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本课件先建立分散系与胶体的概念框架，随后讲解表面张力、表面能、物理吸附与化学吸附、表面活性物质与乳状液，再系统展开溶胶的光学、动力学与电学性质及其稳定性和聚沉，最后介绍高分子溶液的特性、保护作用、膜平衡与凝胶的形成和性质。
第四章胶体溶液
第一节胶体的基本概念均相（单相）非均相（多相）分散系分散系：分散相(分散质)分散介质(分散剂)
一、表面张力与表面能
(2)表面能：物质表面层分子要比内部分子多出一部分能量。表面能(E)等于表面张力(σ)和表面积(A)的乘积，即：E=σ · A对一定量的物体，其表面积和表面能随着分散度的增加而迅速增大。(4 · 1)
物体表面能力有自动降低的趋势。从(4·1)式可知，表面能的降低有两种可能的途径，即自动地减小A或自动地减小σ，或两者都自动地减小。对纯液体来说，一定温度下其表面张力是一个常数，因此表面能的降低只能通过缩小表面积来实现。
(一)固体表面的吸附物理吸附化学吸附固体表面上的吸附按作用力性质的不同，分为物理吸附和化学吸附两类。吸附
(1)物理吸附是固体表面的分子与吸附质分子之间的作用力是范德华力（分子间引力）。这类吸附没有选择性，吸附速度快，吸附与解吸(与吸附相反的过程)易达平衡，但可因分子间引力大小不同使吸附的难易程度不同，在低温时易发生物理吸附。
(2)化学吸附是由于固体表面的原子的成键能力未被相邻原子所饱和，还有剩余的成键能力与吸附的分子或原子间形成了化学键。这类吸附具有选择性，但吸附与解吸都较慢，升高温度可增大化学吸附。物理吸附是较普遍现象，化学吸附通常在特定的吸附剂和吸附质之间产生。
(4)色谱法的优点：能使那些结构相似，熔点和沸点相差不多，利用结晶、分馏等方法无法分离的混合物，能简便、快速、有效的加以分离。
(二)液体表面的吸附和表面活性物质1.液体表面上的吸附液体表面也会因某种溶质的加入而产生吸附。在一定温度下，纯液体的表面张力为一定值，若在纯液体(如水)中加入某种溶质，有两种情况。
(1) NaCl、KNO3等无机盐类以及蔗糖、甘露醇等多羟基有机物溶于水，可使水表面张力稍微升高；(2)肥皂、烷基苯磺酸盐(合成洗涤剂)进入水中，在一定范围内，使水的表面张力显著降低。
表面活性物质：能显著降低水表面张力的物质它所引起液体表面的吸附是正吸附。表面惰性物质：能使水的表面张力升高的物质它所引起液体表面的吸附是负吸附。
2.表面活性物质结构特征：具有两亲性集团是表面活性物质在分子结构上的共同特征。一类是极性基团(亲水基或疏油基)，如―OH、―COOH、―NH2、―SH、―COONa、― SO3Na等；另一类是非极性基团（亲油基或疏水基）如直链或带支链的有机羟基
以肥皂（脂肪酸钠）为例
表面活性物质与生命科学有密切关系。构成细胞膜的磷脂、血液中的某些蛋白质、胆汁中的胆汁酸盐等都是表面活性物质。
(5)乳状液的类型常见的乳状液总有一相是水或水溶液，简称“水”或用字母“W”表示：另一相是不溶或难溶于水的有机液体,简称“油”或用字母“O”表示。凡是油分散在水中称为“水泡油”型乳状液,常以O/W表示；水分散在油中的称为“油包水”型乳状液，常以W/O表示。牛奶、鱼肝油乳剂、农药乳剂等属于O/W型；而油剂青霉素注
