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第五章 胶体
Colloid
内容提要
胶体分散系
1.
①
分散系的分类
②
胶体分散系
溶胶
2.
①
溶胶的基本性质
②
胶团结构及溶胶的稳定性
③
气溶胶
内容提要
3.
4.
高分子溶液
①
高分子化合物的结构特点及其溶液的形成
②
聚电解质溶液
③
高分子溶液稳定性的破坏
④
高分子溶液的渗透压和膜平衡
⑤
凝胶
表面活性剂和乳状液
①
表面活性剂
②
缔合胶体
③
乳状液
教学基本要求
1.
2.
3.
4.
了解分散系、分散度的概念。熟悉胶体分散系
的特点。
掌握溶胶的基本性质和胶团结构。熟悉溶胶的
稳定因素及聚沉作用。
了解高分子溶液与溶胶的区别。熟悉高分子溶
液的稳定性与破坏条件。了解高分子溶液的形
成特点
熟悉表面活性剂的结构特点及其在溶液中的状
态。了解两种类型的乳状液、乳化作用。
第一节 胶体分散系
一、分散系的分类
分散系dispersed system ：一种或数种物质分散
在另一种物质中所形成的系统
 分散相dispersed phase ：被分散的物质
 分散介质dispersion medium ：容纳分散相的连
续介质
 相 phase ：指体系中物理性质和化学性质完全
相同 的均匀部分
 界面interface ：相与相之间的接触面

第一节 胶体分散系
分散相粒子大小 (直径)
性质
分子(离子)
分散系
真溶液
均相，热力学稳定系统
扩散快，透滤纸和半透膜
高分子溶
液
均相，热力学稳定系统
扩散 慢，透滤纸不透半透膜
溶胶
非均相，热力学不稳定系统
扩散慢，透滤纸不透半透膜
缔合胶体
均相，热力学稳定系统
扩散慢，透滤纸不透半透膜
乳状液
悬浮液
非均，热力学不稳定系统
不透滤纸和不透半透膜
＜1nm
1～
100nm
＞
100nm
胶
体
分
散
系
粗粒分散
系
分散相
均相
非均相
第一节 胶体分散系
二、胶体分散系
胶体分散系包括溶胶、高分子溶液和缔合胶体三
类。
胶体的分散相的粒子的大小为1~100 nm，可以是
一些小分子、离子或原子的聚集体，也可以是
单个的大分子。分散介质可以是液体、气体，
或是固体。
第一节 胶体分散系
一些胶体的例子
分散介质
分散相
名 称
实 例
气体
液体
气溶胶
雾
气体
液体
固体
气体
气溶胶
泡沫胶
烟
生奶油
液体
液体
固体
液体
固体
气体
乳状液
溶胶
泡沫
牛奶
油漆，细胞液
浮石
固体
固体
液体
固体
凝胶
固体溶胶
果冻
红宝石玻璃
第一节 胶体分散系
二、胶体分散系
1. 分散度—分散相在分散介质中分散的程
度，分散度常用比表面来表示。
比表面 —单位体积物质所具有的表面积
S0 = S/V
实例：当 r = 0.62cm的水滴分散成 r = 10-7cm
时，S0增加7个数量级，总面积自由能亦增加7
个数量级。

第一节 胶体分散系
二、胶体分散系
2. 表面能——表面层分子比内部分子多出一
部分能量，称为表面能。
第一节 胶体分散系
二、胶体分散系
2. 表面能


液体有自动缩小表面积的趋势。小的液滴聚
集变大，可以缩小表面积，降低表面能。表
面积减小过程是自发过程。
这个结论对固体物质同样适用。高度分散的
溶胶比表面大，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，称为
聚结不稳定性。
第二节 溶胶
一．

溶胶的基本性质

溶胶的胶粒是由数目巨大的原子（或分子、
离子）构成的聚集体。

直径为1～100nm的胶粒分散在分散介质中。
基本特性：
多相性、高度分散性、聚法不稳定性
第二节 溶胶
一、溶胶的基本性质
溶胶的光学性质—
Tyndall Effect
1.


