丁达尔效应

1、00-8-1,1,丁达尔效应,00-8-1,2,前言,1.胶体化学发展简史: A.1861年,Thomas Graham提出的胶体 起因：糖、无机盐等能结晶；胶体类Al(OH)3，明胶等不能结晶. B.40年后，韦曼的发现. 2.胶体化学所研究的对象: A.基本特性；B.由基本特性所决定的光学,电学,动力学性质; C.基本特性产生的原因,影响因素,变化规律;,00-8-1,3,前言,3.胶体化学同医药学的关系: A.杀菌：如果用蛋白银溶胶作杀菌剂，不但有强烈的杀菌功效，还能避免对肌体的刺激作用； B.防腐：将硝酸汞、明胶和氯化钠的混合物制成胶态甘汞，就比甘汞粒粉具有较高的防腐作用； C.药物的稳定性：除易引起变质的有害胶体，注意配伍禁忌即溶胶的相互凝结。另外制药工艺中的吸附、脱色、离子交换、层析技术等。,00-8-1,4,第一节.溶胶的分类及特征,一.溶胶的分类： 1.分散体系（disperse system）:颗粒大小不等,形状不同的物体分散在均匀介质中所形成的体系. 分散质（dispersed phase）:被分散的物质，粒子间有间隔，或称不连续相，相当于溶液中的溶质; 分散介质（

2、dispersion medium）:有分散相在其中的均匀介质，或称连续相，相当于溶液中的溶剂.,00-8-1,5,引言,2.分散系统的分类（按粒子大小） 溶液(或真溶液): 粒子直径小于1nm, 均相系统, 透明, 不能发生光的散射, 扩散速度快, 为热力学稳定状态. 胶体分散系统: 分散质在某方向上的直径在11000nm之间,可透明或不透明, 均可发生光散射, 胶体粒子扩散速率慢, 不能透过半透膜, 有较高的渗透压. 粗分散系统: 分散相粒子在某方向上的直径大于1000nm,如悬浮液, 乳状液, 泡沫, 粉尘等. 与胶体有许多共同特性.,第一节.溶胶的分类及特征,00-8-1,6,3分散系统按聚集状态分类,本章主要介绍以液体为分散介质的系统, 重点是液溶胶(简称溶胶), 其次是乳状液, 泡沫等.,第一节.溶胶的分类及特征,00-8-1,7,4.胶体系统又可分为三类: 溶胶: 高度分散的多相系统, 分散相与分散介质之间亲和力较弱, 有很大的相界面, 很高的表面能, 能自动聚集成大颗粒, 自动吸附某种离子而带电, 是热力学不稳定系统. 液溶胶传统上称憎液溶胶. 高分子溶液: 由于高分子

3、以分子形式溶于介质中, 分散相与分散介质之间没有相界面, 大多是均相的热力学稳定系统. 传统上称亲液溶胶. 缔合胶体: 分散相是由表面活性剂缔合形成的胶束. 通常以水为分散介质, 胶束中表面活性剂的亲油基团向里, 亲水基团向外, 分散相与分散介质之间有很好的亲和性, 也是一类均相的热力学稳定系统. 有时称胶体电解质.,第一节.溶胶的分类及特征,00-8-1,8,第一节.溶胶的分类及特征,二.溶胶的特征: A.多相的聚集体:(Heterogeneous polymerization) 胶体粒子为上千或上万的小分子的聚集体; B.高分散度:(High dispersity) 粒子小，A大，a大，dG大 C.聚结不稳定性:(Accumulation unstability)分散相粒子有自动聚集趋势，溶胶的这种性质称为聚结不稳定性。,00-8-1,9,第二节溶胶的制备与净化,一.溶胶的制备: 1.制备的条件和途径: A.条件: 难溶; 加入合适的稳定剂. B.途径: 分散法（dispersion method ）：进一步粉碎粗分散系中的大粒子，提高分散度，这种方法称为分散法。 凝聚法（cond

