胶体分散系 (2)精选PPT.ppt

医 学 化 学上页下页返回回主目录关于胶体分散系(2)第1页，讲稿共43张，创作于星期三医 学 化 学上页下页返回回主目录第一节 分散系一.基本概念 物质分布的一个十分重要的普遍现象就是高度分散性。分散体系：一种或几种物质以或大或小的粒子分散在另一种物质中所形成的体系称为分散体系，简称分散系。分散相：分散系中被分散的物质称为分散相。分散介质：分散系中容纳分散相的物质称为分散介质。第2页，讲稿共43张，创作于星期三医 学 化 学上页下页返回回主目录 注射液，合剂，洗剂，气雾剂都是分散系。胶体化学是研究胶体分散系的形成，稳定，破坏以及它们的物理化学性质的一门科学。按分散相粒子的直径的大小，分散系可分为粗 分散系、胶体分散系和分子分散系。第3页，讲稿共43张，创作于星期三医 学 化 学上页下页返回回主目录分散相粒子直径分散系类型分散相粒子的组成 实 例小于1nm 低分子分散系 小分子或小离子 生理盐水、葡萄糖溶液 1100nm 胶体分散系胶粒（分子、离子或原子的聚集体）氢氧化铁溶胶、硫化砷溶胶 高分子 蛋白质溶液、核酸溶液 大于100nm 二、分散系的分类溶 胶高分子溶液 粗分散系 粗粒子 泥浆、牛奶（悬浊液，乳浊液）第4页，讲稿共43张，创作于星期三医 学 化 学上页下页返回回主目录 分子分散系也称溶液。通常所说的溶液是指液态溶液，常把分散相称为溶质，把分散介质称为溶剂。胶体分散系又可分为溶胶和高分子溶液。溶胶的分散相粒子是由许多小分子或小离子聚集而成，溶胶是高度分散的非均相系统，较不稳定。高分子溶液的分散相粒子是单个大分子或大离子，高分子溶液很稳定，属于均相系统。粗分散系包括悬浊液和乳浊液。悬浊液是固体小颗粒分散在液体介质中形成的粗分散系。乳浊液是液体小液滴分散在另一种液体中形成的粗分散系。第5页，讲稿共43张，创作于星期三医 学 化 学上页下页返回回主目录第三节 溶胶一.胶体分散系的分类1.按分散相和分散介质关系分类憎液溶胶：是多相热力学不稳定体系，是热力学不可逆体系，需要稳定剂。亲液溶胶：均相热力学稳定体系，不需要稳定剂。2.按胶体聚集状态分类P93，8类3.按分散体系的流动性分类流动性大的：气溶胶，水溶胶，高分子稀溶液半流动性或半固体：凝胶，冻胶，干凝胶（固体）第9页，讲稿共43张，创作于星期三医 学 化 学上页下页返回回主目录二.胶体分散系的基本特征1.胶体分散系是物质的一种特殊状态胶体不是一类物质，而是几乎任何物质都可能存在的一种特殊状态。2.胶体分散系是多相体系胶体体系因高度分散而存在巨大的相界面，该体系具有三大特征：高分散性，多相性，热力学不稳定性。高分子溶液是胶体研究的重要内容，但高分子溶液是单相的真溶液，没有相界面存在，属热力学稳定体系。第10页，讲稿共43张，创作于星期三医 学 化 学上页下页返回回主目录三.溶胶的性质1.光学性质Tyndall 现象 1869 年，英国物理学家 Tyndall发现：在暗室中让一束会聚的光通过溶胶，在与光束垂直的方向上可以看到一个圆锥形光柱，这种现象就称为 Tyndall 现象。溶胶的分散相粒子的直径在1100 nm之间，小于可见光的波长（400700nm)，因此当光通过溶胶时发生明显的散射作用，产生 Tyndall 现象。第11页，讲稿共43张，创作于星期三医 学 化 学上页下页返回回主目录第12页，讲稿共43张，创作于星期三医 学 化 学上页下页返回回主目录2.