溶膠制備與凈化

為了得到溶膠，我們需要制備與凈化。

由于制備溶膠要求分散質(zhì)以交替狀態(tài)分布于介質(zhì)中，而且這種分散體系能在穩(wěn)定劑存在下能夠穩(wěn)定下來。從粒子大小看，由于溶膠粒子小于可濾出的粒子，而大于一般溶液的小分子，故可采用兩種途徑達到:將大塊物質(zhì)利用膠體磨等手段，磨成直徑0.1-1μm的粒子，即分散法;或使更小粒子凝聚成膠體粒子，即凝聚法。

分散法:可以采取機械研磨，超聲作用，電分散或化學(xué)法等。

凝聚法:使小分子聚集成膠體粒子最簡單的辦法是更換溶劑法，例如將乙醇的硫磺溶液倒入水中，形成硫磺的水溶液;也可以利用化學(xué)反應(yīng)生成難溶性產(chǎn)物。在此，難溶性化合物從飽和溶液中吸出的過程中，使其停留在膠粒大小階段。因為晶體粒子成長決定于兩個因素:晶核生長速度W和晶體生長速度Q，所得粒子分散度與W/Q之比值成正比，那些有利于晶核大量生長而減慢晶體生長速度的因素都有利于溶膠形成(不利于得到大晶體)

用各種方法制得的溶膠都會含有一定的電解質(zhì)分子或離子的雜質(zhì)。這些雜質(zhì)會影響溶膠的穩(wěn)定性，因而需要凈化。一般有兩種方法:

透析法:利用溶膠粒子不能透過半透膜的性質(zhì)，分離出電解質(zhì)。透析時將溶膠裝在透析袋中，并將其放入流水。長時間后，大部分電解質(zhì)穿過膜隨水流去?？梢酝ㄟ^檢查膜外流水中的離子來監(jiān)視透析情況。

超過濾法:膠體粒子可以透過濾紙，用半透膜代替濾紙，在減壓或加壓下使得溶膠過濾，可以將溶膠與其中小分子雜質(zhì)過濾開來。

溶膠一般有三個特征:

習(xí)慣上，把分散介質(zhì)(分散劑)為液體的膠體分散體系稱為液溶膠或溶膠(sol);分散介質(zhì)為氣體的分散體系成為氣溶膠，介質(zhì)為固體時，稱為固溶膠。

液溶膠是指通過水解和聚合作用，形成的有機或無機的納米或微米級的粒子，這些粒子通常帶有電荷，并由于電荷作用，吸附一層溶劑分子，形成由溶劑包覆的納米或微米粒子，即膠體粒子，這些膠體粒子由于帶有電荷而相互排斥，從而能以懸浮狀態(tài)存在于溶劑中，即形成溶膠;膠體粒子由于失去電荷，或者包覆在外圈的溶劑層被破壞，膠體粒子發(fā)生聚合，溶膠發(fā)生固化即形成凝膠。

氣溶膠是指粒徑在納米尺度的固體或液體顆粒漂浮在氣體中，形成的分散體系。如霧靄就是一種氣溶膠，是由固態(tài)納米顆粒漂浮在空氣中形成的。

膠體具有丁達爾效應(yīng)。

由于光的本質(zhì)是電磁波，光與物質(zhì)的作用與光的波長和物質(zhì)顆粒大小有關(guān)。當溶質(zhì)粒子大于入射光波長，發(fā)生光的反射，無丁達爾現(xiàn)象;當溶質(zhì)粒子小于入射光的波長，如膠體溶液，則發(fā)生光的色散而產(chǎn)生丁達爾現(xiàn)象。

因為溶膠的膠粒具有很大的表面積，總是有聚集成更大的顆粒的傾向。當顆粒達到一定程度以后就要沉淀，所以他是不穩(wěn)定的。溶膠中粒子合并、長大這一過程叫做聚沉。聚沉可以有各種原因，其中電解質(zhì)的作用人們了解的最多。

