《医学有机化学》课程学习指导（医用基础化学）第五章胶体溶液（含测试，无答案）.doc

第五章胶体溶液内容提要第一节分散系统和胶体分散系一种或几种物质分散在另一种物质中所形成的系统称为分散系。被分散的物质称为分散相，容纳分散相的连续介质称为分散介质。按照分散相粒径的大小，可以把分散系分为分子分散系（粒径小于1nm）、胶体分散系（粒径介于1~100nm）和粗分散系（粒径大于100nm）。分散系统有均相分散系和非均相分散系两种类型。非均相分散系的分散相和分散介质为不同的相，均相分散系只有一个相。分散相在分散介质中分散的程度称为分散度，用比表面积S。表示：So=S/V式中S是分散相物质的总表面积，V是体积。比表面越大，分散度也越大。两相界面分子与其相内分子所处状况不同，受相内分子作用力不均匀而产生表面张力，表面张力是影响高度分散系稳定性的重要因素。胶体分散系包括溶胶、高分子溶液和缔合胶体，其共同特征是扩散速度慢能透过滤纸，不能透过半透膜。第二节溶胶溶胶的胶粒是由直径为1~100nm的胶粒分散在分散介质中形成的分散系统。多相性、高度分散性和聚结不稳定性是溶胶的基本特性，其光学性质、动力学性质和电学性质都是由这些基本特性引起的。溶胶有乳光现象。当胶粒的直径略小于入射光的波长时，光波就被散射，成为乳光，称为Tyndall效应。Tyndall效应是溶胶区别于真溶液的一个基本特征。由于瞬间胶粒受到来自周围各方介质分子碰撞的合力未被完全抵消，引起胶粒在介质中不停地作不规则的运动，称为Brown运动。运动着的胶粒可使其本身不下沉，因而是溶胶的一个稳定因素。当溶胶中的胶粒存在浓度差时，胶粒将从浓度大的区域向浓度小的区域迁移，这种现象称为扩散。扩散现象是由胶粒的布朗运动引起的。在重力场中胶粒受重力的作用而要下沉，这一现象称为沉降。溶胶的胶粒较小，扩散和沉降两种作用同时存在。当沉降速度等于扩散速度，系统处于平衡状态，胶粒的浓度从上到下逐渐增大，形成一个稳定的浓度梯度，称为沉降平衡。用超速离心机可使胶粒或高分子溶质迅速达到沉降平衡，以测定分散相粒子的大小以及高分子的相对

第五章胶体溶液内容提要第一节分散系统和胶体分散系一种或几种物质分散在另一种物质中所形成的系统称为分散系。被分散的物质称为分散相，容纳分散相的连续介质称为分散介质。按照分散相粒径的大小，可以把分散系分为分子分散系（粒径小于 1nm）、胶体分散系（粒径介于 1~100nm）和粗分散系（粒径大于 100nm）。分散系统有均相分散系和非均相分散系两种类型。非均相分散系的分散相和分散介质为不同的相，均相分散系只有一个相。分散相在分散介质中分散的程度称为分散度，用比表面积 So 表示：So=S/V，式中 S 是分散相物质的总表面积，V 是体积。比表面越大，分散度也越大。两相界面分子与其相内分子所处状况不同，受相内分子作用力不均匀而产生表面张力，表面张力是影响高度分散系稳定性的重要因素。胶体分散系包括溶胶、高分子溶液和缔合胶体，其共同特征是扩散速度慢，能透过滤纸，不能透过半透膜。第二节溶胶溶胶的胶粒是由直径为 1~100nm 的胶粒分散在分散介质中形成的分散系统。多相性、高度分散性和聚结不稳定性是溶胶的基本特性，其光学性质、动力学性质和电学性质都是由这些基本特性引起的。溶胶有乳光现象。当胶粒的直径略小于入射光的波长时，光波就被散射，成为乳光，称为 Tyndall 效应。Tyndall 效应是溶胶区别于真溶液的一个基本特征。由于瞬间胶粒受到来自周围各方介质分子碰撞的合力未被完全抵消，引起胶粒在介质中不停地作不规则的运动，称为 Brown 运动。运动着的胶粒可使其本身不下沉，因而是溶胶的一个稳定因素。当溶胶中的胶粒存在浓度差时，胶粒将从浓度大的区域向浓度小的区域迁移，这种现象称为扩散。扩散现象是由胶粒的布朗运动引起的。在重力场中胶粒受重力的作用而要下沉，这一现象称为沉降。溶胶的胶粒较小，扩散和沉降两种作用同时存在。当沉降速度等于扩散速度，系统处于平衡状态，胶粒的浓度从上到下逐渐增大，形成一个稳定的浓度梯度，称为沉降平衡。用超速离心机可使胶粒或高分子溶质迅速达到沉降平衡，以测定分散相粒子的大小以及高分子的相对

