胶体 - 氢原子百科

胶体（Colloid）是物质存在的一种高分散形式，处于悬浮液和真溶液^[注1]之间的一种过渡状态，属于介稳体系；直径约为1～100nm的粒子均匀分散在分散介质中，构成分散系统，该分散系就称为胶体。^[1]^[2]

胶体是一种混合物，是一种高度分散的多相不均匀体系。^[2]胶体可以通过丁达尔效应鉴别，胶体拥有的多种特性在人类生活中如医药卫生、食品工业、农业中被广泛应用。^[3]^[4]

分散法

分散法是将大尺度的物料分散成胶体粒子，分散法主要有3种方式，即机械研磨、超声分散和溶胶分散。^[5]

凝聚法

凝聚法就是用物理或化学方法使分子或离子聚集成胶体粒子，主要包括化学反应法和更换介质法。这两种方法的基本原则都是由分子(原子或离子)的分散状态凝聚为胶体尺度。^[6]

原胶体实验采用化学凝聚法，利用FeCl3溶液在沸水中水解制备得到Fe(OH)3胶体。Fe(OH)3胶体制备具体实验步骤：将蒸馏水加热至沸腾，向沸水中缓慢滴入氯化铁饱和溶液，继续煮沸至溶液呈红褐色，停止加热，即可得到氢氧化铁胶体。^[7]

分散剂（也称为分散介质）

按照分散剂的不同：^[8]

胶体类别分散质分散剂气溶胶固、液气固溶胶气、固、液固液溶胶气、固、液液

气溶胶

悬浮在气体介质中的固态或液态颗粒所组成的气态分散系统，颗粒大小一般在0.01至10微米之间。它们能作为水滴和冰晶的凝结核(见大气凝结核、大气冰核)、太阳辐射的吸收体和散射体，并参与各种化学循环，是大气的重要组成部分。^[9]

常见的云、烟、雾、霾都是天然的或人为的原因造成的大气气溶胶。^[10]

固溶胶

分散在在固体介质中的气态、固态或液态颗粒所组成的固态分散系统；

常见的有有色玻璃、烟水晶、玛瑙。^[11]

液溶胶

分散在在液体介质中的气态、固态或液态颗粒所组成的液态分散系统。液溶胶也叫溶胶，通过水解和聚合作用，形成的有机或无机的纳米或微米级的粒子。^[12]

常见的有稀牛奶、豆浆、墨水^[13]、淀粉溶液。

分散质（也称为分散相）

按照分散质不同：^[14]

粒子胶体

Fe(OH)3胶体胶粒是由许多Fe(OH)3等小分子聚集一起形成的微粒，其直径在1nm～100nm之间，这样的胶体叫粒子胶体。^[15]

分子胶体

淀粉属高分子化合物，其单个分子的直径在1nm～100nm范围之内，这样的胶体叫分子胶体。由于分子质量大的原因，在某些方面也是表现出与溶胶类似的性质，如扩散慢、不能通过半透膜。^[16]

缔合胶体

利用表面活性剂等双亲分子组装作用可以形成尺寸在胶体分散系的尺寸范围内的组装体，如胶束、囊泡和胶囊等。这种组装体的粒子由于是通过双亲分子间的缔合作用得到的，所以称为缔合胶体。缔合胶体也属于热稳定体系。^[17]

粒子间相互作用

胶体粒子间的相互用作决定胶体的稳定性、流变性质、以及相行为。胶体粒子间的相互作用包括相互吸引力与相互排斥力，通常情况下，相互吸引力为范德华力，而相互排斥力主要包括静电排斥力和位阻排斥力。^[18]^[19]

胶体的性质

胶体的特性可以概括为热力学不稳定性、多相不均匀性、多相分散性、粒子组成和结构的不同一性。^[20]

光学性质

当胶体粒子尺度小于可见光波长(400–760 nm)时，通过胶体的入射光会发生明显的散射现象，在与入射光垂直的方向上，可以观察到散射光即产生一条光亮的通路，称为丁达尔(Dindal)效应。胶体的光学性质是胶体高度分散性和不均匀性的反应。^[21]

丁达尔效应是区分溶液和胶体的最常用的物理方法。^[21]

布朗运动

悬浮在液体或气体中的微粒做不停的、无秩序的运动。胶体的粒子在不停地做无规则运动，这使胶体不容易聚集成质量较大的颗粒而沉降下来，这是布朗运动是胶体具有介稳性的次要原因。^[22]

电学性质

由于胶体本身的电离或胶粒对某些离子的选择性吸附，使胶粒的表面带有一定电荷。在外电场作用下，固-液两相可以发生相对运动，电场作用下胶粒向异性电极的定向移动称为电泳^[23]，这也是胶体具有介稳性的主要原因。