4、ensation method）：设法使一般溶液中的溶质分子聚集成多分子聚集体，降低分散度至粒子大小达到10-7-10-9m,这种方法称为凝聚法 C.均匀胶体的制备,00-8-1,10,分散法利用机械设备将粗分散物料分散成胶体. 分散过程所消耗的机械功或电功远大于系统表面吉布斯函数的增加, 大部分能量以热量耗散. 分散法常用下列设备: 胶体磨 主要部件是一高速转动的圆盘, 转速500010000 rpm, 圆盘与外壳间的微隙可调至约5106m. 湿磨的粉碎程度更高. 粉碎时常加入少量表面活性剂以防止微粒聚集.,分散法,00-8-1,11,气流粉碎机(又称喷射磨): 主要部件是在粉碎室的边缘上装有与周边成一定角度的两个高压喷嘴, 将两股高压气流及物料以大约音速的速率喷入粉碎室, 气流形成涡流, 粒子相互碰撞, 摩擦及剪切作用而被粉碎. 优点是效率高, 粉碎程度可达106以下, 混入杂质少. 电弧法: 将欲分散的金属作为电极, 浸入水中, 通入直流电, 调节两极距离使产生电弧. 电弧温度很高, 而使电极表面的金属气化, 金属蒸气遇水冷却而冷凝成胶体系统.,分散法,00-8-1,12,凝聚法

5、,物理凝聚法: 将蒸气或溶解状态的物质凝聚成胶体的方法. 蒸气凝聚法 采用特制的仪器, 使金属和有机溶剂在超低压下蒸发, 而后冷凝而成金属的有机溶胶. 过饱和法 更换溶剂或者降温冷却, 使溶质溶解度降低至过饱和, 然后从溶液中结晶而聚集成溶胶. 如制备硫的水溶胶, 树脂或脂肪的水溶胶, 苯的水溶胶, 硫的醇溶胶等. 化学凝聚法: 通过控制化学反应中不溶性产物的析晶过程, 使其停留在胶核尺度阶段, 而得到溶胶的方法. 一般采用较大的过饱和度和较低的温度以利于晶核的大量形成而减缓晶体长大的速度, 防止难溶性物质的聚沉.,00-8-1,13,例如: (a) 利用FeCl3的水解反应,生成Fe(OH)3溶胶FeCl3 + 3H2O Fe(OH)3+3HCl 在不断搅拌下, 将FeCl3稀溶液滴入沸腾的水中, 即可生成棕红色, 透明的Fe(OH)3溶胶. 过量的FeCl3同时又起到稳定剂的作用, Fe(OH)3的微小晶体选择性地吸附Fe3+离子, 可形成带正电荷的胶体粒子. (b) 利用As2O3的复分解反应制备硫化砷溶胶: As2O3 + 3H2O 2H3AsO3 2H3AsO3 + 3H2S

6、 As2S3 + 6H2O 在As2O3的饱和或过饱和的水溶液中, 缓慢通入H2S气体, 即可生成淡黄色As2S3溶胶. HS为稳定剂, 胶粒带负电荷.,凝聚法,00-8-1,14,C.均匀胶体的制备,多级分散：含有大小不一的胶体粒子。 单级分散（monodispersion） ：制备粒子大小一致的胶体粒子。 形状：球形、棒性、立方形、椭圆形等各种均匀胶体。 电分散; 应用：均匀胶体在特种陶瓷、催化剂、颜料、油墨、磁性材料及感光材料的研制和产品质量的提高等方面有着广泛的应用前景,00-8-1,15,二.溶胶的净化,溶胶的净化: 将溶胶制备过程中引入或产生的过量电解质或其它杂质除去, 以提高溶胶的稳定性和纯度. 渗析法: 净化溶胶的最常用方法. 利用胶粒不能透过半透膜的特点, 分离出溶胶中多余的电解质或其它杂质. 一般可用羊皮纸, 动物膀胱膜, 硝酸或醋酸纤维素等作为半透膜. 为加快渗透作用, 可加大渗透面积, 适当提高温度或加外电场. 电渗析: 利用外电场来大大加速正, 负离子定向渗透速度.适宜的电解质是形成胶体系统必不可少的条件, 但过量的电解质的加入又是破坏胶体系统的有效方法. 因

7、此, 要保持溶胶的稳定性, 必须除去多余的电解质.,00-8-1,16,第三节溶胶的动力学性质,一.布朗运动:用分子运动论的观点, 研究胶体粒子的无规则运动以及由此而产生的扩散, 渗透等现象, 研究胶粒在重力场作用下, 粒子浓度随高度的变化规律. 布朗(Brown)运动: 溶胶中的分散相粒子的不停息的和无规则的运动. 这种现象是植物学家(Brown)于1827年首先从水中悬浮花粉的运动中观察到的. 用超显微镜可以观察布朗运动.,“布朗运动”动画,分散介质分子处于无规则的热运动状态, 从各个方向不断撞击分散相粒子. 布朗运动是分子热运动的必然结果, 是胶体粒子的热运动.,00-8-1,17,一.布朗运动,1905年左右, 爱因斯坦用几率的概念和分子运动论的观点, 创立了布朗运动理论, 得出 爱因斯坦-布朗运动平均位移公式, 在时间 t 内粒子沿 x 轴方向的平均位移; r 粒子半径; 介质粘度; L 阿佛加德罗常数.,斯威德伯格(Svedberg)用超显微镜对一定粒度的金溶胶进行摄影实验, 所得结果证实了上述公式的准确性, 有力地证明了分子运动论完全可以用于胶体分散系统. 用该公式测定分