分子质量。在外电场作用下，胶粒在分散介质中进行定向移动称为电泳，从电泳的方向可以判断胶粒所带电荷。把溶胶充满多孔性隔膜，胶粒被吸附而固定。由于胶粒带电，介质必然带与胶粒相反电荷。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，称为电渗。溶胶能产生电泳和电渗现象，说明胶粒带有电荷。胶粒带电是由于胶核的选择性吸附带电荷离子和胶核表面分子的解离。当胶核选择吸附阳离子时胶粒带正电，选择吸附阴离子时胶粒带负电。胶核表面上吸附的离子与溶液中的带相反电荷的离子构成双电层，从而产生电位。溶胶是热力学不稳定系统，胶粒有聚集变大而聚沉的趋势。然而经过纯化的溶胶往往可存在很长时间不聚沉，其主要原因是胶粒带有相同电荷的相互作用，胶粒表面的溶剂化膜以及Brown运动。当溶胶的稳定因素受到破坏，即引起聚沉。其中最主要的是加入电解质引起的聚沉。聚沉作用主要是电解质中与胶粒带相反电荷的离子，反离子的价数愈高聚沉能力愈强。电解质聚沉能力的大小用临界聚沉浓度表示。带相反电荷的溶胶有相互聚沉能力。少量的高分子溶液加入溶胶中，可引起溶胶聚沉，这种现象称作敏化作用，而适量高分子溶液加入溶胶中，对溶胶有保护作用。第三节高分子溶液高分子化合物的相对分子质量很大，通常为104~10。在合适的介质中高分子化合物能自动分散形成均匀的溶液。高分子溶液因为其分散相颗粒的直径达胶粒大小，某些性质与溶胶类似，如扩散速度慢，但是其本质是真溶液。高分子溶液是稳定单相系统，其稳定性主要来自分散相高度的水化作用，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。高分子对溶胶的保护作用和敏化作用是由高分子的链状结构所引起的。高分子溶液的渗透压数值常不符合Van'tHoff公式，产生这种现象的一个原因是皇卷曲状的高分子长链的空隙间包含和束缚看大量溶剂，随看浓度增大，单位体积内溶剂的有效分子数减少。因此高分子溶液的渗透压与溶液的质量浓度的

分子质量。在外电场作用下，胶粒在分散介质中进行定向移动称为电泳，从电泳的方向可以判断胶粒所带电荷。把溶胶充满多孔性隔膜，胶粒被吸附而固定。由于胶粒带电，介质必然带与胶粒相反电荷。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，称为电渗。溶胶能产生电泳和电渗现象，说明胶粒带有电荷。胶粒带电是由于胶核的选择性吸附带电荷离子和胶核表面分子的解离。当胶核选择吸附阳离子时胶粒带正电，选择吸附阴离子时胶粒带负电。胶核表面上吸附的离子与溶液中的带相反电荷的离子构成双电层，从而产生  电位。溶胶是热力学不稳定系统，胶粒有聚集变大而聚沉的趋势。然而经过纯化的溶胶往往可存在很长时间不聚沉，其主要原因是胶粒带有相同电荷的相互作用，胶粒表面的溶剂化膜以及 Brown 运动。当溶胶的稳定因素受到破坏，即引起聚沉。其中最主要的是加入电解质引起的聚沉。聚沉作用主要是电解质中与胶粒带相反电荷的离子，反离子的价数愈高聚沉能力愈强。电解质聚沉能力的大小用临界聚沉浓度表示。带相反电荷的溶胶有相互聚沉能力。少量的高分子溶液加入溶胶中，可引起溶胶聚沉，这种现象称作敏化作用，而适量高分子溶液加入溶胶中，对溶胶有保护作用。第三节高分子溶液高分子化合物的相对分子质量很大，通常为 104~106。在合适的介质中高分子化合物能自动分散形成均匀的溶液。高分子溶液因为其分散相颗粒的直径达胶粒大小，某些性质与溶胶类似，如扩散速度慢，但是其本质是真溶液。高分子溶液是稳定单相系统，其稳定性主要来自分散相高度的水化作用，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。高分子对溶胶的保护作用和敏化作用是由高分子的链状结构所引起的。高分子溶液的渗透压数值常不符合 Van’t Hoff 公式，产生这种现象的一个原因是呈卷曲状的高分子长链的空隙间包含和束缚着大量溶剂，随着浓度增大，单位体积内溶剂的有效分子数减少。因此高分子溶液的渗透压与溶液的质量浓度的

