胶体.docx

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胶体

胶体

胶体（英语：

Colloid）又称胶状分散体（colloidaldispersion）是一种均匀混合物，在胶体中含有两种不同状态的物质，一种分散，另一种连续。

分散的一部分是由微小的粒子或液滴所组成，分散质粒子直径在1nm—100nm之间的分散系；胶体是一种分散质粒子直径介于粗分散体系和溶液之间的一类分散体系，这是一种高度分散的多相不均匀体系。

按照分散剂状态不同分为：

气溶胶——以气体作为分散介质的分散体系。

其分散质可以是气态、液态或固态。

：

如烟扩散在空气中

液溶胶——以液体作为分散介质的分散体系。

其分散质可以是气态、液态或固态。

：

如Fe（OH）3胶体

固溶胶——以固体作为分散介质的分散体系。

其分散质可以是气态、液态或固态。

如有色玻璃、烟水晶

按分散质的不同可分为：

粒子胶体、分子胶体

如：

1．烟，云，雾是气溶胶，烟水晶，有色玻璃、水晶是固溶胶，蛋白溶液，淀粉溶液是液溶胶；

2．淀粉胶体，蛋白质胶体是分子胶体，土壤是粒子胶体；

常见胶体

Fe（OH）3胶体、Al（OH）3胶体、硅酸胶体、淀粉胶体、蛋白质胶体、豆浆、雾、墨水、涂料、AgI、Ag2S、As2S3，有色玻璃，果冻，鸡蛋清，血液等

2结构性质

性质

能发生丁达尔现象,产生聚沉,盐析，电泳现象，渗析作用，吸附性等性质

丁达尔现象

当阳光从窗隙射入暗室，或者光线透过树叶间的缝隙射入密林中时，可以观察到丁达尔效应；放电影时，放映室射到银幕上的光柱的形成也属于丁达尔效应。

胶体为分散系，是一些具有相同或相似结构的一个集合，存在有数个粒子组成一个胶粒，所以一般1mol的物质形成胶体时，胶粒数（胶体粒子数）小于1mol。

胶体为混合物。

介稳性

胶体的稳定性介于溶液和浊液之间，在一定条件下能稳定存在,属于介稳体系.

胶体具有介稳性的两个原因：

原因一胶体粒子可以通过吸附而带有电荷，同种胶粒带同种电荷，而同种电荷会相互排斥（要使胶体聚沉，就要克服排斥力，消除胶粒所带电荷）。

原因二胶体粒子在不停地做布朗运动，与重力作用相同时便形成沉降平衡的状态。

结构

根据Fajans规则（能与晶体的组成离子形成不溶物的离子将优先被吸附.优先吸附具有相同成分的离子），胶体粒子是胶团，它又包括胶粒与扩散层，而胶粒又包括胶核与吸附层。

3净水原理

化学解释

胶体粒子的直径一般在1nm——100nm之间，它决定了胶体粒子具有巨大的表面积，吸附力很强，能在水中吸附悬浮固体或色素形成沉淀，从而使水净化，这就是胶体净水的原理。

能在水中自然形成浓度较大的胶体，并且对水质无明显副作用的物质有KAl（SO4）2·12H2O（明矾）、FeCl3·6H2O等（注：

长期饮用明矾净化的水有引发老年痴呆症等疾病的风险），这样的物质被称为净水剂，其形成胶体的化学原理是使其发生水解反应：

FeCl3+3H2O===△===Fe（OH）3（胶体）+3HCl

注：

Fe（OH）3胶体呈红褐色，在自来水净化中常用，另外也可用来净化被重金属污染的水源，高效廉价。

2Al3++6H2O===（可逆号）===2Al（OH）3（胶体）+6H+

凝胶

编辑

又称冻胶。

溶胶或溶液中的胶体粒子或高分子在一定条件下互相连接，形成空间网状结构，结构空隙中充满了作为分散介质的液体（在干凝胶中也可以是气体，干凝胶也成为气凝胶），这样一种特殊的分散体系称作凝胶。

