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无机化学
1.7.4.1 4.4.1 溶胶的性质和结构
4.4.1 溶胶的性质和结构

溶胶分散相的粒子由许多分子聚集而成,高度分散在不相容的介质中。溶胶不是一类特殊的物质,而是任何物质都可以存在的一种特殊状态。

1)溶胶的性质

(1)光学性质——丁达尔效应。1869年,英国物理学家丁达尔(J.Tyndall)发现,在暗室中,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道明亮的光柱,如图4.5所示,这个现象称为丁达尔效应(或乳光现象)。

图4.5 丁达尔效应

产生这一现象的原因是胶粒对光的散射。其他分散系也会产生这种现象,但远不如溶胶的显著,因此,利用丁达尔效应可区别真溶液、悬浊液和溶胶。

(2)动力学性质——布朗运动。1827年,英国植物学家布朗(R.Brown)在显微镜下观察到悬浮在水中的花粉微粒不停地作无规则运动,如图4.6所示。后来他又发现在超级显微镜下胶粒在分散介质中也不断地作无规则的热运动。这种运动因是布朗所发现的,所以称为布朗运动。

图4.6 布朗运动

产生布朗运动的原因是周围分散剂分子不断地从各个方向撞击胶粒,胶粒每一瞬间受到的撞击力在各个方向上是不同的,因此胶粒一直处于无秩序运动状态。

(3)电学性质——电泳。将Fe(OH)3 溶胶放入装有两个电极的U 形管中,小心地在两液面上加入NaCl 溶液(用于导电),并使溶胶与NaCl 溶液间有一清晰的界面。接通直流电后,可以观察到负极一端棕红色Fe(OH)3 的溶胶界面上升,而正极一端的界面下降,表明Fe(OH)3 胶粒向负极移动,如图4.7所示。若换上As2S3 胶体溶液,则As2S3 胶粒向正极移动。这种胶粒在电场作用下定向移动的现象称为电泳。电泳现象说明胶粒是带有电荷的,通常大多数金属氧化物、金属氢氧化物溶胶的胶粒带正电荷,如氢氧化铁、氢氧化铝等;而金、银、铂、硫、硫化砷、硫化锑、硅酸等胶粒则带负电荷。

图4.7 电泳管

(4)胶团的结构。溶胶的性质与其结构有关,人们根据大量实验提出了溶胶的扩散双电层结构。下面以AgI 溶胶为例,讨论胶团的结构。首先Ag+与I-反应后生成AgI 分子,由大量的AgI 分子聚集成粒径为1~100 nm 的颗粒,该颗粒称为胶核。由于胶核颗粒很小,分散度很高,因此,具有较高的表面能。若此时体系中存在过剩的离子,胶核就要有选择地吸附这些离子。若体系中AgNO3 过量,根据“相似相吸”的原则,胶核优先吸附Ag+而带正电。被胶核吸附的离子称为电位离子。此时因胶核表面带有较为集中的正电荷,故它会通过静电引力吸引带负电荷的NO3-。人们常将这些带相反电荷的离子称为反离子。电位离子与反离子组成吸附层,胶核与吸附层组成胶粒,而胶粒与部分反离子(分布在胶粒周围,称为扩散层)形成不带电的胶团。如图4.8所示,为AgI 胶团的结构式及其示意图。

图4.8 AgI 胶团的结构式及其示意图