关系可通过近似校正公式计算。蛋白质等高分子化合物在水溶液中往往以离子形式存在。在蛋白质溶液中加入大量无机盐时，无机离子强烈的水合作用使蛋白质的水合程度大为降低而沉淀，这种作用称为盐析。盐析过程实质上是蛋白质的脱水过程。盐析时所用无机盐中以硫酸铵为最佳。无机盐的盐析能力与离子的种类有关，离子的盐析能力的顺序称为感胶离子序。在温度下降或溶解度减小时，不少高分子溶液的粘度会逐渐变大，最后失去流动性，形成具有网状结构的半固态凝胶。形成凝胶的过程叫胶凝。凝胶可分为刚凝胶和弹性凝胶。干燥的弹性凝胶放置于合适的液体中，它自动吸收液体而使其体积增大的现象称为溶胀。如果这种溶胀作用进行到一定的程度便停止，这种溶胀称为有限溶胀。有的凝胶在液体中的溶胀可一直进行下去，最终使凝胶的网状骨架完全消失而形成溶液，这种溶胀称为无限溶胀。凝胶溶胀吸收了水分，与凝胶结合得相当牢固的那部分水称结合水。将弹性凝胶露置一段时间，一部分液体会自动从凝胶中分离出来，凝胶的体积也逐渐缩小，这种现象称为脱液收缩或称离浆。用半透膜将高分子溶液与电解质溶液隔开，达平衡后电解质离子在膜两侧呈不均匀分布，这种现象称为Donnan平衡。第四节表面活性剂和乳状液能显著减小表面张力的物质称为表面活性剂，表面活性剂分子中一般同时含有蔬水性基团和亲水性基团。表面活性剂的活性决定于其组成中的亲水基团和亲脂基团的相对强弱，若亲脂基团的疏水性影响较大，表面活性就增大，它有集中在溶液表面形成正吸附的倾向，从而降低表面张力。当进入水中的表面活性剂逐渐增多便可形成胶束，由胶束可形成稳定的缔合胶体。开始形成胶束时表面活性剂的最低浓度称为临界胶束浓度（CMC）。表面活性剂的临界胶束浓度的数值受温度、表面活性剂用量、分子缔合程度、溶液的pH以及电解质存在的影响。乳状液是由两种液体所组成的分散系统，属于热力学不稳定的粗分散系。在乳状液中加入表面活性剂，可降低相界面张力形成保护膜，使乳状液得以稳定。乳状液可分为“水包油”（O/W）型和“油包水”（WIO）型两种不同类型

关系可通过近似校正公式计算。蛋白质等高分子化合物在水溶液中往往以离子形式存在。在蛋白质溶液中加入大量无机盐时，无机离子强烈的水合作用使蛋白质的水合程度大为降低而沉淀，这种作用称为盐析。盐析过程实质上是蛋白质的脱水过程。盐析时所用无机盐中以硫酸铵为最佳。无机盐的盐析能力与离子的种类有关，离子的盐析能力的顺序称为感胶离子序。在温度下降或溶解度减小时，不少高分子溶液的粘度会逐渐变大，最后失去流动性，形成具有网状结构的半固态凝胶。形成凝胶的过程叫胶凝。凝胶可分为刚凝胶和弹性凝胶。干燥的弹性凝胶放置于合适的液体中，它自动吸收液体而使其体积增大的现象称为溶胀。如果这种溶胀作用进行到一定的程度便停止，这种溶胀称为有限溶胀。有的凝胶在液体中的溶胀可一直进行下去，最终使凝胶的网状骨架完全消失而形成溶液，这种溶胀称为无限溶胀。凝胶溶胀吸收了水分，与凝胶结合得相当牢固的那部分水称结合水。将弹性凝胶露置一段时间，一部分液体会自动从凝胶中分离出来，凝胶的体积也逐渐缩小，这种现象称为脱液收缩或称离浆。用半透膜将高分子溶液与电解质溶液隔开，达平衡后电解质离子在膜两侧呈不均匀分布，这种现象称为 Donnan 平衡。第四节表面活性剂和乳状液能显著减小表面张力的物质称为表面活性剂，表面活性剂分子中一般同时含有疏水性基团和亲水性基团。表面活性剂的活性决定于其组成中的亲水基团和亲脂基团的相对强弱，若亲脂基团的疏水性影响较大，表面活性就增大，它有集中在溶液表面形成正吸附的倾向，从而降低表面张力。当进入水中的表面活性剂逐渐增多便可形成胶束，由胶束可形成稳定的缔合胶体。开始形成胶束时表面活性剂的最低浓度称为临界胶束浓度（CMC）。表面活性剂的临界胶束浓度的数值受温度、表面活性剂用量、分子缔合程度、溶液的 pH 以及电解质存在的影响。乳状液是由两种液体所组成的分散系统，属于热力学不稳定的粗分散系。在乳状液中加入表面活性剂，可降低相界面张力形成保护膜，使乳状液得以稳定。乳状液可分为“水包油”（O/W）型和“油包水”（W/O）型两种不同类型

