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胶体知识四问

1、为什么说胶体具有较大的表面积,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1cm2,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?从微观的角度考査,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。考查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是踉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。所以说,物质的表面积越大,就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制胶体而 不直接用FeCl3溶液跟烧碱溶液反应来制取?

这一制备实验涉及FeCl3与水的1个重要反 应——水解反应。

FeCl3+3H2O 胶体知识四问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400-700 nm,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,可以釆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。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。

根据上述分析可知,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,是利用明矾水解生成Al(OH)3带正电荷的胶粒, 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,这也就是为什么制Fe(OH)3胶体时不能长时间加热的原因。

(责任编辑:化学自习室)
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