁盐,这种盐使豆浆胶体发生凝聚,所以卤水能点豆腐,豆腐是一种凝胶。解析:胶体中分散质的直径大小决定了胶体具有独特的性质。①丁达尔现象:此现象是胶体的光学性质,是胶体粒子对光的散射而形成的;②布朗运动:是胶体的力学性质,是胶体粒子受到分散剂分子在每一方向不均衡碰撞造成的;③电泳现象:是胶体的电学性质。这是由于胶体具有较大的表面积,能吸附阳离子或阴离子,使得胶粒带有正电荷或负电荷。在外加电场作用下带电胶粒向阴极或阳极作定向移动。④胶体粒子由于都带有相同电荷,它们之间相互排斥而达到相对稳定状态,当向胶体中加入某电解质时,破坏了胶粒之间的排斥力,使胶粒凝聚而沉积下来。卤水点豆腐就是这个原理,此过程称胶体的凝聚。八、能否使用两种不同品牌的蓝黑墨水?答:不能,同时使用两种不同牌子的墨水,会出现钢笔堵塞现象。解析:墨水通常都是胶体,不同牌子的墨水往往含的胶粒所带电荷不同,当二者相遇时,相异电荷的互相吸引而破坏了胶体中胶粒之间的排斥力而发生胶体的凝聚,产生的固体沉积会堵塞钢笔。一般情况下:金属氢氧化物、金属氧化物的胶体粒子吸附阳离子,胶粒带正电荷;非金属氧化物、金属的硫化物的胶粒吸附阴离子,胶粒带负电荷。