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第二节 溶胶的基本概念

  一、胶体金

  即金的水溶液,它也具有一般溶胶的特性。分散体系的分类:体系就是一定空间范围内作为我们研究对象的物质,某一种或几种物质分散到另一种物质中所组成的体系叫做分散体系。被分散相质点的大小而改变,因此,按分散相质点的大小不同,可将分散体系分为三类。

  (一)离子分散体系

  指分数散相以小分子或离子状态分散着。这种溶液具有高度稳定性,无论放置多久,分散相颗粒都不会因重力而下沉,不会从溶液中分离出来。

  (二)胶体分散体系

  是指分散相颗粒在1~100nm之间的分散体系叫做胶体分散系。胶体溶液外观透明不浑浊,在普通显微镜下看不见它的分散相粒子,不易受重力影响与分散介质分离沉降,但其中的溶胶粒子有聚结变大的倾向,即具有聚结不稳定性。

  (三)粗分散体系

  分散相颗粒是由许多分子组成,因粒子较大,用肉眼或显微镜即可看见,不稳定,极易因重力而自动沉降,外观浑浊不透明。

  二、胶体金的一般性状

  (一)胶体金的颜色

  溶胶的颜色决定于分散相物质的颜色、分散相物质的散度和入射光线和种类,是散射光还是透射光,粒子越小,分散度越高,则散射光的波长越短,对同一种物质的水溶胶来说,粒子大小不同,颜色亦不同,胶体金颗粒在5~20nm之间,吸收波长520nm,呈葡萄酒红色,20~40·nm之间吸收波长530nm,液体为深红色,60nm的金溶液主要吸收波长600nm,金溶液呈兰紫色,若离心去掉较大的金颗粒,溶胶呈红色。

  (二)胶体金的稳定性

  溶胶的稳定性介于小分子离子溶液和粗分散系之间,溶胶的颗粒作布朗运动,不易受重力影响下沉。然而溶胶又是不稳定体系,它的胶粒溶剂化作用很弱,总表面积较大,当胶粒相互碰撞时,有自动合并为较大、较重的颗粒倾向。胶体颗粒变大以致超出胶体范围而从介质中沉淀出来的现象叫聚沉。影响溶胶稳定性的主要原因有三点:①胶粒间的相互吸引力。当胶粒相距很近时,这种吸引力可能导致胶粒合并变大。②胶粒及其溶剂化层(溶剂是水就是水化层)的带电情况。一种溶胶的各个胶粒都带有相同的电荷。同性电荷相斥,双电层愈厚,胶粒带电量愈大,排斥力愈大,愈能阻止胶粒合并聚结,溶胶愈稳定。③胶体界面的溶剂膜,当二固体间夹有一厚层液体时,这层液体膜有一个反抗二固体接近的排斥力。两个胶粒要进一步接近,只有克服它们之间的溶剂化膜的斥力才有可能,因此溶剂膜的斥力是使溶胶稳定的原因之一。

  (三)溶胶的聚沉现象

  胶粒之间存在吸引力与排斥力这对矛盾,在溶胶颗粒带电及溶剂化的情况下,排斥力成为矛盾的主要方面,溶胶稳定而不聚沉。因为某种原因使溶胶颗粒带电量减到很小甚至中和;其所带电荷并能去溶剂化膜,胶粒之间可在更近的距离互相接近,引力成为主要矛盾,引力超过斥力时胶粒便聚结发生聚沉。引起溶胶聚沉的原因有:

  1.少量电介质对溶胶的聚沉作用 少量电介质即可使溶胶聚沉,但各种电介质的聚沉能力可用聚沉值来表示,聚沉值愈小,聚沉能力愈大,聚沉值从实验中得出如下的离子价规则:①电介质负离子对带正电的溶胶起主要聚沉作用,正离子对带负电的溶胶起主要聚沉作用。②同价离子聚沉能力几乎相等,不同价离子的聚沉能力随离子价的增加而显著增加。电介质为什么能使溶胶聚沉呢?这是由于电介质与胶粒带相反电荷的离子的作用,中和了胶粒所带的一部分电荷,使胶粒电荷量减少,扩散层缩小,溶剂化层变薄,而当双电层厚度缩至很小的溶剂化层变得很薄时,两个胶粒间便可以更加接近即不产生斥力,两个胶粒间因引力加大而合并的趋势增强,甚至引力占绝对优势以致使胶粒聚结而发生聚沉。胶粒的双电层结构见图5-1。

图5-1  胶粒的双电层结构示意图

  2.温度对溶胶稳定性的影响  一般影响不大,当温度升高时,吸附能力减弱,溶剂化程度降低,溶剂化层变薄,胶粒聚结,不稳定性增加。

  3.浓度对溶胶的稳定性的影响浓度增大时,粒子间距离缩小,引力增加,容易聚结而发生聚沉,所以制备比较稳定的溶胶,要有一定的合适浓度。