没有流动性。

内部常含有大量液体。

例如血凝胶、琼脂的含水量都可达99%以上。

可分为弹性凝胶和脆性凝胶。

弹性凝胶失去分散介质后，体积显著缩小，而当重新吸收分散介质时，体积又重新膨胀，例如明胶等。

脆性凝胶失去或重新吸收分散介质时，形状和体积都不改变，例如硅胶等。

由溶液或溶胶形成凝胶的过程称为胶凝作用（gelation）。

水凝胶（Hydrogel）是以水为分散介质的凝胶。

具有网状交联结构的水溶性高分子中引入一部分疏水基团和亲水残基，亲水残基与水分子结合，将水分子连接在网状内部，而疏水残基遇水膨胀的交联聚合物。

是一种高分子网络体系，性质柔软，能保持一定的形状，能吸收大量的水。

凡是水溶性或亲水性的高分子，通过一定的化学交联或物理交联，都可以形成水凝胶。

这些高分子按其来源可分为天然和合成两大类。

天然的亲水性高分子包括多糖类（淀粉、纤维素、海藻酸、透明质酸，壳

水凝胶

聚糖等）和多肽类（胶原、聚L-赖氨酸、聚L-谷胺酸等）。

合成的亲水高分子包括聚乙烯、醇、丙烯酸及其衍生物类（聚丙烯酸，聚甲基丙烯酸，聚丙烯酰胺，聚N-聚代丙烯酰胺等）。

水凝胶网络键合的不同，可分为物理凝胶和化学凝胶。

物理凝胶是通过物理作用力如静电作用、氢键、链的缠绕等形成的，这种凝胶是非永久性的，通过加热凝胶可转变为溶液，所以也被称为假凝胶或热可逆凝胶。

作为一种高吸水高保水材料，水凝胶被广泛用于多种领域，如：

干旱地区的抗旱，在化妆品中的面膜、退热贴、镇痛贴、农用薄膜、建筑中的结露防止剂、调湿剂、石油化工中的堵水调剂，原油或成品油的脱水，在矿业中的抑尘剂，食品中的保鲜剂、增稠剂，医疗中的药物载体等等。

值得注意的是，不同的应用领域应该选用不同的高分子原料，以满足不同的需求。

保水凝胶的制法

一种保水凝胶的制法，即先将氢氧化钠溶于水中，并加入丙烯酸进行预处理；再依次加入玉米淀粉、丙烯酰胺和碳酸钙，搅拌加温反应后，加入引发剂进行接枝聚合反应；然后将反应后的液体倒入模具中，恒温干燥即可。

其产品组分（重量百分比）包括：

玉米淀粉4.5－4.7，丙烯酸21.4－22.5，丙烯酰胺9－9.5，过硫酸铵3.2－4.5，碳酸钙4.5－4.7，氢氧化钠9.5－9.9，水余量。

有工艺简单，产品无毒、可生物降解和应用广阔等优点

溶胶

溶胶是属于胶体化学范畴，而胶体化学（colloidchemistry）狭义地说，是研究这些微小颗粒（胶体颗粒）分散体系的科学，通常规定胶体颗粒的直径大小为1-100nm（也有人主张1-1000nm）。

把直径为1-100nm的分散相粒子在分散介质里的分散，并且分散相粒子与分散介质之间有明显物理分界面的称之为胶体分散体系。

3三个特征

溶胶一般有三个特征：

1.分散相粒子大小在1—100nm范围，且分散相在分散介质中的溶解度很小。

分散相和分散介质存在分界面，因此它是高度分散的多相体系，粘度比真溶液大；

2.溶胶不稳定，胶粒具有自动凝结变大的趋势，放置较长一段时间后，也会沉淀出来，但是短时间内具有一定稳定性；

3.胶体沉淀后，如果再放入分散介质也不会再自动形成溶胶，因此沉淀是不可逆的过程。

[1]

