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胶体知识问题集

来源:未知作者:化学自习室 点击:所属专题: 胶体
1.为什么说胶体具有较大的表面积?为什么胶体具有强的吸附能力? 这里说的表面积是指“比表面积——单位质量的表面积”。举例如下: 一块边长1 cm的立方体,它的表面积是6 cm 2 ;如果我们把它切割成边长100 nm(10 -7 cm)的小小立方体,则共得10 21 个这样的立方体。每个

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1.为什么说胶体具有较大的表面积?为什么胶体具有强的吸附能力?

这里说的表面积是指“比表面积——单位质量的表面积”。举例如下:

一块边长1 cm的立方体,它的表面积是6 cm2;如果我们把它切割成边长100 nm(10-7cm)的小小立方体,则共得1021个这样的立方体。每个小的立方体的表面积是6×10-14cm2,则1021个小立方体的总表面积是6×107cm2,变为原来整块固体表面积的107倍!即一千万倍。可以计算,如果切的块更小,则所得粒子的总表面积就更大。

那么,又为什么说胶体具有强的吸附能力呢?这要从物质表面吸附的原理说起。

从微观的角度考察,任何物质的表面原子(表面离子)都是价键不饱和的,比如金刚石晶体,其内部的碳原子都是以4个共价键跟别的碳原子结合的,而表面上的碳原子则不然,它们只能跟另外的1个、2个或3个碳原子形成共价键。这些表面碳原子的价键不饱和必然导致其性质的不稳定——易跟周围环境里的分子或微粒间发生电性作用,把它们吸附到自己的表面。

考察NaCl等离子晶体的微观结构也可得到同样结论——晶体内部的Na是跟6个Cl形成离子键的,而表面的Na则只能跟3个、4个或5个Cl形成离子键,处于价键不饱和状态,易跟环境里的分子或粒子发生电性吸附。

所以我们说,物质的表面积越大,则越容易吸附环境里的物质。这也是为什么衣物(比表面积大)总需要不断洗涤的原因。

2.为什么要用FeCl3溶液跟水反应的方法而不直接用FeCl3溶液跟烧碱溶液反应的方法制胶体?

这一制备实验涉及FeCl3与水的一个重要反应——水解反应(有关原理在《化学反应原理》模块会学习到)。

FeCl3+3H2O胶体知识问题集Fe(OH)3(胶体)+ 3HCl

反应产生的Fe(OH)3本是难溶物,若短时间内生成量很大的话,它是要形成红褐色沉淀的。

本实验方法的巧妙之处就在于,利用水解反应速率比较慢、程度比较弱的特点,使水解产生的Fe(OH)3聚集成较小的粒子,表面吸附同性的FeO电荷后相互排斥,从而能稳定地分散在水里形成胶体,不至于形成大颗粒的沉淀物。

理论上讲,利用极稀溶液间发生相互反应,通过形成某些难溶物的细小粒子也可以制备胶体。只是根据难溶物本身的性质,有的容易控制有的不易控制罢了。

3.胶体发生丁达尔效应的本质是什么?为什么溶液、浊液不易发生丁达尔效应?

在光的传播过程中,光线照射到粒子时,如果粒子大于入射光波长很多倍,则因为具有反射面而发生光的反射。

如果粒子小于入射光波长,则发生光的散射,这时观察到的是光波环绕微粒而向其四周放射的光,称为散射光或乳光。一般可见光波长在400 nm—700nm之间,而胶体粒子直径则略小于100 nm,故可见光遇到胶体粒子时会发生丁达尔效应。

对于溶液,因其分散质粒子直径远小于可见光波长,光波会发生衍射(也就是透射),也可以说是由于散射光的强度随散射粒子体积的减小而明显减弱,以致于我们观察不到散射现象。

