胶体化学读书报告

化学生物与材料科学学院

化学工程与工艺

胶体化学读书报告

不经意间，一年的物理化学课程的学习即将结束，这门课对我来说意义深大，

不仅是我的专业知识得到了很大的提高，更重要的是我找到了自己的专业兴趣，李俊杰老师讲课生动且易于理解，在他的淳淳教导下，我进一步端正了自己的学习态度和学习热情，并使自己在文化知识方面取得了很大的提高，现就本学期的胶体化学为主题写得如下一篇读书报告，以总结自己所学的内容。

胶体化学(colloidal chemistry)是研究广义的胶体分散系的物理化学性质的一门科学。1861年Thomas Graham提出“胶体”(Colloid)一词,标志胶体化学的产生。1864年,英国科学家格雷阿姆对胶体进行了大量实验,而且在多方面有开创性地研究,导致建立了一门有系统性的学科———胶体化学。但直到1907年俄国科学家法伊曼才给胶体这个概念以确切的定义。他提出定义：分散质粒子在1nm—100nm之间的分散系，胶体是一种分散质粒子直径介于粗分散体系和溶液之间的一类分散体系，这是一种高度分散的多相不均匀体系。

一．基本胶体知识

1．分类：

1）、按分散剂的不同可分为气溶胶，固溶胶，液溶胶； 2）、按分散质的不同可分为粒子胶体、分子胶体； 2．实例

1）、烟，云，雾是气溶胶，烟水晶，有色玻璃是固溶胶，蛋白溶液，淀粉溶液，肥皂水，人体的血液是液溶胶；

2）、淀粉胶体,蛋白质胶体是分子胶体，土壤是粒子胶体；

3）、常见的胶体：Fe(OH)3胶体、Al(OH)3胶体、硅酸胶体、淀粉胶体、蛋白质、血液、豆浆、墨水、涂料、肥皂水、AgI、Ag2S、As2S3 4)、分类：按照分散剂状态不同分为：

气溶胶——分散质、分散剂都是气态物质：如雾、云、烟 液溶胶——分散质、分散剂都是液态物质：如Fe(OH)3胶体 固溶胶——分散质、分散剂都是固态物质：如有色玻璃、合金 3、胶体的性质体现在以下几方面： 1)、有丁达尔效应

当一束光通过胶体时，从入射光的垂直方向上可看到有一条光带，这个现象叫丁达尔现象。利用此性质可鉴别胶体与溶液、浊液。

2)、有电泳现象

由于胶体微粒表面积大，能吸附带电荷的离子，使胶粒带电。当在电场作用下，胶体微粒可向某一极定向移动。

利用此性质可进行胶体提纯。

胶粒带电情况：金属氢氧化物、金属氧化物和AgI的胶粒一般带正电荷，而金属硫化物和硅酸的胶粒一般带负电荷。

3)、可发生凝聚

加入电解质或加入带相反电荷的溶胶或加热均可使胶体发生凝聚。加入电解质中和了胶粒所带的电荷，使胶粒形成大颗粒而沉淀。一般规律是电解质离子电荷数越高，使胶体凝聚的能力越强。用胶体凝聚的性质可制生活必需品。如用豆浆制豆腐，从脂肪水解的产物中得到肥皂等。

