胶体化学-课件

第八章胶体化学1ppt课件第八章胶体化学1ppt课件胶体化学在医学上意义:在人体中，生命基础物质蛋白质、核酸等构成的溶液具有胶体的性质；哺乳动物的乳汁是油脂和酪蛋白等物质分散在水中所成的乳状液；药物制成乳状液，具有易吸收、疗效好的优点。金溶胶分离免疫球蛋白2ppt课件胶体化学在医学上意义:2ppt课件第一节 分散系统简介一、分散系统(一)分散系统1.1.定义:一种物质分散在另一种物质中所形成的系统称为分散系（dispersed dispersed systemsystem）。2.2.示例水滴 空气 云雾；聚苯乙烯水乳胶；糖 水 溶液。3ppt课件第一节分散系统简介一、分散系统3ppt课件(二)分散相与分散介质1.1.分散相:被分散的物质称为分散相（dispersed dispersed phasephase）。聚苯乙烯、糖2.2.分散介质:容 纳 分 散 相 的 连 续 介 质 称 为 分 散 介 质（dispersed dispersed mediummedium）。空气、水4ppt课件(二)分散相与分散介质1.分散相:4ppt课件(二)分散相与分散介质1.1.分散相:被分散的物质称为分散相（dispersed dispersed phasephase）。聚苯乙烯、糖2.2.分散介质:容纳分散相的连续介质称为分散介质（dispersed mediumdispersed medium）。空气、水按分散相粒子的大小可分为三类：真溶液：粒子半径小于1nm的体系称为分子分散体系，即真溶液。如NaCl溶液。胶体分散系：粒子半径在1nm-100nm之间。如牛奶、AgI溶胶。粗分散系：粒子半径大于100nm的体系。如乳浊液、悬浊液。5ppt课件(二)分散相与分散介质1.分散相:被分散的物质称为分散相（d二、分散系的分类6ppt课件二、分散系的分类6ppt课件胶体分散系溶胶高分子溶液缔合胶体l溶胶溶胶:是由固相物质高度分散到分散介质是由固相物质高度分散到分散介质中所形成的多相中所形成的多相分散分散系统。系统。l胶体分散系统胶体分散系统7ppt课件胶体分散系溶胶溶胶:是由固相物质高度分散到分散介质中所形成的 相相界面界面界面现象界面现象(表面现象表面现象)(固固表表)大块大块表面表面积小积小作功作功 W小块小块 表面积大表面积大 表面能大表面能大 小液珠自发聚集变大小液珠自发聚集变大;小晶体自发合并长大小晶体自发合并长大;多孔状固体的吸附多孔状固体的吸附表面现象与物质的表面积密切相关表面现象与物质的表面积密切相关:物质表面现象物质表面现象 表面自由能表面自由能 总表面积、总表面积、一定量的某物质一定量的某物质,其总表面积其总表面积 分散度分散度.现象：现象：8ppt课件相界面界面现象(表面现象)(固表)第二节表面自由能和吸附现象不同的相界面界面现象(表面现象)表面自由能一、比表面积、表面自由能和比表面自由能(一)比表面（比表面积）物质表面现象表面自由能；表面自由能表面积；表面积分散度。买西瓜1.分散度分散相在分散介质中分散的程度。分散度常用比表面来表示。9ppt课件第二节表面自由能和吸附现象不同的相界面界面2.比表面:为单位体积物质所具有的总表面积。S0=A/V式中S0物质的比表面A物质的总表面积V物质的体积比表面越大，则分散度越大。10ppt课件2.比表面:为单位体积物质所具有的总表面积。10pp(二)表面自由能1.比表面和表面能的关系表面积愈大，则表面能愈大；而对一定体积的物质，比表面愈大，则表面能愈大。