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膠體化學

(一門化學學科)

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膠體化學是物理化學的一個重要分支。它所研究的對象是高度分散的多相系統,即一種物質以或大或小的粒子分散在另一種物質中所構成的分散系統。 [1] 
中文名
膠體化學
外文名
colloidal chemistry
漢語拼音
jiāo tǐ huà xué
類    別
一門化學學科

目錄

膠體化學簡介

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研究膠體、大分子溶液及乳狀液等類分散體系和與界面現象相關聯的體系的性質及規律的一個學科分支。其內涵廣闊,既涉及化學中的最基礎的理論,又具有極廣泛的實用性,且與眾多學科相互交叉。膠體化學已成為一門獨立的學科。這是因為膠體現象很複雜,有它獨特的規律性,更重要的是它幾乎與國民經濟的各個部門都有密切關係。冶金、石油、輕紡、橡膠、塑料、食品、材料、日用化工等工業以及農業、軍事等部門在一些關鍵環節上都離不開膠體化學。生物與環境科學也廣泛涉及膠體化學的一些基本原理和方法。
膠體體系的重要特點是,具有很大的表面積。在任何兩相界面上都可以發生複雜的物理或化學現象,總稱為表面現象。表面化學就是膠體化學的一個重要分支,二者關係密切。
膠體化學的歷史是從1861年開始的,創始人是英國科學家Thomas Graham,首先提出晶體和膠體的概念,如溶膠、凝膠、膠溶、滲析、離漿等。1903年,Zsigmondy(德)發明了超顯微鏡,肯定了溶膠的多相性,從而明確了膠體化學是界面化學。1907年,Ostwald(德)創辦了第一個膠體化學的專門刊物——-《膠體化學和工業雜誌》,因而許多人把這一年視為膠體化學正式成為獨立學科的一年。
膠體與表面化學的發展同步於工農業生產的發展,有些方面是超前的。(1)利用現代物理與化學理論,如量子化學研究吸附與催化、用分形理論研究膠體表面形貌。(2)應用現代精密儀器和方法,如用不同力學顯微鏡研究膠粒間的力及表面分子或原子的形態。 [2-3] 

膠體化學膠體特點

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膠體化學分類

按照分散劑狀態不同分為:
氣溶膠——以氣體作為分散劑的分散體系。其分散質可以是液態或固態。(如煙、霧等)
液溶膠——以液體作為分散劑的分散體系。其分散質可以是氣態、液態或固態。(如Fe(OH)3膠體)
固溶膠——以固體作為分散劑的分散體系。其分散質可以是氣態、液態或固態。(如有色玻璃煙水晶
按分散質的不同可分為:粒子膠體、分子膠體。
如:煙,雲,霧是氣溶膠,煙水晶,有色玻璃、水晶是固溶膠,蛋白溶液,澱粉溶液是液溶膠;澱粉膠體,蛋白質膠體是分子膠體,土壤是粒子膠體。 [4] 

膠體化學常見膠體

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、霧、墨水、塗料、AgI膠體、Ag2S膠體、As2S3膠體、有色玻璃、果凍、雞蛋清、血液等,比如麪條就是一種常見的澱粉膠體,因為溶解度吸水膨脹。

膠體化學應用

1.農業生產:土壤的保肥作用.土壤裏許多物質如粘土腐殖質等常以膠體形式存在。
2.醫療衞生:血液透析,血清紙上電泳利用電泳分離各種氨基酸和蛋白質。醫學上越來越多地利用高度分散的膠體來檢驗或治療疾病,如膠態磁流體治癌術是將磁性物質製成膠體粒子,作為藥物的載體,在磁場作用下將藥物送到病灶,從而提高療效。
3.日常生活:制豆腐、豆漿、牛奶和粥的原理(膠體的聚沉),明礬淨水。
4.自然地理:江河入海口處形成三角洲,其形成原理是海水中的電解質使江河泥沙形成膠體發生聚沉。
5.工業生產:制有色玻璃(固溶膠)。在金屬、陶瓷聚合物等材料中加入固態膠體粒子,不僅可以改進材料的耐衝擊強度、耐斷裂強度、抗拉強度等機械性能,還可以改進材料的光學性質。有色玻璃就是由某些膠態金屬氧化物分散於玻璃中製成的。國防工業中有些火藥、炸藥須製成膠體。一些納米材料的製備,冶金工業中的選礦,石油原油的脱水,塑料橡膠合成纖維等的製造過程都會用到膠體。 [4] 

膠體化學性質

(1)丁達爾效應
能發生丁達爾現象丁達爾效應),產生聚沉,鹽析電泳布朗運動等現象,滲析作用等性質。
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。
(2)介穩性
膠體的穩定性介於溶液濁液之間,在一定條件下能穩定存在,屬於介穩體系
膠體具有介穩性的兩個原因:
原因一:膠體粒子可以通過吸附而帶有電荷,同種膠粒帶同種電荷,而同種電荷會相互排斥(要使膠體聚沉,就要克服排斥力,消除膠粒所帶電荷 )。
原因二:膠體粒子在不停地做布朗運動,與重力作用相同時便形成沉降平衡的狀態。
(3)結構
根據法揚斯規則(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),膠體粒子是膠粒,膠粒與擴散層在一起組成了膠團,而膠粒又包括膠核與吸附層
(4)其他
具有聚沉鹽析電泳現象、滲析等性質。 [4] 
參考資料
  • 1.    李元高.物理化學:復旦大學出版社,2013.07:第219頁
  • 2.    章莉娟 鄭忠.膠體與界面化學:華南理工大學出版社,2006年
  • 3.    沈鍾.膠體與表面化學:化學工業出版社,2008年2月3日
  • 4.    孫世剛主編 王野 陳良坦 毛秉偉 韓國彬 編寫.物理化學(下)第二版.廈門:廈門大學出版社,2013年9月第2版:445-445