形成乳状液的类型主要决定于所使用的乳化剂的性质。当加入水溶性乳化剂，如钠肥皂、乳蛋白等，形成O/W型乳状液；若加入油溶性乳化剂，如钙肥皂、胆固醇等，形成W/O型乳状液。
(6)乳状液的类型鉴别乳状液主要显示分散介质的性质。可用染色法或稀释法来鉴别。
乳状液和乳化作用在医学上有重要的意义。油脂在体内的消化吸收过程中，依赖于胆汁中胆汁酸盐的乳化作用。医药学中乳状液称为乳剂。药用油类常需乳化后才能作为内服药，如鱼肝油乳剂。此外，消毒和杀菌用的药剂也常制成乳剂，如煤酚皂溶液。
第三节溶胶溶胶的特征是：多相性、高分散性和不稳定性。由此导致溶胶在光学、动力学和电学等性质方面具有一系列独特的性质。
一、溶胶的光学性质1869年物理学家Tyndall发现
二、溶胶的动力学性质(一)布朗运动1827年，植物学家布朗(Brown)发现胶粒在介质中作无规则运动。产生的原因：是由于周围分散介质的分子从各个方向以不等的力撞击这些溶胶粒子。因而在每一瞬间粒子所受到的合力方向不断改变，所以胶粒处于不断地无秩序运动状态。布朗运动是溶胶的特征之一。胶粒越小，运动越快，布朗运动越激烈。
(二)扩散胶粒将从浓度大的区域向浓度小的区域运动，这种现象称为胶粒的扩散。浓度差越大，扩散越快。温度愈高溶胶的粘度愈小，愈容易扩散。利用胶粒不能透过半透膜这一性质，可除去溶胶中的小分子杂质，使溶胶净化，净化溶胶常用方法是透析(或渗析)。例如，用于尿毒症的“血透”疗法。
达到沉降平衡所需的时间与胶粒的大小有密切关系，为了加速沉降平衡的建立，使用超速离心机，可使溶胶或蛋白质溶液迅速达到沉降平衡。目前超速离心机广泛用于医学研究中，以测定各种蛋白质的分子量及病毒的分离提纯。
三、溶胶的电学性质(一)电泳
应用：蛋白质、氨基酸和核酸等物质的分离和鉴定方面有重要的应用。例如在临床检验中，应用电泳法分离血清中各种蛋白质，为疾病的诊断提供依据。
(二)胶粒带电的原因1.选择性吸附胶核总是选择性的吸附与其组成相类似的离子。例如，用水解法制备Fe(OH)3溶胶时，反应式为：溶液中部分Fe(OH)3与HCl作用，
Fe(OH)3胶核就选择性吸附与其组成类似的FeO+而带正电荷。2.表面分子离解胶核和介质接触后，表面层上的分子与介质作用而离解，胶核表面便带相反的电荷。例如硅胶，可以离解为SiO32-和H+:H+扩散到介质中去，而SiO32-留在胶核表面，结果使胶粒带负电荷。
胶团结构可用简式表示如下：胶核吸附层扩散层胶粒胶团(三)胶粒的双电层结构
式中，m表示胶核中所含Fe(OH)3的分子数(约为103左右)，n表示胶核所吸附的FeO+离子数，n的数值比m小得多，(n-x)表示吸附层中Cl离子数，X表示扩散中的Cl-离子数。由于,故胶粒带X个单位正电荷。
四、溶胶的稳定性和聚沉(一)稳定性溶胶，是一个聚结不稳定体系。具有相对的稳定性，除了胶粒的布朗运动起到部分稳定作用外，主要有下面两个原因：
(1)胶粒带电带电越多，斥力越大，胶粒就越稳定。(2)水化膜胶团具有水化双电层结构，主要方法有下面几种：
(二)聚沉使胶粒聚集成较大颗粒而沉淀的过程1.加入电解质例如在溶胶中加入少量溶液，析出氢氧化铁沉淀。
使溶胶聚沉的电解质有效部分是与胶粒带相反电荷的离子。实验表明，与胶粒带相反电荷的同价离子聚沉能力几乎相等；当反离子的价数增高时，聚沉能力急剧增加。