动力学性质Brown 运动溶胶的分散相粒子在分散介质中不停地做不规则的折线运动，这种运动称为 Brown运动。第13页，讲稿共43张，创作于星期三医 学 化 学上页下页返回回主目录胶粒的 Brown 运动是由于胶粒受到处于不停运动的分散介质分子撞击，其合力不为零而引起的。由布朗运动表现出与胶体粒子运动有关的性质，称为胶体的动力学性质，如：扩散，渗透，沉降等。第14页，讲稿共43张，创作于星期三医 学 化 学上页下页返回回主目录扩散和沉降：溶胶的分散相粒子由于 Brown 运动，能自动地从浓度较高处移向浓度较低处，这种现象称为扩散。在生物体内，扩散是物质输送或物质分子通过细胞膜的推动力之一。溶胶在放置过程中，密度大于分散介质的胶粒，在重力作用下要沉降下来；但另一方面由于胶粒的 Brown 运动引起的扩散作用又力图促使浓度均一。当上述两种方向相反的作用达到平衡时，越靠近容器的底部，单位体积溶液中的胶粒的数目越多；越靠近容器的上方，单位体积溶胶中的胶粒的数目越少，形成了一定的浓度梯度，这种现象称为沉降平衡。第15页，讲稿共43张，创作于星期三医 学 化 学上页下页返回回主目录3.电学性质（1）电泳：在电场作用下，胶粒质点在分散介质中的定向移动称为电泳。从电泳方向可以判断胶粒所带的电荷。负溶胶：胶粒带负电正溶胶：胶粒带正电第16页，讲稿共43张，创作于星期三医 学 化 学上页下页返回回主目录（2）胶粒带电的原因胶核的选择吸附：胶核的比表面很大，很容易吸附溶液中的离子。实验表明，与胶粒具有相同组成的离子优先被吸附。胶粒表面分子的解离：胶粒与溶液中的分散介质接触时，表面分子发生解离，有一种离子进入溶液，而使胶粒带电。例如，硅酸溶胶的胶粒是由很多 xSiO2yH2O 分子组成的表面上的 H2SiO3 分子在水分子作用下发生解离：第17页，讲稿共43张，创作于星期三医 学 化 学上页下页返回回主目录（2）电渗把溶胶充满多孔性隔膜，胶粒被吸附而固定，由于整个溶胶是电中性的，介质带与胶粒相反的电荷，这时在外电场作用下，液体介质将通过多孔隔膜向与介质电荷相反的电极方向移动，这种在电场中固相不动而液相反向移动的现象，称为电渗。电泳和电渗都是由于分散相和分散介质作相对运动时产生的电动现象。电泳技术在氨基酸，多肽，蛋白质及核酸等物质的分离和鉴定方面有广泛的应用。第18页，讲稿共43张，创作于星期三医 学 化 学上页下页返回回主目录四.溶胶的稳定和聚沉1.胶团的结构AgI溶胶的胶团结构示意图（以KI稳定）溶胶的胶团结构也常用结构简式表示，如 AgI 负溶胶的结构简式表示为：(AgI)m.nI-.(n-x)K+x-.xK+第19页，讲稿共43张，创作于星期三医 学 化 学上页下页返回回主目录例如Fe(OH)3溶胶，其胶核吸附稳定剂FeO+Cl-中的FeO+而带正电荷。第20页，讲稿共43张，创作于星期三医 学 化 学上页下页返回回主目录Fe(OH)3胶粒包括胶核（设为m个Fe(OH)3分子组成）和吸附层。胶粒和扩散层合称为胶团，胶团分散在介质中乃是胶体体系。第21页，讲稿共43张，创作于星期三医 学 化 学上页下页返回回主目录2.溶胶的稳定与沉降（1）影响溶胶稳定性的因素A:溶胶动力稳定因素Brown 运动：溶胶的胶粒的直径很小，Brown 运动剧烈，能克服重力引起的沉降作用。B：溶胶的电学稳定作用 同一种溶胶的胶粒带有相同电荷，当彼此接近时，由于静电作用相互排斥而分开。