8、散相粒子的大小及阿伏加德罗常数, 得到了同样令人满意的结果.,00-8-1,18,二.扩散与渗透,一.）扩散: 在有浓度梯度时, 物质粒子因热运动而发生宏观上的定向迁移的现象. 产生的原因是物质粒子的热运动. 因分散相粒子的质量比一般分子大千百倍, 其扩散速率远小于一般分子的扩散速率(一般以扩散系数D来衡量). 胶体系统的扩散亦可用菲克第一定律描述: dn/dt = -DAs(dc /dx) 对于球形粒子的稀溶液, 且为单级分散(即粒子大小一定),上式可用于测定扩散系数. 进而可求球形粒子的摩尔质量:,00-8-1,19,1.渗透压: 渗透平衡时, 溶剂液面和同一水平的溶液截面上所受的压力之差, 用 表示.,渗透平衡时, 溶液一方压力的变化对溶剂化学势的影响抵消了组成的影响, 从而有,2.渗透发生的原因:,二）渗透,3.范特霍夫渗透压公式,00-8-1,20,在定温下，溶液的渗透压与溶质的浓度成正比。溶液愈稀，公式愈准确 。渗透压测定法常被用来测定生物体内大分子的摩尔质量。渗透现象不仅在溶液与溶剂之间存在，在不同浓度的溶液中同样存在 等渗溶液：相等渗透压的溶液彼此称为等渗溶液； 高渗溶

9、液：对于渗透压不相等的两种溶液，渗透压相对较高的叫高渗溶液； 低渗溶液：渗透压相对较低的叫做低渗溶液 。 等渗溶液在药学上有重要意义 如眼药水必须与眼球组织内的液体具有相同的渗透压，否则会引起疼痛； 静脉注射用的盐水与血液是等渗溶液,二）渗透,00-8-1,21,纯水向红萝卜内渗透,渗透原理被用来处理尿毒症. 在人工肾里, 病人的血液在玻璃软管(用作半透膜)循环, 血液里的小分子废物向管外渗透, 从而使血液得到净化.,例18,渗析实验,二）渗透,00-8-1,22,二）渗透,三）溶胶的渗透压（osmotic pressure）特征： 一个分散相粒子（多分子聚集体）才是一个动力单位，所以一个溶胶粒子产生渗透压的作用只相当于一个普通分子; 一定浓度的溶液，当溶质分子凝聚成胶体粒子后，粒子浓度要比原来分子浓度小几千至几百万倍，因此，溶胶的渗透压至多只是原来溶液的几千分之一; 溶胶的聚结不稳定性，渗透压可随着聚结的进行而逐渐减小。,00-8-1,23,三.沉降与沉降平衡,1.沉降：悬浮在液态介质中的密度比介质大的粒子受重力作用下沉的现象，叫做沉降。F重力 r为粒子半径 粒子密度 0液态介质的密度 2.斯托克斯定律（Stokes law）为f=6ru 为液态介质的粘度，u为粒子沉降速度。 3.等速沉降： 沉降开始后，粒子在重力作用下沉降加速进行，u越来越大，沉降阻力随之增大，当增大至沉降阻力等于粒子的重力时，粒子处于力的平衡状态w=f，此为等速沉降。,重力沉降速度,00-8-1,24,三.沉降与沉降平衡,4.沉降平衡: 指分散相粒子的扩散速率与沉降速率相等的状态. 沉降与扩散是两个相反的互为竞争的过程,大质量的粒子易于沉降, 反之易于扩散. 在重力场中达到沉降平衡时, 粒子浓度随高度而变化的分布定律,C1, C2 分别为高度h1, h2 截面上粒子的浓度; , 0 分别为粒子及介质的密度; g 为重力加速度. NA：阿弗加德罗常数上式不受粒子形状的限制, 但要求粒子大小相等.一般分散系统为多级分散(粒子大小不等), 可用上式分别计算出不同大小粒子的分布. 粒子愈大, 其平衡浓度梯度愈大.,00-8-1,25,

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