表2水滴分散后表面积和表面能的变化分散后的分散后的水滴数水滴数/(n)半径半径r/(cm)1 10.620.62110110-1-1110110-3-3110110-5-5110110-7-71 12.4102.4102 22.4102.4105 52.4102.41014142.4102.4102020总表面积总表面积A/(cm2)4.834.833103103103103 33103105 53103107 7比表面比表面S0(cm-1)4.834.833103103103103 33103105 53103107 7总表面能总表面能G总总/J3.153.151010-5-52.18102.1810-4-42.18102.1810-2-22.18102.18100 02.182.1810102 211ppt课件(二)表面自由能1.比表面和表面能的关系分散后的半径r2.表面能和表面现象表1中,当半径r=0.62cm水滴r=11010-7-7cm水雾,l表面现象表面现象:小液珠自发聚集变大；小晶体自发合小液珠自发聚集变大；小晶体自发合并长大；多孔状固体的吸附并长大；多孔状固体的吸附（亚麻车间）（亚麻车间）问题问题2:为什么水珠总是球形的为什么水珠总是球形的?总表面总表面A S S0 0 7 7个数量级个数量级 表面现象表面现象 表面能表面能G 12ppt课件2.表面能和表面现象表面现象:小液珠自发聚集变大；小晶体自根本原因在于根本原因在于:物质表面分子的受力情况不同于其内部分子。物质表面分子的受力情况不同于其内部分子。（三）（三）比表面自由能比表面自由能 1.定义定义图图1 分子在液体内部和表面受力情况分子在液体内部和表面受力情况A:液体内部，液体内部，受力均衡；受力均衡；B A C,C:表面，受向内合力，表面，受向内合力，必须克服内部分子拉力对其必须克服内部分子拉力对其做功做功13ppt课件根本原因在于:（三）比表面自由能图1分子在液体内部和表比表面自由能在等温等压条件下,对系统所做的非体积功等于系统自由能的增量，即dW=dG总G总=G内+G表在温度、压力、系统组成不变时,G内为常数dG总=dG表=d(A)=dA+Ad 式中A系统的表面积,比表面自由能:在等温等压下,系统增加单位表面积时,表面自由能的增量，Jm-2 。(0)(0)(表面张力：Nm-1)14ppt课件比表面自由能在等温等压条件下,对系统所做的非体2.、A和自发过程的关系dG总=dG表=d(A)=dA+Ad(1)当一定时(系统组成不变),dG=dA,dA0dG0,即表面积缩小过程是自发过程。(小晶体大晶体雪；小液珠大液珠)(2)当A一定时(固体、液体吸附),dG=Ad,d0，dG0，即比表面能(表面张力)减小过程是自发过程。(吸附杂质降低)(3)和A均减小。(液体黏附在固体表面的润湿现象：农药在叶子上铺展)15ppt课件2.、A和自发过程的关系dG总=dG表=d(三)液体表面上的吸附1.定义溶质加入液体中,溶液表面的浓度与其内部浓度不同的现象。图图图图2 2 不同溶质水溶液的表不同溶质水溶液的表不同溶质水溶液的表不同溶质水溶液的表面张力变化面张力变化面张力变化面张力变化17ppt课件(三)液体表面上的吸附1.定义图2不同溶质水溶液的表面张力2.类型 两种类型,三种情况,见图2.(1)(1)无机盐及多羟基有机物:水的表面张力升高,其表层浓度内部浓度,为溶液表面的正吸附。图图图图2 2 不同溶质水溶液的表面张力变不同溶质水溶液的表面张力变不同溶质水溶液的表面张力变不同溶质水溶液的表面张力变化化化化18ppt课件2.类型两种类型,三种情况,见图2.(1)无机盐及多羟液体表面上的吸附3.