胶体溶液 分散相粒子直径在1~100nm之间的分散系称为胶体分散系。根据分散介质的状态不 同可分为固溶胶、气溶胶、液溶胶三类，如下表。其中固体物质分散在水中所形成的胶体溶 液，就是我们通常所说的溶胶，也是本章研究的重点。 表技分散相和分散介质的聚集状态对语胶分散系统的分类 分散相 分散介质 名称 实例 气 泡沫，如肥皂泡 液溶胶(sol) 乳状液，如牛奶、石油 悬浮液，溶胶，如泥浆，Fe(OH)s溶胶 气 面包，浮石，泡沫塑料 固溶胶 珍珠，某些宝石 (solodsol) 固 某些合金，有色玻璃 气 2 气溶胶 云，雾 (aerosol) 固 烟，尘 一、胶团的结构 溶胶的许多性质与其内部结构有关，我们认为胶团是由胶粒和扩散层构成的，胶粒又由 胶核和吸附层两部分构成。胶核是胶团的核心部分，是由许多分子、原子或离子形成的固态 微粒，常具有晶体结构，有很大的表面积，可以从周围的介质中选择性吸附某种离子。通常， 胶核优先选择吸附与其自身相同的离子，这些离子决定溶胶所带电荷的种类，称为电位腐子。 电位离子为阳离子时，胶粒带正电：电位离子为阴离子时，胶粒带负电。电位离子与介质中 的反离子（与电位离子带相反电荷的离子）存在静电引力，使一部分反离子紧靠在胶核表面 与电位离子牢固地结合在一起，形成吸附层。胶核和吸附层形成胶粒。还有一部分反离子呈 扩散状态分布在胶粒周围，即为扩散层。胶粒和扩散层形成一个电中性的胶团。 现以AgNO,的稀溶液和KI的稀溶液反应生成Ag溶胶为例，来讨论胶团的结构。此反 应生成的Ag分子聚结成非常小的胶核，如图6-1所示，m表示胶核中所含AgI的分子数 通常是一个很大的数值（约在10左右）。若制备Ag时K1溶液是过量的，则胶核优先吸 附与它相近的r离子，表示胶核所吸附的离子数，因此形成负溶胶，上离子是电位离子
胶体溶液 分散相粒子直径在 1～100nm 之间的分散系称为胶体分散系。根据分散介质的状态不 同可分为固溶胶、气溶胶、液溶胶三类，如下表。其中固体物质分散在水中所形成的胶体溶 液，就是我们通常所说的溶胶，也是本章研究的重点。 表 按分散相和分散介质的聚集状态对溶胶分散系统的分类 分散相 分散介质 名称 实例 气 液 液溶胶（sol） 泡沫，如肥皂泡 液 乳状液，如牛奶、石油 固 悬浮液，溶胶，如泥浆，Fe(OH)3 溶胶 气 固 固溶胶 （solodsol） 面包，浮石，泡沫塑料 液 珍珠，某些宝石 固 某些合金，有色玻璃 气 气 气溶胶 （aerosol） — 液 云，雾 固 烟，尘 一、胶团的结构 溶胶的许多性质与其内部结构有关，我们认为胶团是由胶粒和扩散层构成的，胶粒又由 胶核和吸附层两部分构成。胶核是胶团的核心部分，是由许多分子、原子或离子形成的固态 微粒，常具有晶体结构，有很大的表面积，可以从周围的介质中选择性吸附某种离子。通常， 胶核优先选择吸附与其自身相同的离子，这些离子决定溶胶所带电荷的种类，称为电位离子。 电位离子为阳离子时，胶粒带正电；电位离子为阴离子时，胶粒带负电。电位离子与介质中 的反离子（与电位离子带相反电荷的离子）存在静电引力，使一部分反离子紧靠在胶核表面 与电位离子牢固地结合在一起，形成吸附层。胶核和吸附层形成胶粒。还有一部分反离子呈 扩散状态分布在胶粒周围，即为扩散层。胶粒和扩散层形成一个电中性的胶团。 现以 AgNO3的稀溶液和 KI 的稀溶液反应生成 AgI 溶胶为例，来讨论胶团的结构。此反 应生成的 AgI 分子聚结成非常小的胶核，如图 6-1 所示，m 表示胶核中所含 AgI 的分子数， 通常是一个很大的数值（约在 103 左右）。若制备 AgI 时 KI 溶液是过量的，则胶核优先吸 附与它相近的 I -离子，n 表示胶核所吸附的 I -离子数，因此形成负溶胶，I -离子是电位离子