上：溶液
下：溶胶
第二节 溶胶

Tyndall现象产生的原因
 当分散粒直径＜入射光波长，光波可绕过粒子
前进且迫使粒子振动：二次波源向各方发射散
射光。
 特性
• 散射光强度与单位体积内胶粒数成正比；
• 散射光强度与胶粒体积成正比；
• 散射光强度与波长成反比；
• 分散相与分散介质折射率的差愈大，散射光
愈强。
第二节 溶胶
一、溶胶的基本性质
2.
溶胶的动力学性质
① Brown Movement—由于介质分子的热运动不
断地撞击着胶体粒子所引起的现象。
第二节 溶胶

Brown运动产生原因：
•
处于热运动状态的介质分子不断撞击胶粒。
•
某一瞬间胶粒受到各方撞击力不均，向合力方
向移动。
第二节 溶胶
一、溶胶的基本性质
②
扩散和沉降平衡

扩散：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移动的现象称扩散。

沉降：密度＞分散介质的胶粒，在重力作用
下下沉而与流体分离的过程称沉降。
第二节 溶胶

沉降平衡：
当沉降速度=扩散速度
系统达平衡，形成一个浓度
梯度，此状态称沉降平衡。
第二节 溶胶
3.
①
溶胶的电学性质
电泳

在外电场作用下，
带电胶粒在介质中
定向移动的现象称
电泳。
第二节 溶胶
3.
②
溶胶的电学性质
电渗

在外电场作用下，
液体介质通过多孔
膜向其所带电荷相
反的电极方向定向
移动的现象。
第二节 溶胶
二、胶团结构及溶胶的稳定性
胶粒带电原因
1.
①
胶核界面的选择性吸附
例如：制备氢氧化铁溶胶
FeCl3+3H2O→Fe(OH)3+3HCl
溶液中部分Fe(OH)3与HCl作用，
Fe(OH)3+HCl→FeOCl+2H2O
FeOCl→FeO++Cl-
第二节 溶胶
二、胶团结构及溶胶的稳定性
胶粒带电原因
1.
①
胶核表面分子的离解
例如：硅胶的胶核由xSiO2.yH2O分子组成，表面
的H2SiO3分子可以离解。
H2SiO3
HSiO3-+H+
HSiO3-
SiO32-+H+
第二节 溶胶
胶粒的双电层结构
2.

胶团结构：例如，氢氧化铁溶胶
{[Fe(OH)3]m·nFeO+·(n-x)Cl-}x+·xCl胶核
吸附层
胶粒
胶团
扩散层
第二节 溶胶
2.
胶粒的双电层结构



胶核表面因荷电而结合水，吸附的反离子也水
合，给胶粒覆盖了一层水合膜。
胶粒运动时水合膜层以及膜层内的反离子一起
运动。这部分水合膜层称为吸附层；其余反离
子呈扩散状态分布在吸附层周围，形成与吸附
层荷电性质相反的扩散层。
这种由吸附层和扩散层构成的电性相反的两层
结构称为扩散双电层。
第二节 溶胶
3.
溶胶的稳定因素
①

②
③
胶粒带电
两个带电胶粒间存在静电排斥力，阻止胶粒
接近，合并变大。但是，加热溶胶，胶粒的
动能增大到能克服静电斥力时就会聚沉。
胶粒表面的水合膜犹如一层弹性膜，阻碍胶
粒相互碰撞合并变大。水合膜层愈厚，胶粒
愈稳定。
布朗运动也是溶胶稳定因素之一。
第二节 溶胶
4.
溶胶的聚沉

电解质作用——加
电解质，迫使反离
子更多进入吸附层，
扩散层变薄，稳定
性下降。
上：Cl-离子围绕
Fe(OH)3胶粒
下：PO43-离子围绕
Fe(OH)3胶粒
第二节 溶胶
4.
溶胶的聚沉
①




临界聚沉浓度：一定量溶胶在一定时间内发生
聚沉所需电解质的最小浓度
负离子聚沉正溶胶；正离子聚沉负溶胶；
反离子电荷大，聚沉能力强；
同价离子聚沉能力接近，但
正离子：H+>Cs+>Rb+>NH4+>K+>Na+>Li+
负离子：F- ＞Cl->Br->I-> CNS一些有机物离子具有非常强的聚沉能力。
不同电解质对几种溶胶的临界聚沉浓度/mmol·L-1
As2S2(负溶胶)
LiCl
58
AgI(负溶胶)
LiNO3
165
Al2O3(正溶胶)
NaCl
43.5
NaCl
KCl
KNO3
51
49.5
50
NaNO3
KNO3
RbNO3
140
136
126
KCl
KNO3
46
60
CaCl2
MgCl2
MgSO4
AlCl3
0.65
0.72
0.81
0.093
Ca(NO3)2
Mg(NO3)2
Pb(NO3)2
Al(NO3)3
2.40
2.60
2.43
0.067
K2SO4
K2Cr2O7
K2C2O4
K3[Fe(CN)6]
0.30
0.63
0.69
0.08
1/
0.096 La(NO3)3
0.095 Ce(NO3)3
0.069
0.069
2Al2(SO4)2
Al(NO3)2
第二节 溶胶
②
Shulze-Hardy规则
电解质对溶胶的聚沉作用，有如下规律：
 反离子的价数愈高，聚沉能力愈强；
 一价、二价、三价反离子的临界聚沉浓
度之比近似为
(1/1)6:(1/2)6:(1/3)6=100:1.8:0.14
即临界聚沉浓度与离子价数的六次方成反
比。
第二节 溶胶
③
④
溶胶相互聚沉——胶粒电性相反的两种溶胶适
量混合，电性中和，发生聚沉。
高分子化合物对溶胶的保护作用(a)和敏化作用
(b)
第二节 溶胶
三、气溶胶（aerosol）