胶粒荷电量越多，胶粒之间静电斥力就越大，溶胶就越稳定。胶粒带电是大多数溶胶能稳定存在的主要原因。第22页，讲稿共43张，创作于星期三医 学 化 学上页下页返回回主目录C:溶剂化的稳定作用溶胶的吸附层和扩散层的离子都是水化的（如为非水溶剂，则是溶剂化的），在水化膜保护下，胶粒较难因碰撞聚集变大而聚沉。水化膜越厚，胶粒就越稳定。(2)溶胶的聚沉胶体具有巨大的表面积，体系界面能高，胶粒间的碰撞有使其自发聚集的趋势。减弱或消除胶粒的电荷，可以促使胶粒聚集成较大的颗粒，这个过程称为凝聚，当分散相粒子增大到布朗运动克服不了的重力的作用时，最后从介质中沉淀析出的现象称聚沉。第23页，讲稿共43张，创作于星期三医 学 化 学上页下页返回回主目录A:电解质对溶胶的聚沉作用在溶胶中加入易溶强电解质，将使更多的反离子进入吸附层，减少了胶粒所带电荷，使水化膜变薄，使胶粒的布朗运动足以克服胶粒之间的静电斥力，导致胶粒在相互碰撞时可能聚集合并变大，最终从溶胶中聚沉下来。第24页，讲稿共43张，创作于星期三医 学 化 学上页下页返回回主目录电解质对溶胶的聚沉规律为：（1）电解质对溶胶的聚沉作用，主要是由与胶粒带相反电荷的离子（反离子）引起的。反离子所带电荷越多，其聚沉能力越大，聚沉值就越小。（2）带相同电荷的离子的聚沉能力虽然接近，但也略有不同。对负溶胶来说，其聚沉能力的相对大小为：Cs+Rb+K+Na+Li+对正溶胶来说，其聚沉能力的相对大小为：Cl-Br-NO3I-第25页，讲稿共43张，创作于星期三医 学 化 学上页下页返回回主目录B：异电溶胶的相互聚沉将胶粒带相反电荷的两种溶胶混合，也会产生聚沉现象。与电解质的聚沉作用不同的是，只有当两种溶胶的胶粒所带电荷完全中和时，才会完全聚沉；否则，可能聚沉不完全，甚至不聚沉。明矾净水：天然水中的胶体粒子是带负电的，明矾中硫酸铝水解产物Al(OH)3是正溶胶，混合后发生相互聚沉，产生净化水的作用。（3）有机化合物的离子（如脂肪酸盐和聚酰胺类化合物的离子）都有较强的聚沉能力，能有效地破坏溶胶使之聚沉。第26页，讲稿共43张，创作于星期三医 学 化 学上页下页返回回主目录第四节 高分子化合物溶液一、高分子化合物的概念 相对分子质量大于或等于104的物质，称为高分子化合物。高分子化合物在医药上的应用非常广泛：蛋白质，核酸，糖原，淀粉，纤维素等都是天然高分子化合物。高分子化合物是由一种或几种简单化合物（称单体）交联而成，这些结构单元重复地结合而成为长链的高分子化合物。第27页，讲稿共43张，创作于星期三医 学 化 学上页下页返回回主目录二、高分子化合物溶液的性质二、高分子化合物溶液的性质高分子化合物溶液中，溶质和溶剂有较强的亲和力，两者之间有没有界面存在，属均相分散系。由于在高分子溶液中，分散质粒子已进入胶体范围（1-100nm），因此，高分子化合物溶液也被列入胶体体系。它具有胶体体系的某些性质，如扩散速度小，分散质粒子不能透过半透膜等，但同时也具有自己的特征。第28页，讲稿共43张，创作于星期三医 学 化 学上页下页返回回主目录1.稳定性稳定性高分子化合物溶液属均相分散系，可长期放置而不沉淀。在稳定性方面它与真溶液相似。另外，由于高分子化合物具有许多亲水基团（如-OH，-COOH，-NH2等），当其溶解在水中时，其亲水基团与水分子结合，在高分子化合物表面形成了一层水化膜，使分散质粒子不易靠近，增加了体系的稳定性。