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溶胶的稳定性和聚沉

发布时间:2015-04-17 00:00 作者:中国标准物质网 阅读量:8115

1.溶胶的稳定性

溶胶的稳定性表现在两个方面,第一,溶胶粒子具有一定的质量,照理会在重力的作用下发生沉淀;第二,溶胶是一个高分散、高表面能的体系,因此胶粒间会相互吸附而聚沉。事实上,溶胶体系在这两个方面都很稳定,其主要原因就是溶胶具有动力学稳定性和聚结稳定性。

所谓溶胶的动力学稳定性是指分散质粒子在重力作用下,不会从分散剂中分离出来。在溶胶体系中,溶胶粒子由于布朗运动,不断地在做无规则的运动。因为溶胶粒子的质量较小,其受重力的作用也较小,溶胶粒子主要受布朗运动的控制。因此,溶胶粒子在体系中做无规则运动,而不发生沉淀。

而所谓溶胶的聚结稳定性是指溶胶在放置过程中,不会发生分散质粒子的相互聚结。事实上,由于溶胶粒子中的双电层结构,当两个带同种电荷的胶粒相互近时,胶粒间就会产生静电排斥作用,从而阻止胶粒的相互碰撞。胶粒表面带有的这种相同电荷使得胶粒之间有一种静电斥力,使溶胶趋向稳定,即聚结稳定性。另外,由于溶胶粒子中的带电离子和极性溶剂通过静电引力的相互作用,使得溶剂分子在胶粒表面形成一层溶剂化膜,该溶剂化膜也起到阻止胶粒相互碰撞的作用。所以,溶胶的聚结稳定性的产生主要是胶粒的双电层结构和溶剂化膜共同作用的结果。

2.溶胶的聚沉

溶胶的稳定性只是暂时的、相对的和有条件的。一旦溶胶稳定的条件受到破坏,溶胶胶粒就会合并变大,最后从分散剂中沉淀分离出来,这个过程称为溶胶的聚沉或凝结。溶胶的聚沉,从表现上看,首先溶胶的颜色会发生改变,进而从澄清变为混浊,最后凝结为沉淀。溶胶变浑是粒子变大的表现,因胶体分散系变为粗分散系,光的散射变为光的反射。促使溶胶聚沉的方法通常有:

①加电解质。在溶胶中加入少量强电解质后,很快出现明显的聚沉现象。因为加入电解质后,溶胶中反离子浓度增大,增加了反离子进入吸附层的机会,降低了胶粒所带的电荷,使其稳定性降低。

溶胶的聚沉不仅和电解质的性质、浓度有关,而且还与溶胶的电性有关。电解质对溶胶的聚沉能力通常用聚沉值表示。所谓聚沉值是指在一定时间内,使一定量的溶胶完全聚沉所需电解质的最低浓度,一般以mmol.L-1表示。不难看出,电解质的聚沉值越大,则聚沉能力越弱,而电解质的聚沉值越小,则其聚沉能力越强。

电解质正离子对负溶胶起主要聚沉作用,电解质负离子对正溶胶起主要聚沉作用,而聚沉能力随离子价数的升高而显著增大。通常二价反离子的聚沉能力比一价的大20-80倍;三价反离子的聚沉能力比一价的大500-1500倍。同价离子的聚沉能力取决于离子水化半径的大小,水化半径越大,聚沉能力越弱。

②加入相反电荷的溶胶。如果将两种带有相反电荷的溶胶按适当比例混合,溶胶同样会发生聚沉。这种现象称为溶胶的相互聚沉。如明矾净水就是溶胶相互聚沉的典型例子。把明矾[KAl(SO4)2·12H2O]加入混浊的水中,它水解而生成带正电的氢氧化铝溶胶,与水中带负电的薪土粒子相互聚沉而使水变清。溶胶的相互聚沉在土壤研究中有重要的意义。土壤中存在的胶体物质既有带正电荷的氢氧化铝溶胶、氢氧化铁溶胶,也有带负电荷的硅酸溶胶,它们之间相互聚结,对于土壤团粒结构的形成起着一定的作用。

③加热。加热亦可使许多溶胶聚沉。这是由于加热能增加胶粒运动的速度,因而增加胶粒互相碰撞的机会,同时降低胶核对电位离子的吸附作用,减少胶粒所带的电荷,即减弱了溶胶稳定存在的主要因素,从而使胶粒在碰撞时发生聚沉。

④高分子溶液对溶胶有保护作用和敏化作用。许多高分子化合物如明胶、阿拉伯胶、蛋白质、淀粉等都具有较强的亲水性,它们溶解于水后称之为高分子溶液。在溶胶中加入适量的高分子溶液,能降低溶胶对电解质的敏感性,显著地提高溶胶的稳定性。这种作用称为高分子榕液对溶胶的保护作用。高分子化合物能起保护作用的原因,一般认为是高分子化合物高度水化的链状分子吸附在胶粒表面,把胶粒全部覆盖阻止了胶粒之间和胶粒与电解质离子之间的直接接触,从而大大增强了溶胶的稳定性。但是,如果在溶胶中加入很少量的高分子溶液以至高分子不足以覆盖胶粒的表面时,反而会使胶粒聚集到高分子四周,高分子就会起到聚集胶粒的桥梁作用。这样不但不起保护作用,反而降低溶胶的稳定性,使溶胶更易发生聚沉,这种作用称为高分子溶液对溶胶的敏化作用。保护作用在生理过程中具有重要的意义。例如,在健康人的血液中所含的碳酸镁、磷酸钙等难溶盐,都是以溶胶状态存在,并且被血清蛋白等高分子物质保护着。当发生某些疾病时,保护物质在血液里的含量就会减少,这样使溶胶发生聚沉而堆积在身体的某部分,使新陈代谢作用发生障碍,可形成肾脏、肝脏等结石。影响溶胶聚沉的因素还有很多,如溶胶的浓度、非电解质的影响等。了解溶胶稳定性和聚沉的规律,有助于我们根据需要,通过控制外界条件来达到使溶胶稳定存在或破坏溶胶的目的,为农业生产和科学研究服务。

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