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12.13: 胶体
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胶体
 
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12.13: 胶体

玩耍中的儿童通常制作悬浊液,如泥和水,面粉和水的混合物,或称为温度油漆的水中的固体颜料悬浊液。 这些悬浊液是由相对较大的粒子组成的异构混合物,肉眼可见或通过放大镜可以看到这些混合物。 它们是浑浊的,悬浮的粒子在混合后沉淀下来。 另一方面,溶液是一种均相混合物,不会出现沉降,其中溶解物种是分子或离子。 溶液表现出与悬浊液完全不同的行为。 溶液可能是彩色的,但它是透明的,分子或离子是不可见的,它们不会在站着时沉降。 另一类称为胶体 (或胶状分散体) 的混合物在悬浊液和溶液的混合物之间表现出性质中间体。 胶体中的粒子比大多数简单的分子大;但是,胶体粒子足够小,不会在站立时沉降。

胶体系统的制备

胶体是通过生产胶体尺寸的粒子并将这些粒子分布到色散介质中来准备的。 胶体尺寸的粒子由两种方法形成:

•色散方法:分解更大的粒子。 例如,通过在特殊碾磨机中研磨来分散大型粒子,可以产生颜料。
• 凝结方法:从较小单位 (如分子或离子) 增长。 例如,当水分子凝结时形成云,形成非常小的水滴。

一些固体物质在与水接触时会自动分散,形成胶体系统。 明胶,胶水,淀粉和脱水奶粉的表现就是这样。 粒子已经是胶体尺寸;水只是分散它们。 胶体体积的奶粉粒子由脱水奶雾产生。 一些雾化器会产生空气中液体的胶状分散体。

乳化液可以通过摇动在一起或混合两种不混溶的液体来制备。 这会将一种液体分解为胶体尺寸的液滴,然后分散到另一种液体中。 海洋中的漏油可能难以清理,部分原因是波作用会导致油和水形成乳化剂。 然而,在许多乳化剂中,分散的阶段往往会聚结,形成大量滴液并分离。 因此,乳化剂通常由乳化剂稳定,这种物质会抑制分散液体的聚结。 例如,一小块肥皂会稳定水中的煤油乳化液。 牛奶是水中的乳脂,蛋白质储藏袋是乳脂剂。 蛋黄酱是醋中的油乳化液,卵黄脂成分是乳化剂。

凝结方法通过聚集分子或离子形成胶体粒子。 如果粒子的生长超出胶体尺寸范围,则会下降或沉淀,并且不会产生胶体系统。 当水分子聚集并形成胶体大小的粒子时,形成云。 如果这些水粒子聚在一起形成足够大的液体水滴或固体水晶体,它们会在雨,雪橇或雪中从天空沉淀下来。 许多凝结方法都涉及化学反应。 可通过混合含铁 (III) 氯化物的浓缩溶液和热水来制备铁 (III) 氢氧化物的红色胶体悬浊液:

 Eq1

通过降解剂 (如甲醛,氯化锡 (II) 或硫酸铁 (II)) 减少非常稀的氯化金 (III) 溶液,形成了一种胶状金溶剂:

 Eq2

1857 年制备的一些金矿仍然完好无损 (粒子尚未结结结和结清) ,这说明了许多胶体的长期稳定性。

肥皂和洗涤剂

先驱者使用强碱性溶液将脂肪煮沸,制成肥皂,该溶液是用热水从木灰中浸出碳酸钾K 2 CO 3 制成的。动物脂肪含有脂肪酸 (长链羧酸酸) 的聚酯。 当动物脂肪被碳酸钾或氢氧化钠等碱处理时,甘油和脂肪酸的盐类 (如棕榈酸,油酸和铁基酸) 会形成。 脂肪酸的盐被称为肥皂。硬质酸钠盐− 包含不带电荷的非极性碳氢化合物链, C17H35单元和一种离子羧酸根基团(COO 单元)。

肥皂和洗涤剂的清洁作用可以用所涉分子的结构来解释。 肥皂或洗涤剂分子的碳氢化合物 (非极性) 端溶解或被非极性物质 (如油,油脂或污垢粒子) 吸引。 离子端被水 (极) 吸引。 因此,肥皂或洗涤剂分子会被定位在污垢粒子和水之间的接口上,因此它们会充当两种不同物质 (非极性和极性) 之间的桥梁。 这样的分子被称为苯丙基,因为它们具有疏水 (憎水) 部分和亲水 (喜水) 部分。 因此,泥土粒子会作为胶体粒子悬浮,并随时被清洗。

本文改编自 Openstax, 化学 2e, 第 11.5 节:胶体。


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