第29页，讲稿共43张，创作于星期三医 学 化 学上页下页返回回主目录2.粘度 粘度：液体的一部分流过其他一部分所受到的阻力叫粘度。高分子化合物溶液的粘度比一般溶液或溶胶大得多，高分子化合物溶液的高粘度与它的特殊结构有关。高分子化合物常形成线形、枝状或网状结构，这种伸展着的大分子在溶剂中的行动困难，枝状、网状结构牵制溶剂，使部分液体失去流动性，自由液体量减少，故表现为高粘度。由于粘度与粒子的大小、形状及溶剂化程度直接相关，所以测定蛋白质溶液的粘度就能推知蛋白质分子的形状和大小。第30页，讲稿共43张，创作于星期三医 学 化 学上页下页返回回主目录3.盐析 加入少量电解质就可以使溶胶产生聚沉，但要使高分子化合物从溶液中沉淀析出，必须加入大量的电解质。通常把高分子在电解质作用下从溶液中沉淀析出称为高分子的盐析。盐析的主要原因是去溶剂化作用。高分子的稳定性主要来自高度的水化作用，当加入大量电解质时，除中和高分子所带电荷外，更重要的是电解质离子发生强烈地水化作用，使原来高度水化的高分子去水化，使其失去稳定性而沉淀析出。使一升溶液出现盐析现象所需中性盐的最小量称盐析浓度，单位为molL-1 第31页，讲稿共43张，创作于星期三医 学 化 学上页下页返回回主目录盐析效应的特点是，同价同符号的不同离子，对盐析效应的能力不一样。已发现各种盐的盐析能力，其阴离子的能力有如下次序：1/2SO42-OAc-Cl-NO2-Br-I-CNS-其阳离子则有如下次序：Li+Na+K+NH4+1/2Mg2+盐析作用的实质，主要是高分子化合物与溶剂（水）间的相互作用被破坏，盐的加入使高分子化合物分子脱溶剂化。盐的加入还使一部分溶剂（水）与它们形成溶剂（水）化离子，致使这部分溶剂（水）失去溶解高分子化合物的性能。溶剂（水）被电解质夺去，高分子化合物沉淀析出。所以盐类的水化作用越强，其盐析作用也越强。上述离子盐析能力顺序，实质上反映了离子水化程度大小的次序。第32页，讲稿共43张，创作于星期三医 学 化 学上页下页返回回主目录分段盐析时，相对分子质量大的蛋白质比相对分子质量小的蛋白质更容易沉淀。利用这一原理可以用不同浓度的盐溶液使蛋白质分段析出加以分离。例如，(NH4)2SO4使血清中球蛋白盐析的浓度是2.0molL-1，清蛋白盐析浓度是3-35molL-1。在血清中加(NH4)2SO4达一定量，则球蛋白先析出，滤去球蛋白，再加(NH4)2SO4则可使清蛋白析出，这个过程叫分段盐析。第33页，讲稿共43张，创作于星期三医 学 化 学上页下页返回回主目录4.高分子化合物溶液的保护作用高分子化合物溶液的保护作用 在溶胶中加入一定量的高分子，能显著地提高溶胶的稳定性，这种现象称为高分子对溶胶的保护作用。产生保护作用的原因是高分子吸附在胶粒的表面上，包围住胶粒，形成了一层高分子保护膜，阻止了胶粒之间及胶粒与电解质离子之间的直接接触，从而增加了溶胶的稳定性。如：在制备银溶胶的过程中，加入蛋白质所得的胶体银（称为蛋白银），较普通银溶胶稳定。将所得蛋白银蒸干后能重新溶于水。蛋白银比普通银溶胶浓度更高，银粒更细，它含胶体银8.5%-20%,是极强的防腐剂。当保护蛋白质减少时，这些微溶性盐就要沉淀，因而形成结石。第34页，讲稿共43张，创作于星期三医 学 化 学上页下页返回回主目录第35页，讲稿共43张，创作于星期三医 学 化 学上页下页返回回主目录第五节 凝胶在一定条件下，使高分子溶质或胶体粒子相互连接，形成空间网状结构，而溶剂小分子充满在网架的空隙中，成为失去流动性的半固体状体系，称为凝胶。