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1、第十五章凝膠及膜平衡15.1凝膠15.2膠凝作用15.3凝膠的性質(zhì)15.5Donnan平衡2021/8/13第十五章凝膠及膜平衡本章學(xué)習(xí)要求1.掌握凝膠的類型，凝膠的結(jié)構(gòu)類型及其對穩(wěn)定性的影響。2.了解各因素對膠凝作用的影響；了解凝膠的性質(zhì)。3.掌握Donnan平衡及其對膜內(nèi)外離子分布的影響；了解Donnan平衡的應(yīng)用；了解Donnan電勢。2021/8/1315.1凝膠凝膠（gel）是膠體的一種特殊存在形式。是指在適當(dāng)?shù)臈l件下，溶膠(sol)或高分子(macromolecule)溶液中的分散質(zhì)顆粒通過某種作用力相互聯(lián)結(jié)而結(jié)合成一種空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，分散
2、介質(zhì)（液體或氣體）充斥于網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，體系失去流動性，這種體系就稱為凝膠。15.1.1凝膠的類型根據(jù)分散質(zhì)顆粒的性質(zhì)，可將凝膠分為：1、剛性凝膠；2、彈性凝膠。2021/8/1315.1凝膠15.1.2凝膠的結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定性聯(lián)結(jié)分散相顆粒的作用力主要有三種類型：（1）vanderWaals力;（2）氫鍵力;（3）化學(xué)鍵力。相應(yīng)凝膠具有三種結(jié)構(gòu)，其穩(wěn)定性也與聯(lián)接力有關(guān)。2021/8/1315.2膠凝作用凝膠的制備方法有兩種：1、溶脹法：把干凝膠浸到合適的液體介質(zhì)中，通過吸收液體得到凝膠的方法。2、膠凝法：有高分子溶液或溶膠通過降低其溶解度或穩(wěn)定性，使其分散質(zhì)
3、或分散相粒子析出并相互連接成網(wǎng)狀骨架結(jié)構(gòu)而形成凝膠的方法。影響膠凝作用的因素：1、分散質(zhì)顆粒形狀對膠凝作用(gelatification)的影響：分散質(zhì)顆粒對稱性越差，膠凝作用越強(qiáng)。2、分散質(zhì)濃度對膠凝作用的影響：分散質(zhì)的濃度越大，對膠凝作用越有利。2021/8/1315.2凝膠作用3、溫度對膠凝作用的影響：一般情況下，溫度升高溶解度增大，不利于膠凝；溫度降低，溶解度下降，有利于分散質(zhì)顆粒相互聯(lián)結(jié)形成網(wǎng)狀凝膠結(jié)構(gòu)。而線性高分子溶液的溶質(zhì)分子鏈很長，以卷曲的線團(tuán)狀存在，溫度升高時，卷曲的溶質(zhì)分子舒展開來，有利于分子的有序排列和交聯(lián)，而形成凝膠結(jié)構(gòu)。4、
4、電解質(zhì)對膠凝作用的影響：電解質(zhì)對高分子溶液的膠凝作用與鹽析作用有關(guān)，而對溶膠的膠凝作用則與改變膠粒的穩(wěn)定性有關(guān)。2021/8/1315.3凝膠的性質(zhì)15.3.1凝膠的溶脹溶脹是指凝膠在液體介質(zhì)中，吸收液體而膨脹的過程。是彈性凝膠的特性之一。凝膠的溶脹分為兩個階段：（1）溶劑化階段。（2）液體的滲透階段。溶脹作用可以通過測定溶脹度、總體積減小、溶脹壓、溶脹熱、溶脹速率等項目進(jìn)行研究。1、溶脹度溶脹度：單位干凝膠吸收液體的量。其值越大，溶脹作用越強(qiáng)。2021/8/1315.3凝膠的性質(zhì)影響凝膠的溶脹度的因素：（1）凝膠自身的結(jié)構(gòu)；（2）溫度；（3）pH值
5、；（4）電解質(zhì)。溶脹度的測定方法：將質(zhì)量為m0的干凝膠放在溶劑中，達(dá)到吸液平衡后，用離心機(jī)將溶脹物與液體溶劑分離，再稱溶脹后的凝膠質(zhì)量為m1，根據(jù)增加的質(zhì)量來計算溶脹度α。2021/8/1315.3凝膠的性質(zhì)15.3.2脫液收縮脫液收縮：新制得的凝膠，放置一段時間后，一部分液體會自動地從凝膠中分離出來，凝膠本身得體積縮小，乳光度增加的現(xiàn)象，又稱離漿。脫液收縮的原因：構(gòu)成凝膠骨架的顆粒間作用力在繼續(xù)起作用，使凝膠顆粒繼續(xù)定向排列和相互接近，凝膠骨架間繼續(xù)交聯(lián)，甚至骨架變粗，從而排除液體。脫液收縮實際是一種相分離過程。15.3.3凝膠中的擴(kuò)散與化學(xué)反應(yīng)L
6、iesegang環(huán)。2021/8/1315.3凝膠的性質(zhì)15.3.4膠溶作用膠溶：在凝膠中加入膠溶劑（電解質(zhì)）使其形成溶膠的過程。在膠溶作用中，所加電解質(zhì)主要起穩(wěn)定劑作用，即通過化學(xué)反應(yīng)或吸附作用使分散質(zhì)顆粒帶電而分散在介質(zhì)中。2021/8/1315.5Donnan平衡Donnan平衡是指在半透膜的一側(cè)由于存在高分子電解質(zhì)，使小分子電解質(zhì)在膜兩側(cè)擴(kuò)散達(dá)平衡時，濃度分布不相等的狀態(tài)。15.5.1對膜內(nèi)外離子分布的影響若膜內(nèi)是濃度為c1的大分子物質(zhì)RNaZ，膜外是濃度為c2的NaCl，達(dá)到Donnan平衡時，膜內(nèi)外兩側(cè)的NaCl化學(xué)勢相等，平衡時膜外擴(kuò)散
7、進(jìn)膜內(nèi)的NaCl濃度為：2021/8/1315.5Donnan平衡c1RZ-Zc1Na+膜內(nèi)Cl-c2Na＋c2膜外c1RZ-Zc1＋xNa＋xCl-Na＋c2－xCl-c2－x膜內(nèi)膜外開始時平衡時Donnan平衡示意圖2021/8/1315.5Donnan平衡結(jié)論：（1）（2）（3）平衡時膜內(nèi)與膜外NaCl濃度之比為：2021/8/1315.5Donnan平衡若膜內(nèi)是濃度為c1的大分子物質(zhì)RNaZ，膜外是純水，則擴(kuò)散達(dá)平衡時，由水解而生成的NaOH在膜兩側(cè)的化學(xué)勢相等，進(jìn)入膜內(nèi)的H＋濃度為：x=(KWZc1)1/3這種現(xiàn)象稱膜水解。膜水解時膜內(nèi)的p
8、H降低，膜外pH升高。15.5.2對滲透壓法測定高分子電解質(zhì)均相對分子質(zhì)量的影響利用滲透壓法可測均相對分子質(zhì)
