(一)溶胶的制备
溶胶的制备方法可分为两种:一种是用适当方法把较大的颗粒粉碎成胶粒大小的分散法,另一种是分子或离子聚集成胶粒的凝聚法。下面主要介绍化学凝聚法。
在适当条件下,使化学反应中生成的难溶性物质凝聚成胶体粒子的叫化学凝聚法。例如,在煮沸的蒸馏水中逐滴加入FeCl3溶液,即可得到红棕色、透明的Fe(OH)3溶胶。
由于在这种条件下形成了很小的氢氧化铁胶粒分散在溶液中,因此它并不发生沉淀,得到的是红棕色、透明的氢氧化铁溶胶。
(二)溶胶的性质
溶胶具有高度分散性、多相性和聚结不稳定性,因此溶胶在光学、动力学和电学等方面具有一些特殊性质。
1.丁铎尔现象 将溶液置于暗处,用一束聚焦的光束照射溶胶,在与光束垂直的方向观察,可以看到溶胶中有一束浑浊发亮的光柱,这种现象称为丁铎尔现象。光通过分散体系时,可发生光吸收、光反射、光散射几种现象。就光反射与光散射来说,当分散相的粒子大于入射光波长时发生反射,当粒子小于入射光波长时发生散射。丁铎尔现象的产生,是因为胶体粒子的直径略小于可见光的波长(400~700mm),则光发生散射现象。每个胶粒就相当于一个发光点,无数发光点汇集就形成了光柱。散射出来的光称为散射光也称乳光。真溶液中,光直接投射过去,散射光很微弱以至于看不到。而粗分散系中,分散相粒子较大,光线照射到上面时能产生反射光,使粗分散相浑浊不透明。因此,利用丁铎尔现象可以区别真溶液、溶胶和粗分散系。
2.布朗运动 溶胶的分散相粒子在分散介质中不停地做无定向、无规则的运动,这种运动称为布朗运动。产生布朗运动的原因,是由于分散介质的分子从各个方向以不等的力撞击溶胶粒子,胶粒在每一瞬间受到碰撞的合力大小和方向不同,所以胶粒处于不停的无秩序运动状态。
3.扩散 当溶胶中的胶粒存在浓度差时,能自动地从浓度较高处移向浓度较低处,这种现象称为扩散。扩散是双向运动。溶胶黏度越小,浓度差越大,温度越高,越容易扩散。在生物体内,扩散是物质输送或物质分子通过细胞膜的推动力之一。
4.沉降 溶胶在放置过程中,溶胶粒子受重力作用逐渐下沉的现象称为沉降。溶胶胶粒较小,扩散和沉降两种作用同时存在。一方面由于布朗运动使胶粒向上扩散,另一方面由于重力作用使胶粒向下沉降。当上述两种方向相反的作用达到平衡时,越靠近容器的底部,单位体积溶液中的胶粒的数目越多;越靠近容器的上方,单位体积溶胶中的胶粒的数目越少,形成了一定的浓度梯度,这种现象称为沉降平衡。
5.电泳现象 在一个U型管中注入棕红色的Fe(OH)3溶胶,小心地在Fe(OH)3溶胶上面注入适量的NaCl溶液。然后分别插入电极,接通直流电源,一段时间后,可以看到阴极一端的溶液颜色逐渐变深,阳极溶液颜色逐渐变浅,这种说明氢氧化铁溶胶的胶粒带正电荷,在电场作用下向阴极移动,见图4-1。
如果改用黄色的硫化砷溶胶做实验,则阳极附近溶液颜色逐渐变深,而阴极附近溶液颜色逐渐变浅,这说明硫化砷溶胶的胶粒带负电荷,在电场中向阳极移动。在外电场的作用下,胶体粒子向阳极或阴极移动的现象称为电泳现象。
实验证明,大多数金属氢氧化物溶胶的胶粒带正电荷,称为正溶胶;大多数金属硫化物、非金属氧化物、胶、金、银等溶胶的胶粒带负电荷,称为负溶胶。研究电泳现象,不仅有助于了解溶胶的结构及其电学性质,而且在蛋白质、多肽、氨基酸和核酸等物质的分离和鉴定方面有着广泛的应用。
图4-1 Fe(OH)3溶胶电泳现象
(三)溶胶的稳定性和聚沉
1.溶胶的稳定性 胶体溶液是比较稳定的,在相当长的时间内,胶体粒子不会互相聚集成更大的粒子而沉降下来。这种能够在相对较长时间内稳定存在的性质称为溶胶的稳定性。溶胶之所以有相对的稳定性,除了胶粒的布朗运动克服重力下沉而起到部分稳定作用外,主要原因有两点。
(1)胶粒带电:同种溶胶的胶粒带有相同电荷,当彼此接近时,由于静电作用相互排斥而分开。胶粒电荷量越多,胶粒之间静电斥力就越大,溶胶就越稳定。胶粒带电是大多数溶胶能稳定存在的主要原因。
(2)溶剂化作用:溶胶的吸附层和扩散层的离子都是水化的,在水化膜保护下,胶粒较难因碰撞聚集变大而聚沉。水化膜越厚,胶粒就越稳定。
2.溶胶的聚沉 当溶胶粒子聚集成更大的颗粒时,其布朗运动克服不了重力的作用,溶胶粒子从分散介质中沉淀析出的现象,称为聚沉。使溶胶聚沉的方法主要有以下几种。
(1)加入强电解质:溶胶对电解质很敏感,向溶胶中加入少量的电解质,就能促使溶胶聚沉,使胶粒所带的电荷数减少甚至消除,使胶粒间的斥力减小,扩散层和水化膜随之变薄或消失,这样胶粒就能迅速凝聚而聚沉。例如,向Fe(OH)3溶胶中加入少量的(NH4)2SO4溶液,可以看到立即有氢氧化铁沉淀析出。
(2)加入带相反电荷的溶胶:两种带相反电荷的溶胶按适当比例混合,彼此所带的电荷相互抵消,引起溶胶的聚沉。如用明矾净水就是溶胶相互聚沉的实例。
(3)加热:加热能使溶胶发生聚沉。因为加热增加了胶粒的运动速度和碰撞机会,削弱了胶粒的吸附作用和溶剂化程度,使溶胶发生聚沉。
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