2023年物理化学教学指导胶体分散系统.pdf

第九章 胶体分散系统 首 页 基本要求 重点难点 讲授学时 内容提要 1 基本要求 TOP 1.1 熟悉胶体分散系统的分类、基本特征和制备方法，了解纳米粒子的基本知识。1.2 熟悉溶胶的动力性质，熟悉溶胶的布朗运动、扩散、沉降的计算和应用。1.3 了解溶胶的光学性质，了解溶胶的散射规律、颜色形成及光学方法测定胶粒大小。1.4 熟悉溶胶的电动现象、带电原因和双电层结构，掌握溶胶的结构式书写和电动电势的计算。1.5 了解溶胶稳定性方面的特点和 DLVO理论，了解大分子化合物对溶胶稳定性的影响，熟悉电解质对溶胶的影响，掌握电解质的聚沉作用规律。1.6 了解乳状液、泡沫、气溶胶的基本性质，熟悉乳状液的制备方法和应用。2 重点难点 TOP 2.1 重点 胶体分散系统的主要特征；溶胶的动力性质、光学性质、电学性质；维持溶胶稳定的主要因素。2.2 难点 溶胶动力性质公式的推导；溶胶双电层结构的理解。3 讲授学时 TOP 建议 57 学时 4 内容提要 TOP 第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 4.1 第一节 溶胶的分类和基本特性 4.1.1 溶胶的分类 分散系统按其形成的相态分为均相系统和多相系统。在均相系统中，按溶质分子的大小分为小分子溶液和大分子溶液；在多相系统中按分散相粒径大小分为超微分散系统和粗分散系统。当分散相的粒径 在 1100 nm 之间的分散系统称胶体。其中大分子物质能溶解在水中成为均相系统，称为亲液胶体；在水中不溶的超微分散系统称为憎液胶体，简称溶胶。溶胶按分散介质的聚集状态可分为三大类：气溶胶，液溶胶和固溶胶，若再按分散相的聚集状态，可进一步细分为八小类。4.1.2 溶胶的基本特性 特有的分散程度，相不均匀性和聚结的不稳定性，这些特性是溶胶区别其它分散系统的重要标志。4.2 第二节 溶胶的制备和净化 TOP 4.2.1 溶胶的制备 溶胶的制备有分散法和凝聚法两种。分散法包括粉碎法和乳化法，前者适用于制备分散相为固体的分散系统，后者适用于制备乳状液。凝聚法是使单个分子、原子或离子相互凝聚成粒径为 1100 nm 的胶体分散系统，能得到分散度很高的胶体分散系统，凝聚法有物理凝聚法和化学凝聚法两种。4.2.2 溶胶的净化 用化学凝聚法制备的溶胶需要净化，常用的净化方法有渗析和超滤。4.2.3 均分散胶体的制备 均分散胶体是粒子形状相同、尺寸相差不大的胶体，制备时需控制特定条件。4.2.4 纳米粒子的制备 纳米粒子是指尺度为 1100 nm 之间的粒子，有许多特异的效应，因而形成了一种新的技术，制备方法与溶胶雷同。4.3 第三节 溶胶的动力性质 TOP 4.3.1 布朗运动 布朗运动是溶胶粒子在介质中的无规则运动，测定布朗运动的平均位移可计算溶胶粒子的扩散系数和粒子大小。4.3.2 扩散与渗透 布朗运动在宏观上表现为扩散与渗透，扩散规律可用斐克定律描述；渗透是介质的扩散行为，它的驱动力是溶质的浓度差，定量计算式是范霍夫（Vant Hoff）公式。4.3.3 沉降和沉降平衡 溶胶粒子在外力场作用下的定向移动称沉降，测定沉降速度可以计算粒子的大小。4.4 第四节 溶胶的光学性质TOP 4.4.1 溶胶的光散射现象 光线通过胶体系统时，在入射光的侧面可看到一个浑亮的光柱，这一现象为光散射现象（丁达尔效应），它是溶胶分散系统的最主要光学特征。4.4.2 瑞利散射公式 瑞利散射公式是散射光强度的定量描述，公式表明散射光强度与光的波长、粒子大小和浓度、粒子与介质的折光率差有关。4.4.3 溶胶的颜色 溶胶的外观颜色取决于其对光的吸收和散射两个因素。4.4.4溶胶粒子大小的测定 经典的方法是使用超显微镜。4.5 第五节 溶胶的电学性质TOP 4.5.1 电动现象 电泳、电渗、沉降电势和流动电势等由于粒子和介质带电引起的移动现象称为电动现象。4.5.2 溶胶粒子表面的电荷来源 溶胶粒子表面吸附离子或自身电离是表面荷电的主要原因。吸附机制中，凡是与溶胶粒子中某一组成相同的离子则优先被吸附，这一规律称为法金斯（Fajans）规则。4.5.3 双电层理论 对于溶胶粒子电性结构的描述有三种理论，亥姆霍兹平板双电层模型过于简单、古埃查普曼扩散双电层模型区分了表面电势和电动电势，也便于理论上的处理，斯特恩吸附扩散双电层模型提出更精细的结构，能解释更多的实验事实。4.5.4 胶团结构 按双电层模型，胶团的结构式可表示为(胶核)m n定位离子（nx）内层反离子 x外层反离子 4.5.5 电泳的测定 测定溶胶的电泳速度可计算其电动电势。4.6 第六节 溶胶的稳定性和聚沉作用TOP 4.6.1 溶胶的稳定性 溶胶具有动力稳定性，但有热力学的不稳定性。4.6.2 溶胶的聚沉 电解质对溶胶的稳定性影响最大，其作用遵循舒尔茨哈迪规则；大分子对溶胶有保护作用，但用量不足时有絮凝作用。4.6.3 溶胶稳定性理论 DLVO 理论是溶胶稳定性的现代理论，该理论认为胶体粒子相互间的范德华引力和电性斥力的总结果决定了溶胶的稳定性。4.7 第七节 乳状液、泡沫和气溶胶TOP 4.7.1 乳状液 液液分散的系统为乳状液，有 O/W 型和 W/O 型两种，制备乳状液需使用乳化剂。一般乳状液为粗分散系统，液滴半径小于 100 nm 时称为微乳，微乳是热力学稳定系统，在药学中很有开发前景。4.7.2 泡沫 泡沫是气体为分散相的液体粗分散系统。起泡和消泡是泡沫研究的两个方面，各自有着不同的应用。4.7.3 气溶胶 气溶胶是以气体为分散介质的分散系统，包括固体气溶胶（如烟）和液体气溶胶（如雾）。气溶胶作为杀虫灭菌剂和医用气雾剂，广泛用于农业生产、日常生活及临床治疗中。