4、胶体的应用：

胶体的知识与人类生活有着极其密切的联系

1)、土壤里发生的化学过程。因土壤里许多物质如粘土、腐殖质等常以胶体形式存在。

2)、国防工业的火药、炸药常制成胶体。

3)、石油原油的脱水、工业废水的净化、建筑材料中的水泥的硬化，都用到胶体的知识。

4)、食品工业中牛奶、豆浆、粥都与胶体有关。

总之，人类不可缺少的衣食住行无一不与胶体有关，胶体化学已成为一门独立的学科。

5、实验室简单胶体的制备

Fe(OH)3胶体制备:将25毫升的蒸馏水加热至沸腾，再逐滴加入1-2毫升的饱

和氯化铁溶液，继续煮沸至溶液呈红褐色。

FeCl3+H2O = Fe(OH)3(胶体)+3HCl

二、胶体的制备方法

制备溶胶的必要条件是要使分散质粒子大小在lnm～100nm之间。由于溶胶

是热力学不稳定体系，在制备过程中还要加入稳定剂（如电解质或表面活性物质）。制备方法原则上有两种，一是使固体颗粒变小的分散法，一是使分子或离子聚结成胶体的凝聚法。

常用的分散法有研磨法、胶溶法等。研磨法是把粗颗粒的固体放在胶体磨中研细，在研磨的同时要加入明胶等稳定剂。胶溶法是通过向新生成并经过洗涤的沉淀中加入适宜的电解质溶液作稳定剂，再经搅拌，使沉淀重新分散成胶体颗粒而形成溶胶，这种过程称为胶溶作用，如在新生成的Fe（OH）3沉淀中，加入少量FeCl3稀溶液可制得Fe（OH）3溶胶。

凝聚法有多种方法，应用也比分散法广泛，主要可分为化学反应法、改换溶剂法等。所有反应，如复分解、水解、氧化还原、分解等，只要能生成难溶物，都可以通过控制反应条件（如反应物浓度、溶剂、温度、pH、搅拌等）用来制备溶胶，这些被称之为化学反应法。例如：

（1）利用水解反应

教材中介绍的Fe（OH）3溶胶的制备，利用的就是FeCl3的水解反应：

FeCl3（稀溶液）＋H2O --Fe（OH）3（溶胶）＋3HCl 如果将碱金属硅酸盐类水解，则可制得硅酸溶胶：

Na2SiO3（稀溶液）＋2H20--H2SiO3（溶胶）＋2NaOH

（2）利用复分解反应

可用稀的AgNO3溶液与稀的KI溶液的反应来制备AgI溶胶：

AgNO3（稀溶液）＋KI（稀溶液）--AgI（溶胶）＋KNO3

（3）利用分解反应

把四羰基镍溶在苯中加热可得镍溶胶：

Ni（CO）4--Ni（溶胶）＋4CO

（4）利用氧化还原反应

把氧气通入H2S水溶液中，H2S被氧化，得硫磺溶胶：

2H2S（水溶液）＋O2--2S（溶胶）＋2H2O

关于改换溶剂法则是利用一种物质在不同溶剂中溶解度相差悬殊的性质来制备溶胶，如把松香的酒精溶液滴入水中，由于松香在水中溶解度很低，溶质以胶粒大小析出，即形成松香的水溶胶。

无论采用哪种方法，制得的溶胶常含有很多电解质或其他杂质，除了与胶粒表面吸附的离子维持平衡的适量电解质具有稳定胶体的作用外，过量的电解质反

而会影响溶胶的稳定性。因此，制备好的溶胶常常需要作净化处理，最常用的净 化方法就是渗析。

三、胶体科学的现状

胶体科学正在受到前所未有的重视，一方面是因为其研究的领拓宽了，不仅仅局限于胶体领域，而已经延伸至悬浮体这一广泛的概念，包括界面、表面和分散体等体系和现象.另一方面是因为各种产品的研究、开发，及其性能的进一步提高，必然涉及到胶体科学.随着胶体科学的进展，研究胶体科学的手段也在不断改进，包括电、声、光(包括中子、X射线)、磁及流变方法，研究的层次也更加深入，由静态流变走向动态流变、电流变，由稀分散系走向浓分散系，由静态光散射走向动态光散射，由广角散射走向小角散射，探测媒体由光、无线电波走向中子、X射线，并引入超声、强磁、微重力来探索分散体的微结构.研究从注重实验走向了实验和理论相促进的方向，并且更注重理论研究.同时，引入了计算技术，将目前广泛应用的源于物理上裂变物质的中子随机扩散模拟的MonteCaxlo技术应用于胶体结构的分析和界面物质分布的模拟，作为检验和改进模型的依据，并引入分子动力学方法(MD)、统计力学、数学方法等来进行预测和分析.因此说胶体科学是一门涵盖范围极广、研究方法众多的科学。 四．贴近生活的胶体化学