正负吸附原因正吸附:若溶质存在于液体表面能降低液体的比表面能,则倾向于更多地留在表面；负吸附:若存在于表面要升高液体的比表面能,则倾向于更少地留在表面。根本原因在于降低系统能量。19ppt课件液体表面上的吸附3.正负吸附原因19ppt课件三、表面活性剂和乳状液(一)表面活性剂1.定义能形成正吸附的物质为表面活性物质，称为表面活性剂。（能形成负吸附的物质为表面惰性物质。）2.结构特征表面活性分子含有两亲性基团：亲水性基团，如-OH，-NH2,-COOH,-SH,-SO2OH等；亲脂性(疏水性)基团，如烃基R。20ppt课件三、表面活性剂和乳状液(一)表面活性剂20ppt课件脂肪酸钠盐示意图3.存在状态存在状态 疏水性基团总是避免与水接触，疏水性基团总是避免与水接触，而其亲水而其亲水性基团总是要与水密切接触。性基团总是要与水密切接触。21ppt课件脂肪酸钠盐示意图3.存在状态21ppt课件存在状态(1)(1)脂肪酸钠量不大,则倾向于在水面定向排列；(2)(2)若量大，则进入内部分布；达一定量时，形成亲水基向外，而疏水基向内的缔合体，即胶束。22ppt课件存在状态(1)脂肪酸钠量不大,则倾向于在水面定向排列；22p 由胶束形成的溶液称为缔合胶束。表面活性剂开始形成胶束时的最低浓度称为临界胶束浓度。10%10%油酸钠水溶液100mL100mL可溶10mL10mL苯而不混浊。胶束作用：胶束作用：增溶作用增溶作用23ppt课件由胶束形成的溶液称为缔合胶束。胶束作用：增溶作用23(二)乳状液1.定义是以液体为分散相分散在另一种不相溶的液体中所成的粗粒分散系。2.性质乳状液属热力学不稳定系统，系统的界面自由能很高，分散相倾向于由小液滴大液滴分层。24ppt课件(二)乳状液1.定义24ppt课件乳状液3.乳化剂和乳化作用能使乳状液保持稳定的物质称为乳化剂。乳化剂所起的作用称为乳化作用。4.乳化剂的作用机制乳化剂为表面活性剂，它可将不溶于水的动植物油脂或其它有机物裹在其中形成胶束，其作用在于增溶。如肥皂洗衣；胆汁酸盐乳化油脂极小乳滴肠壁吸收。（水乳交融）25ppt课件乳状液3.乳化剂和乳化作用25ppt课件5.乳状液的类型(1)(1)分类水包油型:O/W；(分散相为油，分散介质为水)油包水型:W/O；(分散相为水，分散介质为油)(2)(2)类型鉴别类型鉴别 染色法；染色法；稀释法。稀释法。26ppt课件5.乳状液的类型(1)分类(2)类型鉴别26ppt课件第三节 溶胶 特点:多相；表面能大；热力学不稳定系统。特性:聚结不稳定性一、溶胶的光学性质1.Tyndall1.Tyndall现象 一束聚焦的白光照射溶胶时，从与光束垂直方向可观察到一束光锥，此现象称为。27ppt课件第三节溶胶特点:多相；表面能大；热力学不稳定系2.影响散射光强度的因素RayleighRayleigh公式(I I=KIKI0 0=2424 3 3c cV V2 2 4 4n n n n1 1 1 12 2 2 2-n n n n2 2 2 22 2 2 2n n n n1 1 1 12 2 2 2+2+2+2+2n n n n2 2 2 22 2 2 2)I I I I0 0 0 0式中式中I 散射光强度散射光强度 I0入射光强度入射光强度 入射光波长入射光波长 c 溶胶粒子浓度溶胶粒子浓度 V 单个溶胶粒子体积单个溶胶粒子体积 n1分散相的折射率分散相的折射率.n2 分散介质的折射率分散介质的折射率l结论结论:愈短愈短,I 愈大愈大(天空蓝色天空蓝色;夕阳红色夕阳红色)；ln愈大，愈大，I 愈大愈大(高分子溶液高分子溶液,均相均相,无无)；lc愈大，愈大，I 愈大愈大.3.