这种凝胶化的过程称为胶凝。第36页，讲稿共43张，创作于星期三医 学 化 学上页下页返回回主目录一、凝胶的形成 当加酸于硅酸钠（水玻璃）后，可制成硅酸凝胶。将琼脂溶于热水中，配成2%琼脂高分子溶液，放冷后便形成凝胶。琼脂凝胶是一种常用的培养细菌的凝胶。凝胶的形成是由于线形或分枝形高分子化合物或凝胶粒子连接起来形成的线状结构，经相互交联构成立体网架结构。溶剂分布在网眼之中，使其不能自由流动，成为半固体状。可见凝胶是处于溶液和固体高分子化合物之间的中间状态，兼有两者的性质，并有重要的实际意义。生物体内的肌肉、脑髓、软骨、指甲、毛发、细胞膜等都是凝胶。第37页，讲稿共43张，创作于星期三医 学 化 学上页下页返回回主目录二.弹性凝胶和非弹性凝胶弹性凝胶是由柔性的线形大分子所形成，在适当条件下高分子溶液与凝胶之间可以相互逆转，故称为可逆凝胶。也称软胶。肉冻，果酱，凝固血等。非弹性凝胶是由一些“刚性结构”分散颗粒所构成，该类凝胶脱水后不能恢复，即溶胶和凝胶不能逆转，也称不可逆凝胶。硅胶，氢氧化铝等。当凝胶脱去大部分溶剂，使凝胶中液体含量比固体含量少得多，或者凝胶中充满的介质为气体，外表成固体状，称干凝胶。明胶，毛发，指甲等。第38页，讲稿共43张，创作于星期三医 学 化 学上页下页返回回主目录三三.凝胶的性质凝胶的性质1.膨胀作用 根据弹性凝胶在液体中溶胀的程度，可分为有限溶胀和无限溶胀两类。如果凝胶在液体中溶胀进行到一定程度即停止，则称为有限膨胀。如果溶胀作用可以一直进行下去，直至凝胶的网状骨架完全消失，最后完全分散而成为溶液，这种溶胀则称为无限膨胀。影响膨胀的内因是凝胶的结构，它与高分子的柔性强弱和分子间连接力的强弱等性质有关。第39页，讲稿共43张，创作于星期三医 学 化 学上页下页返回回主目录 影响膨胀的外因是温度、介质的pH及溶液中电解质的影响等。一般情况下，升高温度使分子热运动加强，会削弱离子间的连接强度，使得溶胀程度增大。有时温度达到一定程度时，可使凝胶的骨架破裂而发生无限膨胀。介质的pH对蛋白质线形分子形成的凝胶有很大影响，只有在一最适宜的pH介质中，溶胶的膨胀才能达到最大。第40页，讲稿共43张，创作于星期三医 学 化 学上页下页返回回主目录2.触变作用凝胶受振摇或搅拌等外力作用，网状结构拆散而成溶胶，去掉外力静置一定时间后又恢复成半固体凝胶结构，这种凝胶与溶胶相互转化的过程，称为触变现象。原因是凝胶的空间网络中充满了溶剂分子，网络是由范德华力作用而构成，不很牢固。因此，振动或搅拌即能使网络破坏而变成溶液。静置后由于范德华力作用又形成网络，包住液体而成凝胶。第41页，讲稿共43张，创作于星期三医 学 化 学上页下页返回回主目录3.离浆作用新制备的凝胶搁置较久后，一部分液体可自动地从凝胶分离出来，而凝胶本身的体积缩小，这种现象叫做离浆，又叫脱水收缩。例如，硅酸冻放在密闭容器中，搁置一些时间，冻上就有水珠出现。血块搁置后也有血清分出。离浆本质上是膨胀的逆过程，其发生的原因是由于高分子之间继续交联的作用，这些链彼此结合或相互靠近，使得网架变得更紧，而把网眼中的液体排挤出来。离浆现象十分普遍：果酱脱液收缩，馒头变硬，细胞老化失水，老人皮肤变皱等。第42页，讲稿共43张，创作于星期三医 学 化 学上页下页返回回主目录感感谢谢大大家家观观看看第43页，讲稿共43张，创作于星期三