溶液中与电位离子电性相反的K(反离子)，一方面受电位离子的吸引有靠近胶核的趋势， 另一方面由于本身的热运动有远高胶核的趋势，当两种作用达到平衡时，(-x)的K受电 位离子的吸引而被束缚在固体表面，一起形成吸附层，胶核和吸附层构成胶粒。在吸附层外 面，还有x的K+疏散地分布在胶粒周围，形成一个扩散层。胶粒和扩散层在一起总称胶团 胶粒和扩散层的电荷相反，电量相等，整个胶闭显电中性。由于离子的溶剂化，因此胶粒和 胶团也是溶剂化的。在溶胶中胶粒是独立运动的单位，通常所说的溶胶带电，是指胶粒而言。 当K过量时形成的Ag的胶团结构如下图所示。 K+K KK一 Agl 胶粒 一胶团 图AgI胶团结构示意图 当KI过量时，AgI胶团的结构表示式为 [Agan·(n-xKr·xK 胶核吸附层 扩散层 胶粒（带负电） 胶团（电中性） 胶团没有固定的直径和质量，同一种溶胶的m值也不是一个固定的数值。不同溶胶的 胶团有不同的形状，例如聚苯乙烯溶胶的胶团接近球状，而F©(O溶胶为针状，V:O5溶胶 为带状等。 二、溶胶的性质 溶胶分散相粒子直径在1~l00m之间，是许多分子、原子或离子的集合体，高度分散 在不相溶的介质中。尽管表面看来溶胶是貌似均匀的溶液，而实际上粒子和介质之间存在着 明显的物理分界面，是超微不均匀的系统。由于溶胶的多相性、高分散性和不稳定性，导致 溶胶在光学、动力学和电学方面具有一系列特殊的性质。 (一)溶胶的光学性质（丁铎尔现象） 1869年，英国物理学家Tyndall发现，在暗室中用一束会聚的光线照射溶胶时，从入射 光垂直的侧面可以观察到溶胶中有一条明亮的光柱（乳光）（如下图所示），这种现象称为
溶液中与电位离子电性相反的 K+（反离子），一方面受电位离子的吸引有靠近胶核的趋势， 另一方面由于本身的热运动有远离胶核的趋势，当两种作用达到平衡时，（n-x）的 K+受电 位离子的吸引而被束缚在固体表面，一起形成吸附层，胶核和吸附层构成胶粒。在吸附层外 面，还有 x 的 K+疏散地分布在胶粒周围，形成一个扩散层。胶粒和扩散层在一起总称胶团。 胶粒和扩散层的电荷相反，电量相等，整个胶团显电中性。由于离子的溶剂化，因此胶粒和 胶团也是溶剂化的。在溶胶中胶粒是独立运动的单位，通常所说的溶胶带电，是指胶粒而言。 当 KI 过量时形成的 AgI 的胶团结构如下图所示。 图 AgI 胶团结构示意图 当 KI 过量时，AgI 胶团的结构表示式为： [(AgI)m·n I - ·(n-x)K+ ] x- ·xK+ 胶核 吸附层 扩散层 胶粒（带负电） 胶团（电中性） 胶团没有固定的直径和质量，同一种溶胶的 m 值也不是一个固定的数值。不同溶胶的 胶团有不同的形状，例如聚苯乙烯溶胶的胶团接近球状，而 Fe(OH)3溶胶为针状，V2O5 溶胶 为带状等。 二、溶胶的性质 溶胶分散相粒子直径在 1～100nm 之间，是许多分子、原子或离子的集合体，高度分散 在不相溶的介质中。尽管表面看来溶胶是貌似均匀的溶液，而实际上粒子和介质之间存在着 明显的物理分界面，是超微不均匀的系统。由于溶胶的多相性、高分散性和不稳定性，导致 溶胶在光学、动力学和电学方面具有一系列特殊的性质。 （一）溶胶的光学性质（丁铎尔现象） 1869 年，英国物理学家 Tyndall 发现，在暗室中用一束会聚的光线照射溶胶时，从入射 光垂直的侧面可以观察到溶胶中有一条明亮的光柱（乳光）（如下图所示），这种现象称为 胶核 胶粒 胶团
丁锋尔现象。其他分散系统也会产生这种现象，但是远不如溶肢显著，因此可以利用丁锋尔 现象区分溶胶和真溶液。 丁铎尔现象的实质是胶粒对光的强烈散射。当光束照射分散系统时，可以发生光的吸收、 散射、反射和折射几种情况。若分散相粒子大于入射光的波长，则光线主要以一定角度从粒 子表面反射或折射出来，粗分散体系就属于这种情况：若分散相粒子远小于光波的波长，则 光线绕过粒子前进而不受阻碍（真溶液）：若分散粒子的大小和光波波长接近或稍小时，光 线产生散射。溶胶粒子的大小在1~100m之间，与普通光波波长接近，因此当光线照射到 溶胶时能产生散射光，在与光束垂直的侧面能看到一道明亮的光柱，发生丁锋尔现象 光束 光束 溶液 溶胶 图溶胶的丁每尔现象 (二)溶胶的动力学性质（布朗运动） 1.