由极小的固体或液体粒子
悬浮在气体介质中所形成
的分散系统称为气溶胶。
图示是各种气溶胶的分散
相粒子直径的大致范围。
烟、雾的分散度较高，粉
尘的分散度低，后者稳定
性要差些。
第三节 高分子溶液
高分子化合物概念：单个分子相对分子
量在一万以上的大分子。



蛋白质、核酸、糖原、存在体液中重要物
质 ；人体肌肉、组织；又如天然 橡胶等
据来源 可分为天然的和合成的
第三节 高分子溶液

高分子溶液与溶胶性质比较
胶体物质
溶胶
相同性质
不同性质
1. 分散相粒 多相 Tyndall
热力学不 对电解质
现象明显 稳定系统
敏感
子大小
1~100n
m
均相 Tyndall
高分子溶
热力学稳 对电解质
2. 扩散速率
液
现象微弱 定系统
不太敏感
慢
缔合胶体 3. 不能透过 均相
热力学稳
半透膜
定系统
第三节 高分子溶液
一、高分子化合物的结构特点及溶液的形成
结构特征：
一般具有碳链，碳链由大量称为链节的结构
单位连接而成，链节重复的次数叫聚合度，
以n表示。
1.
①
•
•
•
天然橡胶 链节为异戊二烯单位(-C5H8-) 。
纤维素、淀粉、糖原或高分子右旋糖酐，链节为
葡萄糖单位(-C6H10O5-)，通式(C6H10O5)n。
蛋白质的结构单位是氨基酸。
第三节 高分子溶液
一、高分子化合物的结构特点及溶液的形成
1.
①
②
结构特征：
高分子化合物是不同聚合度的同系物分子组
成的混和物，它的聚合度和相对分子质量指
的都是平均值。
高分子化合物分子链的长度以及链节的连接
方式并不相同，因而形成线状或分枝状结构。
第三节 高分子溶液
2.
柔性和分子内旋转


内旋转：分子链中
许多C-C单键， C
原子以sp3杂化，单
键能在键角不变条
件下绕键轴旋转。
柔性：内旋转导致
碳链构型改变，高
分子长链两端的距
离也随之改变。
第三节 高分子溶液
3.
高分子溶液的形成
①
②
③
溶胀：溶剂进入高分子链，
导致化合物舒展，体积成
倍增长。
高分子化合物先溶胀，后
溶解。
与水分子亲和力很强的高
分子化合物形成水合膜：
稳定性的主要原因。
上：高分子化合物在良溶剂
下：高分子化合物在不良溶
第三节 高分子溶液
二、聚电解质溶液

蛋白质等高分子化合物在水溶液中往往以离子
形式存在，称为聚电解质（polyelectrolyte）
1.
特征：
①
②
③
④
链上有荷电基团很多
电荷密度很大
对极性溶剂分子的亲合力很强
分为阳离子、阴离子、两性离子三类。
第三节 高分子溶液
2.
等电状态和等电点(isoelectric point) pI
恰好使高分子上(蛋白质)所带正电荷量与负电荷
量相等时溶液的pH，称为等电点。
-
COO
R
NH2
H+
OH-
-
COO
R
NH3+
pI
pH>pI
(R
COOH
NH2 )
H+
OH-
R
COOH
+
NH3
pH<pI
第三节 高分子溶液
2.
等电状态和等电点(isoelectric point) pI
pH > pI，蛋白质形成负离子。pH < pI，蛋白质
形成正离子。pH = pI，蛋白质以两性离子存在。
蛋白质
鱼精蛋白
细胞色素
C
肌红蛋白
血红蛋白
等电点
12.0~12.
4
9.8~10.3
7.0
6.7~7.1
蛋白质的等电点
蛋白质
等电点 蛋白质
等电点
肌凝蛋白 6.2~6.6 卵白蛋白 4.6~4.9
胰岛素
乳清蛋白
白明胶
5.3~5.3 胃蛋白酶 4.6
5
5.1~5.2 酷蛋白
2.7~3.0
4.7~4.9 丝蛋白
2.0~2.4
第三节 高分子溶液
三、高分子溶液的稳定与破坏

