胶体

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胶体(英语:Colloid)又称胶状分散体colloidal dispersion)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。  

目录

分类

1、按分散剂的不同可分为气溶胶,固溶胶,液溶胶;

2、按分散质的不同可分为粒子胶体、分子胶体;  

实例

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;  

胶体的性质

能发生丁达尔现象,聚沉,产生电泳,可以渗析,吸附等性质  

应用

1、农业生产:土壤的保肥作用.土壤里许多物质如粘土,腐殖质等常以胶体形式存在.

2、医疗卫生:血液透析,血清纸上电泳,利用电泳分离各种氨基酸和蛋白质.13。医学上越来越多地利用高度分散的胶体来检验或治疗疾病,如胶态磁流体治术是将磁性物质制成胶体粒子,作为药物的载体,在磁场作用下将药物送到病灶,从而提高疗效。

3、日常生活:制豆腐原理(胶体的聚沉)和豆浆牛奶,粥,明矾净水.

4、自然地理:江河人海口处形成三角洲,其形成原理是海水中的电解质使江河泥沙所形成胶体发生聚沉.

5、工业生产:制有色玻璃(固溶胶),冶金工业利用电泳原理选矿,原油脱水等.在金属、陶瓷、聚合物等材料中加入固态胶体粒子,不仅可以改进材料的耐冲击强度、耐断裂强度、抗拉强度等机械性能,还可以改进材料的光学性质。有色玻璃就是由某些胶态金属氧化物分散于玻璃中制成的。国防工业中有些火药、炸药须制成胶体。一些纳米材料的制备,冶金工业中的选矿,是有原油的脱水,塑料、橡胶及合成纤维等的制造过程都会用到胶体。  

胶体净水的原理

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).12H2O、FeCl3.6H2O等,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:

Fe3+ + 3H2O==(可逆号) Fe(OH)3(胶体)+3H+

Al3+ + 3H2O==(可逆号)Al(OH)3(胶体)+3H+  

具体介绍

为了回答什么是胶体这一问题,我们做如下实验:将一把泥土放到水中,大粒的泥沙很快下沉,浑浊的细小土粒因受重力的影响最后也沉降于容器底部,而土中的盐类则溶解成真溶液.但是,混杂在真溶液中还有一些极为微小的土壤粒子,它们既不下沉,也不溶解,人们把这些即使在显微镜下也观察不到的微小颗粒称为胶体颗粒,含有胶体颗粒的体系称为胶体体系.胶体化学,狭义的说,就是研究这些微小颗粒分散体系的科学.

通常规定胶体颗粒的大小为1~100nm(按胶体颗粒的直径计).小于1nm的几颗粒为分子或离子分散体系,大于100nm的为粗分散体系.既然胶体体系的重要特征之一是以分散相粒子的大小为依据的,显然,只要不同聚集态分散相的颗粒大小在1~100nm之间,则在不同状态的分散介质中均可形成胶体体系.例如,除了分散相与分散介质都是气体而不能形成胶体体系外,其余的8种分散体系均可形成胶体体系.

习惯上,把分散介质为液体的胶体体系称为液溶胶,如介质为水的称为水溶胶;介质为固态时,称为固溶胶.

由此可见,胶体体系是多种多样的.溶胶是物质存在的一种特殊状态,而不是一种特殊物质,不是物质的本性.任何一种物质在一定条件下可以晶体的形态存在,而在另一种条件下却可以胶体的形态存在.例如,氯化钠是典型的晶体,它在水中溶解成为真溶液,若用适当的方法使其分散于苯或醚中,则形成胶体溶液.同样,硫磺分散在乙醇中为真溶液,若分散在水中则为硫磺水溶胶.

由于胶体体系首先是以分散相颗粒有一定的大小为其特征的,故胶粒本身与分散介质之间必有一明显的物理分界面.这意味着胶体体系必然是两相或多相的不均匀分散体系.