例如，、、三种电解质对溶胶（带负电荷）的聚沉能力的比例为：
2.加入带相反电荷的溶胶相互聚沉现象：两种带相反电荷的溶胶按适当比例混合，也能引起溶胶聚沉。用明矾净水就是溶胶相互聚沉的实际应用。
3.加热很多溶胶加热发生聚沉。例如，将溶胶加热至沸，就折出黄色的硫化砷沉淀。
第四节高分子溶液一、高分子化合物的概念高分子化合物(大分子化合物)：相对分子量在1万以上，甚至高达几百万的物质。
天然高分子：蛋白质，核酸，糖原等…生物高分子合成高分子:聚乙烯塑科，合成纤维…
高分子化合物一般具有碳链，碳链由大量的一种或多种小的结构单位连接而成。链节：每个结构单位聚合度：链节重复的次数，以n表示。
例如天然橡胶单位化学式:，又如聚糖类高分子化合物是由许多个葡萄糖单位连接而成，通式可写为高分子化合物是不同聚合度的同系物分子组成的混和物，它的聚合度和相对分子质量指的都是平均值。
各种高分子化合物分子链的长度以及链节的连接方式并不相同，因而有线状和分枝状等类型。不少高聚物常交联聚合成分枝状。
高分子化合物的性质与它的形态有密切关系。高分子链具有柔顺性容易弯曲成无规则的线团状，导致形态不断改变。又具有一定弹性。高分子链的柔顺性越大，它的弹性就越强(如橡胶)。
二、高分子溶液的特性高分子化合物能自动地分散到适宜的分散介质中形成均匀的溶液。属于均相、稳定休系。具有特殊的性质。
（一）稳定性较大高分子溶液比溶胶稳定，在无菌、溶剂不蒸发的情况下，可以长期放置不沉淀。在稳定性方面它与真溶液相似。
高分子化合物具有许多亲水基团，如OH、COOH、NH2，当高分子化合物溶解在水中时，在其表面上牢固地吸引着许多分子形成一层水化膜。
（二）粘度较大高分子溶液的粘度比真溶液或溶胶大得多。由于高分子化合物具有线状或分枝状结构，加上高分子化合物高度溶剂化，故粘度较大。
表4-2 高分子溶液与溶胶性质比较：本页为表格数据，源文件提取到的文字已粘连，暂以文字形式保留，需对照原图人工还原为表格。
高分子溶液的粘度受许多因素的影响，如浓度、温度、时间等。高分子溶液和溶胶的主要性质的异同点归纳于表4-2中。
表4-2 高分子溶液和溶胶性质的比较：本页为表格数据，源文件提取到的文字已粘连，暂以文字形式保留，需对照原图人工还原为表格。
表4-2高分子溶液和溶胶性质的比较
三、高分子溶液对溶胶的保护作用保护作用：在一定量的溶胶中加入足量的高分子溶液，可以显著地增强溶胶的稳定性，当受到外界因素作用时（如加入电解质），不易发生聚沉。
保护作用在生理过程中很重要。血液碳酸钙，磷酸钙等微溶性的无机盐类，以溶胶的形式存在，含量比在水中溶解度提高了近5倍，不聚沉，但当发生某些疾病使血液中的某些蛋白质减少，是形成各种结石的原因之一。
医药上用于胃肠造影的硫酸钡合剂，阿拉伯胶对硫酸钡溶胶起保护作用。
四膜平衡膜平衡和或董南平衡（Donnan）：因高分子电解质离子的存在，引起的电解质离子不均匀分布在膜两侧的平衡状态。
在一定温度下，离子进出半透膜的速度分别与膜内外两侧Na+和CI-浓度的乘积成正比。即进外出内内外，进，出，，
达膜平衡时，进出，且进出，则：外外内内膜平衡的表达式。
若将平衡浓度代入式（4.2），得：或（2-3）