产生条件产生条件:粒子直径略小于粒子直径略小于.问题问题3：若：若d？28ppt课件2.影响散射光强度的因素Rayleigh公式(I=KI0二、溶胶的动力学性质1.Brown运动溶胶胶粒受到周围介质分子的撞击而作的无规则运动。2.Brown运动对溶胶性质的影响Brown运动能使溶胶趋向于均匀分布，是溶胶保持稳定的因素之一。29ppt课件二、溶胶的动力学性质1.Brown运动29ppt课件三、溶胶的电学性质(一)胶粒带电现象1.1.电泳(1)(1)定义:在电场作用下，带电胶粒在介质中的运动。(2)(2)特点:胶粒移向带电相反电极。(3)(3)作用:判断胶粒电性。(4)(4)高效毛细管电泳色谱技术:氨基酸，多肽，蛋白质，核酸等的分离与鉴定。30ppt课件三、溶胶的电学性质(一)胶粒带电现象30ppt课件2.2.电渗(1)(1)定义:在外电场作用下，带电的分散介质通过多孔隔膜的定向移动现象称为电渗。(2)(2)特点:分散介质(带电水合离子)移向带电相反电极。(3)(3)作用:判断胶粒电性。负极液面，胶粒电性？图图图图8 8 电渗示意图电渗示意图电渗示意图电渗示意图31ppt课件2.电渗图8电渗示意图31ppt课件(二)胶粒带电的原因1.1.胶核表面的选择性吸附 胶核具有很大的表面积 具有很大的表面能 会自动吸附与其组成相似的离子而带电荷。如三硫化二锑的制备反应为：Sb2O3+3H2SSb2S3+3H2OH2SH+HS-Sb2S3溶胶选择性吸附HS-离子而带负电荷。32ppt课件(二)胶粒带电的原因1.胶核表面的选择性吸附32ppt课2.胶核表面分子的解离 胶核表面分子在介质中解离，而胶核则带有其留下的离子的电荷。如硅酸溶胶胶核是由xSiO2.yH2O 分子组成的:胶粒带电的原因SiO2+H2O H2SiO3 2H+SiO32-硅酸溶胶胶核表面留下了硅酸溶胶胶核表面留下了SiO32-离子离子,因而因而其胶核带负电荷。其胶核带负电荷。33ppt课件2.胶核表面分子的解离胶粒带电的原因SiO2+H2Ol以氢氧化铁溶胶的胶团结构为例，以氢氧化铁溶胶的胶团结构为例，(三三)胶团结构胶团结构34ppt课件以氢氧化铁溶胶的胶团结构为例，(三)胶团结构34ppt课件胶核胶核胶核胶核吸附层吸附层吸附层吸附层扩散层扩散层扩散层扩散层胶粒胶粒胶粒胶粒氢氧化铁溶胶的胶团结构式可以表示为：氢氧化铁溶胶的胶团结构式可以表示为：Fe(OH)3mnFeO+(n-x)Cl-x+xCl-胶胶胶胶团团团团35ppt课件胶核吸附层扩散层胶粒氢氧化铁溶胶的胶团结构式可以胶粒:由胶核与吸附层构成，带电。胶核:是溶胶中分散相粒子的聚集体,是胶团的核心。吸附层:由电势离子和部分反离子构成。扩散层:由扩散的反离子构成,与吸附层带等量相反电荷。扩散双电层:由吸附层和扩散层构成的电性相反的两层结构。胶团:由胶粒与扩散层构成，呈电中性。36ppt课件胶粒:由胶核与吸附层构成，带电。36ppt课件胶团结构式示例三硫化二锑溶胶Sb2S3mnHS-(n-x)H+x-xH+硅酸溶胶SiO2mnSiO32-2(n-x)H+2x-2xH+AgI正溶胶AgImnAg+(n-x)NO3-x+xNO3-AgI负溶胶AgImnI-(n-x)K+x-xK+37ppt课件胶团结构式示例三硫化二锑溶胶37ppt课件(四)电势1.1.定义即电动电势，是胶粒带电表面(滑动面)与均匀液相(零电势)之间的电势差。图图图图10 Fe(OH)10 Fe(OH)3 3溶胶胶团结构示意图溶胶胶团结构示意图溶胶胶团结构示意图溶胶胶团结构示意图 图图图图11 11 扩散双电层电势示意图扩散双电层电势示意图扩散双电层电势示意图扩散双电层电势示意图38ppt课件(四)电势1.