布朗运动 1827年，英国植物学家BOwm(布朗)用显微镜观察到悬浮在水面的花粉微粒不断地 作无规则运动。后来的实验证实，不仅花粉颗粒，其他悬浮在流体中的微粒也表现出这种无 规则运动，如悬浮在空气中的尘埃。人们把微粒在分散介质中不断地做无规则的运动称为布 朗运动（如下图所示）。1903年Zsigmondy(齐格蒙第)发明了超显微镜，观察到溶胶中的 胶体粒子在分散介质中也作这种无规则运动，并得出结论：粒子越小，布朗运动越激烈，其 运动的激烈程度不随时间而改变，但随温度的升高而增加。 布朗运动是溶胶分散系统的重要动力学性质之一，是不断运动的介质分子对胶粒冲击的 结果。对于很小但又远远大于液体介质分子的胶粒来说，由于不断受到不同方向、不同速度 的液体分子的冲击，受到的力不平衡（如下图所示），所以时刻以不同的方向、不同的速度 作无规则的运动
丁铎尔现象。其他分散系统也会产生这种现象，但是远不如溶胶显著，因此可以利用丁铎尔 现象区分溶胶和真溶液。 丁铎尔现象的实质是胶粒对光的强烈散射。当光束照射分散系统时，可以发生光的吸收、 散射、反射和折射几种情况。若分散相粒子大于入射光的波长，则光线主要以一定角度从粒 子表面反射或折射出来，粗分散体系就属于这种情况；若分散相粒子远小于光波的波长，则 光线绕过粒子前进而不受阻碍（真溶液）；若分散粒子的大小和光波波长接近或稍小时，光 线产生散射。溶胶粒子的大小在 1～100nm 之间，与普通光波波长接近，因此当光线照射到 溶胶时能产生散射光，在与光束垂直的侧面能看到一道明亮的光柱，发生丁铎尔现象。 图 溶胶的丁铎尔现象 （二）溶胶的动力学性质（布朗运动） 1．布朗运动 1827 年，英国植物学家 Brown（布朗）用显微镜观察到悬浮在水面的花粉微粒不断地 作无规则运动。后来的实验证实，不仅花粉颗粒，其他悬浮在流体中的微粒也表现出这种无 规则运动，如悬浮在空气中的尘埃。人们把微粒在分散介质中不断地做无规则的运动称为布 朗运动（如下图所示）。1903 年 Zsigmondy（齐格蒙第）发明了超显微镜，观察到溶胶中的 胶体粒子在分散介质中也作这种无规则运动，并得出结论：粒子越小，布朗运动越激烈，其 运动的激烈程度不随时间而改变，但随温度的升高而增加。 布朗运动是溶胶分散系统的重要动力学性质之一，是不断运动的介质分子对胶粒冲击的 结果。对于很小但又远远大于液体介质分子的胶粒来说，由于不断受到不同方向、不同速度 的液体分子的冲击，受到的力不平衡（如下图所示），所以时刻以不同的方向、不同的速度 作无规则的运动。 光束 溶液 溶胶 光束
图布朗运动示意图 图液体分子对胶粒的冲击 2.扩散 胶粒的热运动在微观中表现为布朗运动，在宏观上表现为扩散和渗透作用。设在如下图 的容器内盛有溶胶，在某一截面AB的两边所盛溶胶的浓度不同，c>2。由于布朗运动，从 宏观上可观察到胶粒从浓度大的区域自动向浓度低的区域迁移的现象，这就是扩散作用，简 称扩散。 图扩散作用和渗通压 由于胶粒不能透过半透膜，而介质分子或外加的电解质离子可以透过半透膜，所以介质 分子或外加的电解质离子有从化学势高的一方向化学势低的一方自发渗透的趋势。假设在上 图中的AB截面是半透膜，则胶粒不能透过半透膜，而离子、溶剂分子将通过半透膜自右往 左从低浓度区(c2)向高浓度区（©）方向渗透，可以利用这种性质除去溶胶中混有的离子、 小分子杂质，此过程称为渗析（或透析）。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（如下图）。 医学上，利用人工合成的高分子半透膜制成人工肾，帮助肾病忠者清除血液中的毒素，净化 血液，并达到纠正水电解质及酸碱平衡的目的。 半透膜 淀粉胶体和食盐溶液 蒸馏水 田透折现象