另外,有一大类物质(纤维素、蛋白质、橡胶以及许多合成高聚物)在适当的溶剂中溶解虽可形成真溶液,但它们的分子量很大(常在1万或几十万以上,故称为高分子物质),因此表现出的许多性质(如溶液的依数性、黏度、电导等)与低分子真溶液有所不同,而在某些方面(如分子大小)却有类似于溶胶的性质,所以在历史上高分子溶液一直被纳入胶体化学进行讨论。30多年来,由于科学迅速地发展,它实际上已成为一个的科学分支——高分子物理化学,所以近年来在胶体表面专著(特别是有关刊物)中,一般不再过多地讨论这方面内容。

——摘自《胶体与表面化学(第三版)》,化学化工出版社  

胶体

定义

分散质粒子大小在1nm~100nm的分散系。

胶体与溶液、浊液在性质上有显著差异的根本原因是分散质粒子的大小不同。  

常见的胶体

Fe(OH)3胶体、Al(OH)3胶体、硅酸胶体、淀粉胶体、蛋白质、血液、豆浆、墨水、涂料、肥皂水、AgI、Ag2S、As2S3  

分类

按照分散剂状态不同分为:

气溶胶——分散质、分散剂都是气态物质:如SO2扩散在空气中

液溶胶——分散质、分散剂都是液态物质:如Fe(OH)3胶体

固溶胶——分散质、分散剂都是固态物质:如有色玻璃、烟水晶  

区分胶体与溶液的一种常用物理方法

利用丁达尔效应

胶体粒子对光线散射而形成光亮的“通路”的现象,叫做丁达尔现象。

胶粒带有电荷

胶粒具有很大的比表面积(比表面积=表面积/颗粒体积),因而有很强的吸附能力,使胶粒表面吸附溶液中的离子。这样胶粒就带有电荷。不同的胶粒吸附不同电荷的离子。一般说,金属氢氧化物、金属氧化物的胶粒吸附阳离子,胶粒带正电,非金属氧化物、金属硫化物的胶粒吸引阴离子,胶粒带负电。

胶粒带有相同的电荷,互相排斥,所以胶粒不容易聚集,这是胶体保持稳定的重要原因。

由于胶粒带有电荷,所以在外加电场的作用下,胶粒就会向某一极(阴极或阳极)作定向移动,这种运动现象叫电泳。

胶体的种类很多,按分散剂状态的不同可分为液溶胶、气溶胶和固溶胶。如:云、烟为气溶胶,有色玻璃为固溶胶。中学研究的胶体一般指的是液溶胶。胶体的性质体现在以下几方面:

①有丁达尔效应

当一束光通过胶体时,从入射光的垂直方向上可看到有一条光带,这个现象叫丁达尔现象。利用此性质可鉴别胶体与溶液、浊液。

②有电泳现象

由于胶体微粒表面积大,能吸附带电荷的离子,使胶粒带电。当在电场作用下,胶体微粒可向某一极定向移动。

利用此性质可进行胶体提纯。

胶粒带电情况:金属氢氧化物、金属氧化物和AgI的胶粒一般带正电荷,而金属硫化物和硅酸的胶粒一般带负电荷。

③可发生凝聚

加入电解质或加入带相反电荷的溶胶或加热均可使胶体发生凝聚。加入电解质中和了胶粒所带的电荷,使胶粒形成大颗粒而沉淀。一般规律是电解质离子电荷数越高,使胶体凝聚的能力越强。用胶体凝聚的性质可制生活必需品。如用豆浆制豆腐,从脂肪水解的产物中得到肥皂等。

④发生布朗运动

含义:无规则运动(离子或分子无规则运动的外在体现)

产生原因:布朗运动是分子无规则运动的结果

布朗运动是胶体稳定的一个原因

胶体的知识与人类生活有着极其密切的联系。除以上例子外还如:

