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【知识点】化学实验基本知识:胶体化学的简史与内容

时间:2022-01-12 08:19:06|浏览:

胶体化学

一。胶体化学简史及内容

胶体一词的历史由英国科学家托马斯·格雷厄姆(Thomas Graham)(1861 年)提出。当时建立了现代分子运动理论,其应用仅限于气体。格雷厄姆是第一个将这一新理论应用于液体系统的人,在那里他系统地研究了物质在液体中的扩散。他使用的仪器极其简单。将一张羊皮纸贴在装有待测溶液的玻璃圆筒上,并将圆筒浸入水中。格雷厄姆用这个装置研究了很多物质的扩散速度,发现有些物质,如糖、无机盐、尿素等,扩散很快,很容易从羊皮纸中渗出;其他物质,如明胶、氢氧化铝、硅酸等,扩散很慢,可以' t 或很难通过羊皮纸。前一类物质在溶剂蒸发时易形成结晶析出,而后一类物质不能结晶,多为无定形胶体物质。因此,格雷厄姆将后一种物质称为胶体,其溶液称为溶胶。胶体源自希腊语κολλα(胶水)。

虽然胶体化学的历史一般始于1861年,但实际上在此之前也有一些化学家和物理学家对胶体进行过研究,但只是零星的。例如,意大利化学家塞尔米(1845)制备了氯化银、硫磺和普鲁士蓝在水中的拟溶液,其外观清澈或略带混浊。他认为分散在溶液中的粒子比普通分子大。法拉第(1858)做了红金溶液,发现溶胶对光有散射作用,即所谓的廷德尔效应。法拉第在准备金液的时候,强调使用的器具和药物必须非常干净。他精心准备的金溶胶一直保存到1920年代并沉淀下来。

在人类生产实践中,胶体的应用可以追溯到更早,几乎可以追溯到人类文明时期。在没有史料之前,我们的祖先就制作了陶器;在夏禹时期,他们会酿酒;至少在周初,人们使用胶水;到了汉代,就有了天然高分子聚合物——纸制成的纤维;墨水是汉代后期发明的。这些都是胶体应用的生动例子,也充分说明了我们民族的创造力。古埃及历史上记载了湿木裂;众所周知,中世纪的炼金术士制备金汁,即悬浮在水中的金颗粒。就像许多古代劳动人民的创造物一样,这些发明者的名字已经不复存在。

格雷厄姆之后四十多年,俄罗斯化学家本马夫用 200 多种物质进行了实验,证明在任何情况下,物质都可以制成结晶态或真溶液,在酒精中可以形成胶体溶液。因此,晶体和胶体不是两种不同类型的物质,而是物质存在的两种不同状态。从半透膜扩散慢、不透水的特点可以推断,胶体溶液中的颗粒不是以小分子的形式分散在介质中,而是以大颗粒的形式分散在介质中。这些胶体溶液在重力场中不会沉降或沉降很慢,分散在表面的颗粒量也不是很大。一般来说,胶体颗粒是指尺寸在至少一个线性度的1nm和1μm之间的颗粒。当然,这个尺寸的界限有些人为。简单地说,胶体是指高度分散的分散体,而胶体化学是研究胶体系统的科学。胶体化学与其他化学分支的区别在于后者的研究对象都是小分子,而胶体化学除了分子之外更关注胶体大小的粒子。

从以上内容可以看出,胶体的一个重要特点是分散颗粒与介质之间存在许多相界面。对于直径为10nm的球形颗粒(如金溶胶或硅溶胶),当颗粒总体积为1cm 3 时,其面积为600m 2 ,这是一个相当大的数字。胶体的许多性质,如稳定性和电学性质,都与界面能密切相关。因此,界面性质的研究长期以来一直是胶体化学的一部分。后来,表面(界面)研究的范围逐渐扩大,所有与界面有关的系统和过程都成为其研究对象,如人工造雨、浮选、染色、抗病毒、水土保持、吸附和催化等。等。因此,有一段胶体化学被称为表面化学。现在我们知道,两者的关系非常密切,但各有侧重。当我们关注物质的界面特性时,这就是表面化学。如果我们把细碎的物质当作由一组粒子组成的分散体来研究,那就是胶体化学

虽然胶体粒子可以由许多分子组成,但这并不意味着粒子中不能只有一个分子。将明胶溶解在水中或将橡胶溶解在甲苯中,然后都分散成单个分子。这些分子的大小对应于胶体粒子的标准。由于它们的大小相似,这些大分子溶液(分子溶胶)与胶体溶液(相胶体)具有许多相似的性质

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