標籤:分散系膠體應用膠體電性

膠體(英語:Colloid)又稱膠狀分散體(colloidal dispersion)是一種均勻混合物,在膠體中含有兩種不同狀態的物質,一種分散,另一種連續。分散的一部分是由微小的粒子或液滴所組成,分散質粒子直徑在1nm—100nm之間的分散系;膠體是一種分散質粒子直徑介於粗分散體系和溶液之間的一類分散體系,這是一種高度分散的多相不均勻體系。

1膠體

常見膠體
Fe(OH)3膠體、Al(OH)3膠體、硅酸膠體、澱粉膠體、蛋白質膠體、豆漿、墨水、塗料、肥皂水、AgI、Ag2S、As2S3,有色玻璃,果凍,雞蛋清,血液等。
性質
能發生丁達爾現象,產生聚沉,鹽析,電泳現象,滲析作用,吸附性等性質。
丁達爾現象

  丁達爾現象

當陽光從窗隙射入暗室,或者光線透過樹葉間的縫隙射入密林中時,可以觀察到丁達爾效應;放電影時,放映室射到銀幕上的光柱的形成也屬於丁達爾效應。
膠體為分散系,是一些具有相同或相似結構的一個集合,存在有數個粒子組成一個膠粒,所以一般1mol的物質形成膠體時,膠粒數(膠體粒子數)小於1mol。膠體為混合物。
結構
根據Fajans規則(能與晶體的組成離子形成不溶物的離子將優先被吸附.優先吸附具有相同成分的離子),膠體粒子是膠團,它又包括膠粒與擴散層,而膠粒又包括膠核與吸附層。

2凈水原理

具體操作
為了回答什麼是膠體這一問題,我們做如下實驗:將一把泥土放到水中大粒的泥沙很快下沉,渾濁的細小土粒因受重力的影響最後也沉降於容器底部而土中的鹽類則溶解成真溶液.但是,混雜在真溶液中還有一些極為微小的土壤粒子它們既不下沉,也不溶解人們把這些即使在顯微鏡下也觀察不到的微小顆粒稱為膠體顆粒,含有膠體顆粒的體系稱為膠體體系.膠體化學,狹義的說就是研究這些微小顆粒分散體系的科學.
膠體化學

  膠體化學

通常規定膠體顆粒的大小為1~100nm(按膠體顆粒的直徑計).小於1nm的幾顆粒為分子或離子分散體系,大於100nm的為粗分散體系.既然膠體體系的重要特徵之一是以分散相粒子的大小為依據的顯然,只要不同聚集態分散相的顆粒大小在1~100nm之間則在不同狀態的分散介質中均可形成膠體體系.例如,除了分散相與分散介質都是氣體而不能形成膠體體系外其餘的8種分散體系均可形成膠體體系.
習慣上,把分散介質為液體的膠體體系稱為液溶膠如介質為水的稱為液溶膠;介質為固態時,稱為固溶膠.
由此可見膠體體系是多種多樣的.溶膠是物質存在的一種特殊狀態,而不是一種特殊物質不是物質的本性.任何一種物質在一定條件下可以晶體的形態存在,而在另一種條件下卻可以膠體的形態存在.例如氯化鈉是典型的晶體,它在水中溶解成為真溶液若用適當的方法使其分散於苯或醚中,則形成膠體溶液.同樣硫磺分散在乙醇中為真溶液,若分散在水中則為硫磺水溶膠.
由於膠體體系首先是以分散相顆粒有一定的大小為其特徵的故膠粒本身與分散介質之間必有一明顯的物理分界面.這意味著膠體體系必然是兩相或多相的不均勻分散體系.
另外,有一大類物質(纖維素、蛋白質、橡膠以及許多合成高聚物)在適當的溶劑中溶解雖可形成真溶液,但它們的分子量很大(常在1萬或幾十萬以上,故稱為高分子物質),因此表現出的許多性質(如溶液的依數性、黏度、電導等)與低分子真溶液有所不同,而在某些方面(如分子大小)卻有類似於溶膠的性質,所以在歷史上高分子溶液一直被納入膠體化學進行討論。30多年來,由於科學迅速地發展,它實際上已成為一個新的科學分支——高分子物理化學,所以近年來在膠體表面專著(特別是有關刊物)中,一般不再過多地討論這方面內容。
——摘自《膠體與表面化學(第三版)》,化學化工出版社