我们生活的环境中也存在着许多胶体分散体系.就拿我们最讨厌的烟尘来说,它们就是固体分散在气体(空气)中形成的分散体系.工厂产生的烟尘是造成大气污染的主要祸首,美国化学家柯曲尔根据胶体化学原理,即电荷可以使胶体质点(烟尘)沉积下来的原理,在工厂的烟囱和除尘室中装置一个金属尖端,它与高压电相连.烟尘通过金属尖端时便带上了电荷,带电的烟尘再与装在烟囱或除尘室内壁的带相反电荷的金属板接触,被吸引在金属板上而沉积下来,于是大量的烟尘便被除去了。雾是液体(小水珠)分散在气体(空气)中形成的胶体分散体系,也可以用电荷把它破坏.利用飞机撒播带电的沙粒,首先将空气中的湿气凝结成雾,然后再将雾凝结为细雨,这曾经启发了人工降雨的实施。煤是当前主要的燃料之一,可是,从煤矿将煤运到使用的地点,需要耗费火车、轮船、汽车等大量运力,不像石油那样可以用管道输送.胶体化学家设想,有朝一日煤也能用管道运输,这种设想是把煤研成细粉,把它们分散在矿物油里,加入稳定剂便成了一种胶体分散体系,就可用管道运输.

第二篇：读书报告-胶体知识的应用

浅谈胶体知识的应用

——物理化学读书报告

目录

一、胶体理论在造纸方面的应用 3

1.1胶体理论在造纸蒸煮过程中的应用 3

1.2胶体理论在造纸洗涤过程中的应用 4

1.3胶体理论在造纸抄纸过程中的应用 4

1.4胶体理论在废水处理过程中的应用 5

二、胶体在造纸在生命科学研究中的应用 5

2.1、胶体在临床医学中的应用 6

2.2、胶体在酶研究中的应用 6

三、胶体在食品工业中的应用 6

3.1胶体可以使食品中分散体系稳定 6

3.2胶体对维持和改善食品组织结构起着重要作用 7

四、胶体化学在航天技术中的应用 8

4.1与液体推进剂相比，胶体推进剂的优点 8

4.2与固体推进剂相比，胶体推进剂的优点 8

参考文献 10

浅谈胶体知识的应用

摘要：

胶体在人们的生活中起了越来越重要的作用。人们对胶体的研究也越来越透彻，逐渐形成了胶体化学这一科学门类。本文介绍了胶体在人类社会中的应用，主要从造纸、生命科学研究、食品工业以及航天技术方面进行阐释。

关键字：

胶体化学 应用 工业

导语：

1861年，英国化学家格雷厄姆在研究不同物质在水中的扩散速度时发现有两类物质，他把扩散速度慢的、不易结晶的、易成粘稠状的一类物质成为胶体。虽然后来发现这种分类方法并不科学，但是“胶体”这一概念沿用至今。直到1907 年俄国科学家法伊曼才给胶体这个概念以确切的定义。他提出胶体是物质处在粒子大小为1~ 100 nm 之间的分散状态。而今, 胶体化学的应用已渗透到很多领域, 如造纸、食品加工、航天等工业。

一、 胶体理论在造纸方面的应用

胶体化学是一门应用极为广泛的边缘学科。其在造纸工业中的应用也越来越引起造纸工作者的重视。运用胶体化学理论来认识和分析制浆造纸中的蒸煮、洗涤、漂白、抄纸、废液处理过程是一个全新的课题。对于制浆造纸中现存的一些问题, 从胶体化学的角度可以得到很好的解决。

1.1胶体理论在造纸蒸煮过程中的应用

从胶体化学的观点来看, 制浆过程是将大块植物原料分散成纤维素分散体的过程 。在蒸煮过程中, 蒸煮液的有效成分应充分进入原料内部。在浸透过程中, 存在两个作用: 其一是毛细管作用, 主要是靠压力差通过导管或管胞( 或纤维) 胞腔进行。毛细管浸透率与毛细管半径的四次方成正比, 与压力差成正比, 与蒸煮液粘度成反比。在纤维原料水分含量低时, 排除原料毛细管内的空气后, 浸透加快。试验证明, 沿纵向的毛细管浸透率比横向大得多。其二是扩散作用, 靠浓度差使蒸煮液中的离子扩散浸入原料内部。在纤维原料水分含量高至纤维饱和点( 即毛细管完全被水充满) 时, 离子浸透到原料中心的过程就主要靠扩散作用进行了。扩散作用取决于有效毛细管截面积, 试验表明, 在碱法蒸煮中, 木材发生内部润胀,碱液在纵向和横向上的扩散几乎一样, 因而浸透速率相近。