①土壤里发生的化学过程。因土壤里许多物质如粘土、腐殖质等常以胶体形式存在。

②国防工业的火药、炸药常制成胶体。

石油原油的脱水、工业废水的净化、建筑材料中的水泥的硬化,都用到胶体的知识。

④食品工业中牛奶、豆浆、粥都与胶体有关。

总之,人类不可缺少的衣食住行无一不与胶体有关,胶体化学已成为一门独立的学科。

Fe(OH)3胶体制备:将25毫升的蒸馏水加热至沸腾,再逐滴加入1-2毫升的饱和氯化铁溶液,继续煮沸至溶液呈红褐色。

相关化学式:FeCl3 +3H20 = Fe(OH)3(胶体)+3HCl

相关离子式:Al3+ +3H2o=Al(OH)3(胶体)+3H+

胶体电性

(1)正电:

一般来说,金属氢氧化物、金属氧化物的胶体粒子带正电荷,如Fe(OH)3 , Al(OH)3 , Cr(OH)3 , H2TiO3 , Fe2O3 , ZrO2 , Th2O3

(2)负电:

非金属氧化物、金属硫化物的胶体粒子带负电荷,如As2S3 , Sb2S3 , As2O3 , H2SiO3 , Au , Ag , Pt

(3)胶体粒子可以带电荷,但整个胶体呈电中性

胶体的制备

A物理法:如研磨(制豆浆,研墨),直接分散(制蛋白质胶体)

B水解法:

如向煮沸的蒸馏水滴加FeCl3饱和溶液,得红褐色Fe(OH)3胶体(此法适用于制金属氢氧化物胶体)

1.不可过度加热,否则胶体发生聚沉,生成Fe(OH)3沉淀

2.不可用自来水,自来水中有电解质会使胶体发生聚沉,应用蒸馏水

3.复分解+剧烈震荡法

4.FeCl3不能过量,过量的FeCl3也能使胶体发生聚沉

5.书写制备胶体的化学方程式时,生成的胶体不加沉淀符号“↓”  

胶体与溶液的分离

渗析法。

渗析又称透析。利用半透膜能透过小分子和小离子但不能透过胶体粒子的性质从溶胶中除掉作为杂质的小分子或离子的过程。

渗析时将胶体溶液置于由半透膜构成的渗析器内,器外则定期更换胶体溶液的分散介质(通常是水),即可达到纯化胶体的目的。渗析时外加直流电场常常可以加速小离子自膜内向膜外的扩散,为电渗析(electrodialysis)。

利用半透膜的选择透过性分离不同溶质的粒子的方法。在电场作用下进行溶液中带电溶质粒子(如离子、胶体粒子等)的渗析称为电渗析。电渗析广泛应用于化工、轻工、冶金、造纸、海水淡化、环境保护等领域;近年来更推广应用于氨基酸、蛋白质、血清等生物制品的提纯和研究。电渗析器种类较多,W.鲍里的三室型具有代表性,其构造见图。电渗析器由阳极室、中间室及阴极室三室组成,中间DD为封接良好的半透膜,E为Pt、Ag、Cu等片状或棒状电极,F为连接中间室的玻璃管,作洗涤用,S为pH计。电渗析实质上是除盐技术。电渗析器中正、负离子交换膜具有选择透过性,器内放入含盐溶液,在直流电的作用下,正、负离子透过膜分别向阴、阳极迁移。最后在两个膜之间的中间室内,盐的浓度降低,阴、阳极室内为浓缩室。电渗析方法可以对电解质溶质或某些物质进行淡化、浓缩、分离或制备某些电解产品。实际应用时,通常用上百对以上交换膜,以提高分离效率。电渗析过程中,离子交换膜透过性、离子浓差扩散、水的透过、极化电离等因素都会影响分离效率。  

胶体粒子的结构

根据Fajans规则,胶体粒子是胶团,它又包括胶粒与扩散层,而胶粒有包括胶核与吸附层。以制备AgI为例,当AgNO3过量时,结构可表示为

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