溶膠對電解質(zhì)很敏感，加入極少量的電解質(zhì)就可以引起溶膠聚沉。電解質(zhì)的聚沉能力用聚沉值表示。聚沉值是一定條件下剛剛足以引起某種溶膠聚沉的電解質(zhì)濃度，一般用 mmol/dm3 表示。

研究發(fā)現(xiàn)，決定電解質(zhì)的聚沉能力的是電解質(zhì)中與溶膠電荷相反的離子的價態(tài)，而離子種類則影響不大。

由表可見，一價、二價三價無機離子的聚沉能力的差別。電解質(zhì)的聚沉能力主要由異號離子的價態(tài)決定，價態(tài)越高聚沉能力越大。這一規(guī)律稱為叔爾采-哈迪(Schulze-Hardy)規(guī)則。

兩種電解質(zhì)的混合物對溶膠的聚沉的研究指出，兩種與溶膠粒子相反電荷的離子對溶膠的聚沉作用有時有加和性，有時又是相互對抗的。例如，向As2S3負溶膠中加入少量的LiCl后再加入MgCl2使As2S3聚沉，發(fā)現(xiàn)這時MgCl2用量遠遠大于單獨使用MgCl2。說明鋰離子和鎂離子對于As2S3聚沉作用是彼此對抗的

兩種溶膠僅以某一特定比例混合時才會完全聚沉，將極少量的一種溶膠加入另一種溶膠并不發(fā)生聚沉。具體特定比例的存在原因仍在研究。

從熱力學(xué)的角度來看，溶膠體系不是真正的穩(wěn)定體系。分散相具有極大的界面，因此具有極大的表面能。但是為什么短時間內(nèi)小粒子不會自動合并使得體系能量降低呢?粒子是在不停地做布朗運動，所以重力、沉降、對流都足以使得粒子之間具有許多相遇的機會。早期的工作就注意到帶電是溶膠的穩(wěn)定性的來源，同一種溶膠的膠核粒子帶有同種電荷，包圍著膠核粒子的雙電層會阻礙粒子的充分接近，因而聚沉受到阻礙。另外吸附層中離子的水化作用使得膠體被水包圍，也會阻止膠粒之間的相互接近，因此膠體具有一定的穩(wěn)定性。

氣溶膠化學(xué)又稱大氣氣溶膠化學(xué)或大氣顆粒物化學(xué)，是大氣化學(xué)的重要分支。研究大氣中氣溶膠（顆粒物）的來源、形成、分布、運輸、消除過程中的物理化學(xué)行為，化學(xué)組成的變化，存在狀態(tài)的特性、粒度譜的演變及其與大氣現(xiàn)象的關(guān)系等。許多大氣污染現(xiàn)象都直接或間接與氣溶膠（顆粒物）的物理化學(xué)特性和行為有關(guān)。在污染大氣中通過復(fù)雜的物理過程和化學(xué)反應(yīng)會產(chǎn)生氣溶膠，如光化學(xué)煙霧反應(yīng)產(chǎn)物可生成硫酸鹽、硝酸鹽氣溶膠；二氧化硫愛氣溶膠表面可被催化氧化（因表面含有鐵或錳等過渡金屬）而產(chǎn)生硫酸鹽，或發(fā)生氣相氧化生成硫酸鹽氣溶膠（顆粒物，二次污染物）。后者可能遠距離遷移，在幾百公里上空沉降（干沉降）或被雨水沖刷（濕沉降）抵達地面，從而造成土壤、水體的酸化，影響植物、水生生物的生長，美國東北部、五大湖地區(qū)的酸雨危害，就是由硫酸鹽氣溶膠造成的。我國的燃料結(jié)構(gòu)以煤為主，燃煤產(chǎn)生的二氧化硫和煙塵，已成為大氣污染的普遍問題，二氧化硫轉(zhuǎn)化為硫酸鹽和煙塵顆粒物中有毒有害物質(zhì)的傳播、轉(zhuǎn)化，都會造成環(huán)境與生態(tài)的危害。