第三节　胶体

胶体的概念由英国化学家格雷厄姆于1861年提出。20世纪初，俄国科学奖维伊曼通过对200多种化合物实验，证明了几乎各种典型的晶体物质都可通过降低其溶解度或选用适当分散剂的方法制成溶胶。

胶体分散系是由颗粒直径在1～100nm的分散相组成的系统，它含有数百万乃至上亿个原子，是一类难溶的多分子聚集体。溶胶是多相的高分散系统，具有很高的表面能。从热力学角度来看，它是不稳定系统。胶体粒子有互相聚结而降低其表面能的趋势，即具有聚结不稳定性。正因为这个原因，在制备溶胶时要有稳定剂存在，否则得不到稳定的溶胶。

胶体分散系按分散相和分散介质聚集态不同可分成多种类型，其中以固体分散在水中的溶胶最常见。本节主要介绍这种类型的胶体。

一、胶体的性质

1.动力学性质——布朗运动

在超显微镜下可以观察到胶体中分散的颗粒在不断地作无规则的运动，这是英国植物学家布朗（Brown R）在1827年观察花粉悬浮液时首先看到的，故这种运动称为布朗运动。布朗运动的产生是由于不断发生热运动的液体介质分子从各个方面对胶粒撞击的结果，在每一个瞬间胶粒受到各个方向的撞击力是不同的，所以它们时刻以不同的的方向、不同的速度作不规则运动。胶粒越小，布朗运动就越剧烈。布朗运动是胶体分散系的特征之一。

2.光学性质——丁铎尔效应

1869年英国物理学家丁铎尔（Tyndall J）发现，当一束光线透过胶体，从入射光的垂直方向可以观察到胶体里出现的一条光亮的“通路”。后人为了纪念他的发现，将这一现象叫丁铎尔效应。当光线射入分散系统时，可能发生两种情况：①若分散相的粒子大于入射光的波长，则主要发生光的反射，粗分散系就属于这种情况。②若分散相的粒子小于入射光的波长，则主要发生光的散射。此时每个粒子变成一个新的小光源，向四面八方发射与入射光波长相同的光。

可见光的波长为400～700nm，而溶胶粒子的直径为1～100nm，因此会发生光的散射。当光通过以小分子或离子存在的溶液时，由于溶质的颗粒太小，不会发生散射，主要是透射。因此，可以用丁铎尔效应来区别溶胶和真溶液。

3.电学性质——电泳

在外加电场下，胶体粒子在分散介质中的定向移动称为电泳。例如，在一个U形管中加入棕红色的氢氧化铁溶胶，并在溶胶的表面小心滴入少量蒸馏水，使溶胶表面与水之间有一明显的界面。然后在两边U形管的蒸馏水中插入铂电极，并给电极加上电压。经过一段时间的通电，可以观察到U形管中溶胶的液面不再相同，在负极端溶胶界面比正极端高。说明该溶胶在电场中往负极端迁移，溶胶粒子带正电，这就是氢氧化铁溶胶的电泳。胶粒带何种电荷有时与制备方法有关，但是多数情况下，金属硫化物、硅酸、土壤、淀粉及金、银等胶粒带负电，称负溶胶；多数情况下，金属氢氧化物的胶粒带正电，称正溶胶。

二、溶胶的应用

胶体在自然界尤其是生物界普遍存在，早在古代就已经利用了胶体的知识，如制陶、造纸、制墨业，以及豆制品、药物制剂的制造等方面。它与人类的生产、生活及环境有着密切的联系。胶体的应用很广，且随着技术的进步，其应用领域还在不断扩大。工农业生产和日常生活中的许多重要材料和现象，都在某种程度上与胶体有关。例如，在金属、陶瓷、聚合物等材料中加入固态胶体粒子，不仅可以改进材料的耐冲击强度、耐断裂强度、抗拉强度等机械性能，也可以改进材料的光学性质，有色玻璃就是由某些胶态金属氧化物分散于玻璃中制成的。在医学上，越来越多地利用高度分散的胶体来检验或治疗疾病，如胶态磁流体治癌术是将磁性物质制成胶体粒子，作为药物的载体，在磁场作用下将药物送到病灶，从而提高疗效。另外，血液本身就是由血球在血浆中形成的胶体分散系，与血液有关的疾病的一些治疗、诊断方法就利用了胶体的性质，如血液透析、血清纸上电泳等。土壤里许多物质如黏土、腐殖质等常以胶体形式存在，所以土壤里发生的一些化学过程也与胶体有关。国防工业上有些火药、炸药必须制成胶体，冶金工业上的选矿，石油原油的脱水，塑料橡胶及合成纤维等的制造过程都会用到胶体知识。在日常生活里，也会经常接触并应用到胶体知识，如食品中的牛奶、豆浆、粥等都与胶体有关。