定义图10Fe(OH)3溶胶胶团结构示意电势：胶核带电表面与均匀液相之间的电势差（在一定温度下保持不变）。2 2.影响电势的因素 进入吸附层反离子的多少：进入吸附层反离子愈多扩散层愈薄 电势愈小；反之相反。3.3.物理意义 决定胶粒带电量的多少；决定扩散层的厚度；决定胶粒的电泳速度。39ppt课件电势：胶核带电表面与均匀液相之间的电势差（在一定温度下保四、溶胶的稳定因素及聚沉热力学:聚结不稳定性动力学:具有稳定性(一)稳定因素1.1.同一溶胶的胶粒都带有同种电荷；2.2.胶粒周围形成了水化膜；3.Brown3.Brown运动也使胶粒趋于均匀分布。结论:电势愈大，溶胶就愈稳定。40ppt课件四、溶胶的稳定因素及聚沉热力学:聚结不稳定性40ppt课件1.1.电解质的聚沉作用电解质的聚沉作用作用机理作用机理加入电解质，反离子的浓度加入电解质，反离子的浓度 ,进入吸附层的反离子进入吸附层的反离子 ,胶粒带电量胶粒带电量 ,扩散层变薄扩散层变薄 ,电势电势 ,溶胶聚沉溶胶聚沉(二二)溶胶溶胶的的聚沉聚沉41ppt课件1.电解质的聚沉作用作用机理加入电解质，反离子的浓度聚沉能力衡量标准 临界聚沉浓度:使一定量的某种溶胶在一定时间内发生明显聚沉所需该电解质的最低浓度。临界聚沉浓度愈小，则电解质的聚沉能力愈强。决定电解质聚沉能力的因素 电解质对溶胶的聚沉作用，是由反离子产生的；反离子的价态愈高，电解质的聚沉能力愈强。Shulze-HardyShulze-Hardy规则2.2.溶胶的相互聚沉 两种电性相反的溶胶混合发生的聚沉称为。其机理是中和电性。(血液相互聚沉判断血型；明矾净化水。)42ppt课件聚沉能力衡量标准42ppt课件第四节高分子溶液高分子化合物:蛋白质、核酸、糖原等一、高分子溶液与溶胶性质的比较表4高分子溶液与溶胶性质的比较高分子溶液高分子溶液制备制备过程自由能降低过程自由能降低,自发自发均相均相,热力学稳定系统热力学稳定系统分散相粒子为单个高分子分散相粒子为单个高分子TyndallTyndall效应不明显效应不明显对电解质不敏感对电解质不敏感,大量才盐析大量才盐析溶胶溶胶制备制备过程自由能升高过程自由能升高,非自发非自发多相多相,热力学不稳定系统热力学不稳定系统分散相粒子为聚集体分散相粒子为聚集体TyndallTyndall效应明显效应明显对电解质敏感对电解质敏感,少量即聚沉少量即聚沉43ppt课件第四节高分子溶液高分子化合物:蛋白质、核酸、糖原等高分子二、高分子溶液的渗透压1.1.作用 维持体液恒定的渗透压；维持组织内外的水盐平衡。2.2.公式=RT(B/MB+A2B2)3.3.特点 高分子溶液的渗透压力不符合vanvan,t t HoffHoff公式,其cRT4.4.原因 高分子卷曲后包裹了部分溶剂，使其不能自由透过半透膜，高分子溶液的表观浓度增大。44ppt课件二、高分子溶液的渗透压1.作用44ppt课件三、聚电解质溶液 聚电解质，即高分子电解质。(一)蛋白质的两性解离和等电点1.1.蛋白质的两性解离 蛋白质在水溶液中存在如下解离平衡:P PCOOHCOOHNHNH2 2P PCOOCOO-NHNH3 3+P PNHNH3 3+COOHCOOHCOOCOO-P PNHNH3 3正电蛋白正电蛋白(pHpI)H H+OHOH-H H+OHOH-45ppt课件三、聚电解质溶液聚电解质，即高分子电解质。PCOOH2.等电点(1)(1)定义 若恰使某蛋白质所带正电荷量与负电荷量相等，此时溶液的pHpH值就称为该蛋白质的等电点，以pIpI表示。