1.2胶体理论在造纸洗涤过程中的应用

从胶体化学的观点来看, 纸浆与废液组成的是一种液态非均相系。由于含水纸浆与黑液的密度相差较小, 往往采用过滤的方法分离。过滤是利用有许多毛细空道的浆层作介质, 在浆层两侧压强差的推动下, 使洗涤液与悬浮固体 纤维分离。扩散过程为物质的传递过程。纸浆的扩散洗涤即是利用浆中残留废液浓度大于洗涤液的浓度的差别, 使纤维壁内外废液中的溶质分子自动移向水中, 水分子也向纤维运动以进行置换, 这就是分子扩散作用。

1.3胶体理论在造纸抄纸过程中的应用

从胶体体系方面认识造纸化学较为容易, 例如, 大多数胶体体系可分成疏液的和亲液的两种体系 , 下面是这两种体系的主要特性。疏液系统的特性: 粒子的悬浮- 非溶液体系; 溶剂和粒子间的吸引力或亲和力较小; 体系不稳定导致聚集; ¼ 界面存在有强烈地影响体系行为的粒子和悬浮介质。亲液系统的特性: 高分子的真溶液或者小分子的聚集; 溶剂和离子间的强烈吸引; 粒子与介质间无真正的分解面。如果分散介质是水时, 可相应的称其为疏水和亲水胶体体系 。由于造纸体系的分散一般是在水介质中进行的, 所以造纸系统中的分散胶体体系也可称为疏水体系和亲水体系。

a.下面列出了造纸湿部中一些典型的胶体体系。

疏水胶体体系: 分散在水中的颜料; 分散在水中的细小纤维; 分散在水中的松香胶粒; 分散的松香施胶液。

亲水胶体体系: 溶于水的淀粉; 溶于水的胶粒; 溶于水的半纤维素; 溶于水的表面活性剂、分散剂、湿润剂; 溶于水的助留剂、助滤剂以及成形助剂。

其中有两种亲水胶体是非常重要的, 第一种是助留剂和助滤剂、干强剂和湿强剂, 它们会影响亲水物质的行为。第二种则是缔合化合物如湿润剂、表面活性剂、消泡剂和分散剂。一般造纸系统中, 色料和细小纤维与水是可湿润并可作用的物质, 但实际上, 细小纤维表面通常被覆盖着一层纤维素和半纤维素形成的凝胶。即使是松香粒子分散后与水反应达到一定的程度也是不可能形成非常稳定的胶体分散体系的。对此问题的另一种看法是对单个粒子也可湿润, 在其表面上可吸附一定的水, 但它仍然是具有疏水特性的分散体系 。

b.胶体颗粒变大聚集形成聚集体是引起胶体不稳定的主要原因, 胶体颗粒聚集可分两种: 一种是凝聚, 另一种是絮聚。

凝聚作用是指造纸湿部配料中许多细料固体颗粒形成丛状、串状的聚集体, 在这种聚集中, 细料固体颗粒仍保持其个体身份, 但在动力性质上失去了独立性, 整个凝聚体作为一个运动单元。由于它们不是融合成新的细料固体大颗粒, 所以其比表面积没有减少, 虽然在细料固体颗粒的接触处表面会连接在一起, 但在凝聚体中细料颗粒之间的结合较弱, 所以凝聚过程是可逆的, 加入胶溶剂可使其重新分散。

另一种是絮聚作用, 它是指两个或多个细料固体颗粒聚集后融合成一个新的大的细料颗粒,伴随着的是比表面积的减少, 这时体系的比表面自由能明显地降低, 如分子为长链状的聚合电解质吸附到纤维或细料固体粒子的表面上时通过桥联和嵌镶两种机理使细料固体粒子与纤维所发生的絮聚。由此产生的絮聚物能经受较高的水的剪切力, 即结合是强的, 絮聚过程是不可逆的。

