物理化学核心教程(第二版)思考题习题答案—第10章 胶体分散系统 下载本文

内容发布更新时间 : 2024/12/26 2:55:24星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

第十章 胶体分散系统

一.基本要求

1.了解胶体分散系统的特有的分散程度、多相不均匀性和热力学不稳定性等三个主要基本特性。

2.了解憎液溶胶在动力性质、光学性质和电学性质等方面的特点,以及如何应用这些特点,对憎液溶胶胶粒的大小、形状和的带电情况等方面进行研究。

3.掌握憎液溶胶在稳定性方面的特点,知道外加电解质对憎液溶胶稳定性影响的本质,会判断电解质的聚沉值和聚沉能力的大小。

4.了解大分子溶液与憎液溶胶的异同点,了解胶体分散系统的平均摩尔质量的多种测定方法。

5.了解凝胶的基本性质和纳米科技的基本内容和广泛的应用前景。

二.把握学习要点的建议

胶体分散系统以其特有的分散程度、多相不均匀性和热力学不稳定性这三个基本特性,使得与一般的分子分散系统或粗分散系统在性质上有很大的不同,主要表现在:动力性质、光学性质和电学性质等方面。不能把憎液溶胶的三个基本特性与它在动力、光学和电学方面的性质混为一谈。

了解憎液溶胶的动力性质、光学性质和电学性质,目的是将它区别于分子分散系统和粗分散系统,利用这些性质可以对胶粒的大小、形状和带电情况进行研究。

大分子溶液与憎液溶胶在组成上完全是两回事,大分子溶液是分子分散系统,是亲液溶胶,仅仅是因为大分子溶液的分子大小与憎液溶胶胶粒的大小相仿,在粒度效应方面有一点共同之处,才放在一起研究,其实两者在光学性质、电学性质和受外来电解质影响方面有很大的区别。大分子是由小分子单体聚合而成的,由于聚合的程度不同,所形成分子的大小也不同,所以大分子物质的摩尔质量只是一个平均值,而且随着摩尔质量测定方法的不同,所得的摩尔质量的值也不同。

纳米科技目前是许多学科的研究热点,采用较多的溶液相制备纳米材料的的方法是类似于制备溶胶的方法,学好胶体分散系统的性质,对纳米材料的研究有很大的帮助。

这一章的计算题不多,主要是掌握憎液溶胶的制备、净化、各种性质以及广阔的应用前景。

三.思考题参考答案

1.憎液溶胶有哪些特征? 答:主要有三个特征:

(1)特有的分散程度。胶粒的大小一般在1-100 nm之间,所以有动力稳定性强、不能通过半透膜、扩散慢和对光的散射作用明显等特点。

(2)多相不均匀性。胶团结构复杂,胶粒是大小不等的超微不均匀质点,胶粒与介质之间存在相界面。

(3)热力学不稳定性。由于胶粒小、表面积大、表面能高,所以有自动聚结以降低表面能的趋势。在制备溶胶时要加适量的稳定剂,这样在胶粒外面就会形成带电的溶剂化层,利用相同电荷相斥的性质,保护胶粒不聚沉。

2.有稳定剂存在时胶粒优先吸附哪种离子?

答:制备溶胶时,一般是将略过量的某一反应物作为稳定剂。胶核优先吸附的是与作为胶核的化合物中相同的那个离子。例如,在制备AgI溶胶时,若用略过量的KI作为稳定剂,则AgI胶核优先吸附I离子,若用略过量的AgNO3作为稳定剂,则AgI胶核优先吸附Ag??离子,利用同离子效应保护胶核不被溶解。若稳定剂是另外的电解质,胶核将优先吸附使自己不被溶解的离子,或转变成溶解度更小的沉淀的那种离子。在通常情况下,胶核优先吸附水化作用较弱的阴离子,所以自然界中的天然溶胶如泥浆水、豆浆和天然橡胶等,其胶粒都带负电。

3.把人工培育的珍珠长期收藏在干燥箱内,为什么会失去原有的光泽? 能否再恢复?