(2)(2)等电点时蛋白质溶液的性质 对外不显电性(电中性),),不发生电泳；溶解度及水化程度最低；渗透压最低。46ppt课件2.等电点(1)定义46ppt课件(二)蛋白质溶液的稳定因素和盐析1.1.稳定因素 蛋白质分子表面形成了一层水化膜；在非等电点时蛋白质分子总是带有净电荷。2.2.盐析 定义 因加入大量无机盐而使蛋白质从溶液中沉淀析出的作用称为盐析。机理:破坏水化膜。特点:可逆。用途:分段盐析可初步分离蛋白质。（球蛋白和清蛋白）47ppt课件(二)蛋白质溶液的稳定因素和盐析1.稳定因素47ppt课件四、高分子化合物对溶胶稳定性的影响（一）保护作用 在溶胶中加入一定量的高分子，能显著提高溶胶的稳定性。这种现象称为高分子化合物对溶胶的保护作用。（二）絮凝作用 若在溶胶中加入少量高分子，可使溶胶的稳定性降低，甚至直接使溶胶析出絮状沉淀，这种现象称为高分子对溶胶的絮凝作用。48ppt课件四、高分子化合物对溶胶稳定性的影响（一）保护作用48ppt课第五节膜平衡一、膜平衡现象半透膜:只允许小离子透过,不允许高分子电解质离子透过。当达到扩散平衡时，小分子电解质离子在膜两侧分布不均匀的现象，称为(Donnan平衡)。图图图图1212膜平衡示意图膜平衡示意图膜平衡示意图膜平衡示意图49ppt课件第五节膜平衡一、膜平衡现象图12膜平衡示意图49pp二、膜平衡后离子分布特点及其原因1.特点 半透膜高分子电解质溶液一侧各离子仍留在此侧；半透膜小分子电解质溶液一侧有等电荷数的正、负离子进入了高分子电解质溶液一侧。2.2.原因 高分子电解质离子不能透过半透膜；膜同侧正、负电荷必须相等。50ppt课件二、膜平衡后离子分布特点及其原因1.特点50ppt课件三、膜平衡机理在一定温度下,离子进出膜的速率分别与膜外和膜内NaNa+和ClCl-浓度的乘积成正比。即 v v进 =kckc(Na(Na+,外)c c(Cl(Cl-,外)v v出 =kckc(Na(Na+,内)c c(Cl(Cl-,内)达膜平衡时,v v进 =v v出 ,即 kckc(Na(Na+,外)c c(Cl(Cl-,外)=)=kckc(Na(Na+,内)c c(Cl(Cl-,内)c c(Na(Na+,外)c c(Cl(Cl-,外)=)=c c(Na(Na+,内)c c(Cl(Cl-,内)51ppt课件三、膜平衡机理在一定温度下,离子进出膜的速率分别与膜外和膜内当c1c2时,x0,膜外NaCl几乎一点也不进入膜内;当c2c1时,xc2/2,有近一半NaCl进入膜内;当c2=c1时,x=c2/3,有约三分之一NaCl进入膜内。x x=c c1 1 +2+2c c2 2c c2 22 2四、膜平衡时离子浓度的计算四、膜平衡时离子浓度的计算l(c2-x)(c2-x)=x(c1+x)52ppt课件当c1c2时,x0,膜外NaCl几乎一点也不进入例1用半透膜将0.10molL-1聚电解质Na2P溶液与0.20molL-1NaCl溶液隔开(Na2P溶液在膜内)，达到Donnan平衡时，膜内外各离子浓度分别是多少?解设进入膜内的NaCl浓度为xmolL-1,(0.20-x)2=x(0.20+x)x=0.067molL-1故膜内:P2-=0.10molL-1,Na+=0.27molL-1,Cl-=0.067molL-1,膜外:Na+=0.13molL-1,Cl-=0.13molL-1.53ppt课件例1用半透膜将0.10molL-1聚电解质Na2P溶液作业：作业：13，14，18，8（七七）54ppt课件作业：54ppt课件