4制备与净化

为了得到溶胶，我们需要制备与净化。

制备

由于制备溶胶要求分散质以交替状态分布于介质中，而且这种分散体系能在稳定剂存在下能够稳定下来。

从粒子大小看，由于溶胶粒子小于可滤出的粒子，而大于一般溶液的小分子，故可采用两种途径达到：

将大块物质利用胶体磨等手段，磨成直径0.1—1μm的粒子，即分散法；或使更小粒子凝聚成胶体粒子，即凝聚法。

分散法：

可以采取机械研磨，超声作用，电分散或化学法等。

凝聚法：

使小分子聚集成胶体粒子最简单的办法是更换溶剂法，例如将乙醇的硫磺溶液倒入水中，形成硫磺的水溶液；也可以利用化学反应生成难溶性产物。

在此，难溶性化合物从饱和溶液中吸出的过程中，使其停留在胶粒大小阶段。

因为晶体粒子成长决定于两个因素：

晶核生长速度W和晶体生长速度Q，所得粒子分散度与W/Q之比值成正比，那些有利于晶核大量生长而减慢晶体生长速度的因素都有利于溶胶形成（不利于得到大晶体）

净化

用各种方法制得的溶胶都会含有一定的电解质分子或离子的杂质。

这些杂质会影响溶胶的稳定性，因而需要净化。

一般有两种方法：

透析法：

利用溶胶粒子不能透过半透膜的性质，分离出电解质。

透析时将溶胶装在透析袋中，并将其放入流水。

长时间后，大部分电解质穿过膜随水流去。

可以通过检查膜外流水中的离子来监视透析情况。

超过滤法：

胶体粒子可以透过滤纸，用半透膜代替滤纸，在减压或加压下使得溶胶过滤，可以将溶胶与其中小分子杂质过滤开来。

[1]

5光学性质

胶体具有丁达尔效应。

由于光的本质是电磁波，光与物质的作用与光的波长和物质颗粒大小有关。

当溶质粒子大于入射光波长，发生光的反射，无丁达尔现象；当溶质粒子小于入射光的波长，如胶体溶液，则发生光的色散而产生丁达尔现象。

[1]

6聚沉与稳定性

因为溶胶的胶粒具有很大的表面积，总是有聚集成更大的颗粒的倾向。

当颗粒达到一定程度以后就要沉淀，所以他是不稳定的。

溶胶中粒子合并、长大这一过程叫做聚沉。

聚沉可以有各种原因，其中电解质的作用人们了解的最多。

电解质的聚沉作用

溶胶对电解质很敏感，加入极少量的电解质就可以引起溶胶聚沉。

电解质的聚沉能力用聚沉值表示。

聚沉值是一定条件下刚刚足以引起某种溶胶聚沉的电解质浓度，一般用mmol/dm³表示。

研究发现，决定电解质的聚沉能力的是电介质中与溶胶电荷相反的离子的价态，而离子种类则影响不大。

c/mmol/dm³

c/mmol/dm³

c/mmol/dm³

氯化锂

58

氯化镁

0.72

三氯化铝

0.093

氯化钠

51

硫酸镁

0.81

三硝酸铝

0.095

氯化钾

50

氯化钙

0.65

三硝酸铈

0.080

硝酸钾

50

氯化锌

0.69

稀盐酸

31

苯胺盐酸盐

2.5

硝酸联苯胺

0.87

由表可见，一价、二价三价无机离子的聚沉能力的差别。

电解质的聚沉能力主要由异号离子的价态决定，价态越高聚沉能力越大。

这一规律称为叔尔采—哈迪（Schulze—Hardy）规则。

两种电解质的混合物对溶胶的聚沉的研究指出，两种与溶胶粒子相反电荷的离子对溶胶的聚沉作用有时有加和性，有时又是相互对抗的。

例如，向As2S3负溶胶中加入少量的LiCl后再加入MgCl2使As2S3聚沉，发现这时MgCl2用量远远大于单独使用MgCl2。

说明锂离子和镁离子对于As2S3聚沉作用是彼此对抗的

两种溶胶仅以某一特定比例混合时才会完全聚沉，将极少量的一种溶胶加入另一种溶胶并不发生聚沉。

具体特定比例的存在原因仍在研究。

稳定性

从热力学的角度来看，溶胶体系不是真正的稳定体系。

分散相具有极大的界面，因此具有极大的表面能。

但是为什么短时间内小粒子不会自动合并使得体系能量降低呢？

粒子是在不停地做布朗运动，所以重力、沉降、对流都足以使得粒子之间具有许多相遇的机会。

早期的工作就注意到带电是溶胶的稳定性的来源，同一种溶胶的胶核粒子带有同种电荷，包围着胶核粒子的双电层会阻碍粒子的充分接近，因而聚沉受到阻碍。

另外吸附层中离子的水化作用使得胶体被水包围，也会阻止胶粒之间的相互接近，因此胶体具有一定的稳定性。

[1]