图 布朗运动示意图 图 液体分子对胶粒的冲击 2．扩散 胶粒的热运动在微观中表现为布朗运动，在宏观上表现为扩散和渗透作用。设在如下图 的容器内盛有溶胶，在某一截面 AB 的两边所盛溶胶的浓度不同，c1>c2。由于布朗运动，从 宏观上可观察到胶粒从浓度大的区域自动向浓度低的区域迁移的现象，这就是扩散作用，简 称扩散。 图 扩散作用和渗透压 由于胶粒不能透过半透膜，而介质分子或外加的电解质离子可以透过半透膜，所以介质 分子或外加的电解质离子有从化学势高的一方向化学势低的一方自发渗透的趋势。假设在上 图中的 AB 截面是半透膜，则胶粒不能透过半透膜，而离子、溶剂分子将通过半透膜自右往 左从低浓度区（c2）向高浓度区（c1）方向渗透，可以利用这种性质除去溶胶中混有的离子、 小分子杂质，此过程称为渗析（或透析）。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（如下图）。 医学上，利用人工合成的高分子半透膜制成人工肾，帮助肾病患者清除血液中的毒素，净化 血液，并达到纠正水电解质及酸碱平衡的目的。 图 透析现象 半透膜 蒸馏水 淀粉胶体和食盐溶液
3.沉降与沉降平衡 由于重力作用，悬浮在分散介质中的颗粒逐渐下沉的现象称为沉降。例如我们熟知的粗 分散系统一一泥沙的悬浮液，放置一段时间后泥沙会全部沉降下来。而溶胶是高度分散系统， 一方面胶粒受重力作用而下降，导致底部的粒子浓度增大：另一方面布朗运动引起的扩散作 用促使底部的粒子向上浮，力求浓度均一。当沉降和扩散这两种效应相反的力相等时，胶粒 的分布达到平衡，形成了一定的浓度梯度，这种状态称为沉降平衡（如下图）。溶胶粒子的 沉降和扩散都很慢，要达到沉降平衡往往需要很长的时间，一般粒子越小，建立平衡所需的 时间越长。 图沉降平衡 (三)溶胶的电学性质（电泳现象） 在外电场的作用下，带电胶粒在介质中定向移动的现象，称为电泳。如下图所示，在( 型管中装入红棕色的F©OH川溶胶，小心地在两液面上加一层NaCI溶液（用于导电），使 溶胶与NaC1溶液间有一清晰的界面，然后在两个管口分别插入正、负电极，接通直流电源， 可观察到负极一侧溶胶的界面上升，正极一侧的界面下降，表明F©(OH胶体粒子在电场的 作用下定向向负极移动，(OH胶粒带正电荷。根据胶体粒子在电泳时移动的方向，就可 以确定它们所带的电荷符号，带正电的胶粒电泳时移向负极，带负电的胶粒电泳时移向正极。 实验证明，Fc(OHg、A(OH等碱性溶胶带正电，而金、银、铝、AsS、硅酸等溶胶以及淀 粉颗粒、微生物等带负电荷 胶粒带电的主要原因是胶体粒子选择性地吸附带电离子和胶粒表面分子的解离。 稀的NaCI溶液 电前 通电后 图电泳现象
3．沉降与沉降平衡 由于重力作用，悬浮在分散介质中的颗粒逐渐下沉的现象称为沉降。例如我们熟知的粗 分散系统——泥沙的悬浮液，放置一段时间后泥沙会全部沉降下来。而溶胶是高度分散系统， 一方面胶粒受重力作用而下降，导致底部的粒子浓度增大；另一方面布朗运动引起的扩散作 用促使底部的粒子向上浮，力求浓度均一。当沉降和扩散这两种效应相反的力相等时，胶粒 的分布达到平衡，形成了一定的浓度梯度，这种状态称为沉降平衡（如下图）。溶胶粒子的 沉降和扩散都很慢，要达到沉降平衡往往需要很长的时间，一般粒子越小，建立平衡所需的 时间越长。 图 沉降平衡 （三）溶胶的电学性质（电泳现象） 在外电场的作用下，带电胶粒在介质中定向移动的现象，称为电泳。如下图所示，在 U 型管中装入红棕色的 Fe(OH)3 溶胶，小心地在两液面上加一层 NaCl 溶液（用于导电），使 溶胶与 NaCl 溶液间有一清晰的界面，然后在两个管口分别插入正、负电极，接通直流电源， 可观察到负极一侧溶胶的界面上升，正极一侧的界面下降，表明 Fe(OH)3 胶体粒子在电场的 作用下定向向负极移动，Fe(OH)3 胶粒带正电荷。根据胶体粒子在电泳时移动的方向，就可 以确定它们所带的电荷符号，带正电的胶粒电泳时移向负极，带负电的胶粒电泳时移向正极。 实验证明，Fe(OH)3、Al(OH)3 等碱性溶胶带正电，而金、银、铝、As2S3、硅酸等溶胶以及淀 粉颗粒、微生物等带负电荷。 胶粒带电的主要原因是胶体粒子选择性地吸附带电离子和胶粒表面分子的解离。 图 电泳现象 — + — + 通电后 铂电极 稀的 NaCl 溶液 溶胶 通电前