最后更新: 2025-10-24 11:49 查看: 127 次纠错评论(0) 课件开VIP

胶体与丁达尔现象

## 分散系
在日常生活中，我们所接触到的物质大多是混合物。其中不少混合物是由一种或多种物质分散在另一种物质中形成的，如白色硫酸铜粉末分散在水中形成的蓝色溶液，粉笔灰分散在水中形成的悬浊液，植物油分散在水中形成的乳浊液等。我们把这些混合体系称为**分散系**，其中分散成粒子的物质称为**分散质**，粒子分散在其中的物质称为**分散剂**。根据分散质粒子的大小，可将分散系分为溶液、胶体、浊液等。

### 分散质的大小
溶液中的分散质粒子是小分子或离子，其直径通常小于 1 nm （纳米，$\left.1 \mathrm{~nm}=1 \times 10^{-9} \mathrm{~m}\right)$ ，这样的分散系表现出均匀、稳定的宏观特征，在通常情况下分散质不会自动与分散剂分离。悬浊液、乳浊液中的分散质粒子是固体小颗粒或小液滴，直径通常大于 100 nm ，这样的分散系表现出不均匀、不稳定等特征，分散质往往会发生沉降或上浮，从而与分散剂分离（图 1.6 ）。

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### 胶体
分散质粒子的直径大小在$1～100 nm$之间的分散系，叫做胶体。胶体在一定条件下能稳定存在，并具有一些不同于溶液和浊液的特性。

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 > 半透膜，胶体的分散质粒子比滤纸孔隙小，很容易透过滤纸。要除去胶体粒子，可选用半透膜。半透膜是一种孔径比滤纸更小的膜，小分子、离子能透过而胶体粒子不能透过。常见的半透膜有动物的肠衣、膀胱膜、羊皮纸、玻璃纸等

## 胶体的丁达尔现象

丁达尔效应（Tyndall effect，又称丁达尔现象）是胶体分散系的一种重要的光学性质，广泛用于胶体鉴别实验。当一束光透过胶体时可以观察到胶体里出现一条明亮的“通路”，例如：激光笔照射 $Fe(OH)_3$胶体溶液时出现的光路、雾中汽车大灯前明亮的光路等。这类现象被称作丁达尔效应

可见光的波长在400 ～ 760 nm 之间。胶体粒子直径在1 ～ 100 nm 之间，小于可见光的波长。当光入射胶体时会发生光的散射，此时每颗胶体粒子就像一个光源，向各个方向发射出光线，丁达尔现象就是胶体粒子对入射光发生散射的结果。溶液中分散质粒子直径小于1 nm，散射作用极其微弱，故光通过溶液时观察不到这种现象。

### 实验

取一只烧杯，加入约 50 mL 蒸馏水，加热至沸腾。将 3 mL 饱和 $\mathrm{FeCl}_3$ 溶液分多次缓慢加入，用玻璃棒轻轻搅拌，继续加热至刚好变成红褐色，停止加热即得到 $\mathrm{Fe}(\mathrm{OH})_3$ 胶体。

另取两只烧杯，向其中一只烧杯加入 50 mL FeCl 3 稀溶液，向第二只烧杯中加入 40 mL FeCl 3 稀溶液和约 10 mL NaOH 溶液，用玻璃棒搅拌后得到 $\mathrm{Fe}(\mathrm{OH})_3$ 悬浊液。将这三只烧杯置于暗处，分别用红光激光笔水平照射，观察现象。

将 $\mathrm{FeCl}_3$ 稀溶液、 $\mathrm{Fe}(\mathrm{OH})_3$ 胶体和 $\mathrm{Fe}(\mathrm{OH})_3$ 悬浊液分别进行过滤，观察滤纸上是否有残留固体。

当光通过分散系时，由于分散质粒子对光散射而在侧面观察到明亮的光线轨迹的现象，称为**丁达尔现象**（图1.8）。丁达尔现象是胶体的重要特征，是鉴别胶体和溶液的常用方法。

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 丁达尔现象在日常生活中随处可见。例如，清晨在树林中看到一缕缕光束，阳光通过窗隙射入暗室形成光柱等，都属于丁达尔现象（图1.9）。这是由于空气中含有微小的尘埃或液滴，在一定条件下形成云、雾、烟等胶体（又称气溶胶），因而产生丁达尔现象。在化学分析中，利用丁达尔现象制成浊度计用以确定胶体中分散质粒子的大小和分布密度。
 
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 胶体粒子有很大的比表面积（单位质量粒子具有的表面积），具有较好的吸附性，能吸附水中的悬浮颗粒物并使其沉降，因而常用于**水的净化**
 
 胶体粒子可以选择吸附带相同电荷的微粒，即同种胶体粒子带上同种电荷，导致胶体粒子彼此相互排斥，在一般情况下，胶体粒子不容易聚集，因而胶体可以比较稳定地存在。在外加直流电场作用下，带电的胶体粒子或离子向着与其电性相反的电极移动，这种现象称为**电泳**（图1.10）。
 
  ![图片](/uploads/2025-10/3a935c.jpg)

当胶体粒子遇到带有相反电荷的离子或其他胶体粒子时，由于电荷的中和，胶体粒子聚集成为较大的颗粒物，在重力作用下形成沉淀析出，这种过程叫做聚沉。例如，
向豆浆中加入石膏或盐卤，会引起豆浆里的蛋白质和水等物质一起聚沉为豆腐。

大江大河中含有大量的土壤胶体粒子，在江河入海口，海水中的盐分使这些胶体粒子发生聚沉，逐渐形成三角洲、冲积岛等地形地貌。此外，加热、搅拌也会引起胶体的聚沉。

胶体的应用对日常生活、科学研究、工农业生产以及国防等有着十分重要的意义。在新材料的研制中，当粒子的大小达到纳米级，即在胶体粒子直径范围时，材料性能会发生奇特变化，如纳米陶瓷可以克服陶瓷材料易碎的致命缺点等。因此，纳米材料已成为新材料研究领域的热点

## 凝胶
有的胶体聚沉后能形成立体网状结构，将大量分散剂包裹其中，形成具有弹性的半固体，叫做凝胶。果冻、肉冻等是生活中经常见到的凝胶。如果凝胶中包含的分散剂为气体，则被称为**气凝胶**，这是一种密度极小的材料，具有很多神奇的性能，如优异的隔热、隔音、承重性能等

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