3如何辨別

膠粒帶有電荷
膠粒具有很大的比表面積(比表面積=表面積/顆粒體積),因而有很強的吸附能力,使膠粒表面吸附溶液中的離子。這樣膠粒就帶有電荷。不同的膠粒吸附不同電荷的離子。一般說,金屬氫氧化物、金屬氧化物的膠粒吸附陽離子,膠粒帶正電,非金屬氧化物、金屬硫化物的膠粒吸引陰離子,膠粒帶負電。
膠粒帶有相同的電荷,互相排斥,所以膠粒不容易聚集,這是膠體保持穩定的重要原因。
由於膠粒帶有電荷,所以在外加電場的作用下,膠粒就會向某一極(陰極或陽極)作定向移動,這種運動現象叫電泳。

4電性製備

膠體的製備
A物理法:如研磨(制豆漿,研墨),直接分散(制蛋白質膠體)
B水解法:
如將25毫升的蒸餾水加熱至沸騰,再逐滴加入1-2毫升的飽和氯化鐵溶液,繼續煮沸至溶液呈紅褐色。
相關化學式:FeCl3 +3H20 = Fe(OH)3(膠體)+3HCl
相關離子式:Fe3+ +3H2o=Fe(OH)3(膠體)+3H+
注意:1.不可過度加熱,否則膠體發生聚沉,生成Fe(OH)3沉澱
2.不可用自來水,自來水中有電解質會使膠體發生聚沉,應用蒸餾水
3.複分解+劇烈震蕩法
4.FeCl3不能過量,過量的也能使膠體發生聚沉
5.書寫製備膠體的化學方程式時,生成的膠體不加沉澱符號「↓」
6.為了製得濃度較大的膠體,要用FeCl3的飽和溶液,一般不用稀溶液。
7.不能用玻璃棒攪拌,否則會使膠體顆粒碰撞成大顆粒形成沉澱。

與溶液分離(膠體提純)

滲析法。
滲析又稱透析。原理:利用半透膜能透過小分子和小離子但不能透過膠體粒子的性質從溶膠中除掉作為雜質的小分子或離子的過程。
滲析時將膠體溶液置於由半透膜構成的滲析器內,器外則定期更換膠體溶液的分散介質(通常是水),即可達到純化膠體的目的。滲析時外加直流電場常常可以加速小離子自膜內向膜外的擴散,為電滲析(electrodialysis)。
利用半透膜的選擇透過性分離不同溶質的粒子的方法。在電場作用下進行溶液中帶電溶質粒子(如離子、膠體粒子等)的滲析稱為電滲析。電滲析廣泛應用於化工、輕工、冶金、造紙、海水淡化、環境保護等領域;近年來更推廣應用於氨基酸、蛋白質、血清等生物製品的提純和研究。電滲析器種類較多,W.鮑里的三室型具有代表性,其構造見圖。電滲析器由陽極室、中間室及陰極室三室組成,中間DD為封接良好的半透膜,E為Pt、Ag、Cu等片狀或棒狀電極,F為連接中間室的玻璃管,作洗滌用,S為pH計。電滲析實質上是除鹽技術。電滲析器中正、負離子交換膜具有選擇透過性,器內放入含鹽溶液,在直流電的作用下,正、負離子透過膜分別向陰、陽極遷移。最後在兩個膜之間的中間室內,鹽的濃度降低,陰、陽極室內為濃縮室。電滲析方法可以對電解質溶質或某些物質進行淡化、濃縮、分離或製備某些電解產品。實際應用時,通常用上百對以上交換膜,以提高分離效率。電滲析過程中,離子交換膜透過性、離子濃差擴散、水的透過、極化電離等因素都會影響分離效率。

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