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浅谈胶体化学的发展史

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浅谈胶体化学的发展史

  浅谈胶体化学的发展史

  一.胶体化学的简史与内容

浅谈胶体化学的发展史

  胶体这个名词史由英国科学家 Thomas Graham(1861 年 ) 提出来的。那时近代的分子运动理论才成立,其应用只限于气体。 Graham 最早将此新理论应用于液体体系,他系统地研究物质在液体中的扩散。他用的仪器极为简单,将一块羊皮纸缚在一个玻璃筒上,筒里装着要试验的溶液,并把筒浸在水中。 Graham 用此种装置研究许多物质的扩散速度,发现有些物质,如糖、无机盐、尿素等扩散快,很容易自羊皮纸渗析出来;另一下物质,如明胶、氢氧化铝、硅酸等扩散很慢,不能或很难透过羊皮纸。前一类物质当溶剂蒸发时易于形成晶体析出,后一类物质则不能结晶,大多成无定形胶状物质。于是, Graham 把后一类物质称为胶体( Colloid ),其溶液称之为溶胶。胶体源自希腊文的 κολλα(胶)。

  虽然胶体化学的历史一般皆以 1861 年为开始,其实,在此之前已有一些化学家和物理学家作过胶体的研究,只是较为零星。例如,意大利化学家 Selmi ( 1845 年)曾制备了氯化银、硫和普鲁士蓝在水中的假溶液,这些溶液外观透亮或微呈混浊。他认为溶液中分散的质点比通常的分子来得大。 Faraday ( 1858 年)曾制得红色的金溶液,并发现溶胶对光有散射作用,此即所谓的 Tyndall 效应。 Faraday 制备金溶液时,十分强调所用器皿与药品必须非常干净。经他仔细制得的金溶胶保存到 20 世纪二十年代才沉淀出来。

  在人类的生产实践中,胶体的应用可以追溯到更早,几乎和人类的文明一样悠久。在有历史记载以前我们的祖先就会制造陶器;在夏禹之时就会酿酒;至少在周朝初期,人们就和用胶;在汉朝已出现用天然高聚物——纤维造出来的纸;在后汉又发明了墨。这些都是胶体应用的生动实例,也充分说明我们的民族时富于创造性的。在古埃及史中有湿木裂石的记载;中古的炼丹家已知道制备金汁,这是悬于水中的微粒金。和许多古代劳动人民的创造一样,这些发明者的姓名现在已不可考。

  在 Graham 之后四十多年,俄国化学家 Benmaph 用 200 多种物质做实验,证明无论如何物质既可制成晶体状态也可制成真溶液,在酒精中则可形成胶体溶液。因此,晶体和胶体并不是不同的两类物质,而是物质的两种不同的存在状态。由扩散慢和不能 透过半透膜这些特性可以推断,胶体溶液中的质点不是以小分子,而是以大粒子的形式分散在介质中。这些胶体溶液在重力场中不沉降或沉降极慢,表面分散的质点额不会很大。总起来讲,胶体质点指的是至少在一个线度上,其大学在 1nm 至 1 μ m 之间的质点,当然这个大小的界线多少带有点人为性。简言之,胶体是指高度分散的分散体,胶体化学则是研究胶体体系的科学。胶体化学与化学的其他分支的不同之处是,后者的研究对象均属小分子,而胶体化学除了分子之外,更注意胶体大小的质点。

  自上述内容可知,胶体的`一个重要特点就是分散的质点和介质之间由很多的相界面。以直径为10nm 的球形质点来说(例如金溶胶或者二氧化硅溶胶),当质点总体积为 1cm 3 时,其面积为 600m 2 ,这是一个相当可观的数目。胶体的许多性质,如稳定性和电学性质等,与界面能有密切关系。因此,对界面性质的研究很早就成为胶体化学的内容。后来表(界)面研究的范围日益扩大,凡事与界面有关连的体系与过程皆成为其研究对象,例如从人工造雨、矿石浮选、染色、防毒、水土保持到吸附与催化等,所以有一段时期胶体化学被称为表面化学。现在我们知道,二者的关系非常密切,但各有侧重。当我们把注意力放在物质的界面特性上,此即表面化学。倘若我们把细分割的物质当成一群质点构成的分散体加以研究,即为胶体化学。

  虽然胶体质点可以是由许多分子组成的,但这并不意味着质点中不能只有一个分子。将明胶溶于水中或将橡胶溶于甲苯,皆分散成单独的分子。这些分子的大小合乎胶体质点的标准。由于大小相近,这些大分子溶液(分子溶胶)与胶体溶液(相胶体)有许多相似的性质

  和相同的研究方法,例如动力性质、光学性质、流变性等,因为这些性质往往只和质点的大小、形状有关,与相界面存在与否却是无关的。因此,大分子无聊化学(包括蛋白质、核酸、多糖化合物等生物大分子)很自然地成了胶体研究的重要内容。但是,此种体系与经典胶体,如胶状金、 As 2 S 3 溶胶也有很多不同之处。以金溶胶为例,金必须加工方能成为胶体;褶子胶体只是暂时稳定,迟早要沉淀出来;将沉淀再悬浮于水中,不能再得到胶状金。甲苯中的橡胶却可长期稳定,不会沉淀;几时蒸干溶剂,得到的固体再溶于甲苯中,又可以得到原来的溶液。换言之,金溶胶是不可逆的,橡胶体系则是可逆的。自热力学观点,前者是不稳定的,后者是稳定的,是真溶液。自质点与介质的亲和性来看,前者为憎液胶体,后者是亲液胶体。

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