胶体中带相同电荷的胶粒能稳定存在，而胶粒再吸附带相反电荷离子的能力相对较小，吸附的离子容易分离，胶团是电中性的。所以说胶粒是带电的，而胶体则是电中性的。

常见带正电的胶粒：Fe (OH)3、Al (OH)3等；常见带负电的胶粒：土壤胶体^[24]、硅酸胶体等；不带电的胶粒：淀粉胶体^[25]等。

胶体聚沉

胶体在一定条件下、一定时间内稳定，与所带电荷的排斥作用、表面溶剂化作用以及布朗运动有关，胶体颗粒相互聚结进而沉淀的现象称为聚沉。

影响胶体聚沉的条件：

1.加入合适的电解质

2.改变其pH

3.加热

4.长时间放置

5.加入与原胶体粒子带有相反电荷的另一种胶体

^[26]

胶体净水

利用胶体的聚沉性质，可以实现净水的功能。

对于自来水的净化，就是利用明矾（十二水合硫酸铝钾）改变水质的，被广泛应用，当从水库取水并加入明矾搅拌片刻后，就会以肉眼可见的速度清澈起来，这个过程叫沉降。明矾以及高铁酸盐都能通过金属离子水解形成胶体，吸附水中的泥沙以及其他杂质，既能净化水源，还可达到一定的消毒作用。胶体的这种强吸附性在工业上还可用来吸附色素，从而达到褪色的作用。^[27]

胶体的聚沉应用非常广泛，可以说涉及日常生活的大部分领域。在生活中的例子：卤水点豆腐^[28]、三角洲的形成^[注2]^[29]、不同品牌墨水不能混合使用。

农业生产

土壤胶体的存在对土壤结构、酸碱性和保肥能力起着关键作用。土壤胶体带有负电荷，土壤表面附着着大量阳离子，阳离子可以与土壤溶液中阳离子进行交换，从而起到保肥作用。常见土壤胶体有粘土矿物和腐殖质。^[30]

利用胶体的电学性质，还胶体可以应用在静电除尘、电泳电镀；利用电泳将油漆、乳胶、橡胶等粒子均匀地沉积在镀件上。

血液透析

胶体无法通过半透膜，而人体的血液、组织液等都是含水的胶体。临床上，运用血液透析治疗尿毒症等肾功能方面的疾病，用以纠正体内的代谢失衡。透析膜与肾脏中血管壁都是半透膜，利用胶体的弥散作用，能阻止膜两侧的大分子如蛋白质、多肽等物质通过，却能使小分子如各种离子、尿素等在两侧进行物质交换，利用胶体的渗透作用，迅速进行膜两侧的物质交换，缓解肾功能衰竭导致酸中毒、高尿素氮等血液中毒症状。^[31]

胶体的提纯

胶体的提纯最常用到渗析法，其原理和方法：将胶体放入半透膜袋中，再将此袋放入水中，由于胶粒直径大于半透膜的微孔，不能透过半透膜，而小分子或离子可以透过半透膜，使杂质分子或离子进入水中而除去。^[32]

常见胶体

金属氢氧化物：Fe(OH)3胶体、Al(OH)3胶体

金属硫化物：Ag2S胶体、As2S3胶体

硅酸胶体^[注3]、淀粉胶体、蛋白质胶体、豆浆、雾、墨水、涂料、AgI胶体、有色玻璃、果冻、鸡蛋清、血液等

胶体相关概念

分散系溶液胶体浊液分散质粒子直径＜1nm1nm—100nm＞100nm分散质粒子结构分子、离子较多分子的集合体或大分子大量分子聚集处固体或液体颗粒特点均一、透明多数均一、透明，相对稳定不均一、不透明，久置沉淀或分层稳定性稳定介稳性不稳定能否通过滤纸能能不能能否透过半透膜能不能不能实例糖水、食盐溶液氢氧化铁胶体泥水鉴别胶体和浊液通过静置，沉淀的为浊液；胶体和溶液可以用丁达尔效应鉴别

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参考资料 33

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注释

由两种以上物质组成的混合物，是均匀稳定的分散体系，被分散的溶质以分子或更小的质点分散于另一溶剂中。真正的溶液是透明清晰的，而且放置一段时间后，溶质也不会沉至杯底，加以过滤也不能分离它的溶质与溶剂。
胶体的聚沉性质在地理上也有所体现，长三角、珠三角的形成也有胶体的功劳。在河流与大海的交接处，大量泥沙随河流流入海洋时，海水中阳离子与泥沙微粒中所带的负电荷发生中和反应，胶体状态发生改变，泥沙就沉积在出海口，长期的累积就形成了平原与岛屿。
硅酸胶体是液溶胶，其分散质是硅酸颗粒，分散剂是水。乳白色。浓度高时呈胶状。由硅酸钠溶液与弱酸作用或通过碘化媒交换钠离子而成。若向硅酸胶体中加入过量硅酸钠溶液，得到白色胶状沉淀，将沉淀分离出来后在减压下加热蒸发，即制得一种多孔固体硅胶。硅胶是一种常用的吸附剂、干燥剂和催化剂载体。干燥的硅胶吸水后，逐渐由蓝色变为粉红色，加热烘干后重新变蓝，可以重复使用。