所以说,胶体能有丁达尔现象,而溶液几乎没有,可以采用丁达尔现象来区分胶体和溶液。值得注意的是,当有光线通过浊液时有时也会看到光路,根据胶体发生丁达尔效应的原理可知,若用较大波长的可见光(如红光700 nm)照射粒子直径相对较小(如几百nm)的浊液时,也应该能看到明显的丁达尔效应,光路并不会被阻断。这正是我们常说红光、黄光透雾(雾属于气溶胶)能力强的原因。

但是,当浊液粒子直径过大时,则对光发生反射,往往只能看到前端有一小段极短的光路了。

一般情况下,人们对丁达尔效应往往熟视无睹,觉得不就是“电影放映厅里的一道光柱”或者“清晨树林里的一缕阳光”吗?其实并非这么简单。如果大气中没有许多的悬浮物形成的气溶胶,那么我们即使白天也只能像黑夜一样看见诸多星星和一个大的星星——太阳,是大气中的气溶胶使我们能够在白天感觉到眼前一片光明。

4.为什么把胶体称为“亚稳”体系?

说胶体属于“亚稳”体系是相对于溶液的“均一、稳定”和浊液的“不能稳定存在”而言的,有时也叫“介稳”体系。这说明胶体的稳定是有条件的,当外界条件发生变化时,胶体可能发生聚沉。

作为由难溶物分散质形成的胶体为什么能在一定条件下稳定存在呢?

科学研究认为,主要是因为胶粒带有同性电荷,同性电荷之间存在排斥力阻碍了粒子间的结合,使之难以形成质量大的颗粒。再加上分散剂分子不停从“四面八方”对胶粒“撞击”导致的布朗运动,使胶体粒子具有了与溶液微粒一样的类似热运动的性质。

根据上述分析我们知道,如果向胶体中加入电解质的浓溶液,则可能导致胶体粒子吸附异性电荷离子而发生电荷中和现象,消除彼此间的排斥力而聚沉。实验表明,溶胶对电解质的影响非常敏感。明矾的净水作用,是利用明矾的水解生成Al(OH)3带正电荷的胶粒,而与带负电荷的泥沙胶粒相互吸附、电荷中和而聚沉。河流入海口处都易形成沙洲(三角洲),也跟海水中的电解质使河流中的泥沙胶体粒子聚沉密切相关。

理论上讲,当温度升高时,由于溶胶的布朗运动增强,溶胶粒子之间的碰撞加剧,可能导致粒子间碰撞而聚集到一起,这就是为什么制Fe(OH)3胶体时不能长时间加热的原因。

5. 几个零星小问题。

(1)黄河水到底它算是浊液还是胶体?黄河水里应该既含有浊液粒子、又含有胶体粒子,还含有溶液的分子和离子等。所以它算是混合型分散系,用到哪些知识解释其具体性质都可以。

类似的问题还有牛奶属于哪种分散系的问题。

(2)雾霾算不算胶体?这跟上一个问题差不多一样。一般我们说“烟、雾、云都属于气溶胶”,是因为它们可以显示丁达尔效应等,但从常说的雾霾颗粒大小(如PM10指颗粒直径在10 微米即10000 nm;PM2·5指颗粒直径2.5微米即2500nm,它们远远大于胶体粒子)看,雾霾应属于浊液的范畴,当然也不排除其中含有胶体粒子。

(3)生物学说蔗糖分子不能透过细胞膜,化学却讲蔗糖不算有机高分子,那么其分子应该是可以透过半透膜的。这个如何理解?蔗糖分子不能透过细胞膜,生物学既然这么讲大概是对的,说明蔗糖分子比葡萄糖分子个头大。胶体化学里说的“半透膜”是一个范围很大的概念,既包含细胞膜,也包含类似牛皮纸等孔径粗大的膜。

我们探讨胶体的特性,主要是为认识粒子尺度对于其物理、化学性质具有较大影响,并不是为了严格机械地判定蔗糖分子达到没达到规定的胶体粒子大小。

6. 注意!粒子尺度才是判定胶体的根本依据。能不能发生布朗运动、丁达尔效应都不是判定胶体的依据。

(责任编辑:化学自习室)
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