1.4 胶体理论在废水处理过程中的应用

废液主要由有机物和无机物组成, 其中有机物是产生热值的主要能源。根据制浆原料和生产工艺条件的不同, 废液固形物中有机物与无机物的组分比例也不同, 一般黑液的有机物约占65%~ 70%, 无机物占30%~ 35% , 红液的有机物约占85% ~ 90%, 无机物占10% ~ 15% ( 均为质量分数) [13] 。由于黑液中存在各种胶体物质, 在一定条件下具有胶体性。当黑液中有效碱含量占固形物的1. 14% 以上时, 碱木素完全溶解于黑液中,呈水胶体状存在, 不发生沉淀; 但当有效碱含量低于0. 71% 时, 碱木素胶体的稳定性大大降低, 很容易从黑液中沉淀出来。在蒸发过程中, 随黑液浓度的提高, 由于失水和盐析作用, 部分碱木素胶体受到破坏, 也会发生局部沉淀现象。因此, 可从半浓黑液中分离出较多的皂化物。

二、 胶体在生命科学研究中的应用

几十年来胶体化学的理论和应用获得了很大的发展, 并已深入到制药学、生理学、临床医学和生物医学工程等医药学领域的许多方面在目前正在着力研究并己获得很大发展的某些交叉领域中, 胶体化学更是发挥了重要的作用。

2.1、胶体在临床医学中的应用

a. 人工肝：实质上是一个装满吸附剂的血液灌流器, 它利用吸附剂的吸附作用清除毒物关键是吸附剂的选择现主要有包膜活性炭、树脂和氧化淀粉等。对固一液界面吸附的深入研究将提供更好的医用吸附剂。

b. 人工肺：目前大多为膜式人工肺, 以含吸附剂的水溶液为内相, 分散在有机碳氟化合物的连续相中形成油包水型液膜, 再将充满的液膜分散到血液中形成无数微滴, 在微滴一血液界面上实现与的交换以模拟肺泡的功能。气体交换发生在无数小液滴表面, 这样使表面积增大, 效率相应提高。这种膜结构能避免供氧时蛋白质与大量直接接触而在血一气界面上发生变性。

c. 胶体治疗最主要的作用是补充血容量，手术过程中使用后可以减少对异体输血的需求量。而今血液需求紧张，如何能减少血液的使用量正是医学界最关心的问题之一，血液稀释是临床应用最多的方法之一，其中又以急性高容量血液稀释的优越性高，而胶体作为良好的容量扩充剂就在普外科得到了广泛的应用。

2.2、胶体在酶研究中的应用

生物体内几乎所有的化学反应都是由酶催化的。对酶催化机理的研究将对人类医药等各方面的飞跃提供巨大的帮助。胶束模拟酶便是一个初步尝试。胶束在水溶液中提供疏水微环境, 可以对底物进行束缚, 类似于酶的结合部位。如果再将一些催化基团共价或非共价地接在或吸附在胶束上, 就有可能提供活性中心, 使胶束成为具有酶活性或部分酶活性的胶束模拟酶。但它和酶还有本质上的差别, 胶束在许多反应中起的作用更类似于相转移作用。

总之, 胶体化学作为物理化学的一个分支将对生命科学等自然科学的发展起越来越重要的作用。

三、 胶体在食品工业中的应用

3.1胶体可以使食品中分散体系稳定

乳化、稳定性食品胶添加到食品中后，体系黏度增加，体系中的分散相不容易聚集和凝聚，因而可以使分散体系稳定，可用于果汁饮料、啤酒泡沫、糕点裱花等食品体系的稳定。在食品中能起乳化作用的食品胶或亲水胶体并不是真正的乳化剂，作用方式也不是按照一般乳化剂的亲水－亲油平衡机制来完成的，而是以好几种其他方式来发挥乳化稳定功能，但经常是通过增稠和增加水相黏度以阻止或减弱分散的油粒小球发生迁移和聚合倾向方式来完成的。有些食品胶，如阿拉伯胶和明胶也可以通过保护、覆盖胶体的作用方式达到稳定乳化的功能，即胶粒被体系吸收后在分散的小球粒或颗粒周围形成一覆盖膜层，并将电荷表面均匀分配给覆膜颗粒使其相互排斥而形成分散的稳定体系。也有一些亲水胶体能起到表面活性剂的作用，可以降低体系的表面张力以达到乳化稳定的功能。

