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胶体溶液的性质


实验室k / 2018-07-26

    了解胶体的性质,在化学分析中是很重要的,因为许多沉淀,特别是新形成的沉淀,显示出胶体性质,而胶体的稳定性、凝结性和它们对杂质的容量,对于受光线的冲击等,都是分析工作者经常遇到的问题。在重要测定及分离中,时常要求避免胶体沉淀的形成,因为它们难于过滤、洗涤,而且有时难以灼烧到恒重。但另一方面,胶体的形成在化学分析中还可加以利用。

区分胶体溶液

    (一)胶体的粒子大小
    分散在胶体溶液中的粒子从差不多原子大小直到显微镜能见,或从1μm到十分之几μm。形成真溶液的粒子,甚至在超显微镜下,也看不见。胶体溶液能无改变地穿过普通滤纸,但其粒子能被超滤器或超离心机分开。
    当粒子直径大于1um的十分之几时,即形成乳胶和悬胶。
    (二)疏水胶体和亲水胶体
    对水很少或无吸引力的粒子形成疏水胶体或溶胶,当加入一种适当的电解质时,它易被凝结,结果该胶体就易于过滤。疏水胶体粘度低,它们能从多数难溶无机化合物制得,例如:三硫化砷和
氯化银。对水有强的亲和力的粒子形成亲水胶体或凝胶。它们很难凝结(需要比较大量的电解质),结果形成胶冻样物,而难以过滤。亲水胶体具有高粘度。它们可以从许多有机化合物,如蛋白质、明胶和淀粉,以及无机化合物如硅胶、铝和锡的水合氧化物制备。有些无机凝胶的吸混性是如此的强,甚至强烈地灼烧也很难把它们的含水完全除去。
    (三)胶体体系的电双层
    胶体溶液和悬浊液的稳定性由两种主要力来调节,一是粒子间的吸引力(范德华力),另一种是斥力(电双层)。电斥力是胶体粒子或自己离子吸附容量的一种结果,例如,当氯化银在微过量
硝酸银存在下沉淀时,粒子吸附银离子而荷正电(相似地,在微过量碱金属氯化物存在下,则吸附氯离子而荷负电)。为了保持整体溶液的电中性,称为配衡离子的电荷相反的离子(此处为硝酸离子),被拉向粒子周围而形成第二电层,构成了一种电双层。但是配衡离子一方面由于静电引力被拉向微粒周围而在微粒表面形成电双层,另一方面又有向介质整体扩散的趋向,两种相反力作用的结果,距离微粒越远的配衡离子浓度越小,最外层的配衡离子已不受微粒引力的支配,这样在微粒表面所吸附的Ag+离子要多于吸引在其周围的NO3-离子,也就是形成了带正电的胶粒(参看表3-1)。由于微粒带电的结果,而且它们的电荷相同,彼此相斥,如果此力超过了引力,就阻得了微粒进一步成长为较大颗粒的沉淀,并保持为稳定的胶体。这整个胶体体系也叫做胶東(图3-2)。

表3-1  AgCl胶束电双层示意

             粒             + 介  质  -

Ag+     Cl-    Ag+    Cl-

Ag+

NO3-  

Cl-     Ag+     Cl-     Ag+

Ag+

NO3- NO3-

Ag+     Cl-    Ag+    Cl-

Ag+

NO3-  

Cl-     Ag+     Cl-     Ag+

Ag+

NO3- NO3-

Ag+     Cl-    Ag+    Cl-

离子吸附层(确定胶粒的符号)

配衡离子吸附层

配衡离子扩散层

胶         核

 

 

 

 

AgCl胶束示意图

    (四)胶体的凝结和胶溶作用
    如果在胶体溶液中加入适量的电解质,溶液中带相反符号的离子量大大增加,甚至超过了微粒表面所吸附的离子量,结果微粒就会吸引足够的配衡离子呈电性中和,由此发生凝结作用而使胶体凝结为沉淀。虽然加进去的阳离子和阴离子的正负电荷数相等,直接包围着胶粒的“离子氛”总是那些和胶粒电荷相反的离子占优势,因此,这些离子就首先被胶粒所吸附。这时沉淀就带有本来可溶的电解质一同沉淀,这就是共沉淀。

    凝结一种胶体所需电解质的量,决定于电解质的离子价,凝结一种荷电的三硫化砷溶胶所需氯化铝的量只有所需氯化铵量的0.1%,然而铵盐在凝结胶体时十分普遍应用,因为当灼烧沉淀时,它易于挥发。
    加入相反符号的胶体也能促使胶体溶液发生凝结作用。例如,在硅酸溶胶(在稀盐酸溶液中荷负电)中加入动物胶(荷正电),就可促进硅酸溶胶的凝结。这在硅酸盐的定量分析中极为重要。
    由于吸附作用是放热作用的过程,而且在加热时也增加离子的活动性,所以加热也可促进胶体的凝结。相反地,在用水洗涤沉淀时,由于沉淀周围液体中电解质大大减少,影响了吸附平衡,使表面吸附减少,但因配衡离子比直接被沉淀吸附的离子更容易洗掉,因此,沉淀会重新带电而又变为胶体,这种现象叫做胶溶作用。
    通常不用水,而用电解质(凝结剂)的稀溶液来洗涤沉淀,其原因之一就是为了避免胶溶作用。在洗涤时也发生取代作用,即被吸附的离子为凝结剂的离子所取代,最常用的凝结剂为酸和铵盐,因为它们不妨得下一步的分析,而且在定量分析中灼烧沉淀时易被除去。


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