从式（4.3）可知，达膜平衡时，膜外Na+，CI-进入膜内的浓度X，或膜外Na+、CI-进入膜内的分数(也称扩散分数），取决于膜内高分子电解质和膜外电解质的最初浓度c1和c2。
当c1＞c2时，膜内高分子电解质溶液浓度很大时，膜外电解质离子几乎不向膜内渗透。
当时，膜外溶液最初浓度很大，膜外电解质离子约有一半渗入膜内。在膜的一侧存在有不能透过膜的大离子，其结果是造成膜两侧电解质离子不均匀分布。
膜平衡是生理上常见的一种现象。例如:细胞膜相当于半透膜，细胞内的蛋白质和膜外体液中的电解质离子就建立了膜平衡。
第五节凝胶(一)凝胶的形成一定浓度的高分子溶液或溶胶，在适当条件下，粘度逐渐增大，最后失去流动性，整个体系变成一种外观均匀，并保持一定形态的弹性半固体，这种弹性半固体称为凝胶。凝胶在有机体的组成中占重要地位，人体内的肌肉、皮肤、细胞膜、血管壁以及毛发、指甲、软骨等都可看作是凝胶。
形成凝胶的原因是：形成立体网状结构(图4-10)，在网状结构中，介质被包围在网眼中间，不能自由流动，因而形成半固体。由于构成网架的高分子化合物或线性胶粒仍具有一定的柔顺性，所以整个凝胶也具有一定的弹性。冻胶：液体含量高的凝胶，如血块、肉冻；干胶：液体含量低的凝胶，如干硅胶、半透膜等
形成凝胶的条件：首先决定于高分子或胶粒必须具有线形结构，其次与浓度、温度、时间等有关。浓度越大，温度越低，放置时间的延长等都能促进凝胶的形成。
二、凝胶的几种性质（一）弹性弹性凝胶：一类凝胶在烘干后体积缩小很多，但仍保持弹性脆性凝胶：另一类凝胶烘干后体积缩小不多，但失去弹性而具有脆性。
弹性凝胶保持弹性。肌肉、皮肤、血管壁及组成植物细胞壁的纤维素等，脆性凝胶大多数是无机凝胶，它的网状结构坚固，不易伸缩。硅胶、氢氧化铝等，广泛用作吸附剂。
(二)膨润（溶胀）干燥的弹性凝胶放入适当的溶剂中，会自动吸收液体而膨胀，这个过程称为膨润或溶胀。脆性凝胶没有这种性质。
(三)离浆（脱液收缩）新制备的凝胶放置一段时间后，一部分液体可以自动而缓慢地从凝胶中分离出来，凝胶本身体积缩小，成为两相，这种现象称为离浆或胶液收缩(图4-11)。例如血液放置分离出血清，腺体的分泌，淀粉糊放置后分离出液体，都是凝胶的离浆现象。
离浆的实质是胶凝过程的继续。凝胶制品在医药上有广泛的应用，如干硅胶是实验室中带用的干燥剂。在生产和科学研究上，电泳和色谱法常用凝胶作为支持介质。
本章小结多相,高度分散和不稳定性是溶胶的基本特性。溶胶具有Tyndall效应可与溶液区分。
溶胶胶核表面的选择性吸附和胶核表面分子的解离可使胶核带电。这是溶胶稳定的主要因素。加入电解质可破坏其稳定因素而聚沉。电解质中与胶核带相反电荷的离子起主要作用。
表面活性剂：能显著降低水的表面张力的物质。表面活性剂分子中一般都同时含有疏水性基团和亲水性基团。常用的乳化剂是一些表面活性物质，可使乳浊液得以稳定。乳浊液又可分为油包水型（W/O）和水包油型（O/W）。
高分子化合物是由单体缩合或聚合而成，它的相对分子质量是平均值。高分子化合物在形成溶液时先溶胀，再溶解。高分子化合物对溶胶有保护作用。多数高分子能在适当条件下能形成凝胶，凝胶的主要性质为溶胀和离浆。
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