稳定因素：高度溶剂化

稳定性破坏：

改变pH ：蛋白质在pI时溶解度降低。

加大量电解质：降低水合程度。

温度变化。
第三节 高分子溶液
三、高分子溶液的稳定与破坏
盐析（salting out） ：因加大量无机盐使蛋白
质从溶液中沉淀析出的作用。

•

无机离子水合作用强烈，使蛋白质的水合程度大为
降低，稳定因素受破坏而沉淀。
感胶离子序：阴、阳离子盐析能力的顺序
SO42->C6H5O73->C4H4O62->CH3COO->CI->NO3->Br->I>CNSNH4+>K+>Na+>Li+
第三节 高分子溶液
三、高分子溶液的稳定与破坏


于蛋白质溶液中加入与水作用强烈的有机溶
剂也能降低蛋白质的水合程度，蛋白质因脱
水而沉淀。
对少量电解质不太敏感
高分子溶解：高度水化系统，加少电解质不
足以破坏水合层。
第三节 高分子溶液
四、高分子溶液的渗透压和膜平衡
1.



高分子溶液的渗透压
将高分子溶液与溶剂用半透膜隔开，可产生
渗透现象；
渗透压数值不符合Van’t Hoff公式；
浓度改变时，渗透压的增加比浓度的增加要
大得多。
原因：高分子链的空隙间束缚着大量溶剂，浓度
增大，单位体积内溶剂的有效分子数明显减小。
第三节 高分子溶液
1.

高分子溶液的渗透压
高分子溶液渗透压π与溶液
的质量浓度ρB(g·L-1)的关
系：
 1 B B 


 RT 

B
 Mr Mr 
B是常数。通过测定，以π/ρB对
ρB作图得直线，外推至ρB →0时
截距为RT/Mr。
第三节 高分子溶液
2.
膜平衡或Donnan平衡
用半透膜隔开，小离子能透过而聚电解质离子
不能，但受为保持溶液的电中性，平衡时小离
子在膜两侧分布不均匀。
第三节 高分子溶液
平衡时，
v进= v出
c(Na+)外×c(Cl-)外 = c(Na+)内×c(Cl-)内
c1  x x  c2  x 
2
c22
x
c1  2c2
或
x
c2

c2 c1  2c2
当c1>>c2时，x≈0，膜外几乎一点也不透入膜内。
当c2>>c1时，x≈ c2/2 ，膜内外NaCl浓度近似相等。
当c2=c1时，x ≈ c2/2，1/3的NaCl透入膜内。
第三节 高分子溶液
五、凝胶


高分子溶液粘度变大，失去流动性，形成有
网状结构的半固态物质，称为凝胶（gel）。
刚性凝胶：粒子间交联强，网状骨架坚固，
若将其干燥，网孔中的液体可被驱出，凝胶
的体积和外形无明显变化。
弹性凝胶：由柔性高分子化合物形成，干燥
后，体积明显缩小，有弹性，再放到合适的
液体中，它又会溶胀变大，甚至完全溶解。
第四节 表面活性剂和乳状液
一、表面活性剂
1.
能显著降低水表面张力的物质
称为表面活性剂
（1）NaCl、NH4Cl等无机盐及蔗糖、
甘露醇等多羟基有机物，升高水
的表面张力 ；
（2）醇、醛、羧酸、酯等大多数有
机物，逐渐降低水的表面张力；
（3）肥皂及各种合成洗涤剂（含8个
碳原子以上的直链有机酸金属
盐、硫酸盐或苯磺酸盐），显著
降低水的表面张力 。
第四节 表面活性剂和乳状液
一、表面活性剂
2.
表面活性物质在溶液中能形成正吸附
3.
表面活性物的结构特点

含有疏水性非极性基团和亲水性极性基团，亲水基
端进入水中，疏水基端离开水相，在水表面定向排
列，从而降低表面张力。
第四节 表面活性剂和乳状液
二、缔合胶体

表面活性剂达到一定量，在水相表面定向排列
的同时，疏水基相互紧靠，逐渐聚集，形成亲
水基朝外而疏水基在内的胶束。由胶束形成的
溶液称为缔合胶体。由于胶束的形成减小了疏
水基与水的接触面积，从而使系统稳定。
第四节 表面活性剂和乳状液
二、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），
数值受温度、表面活性剂用量、分
子缔合程度、溶液pH值及电解质的
影响。
接近CMC，胶束呈球形。浓度增大，
胶束成为圆柱形乃至板层形。
表面活性剂可使不溶于水的油脂或
其它有机物裹在其中形成胶束，称
为增溶。
第四节 表面活性剂和乳状液
三、乳状液

乳状液是不相溶的分散相液体分
散在另一种液体中所成的粗分散
系。其中一相是水，另一相统称
为油。

乳状液属于不稳定系统。要稳定
乳状液，须有乳化剂，常用的是
表面活性剂。

乳状液可分为“水包油”
（O/W）和“油包水”（W/O）
两种类型。