3.2胶体对维持和改善食品组织结构起着重要作用

a. 淀粉及变性淀粉（化学改性胶）是当今世界上使用量最大的一种多糖。淀粉也是多糖类食品胶，一般也具有增稠、胶凝等作用，但它除去部分抗消化性淀粉外都不属于膳食纤维，也就是说淀粉应用于食品中不具有膳食纤维的功能，并且其含热量很高。

b. 卵磷脂是食品乳化剂，适用于水包油或油包水的乳化体系。食品多是水包油型胶体，乳化剂的HLB值大于6时才能提供较好的乳化效果，而卵磷脂的HLB值为7，故具有均衡的亲水和亲油性，适用性广泛；卵磷脂是有效扩散溶液表面活性剂和许多粉状或粒状食品的润湿剂，在食品中加入适量的卵磷脂可以达到速溶效果； 卵磷脂具有防止或减缓食品结晶的作用。如果在含糖或油脂的食品中，加入0．5％的卵磷脂，会改善食品的晶体结构或食品质地；在富含直链淀粉的食品中加入少量卵磷脂，可起到防止淀粉老化的作用；卵磷脂作为防粘分离剂，可使产品与产品加工机械、产品与产品包装之间不粘连，从而减少产品损失，有助于机械设备清洗。

此外，食品胶也作为脂肪取代物较广泛地应用于低脂食品、疗效食品和保健食品的生产中。

　 作为被膜剂和胶囊许多食品胶可用作被膜剂，它们可被覆盖于食品表面，可以在食品表面形成一层保护性薄膜，保护食品不受氧气、微生物的作用，起保质、保鲜、保香或上光等作用。

胶体在食品工业中的应用及其广泛，有着无可替代的地位。对食品的加工及其品质都有极大的影响，其中以蛋白质胶体最为重要。至今食品胶体以发展成为一门独立的学科，研究其对食品工业的前途有重大的意义。

四、 胶体化学在航天技术中的应用

　 目前,国内外火箭、导弹都以固体或液体化学推进剂为动力,但它们各有优缺点。固体推进剂密度大,易贮存和运输,使用维护方便,但固体推进剂比冲较低且不能调节燃速,不能多次启用。液体推进剂比冲高,能在导弹飞行过程中调节推力,能多次启用,但液体推进剂密度小,易燃,易爆,有毒,安全性低。掺加胶凝剂的胶体推进剂则兼具液体推进剂和固体推进剂的优点,又克服了它们的缺点,是一类值得推荐的、未来航天器所用的优良推进剂。

4.1与液体推进剂相比，胶体推进剂有很多优点：

a. 密度增大。可以减少起飞重量。

b. 粘度增大。液氢中加10%～15%乙烷,粘度增加1. 5～3. 7倍,粘度增大可减少泄漏带来的危险,降低贮箱气密要求,增加贮存和使用的安全性。尤其是胶体推进剂独特的触变性,使它在暴露于空气中时表面易形成硬壳,可减少液面晃动,不易溅洒,并可减少飞行时液面晃动产生的不利影响。

c. 提高比冲。可提高飞行速度，增加有效载荷。

d. 降低液氢的蒸发速率。降低蒸发速率可减少贮存、运输期间的蒸发,可节省燃料,降低成本,还有利于环保。

e. 减少液面晃动。有利于飞行器的姿态控制，同时对飞行器结构强度有好处。

4.2与固体推进剂相比，胶体推进剂的优点是：

a. 胶体推进剂在一定压力下有一定的流动性,因而能在飞行过程中调节流量、调节推力,还可做到多次启动。推力调节可对一系列负载和环境变量进行最大加速级的控制,降低对一定类型导引头和制导系统的要求。

b. 处理胶体推进剂在成本上、人员危险程度上要比处理液、固体推进剂小得多。

结语：

以上是从造纸技术，生命科学研究，食品工业和航天技术方面对胶体的应用做了综述。胶体的应用非常广泛，在日程生活，农业生产、环境科学研究、石油工业、蓄电池等领域都有着很重要的应用。相信随着科学的进步，胶体的应用还会更加广泛，胶体与人类的关系会更加密切。

参考文献：

[1]侯新朴.《物理化学》.人民卫生出版社

[2] 张世杰, 韩 卿, 张效林, 刘焕彬. 胶体化学的发展及其在造纸工业中的应用.造纸化学品，2004（4）

[3]李友明. 胶体在普外科中的应用.医护论坛,2011(7)

[4]高劲松. 胶体化学对生命科学的作用

[5]高亚荣.胶体及其在食品中的应用

[6]高月英.胶体推进剂——胶体化学在航天技术中的应用.大学化学.2006(2)