文档介绍：第八章胶体化学
§8—1 概述
1、分散系统
所谓分散系统,是一种或几种物质分散在另一种物质中所
构成的系统。如牛奶中奶油液滴分散在水中,颜料分散在有机
液体中形成油漆等等。通常把被分散的物质称为分散相,起分
散作用的物质叫分散介质。
分散系统可分为均相分散系统和非均相分散系统。
均相分散系统是物质彼此以分子形态分散或混合所形成的
系统。此类系统的分散相及分散介质之间无相界面存在,是热
力学稳定的系统。
非均相分散系统是物质以微相形态分散在分散介质中所形
成的多相系统。
▲按分散质(分散相)及分散介质的聚集态分类
▲按分散质的质点大小分类
类型粒子的大小实例
小分子或小离子分散系统<10-9m 空气、乙醇的水溶液
胶体分散系统 10-9~10-6m Al(OH)3水溶胶
粗分散系统>10-6m 泥浆
2、胶体分散系统
根据IUPAC,分散相的粒子,只要它们至少有一维空间的尺
寸(即线尺寸)在10-9~10-6m的范围并分散于另一相之中,就构
成胶体分散系统。因此,胶体分散系统包括:
(1)溶胶
溶胶也叫憎液溶胶。是由难溶物分散在分散介质中所形成
的,粒子与分散介质之间存在相的界面,粒子能通过滤纸,但
不能透过半透膜,扩散速度慢,在普通显微镜下看不见。
其主要特征是:
高度分散的、多相的、热力学不稳定系统。
(2)高分子溶液
大分子物质分散于分散介质之中,形成的系统。其主要特征是高度分散的、均相的、热力学稳定系统,
(3)缔合胶体
通常由结构中含有非极性的碳氢化合物部分和较小的极性基
团的电解质分子缔合成的粒子,称为胶束,分散于另一相中形
成的系统。粒子与分散介质之间存在相的界面,其特征是高度
分散的,多相的系统。
3、粗分散系统
粗分散系统包括乳状液、悬浮液、泡沫等,它们在性质及研
究方法上与胶体分散系统有许多相似之。
§8—2 溶胶的性质
1、溶胶的光学性质
(1)丁达尔效应
由于溶胶的光学不均匀性,当一束波长大于溶胶分散相粒子
尺寸的入射光照射到溶胶系统,可发生散射现象-丁达尔现象
溶胶
丁达尔现象的实质是溶胶对光的散射作用。
透镜
光源
丁达尔效应
如图所示,在暗室里,将一束光线透过溶胶,在光束的垂
直方向观察,可以在光透过溶胶的途径上看到一个光柱,,这
就是丁达尔效应。
当光线照射到微粒上时,可能发生两种情况:
①微粒尺寸大于入射光波长很多时,发生光的反射(或折射)。
②若微粒尺寸小于入射光波长时,则发生光的散射。
可见光的波长在400~760nm的范围,大于一般溶胶粒子的尺
寸。当可见光(电磁波)照射在微粒上时,向各个方向发射与
入射光有相同频率的电磁波即散射光波。
由于溶胶的高分散度和多相性,入射光照射在溶胶粒子上,
必然会产生散射光。当然,由于分子热运动引起密度或浓度涨
落,也会造成光学的不均匀性,产生光的散射。产生散射光的
强度,可用雷利公式计算。
(2)雷利公式
(8-2-1)
式中I0是入射光强度,λ是波长, ρ和υ分别是粒子的数密度
(ρ= N / V,N 为体积V 中的粒子数)和单个粒子的体积,n1和
n2分别为分散介质和分散相的折射率。上式表明:
①散射光的强度与入射光波长的四次方成反比。
因此入射光波长越短的光,散射光越强。如果入射光为白
光,则其中波长较短的蓝色和紫色光,散射作用最强;而波长
较长的红色光散射较弱,大部分将透过溶胶。因此,当白光照
射溶胶时,从侧面看,散射光呈蓝紫色,而透过光呈橙红色
(如氯化银、溴化银等溶胶,迎着透射光看是红黄色,而从垂
直于入射光的方向观察则带蓝色)。晴朗的天空呈现蓝色是由
于空气中的尘埃粒子和小水滴散射太阳光引起的,而日出日落
天空呈橙红色,是由于透射光引起的。
②散射光的强度与分散相和分散介质的折射率有关。
当分散相与分散介质折射率相差越大,散射光越强,反之则
越弱。
溶胶具有明显的丁达尔效应,而高分子溶液的丁达尔效应
很弱。因此可用丁达尔效应来区分溶胶和高分子溶液。
③散射光强度与粒子的数密度成正比。
对于物质种类相同,仅粒子数浓度不同的溶胶,若测量条件
相同,两溶胶的散射光强度之比应等于其浓度之比。
若已知其中一个溶胶的浓度,即可求出另一溶胶的浓度。散
射光强度又称为浊度,浊度计就是根据这一原理设计的。
高度分散的憎液溶胶从外观上看是完全透明的,利用雷利散
射原理设计的超显微镜,可以研究5~15nm颗粒的散射光现象。
应用电子显微镜,可以将物像放大10万~50万倍,能直接观察到
粒子形状及测定某些胶核的大小。
图9-2 布朗运动(a)
2、溶胶的动力学性质
溶胶是一种高度分散的多相系统,在热力学上是不稳定的。
溶胶会自动聚结为大粒子,使整个胶体系统遭到