第五节胶体与医药学胶体化学已经深入药学、生理学、临床医学的许多方面，在一些交领域中，发挥着愈来愈重要的作用。从研究胶体化学的角度来看，动物和人的机体可看成是胶体，凝胶以及高分子溶液组成的复杂分散系。这些分散系以独立地发挥各自的生理功能，又彼此相互协调，构成统一的整体，维持着正常的生命活动。应用胶体化学的原理和方法分析某些临床病变的性质，采取相应措施使之恢复正常或采用生物相溶性好的代用品，就是临床医学的基本任务之一。如对尿结石矿化过程的抑制，模拟人工器官和纳米靶向给药等。难题解析例5-1为什么溶胶是热力学不稳定系统，同时溶胶文具有动力学稳定性？解溶胶是高度分散的多相分散系统，高度分散性使得溶胶的比表面大，所以表面能也大，它们有自动聚积成大颗粒而减少表面积的趋势，即聚结不稳定性。因而是热力学不稳定系统。另一方面，溶胶的胶粒存在剧烈的Brown运动，可使其本身不易发生沉降，是溶胶的一个稳定因素；同时带有相同电荷的胶粒间存在着静电斥力，而且胶团的水合双电层膜犹如一层弹性膜，阻碍胶粒相互碰撞合并变大。因此溶胶具有动力学稳定性。例5-2硅酸溶胶的胶粒是由硅酸聚合而成。胶核为SiO2分子的聚集体，其表面的H2SiO3分子可以离解成SiO;2-和H+。H2SiO32H++SiO2H+离子扩散到介质中去。写出硅胶结构式，指出硅胶的双电层结构及胶粒的电性。解硅胶的结构式［（SiO2)mnSiO32--2（n-x）H+j2x-2xH胶核表面的SiO32-离子和部分H+离子组成带负电荷的吸附层，剩余的H+离子组成扩散层，由带负电荷的吸附层和带正电荷的H+离子组成的扩散层构成电性相反的扩散双电层。胶粒带负电荷。例5-3什么是表面活性剂？试从其结构特点说明它能降低溶液表面张力的原因

第五节胶体与医药学胶体化学已经深入药学、生理学、临床医学的许多方面，在一些交叉领域中，发挥着愈来愈重要的作用。从研究胶体化学的角度来看，动物和人的机体可看成是胶体，凝胶以及高分子溶液组成的复杂分散系。这些分散系以独立地发挥各自的生理功能，又彼此相互协调，构成统一的整体，维持着正常的生命活动。应用胶体化学的原理和方法分析某些临床病变的性质，采取相应措施使之恢复正常或采用生物相溶性好的代用品，就是临床医学的基本任务之一。如对尿结石矿化过程的抑制，模拟人工器官和纳米靶向给药等。难题解析例 5-1 为什么溶胶是热力学不稳定系统，同时溶胶又具有动力学稳定性？解溶胶是高度分散的多相分散系统，高度分散性使得溶胶的比表面大，所以表面能也大，它们有自动聚积成大颗粒而减少表面积的趋势，即聚结不稳定性。因而是热力学不稳定系统。另一方面，溶胶的胶粒存在剧烈的 Brown 运动，可使其本身不易发生沉降，是溶胶的一个稳定因素；同时带有相同电荷的胶粒间存在着静电斥力，而且胶团的水合双电层膜犹如一层弹性膜，阻碍胶粒相互碰撞合并变大。因此溶胶具有动力学稳定性。例 5-2 硅酸溶胶的胶粒是由硅酸聚合而成。胶核为 SiO2 分子的聚集体，其表面的 H2SiO3 分子可以离解成 SiO3 2-和 H+。 H2SiO3 2H+ +SiO3 2- H+离子扩散到介质中去。写出硅胶结构式，指出硅胶的双电层结构及胶粒的电性。解硅胶的结构式 [（SiO2）m·nSiO3 2-·2（n－x）H+ ] 2x－·2xH+ 胶核表面的 SiO3 2-离子和部分 H+离子组成带负电荷的吸附层，剩余的 H+离子组成扩散层，由带负电荷的吸附层和带正电荷的 H+离子组成的扩散层构成电性相反的扩散双电层。胶粒带负电荷。例 5-3 什么是表面活性剂？试从其结构特点说明它能降低溶液表面张力的原因

《医学有机化学》课程学习指导（医用基础化学）第五章 胶体溶液（含测试，无答案）

《医学有机化学》课程学习指导（医用基础化学）第五章胶体溶液（含测试，无答案）