答:珍珠是一种胶体分散系统,其分散相为液体水,分散介质为蛋白质固体。珍珠长期在干燥箱中存放,作为分散相的水在干燥箱中逐渐被蒸发,胶体分散系统被破坏,故失去光泽。这种变化是不可逆的,珍珠的光泽不可能再恢复。通常在珍珠表面要覆盖一层保护膜,保护水分不被蒸发,保护蛋白质不因被氧化而发黄。

4.当一束会聚光线通过憎液溶胶时,站在与入射光线垂直方向的同学,看到光柱的颜色是淡蓝色;而站在与入射光180o方向的同学看到的是橙红色,这是为什么?

答:站在与入射光线垂直方向(即侧面)的同学,看到的是胶粒的散射光。根据瑞利公式,入射光的波长越短,其散射光就越强。所以,蓝色、紫色等短波长的光容易被散射,其散射光主要呈淡蓝色。而对着入射光看的同学,看到的是经散射后的透射光。在白光中,波

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长较短的蓝色、紫色光已大部分被散射掉了,剩下的透射光中主要是以波长较长的黄光和红光为主,所以看到的透射光是橙红色的。

5.为什么有的烟囱冒出的是黑烟,有的却是青烟?

答:在燃烧不完全时,烟囱冒出的烟是黑色的,因为烟灰的粒子较大,属于粗分散系统,对入射光主要发生光的吸收和反射,人们看到的黑色是从大的烟灰粒子上反射出来的光,这种大的烟灰粒子在空气中会很快沉降。当燃烧完全时,从烟囱冒出的灰粒极小,落到了胶体的粒径范围,灰粒的直径已小于可见光的波长,对入射光主要发生散射作用。而短波长的蓝光、紫光的散射作用强,所以散射光主要呈蓝青色,所以看到的是青烟。实际上,看到的呈蓝青色的并不是小灰粒的本身,而是它发出的散射光所形成的光点,要比小灰粒的本身大好几倍。

6.为什么晴天的天空呈蓝色?为什么日出、日落时的彩霞特别鲜艳?

答:太阳光是由七色光组成的。空气中有灰层微粒和小水滴,当阳光照射到地球上时,波长较短的蓝光、紫光容易被空气中的微粒散射,所以蓝紫色的散射光较强,人们看到天空呈蓝色,实际上看到的就是这种散射光。而在日出、日落时,太阳接近地平线,阳光要穿过厚厚的大气层才能被人们看到,在阳光穿越空气层时,其中波长较短的青色、蓝色和紫色光,几乎都被大气层中的微粒散射掉了,人们看到的是散射后剩余的波长较长的透射光,主要以红色和橙色的光为主,所以特别绚丽多彩。

7.为什么表示危险的信号灯用红色?为什么车辆在雾天行驶时,装在车尾的雾灯一般采用黄色?

答: 因为红色光的波长很长,不容易被散射,能传得较远,可以让人在很远的地方就能看到危险的信号。

在雾天,白光中有一部分短波长的光会被微小的雾滴散射,使光线变弱,不可能传得很远,所以用白色灯做雾灯是不合适的。红色的灯光虽然能传得很远,但容易与停车信号混淆。而黄色光的波长较长,不容易被散射,所以用黄色灯来做雾灯比较合适。雾天在高速公路上开车,除了要减速以外,还必须把雾灯打开,让黄色的雾灯很远就能被后面的驾驶员看见,可以防止汽车追尾相撞。

8.为什么在做测定蔗糖水解速率的实验时,所用旋光仪的光源用的是钠光灯? 答:因为在测定蔗糖水解的速率时,主要是用旋光仪测定溶液旋光度的变化,不希望有其他散射等因素干扰。钠光灯放出的是波长单一的、波长较长的黄色光,不容易被散射,光线也比较强,能使实验测定更精确。

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