中學化學如何用物理知識理解膠體性質(zhì)

王保玲

在中學化學中，《膠體》這一單元篇幅較短，對膠體的性質(zhì)沒有很詳細地說明原因，一般教學中教師們常采用的處理方法是用生活、生產(chǎn)中常見的膠體及可能出現(xiàn)的實驗現(xiàn)象導出膠體的某些性質(zhì)，然后要求學生記憶這些性質(zhì)，如通過夜空中的一束光柱引出膠體具有丁達爾現(xiàn)象，通過實驗發(fā)現(xiàn)其他膠體存在此現(xiàn)象，從而證明和記憶這一膠體用以區(qū)別溶液的特有性質(zhì)，在教學中并未說明清楚這種性質(zhì)產(chǎn)生的本質(zhì)。這樣做的主要原因是很多教師認為“膠體”的深入理解很難，應當在大學《物理化學》這門學科中透徹學習。但我們應當看到如果學生不能了解產(chǎn)生各種性質(zhì)的原因，則可能導致學生記憶不清，同時難以理解膠體穩(wěn)定性被破壞的原因及產(chǎn)生的結(jié)果。

膠體化學作為化學的一個小分支，在大學中將較詳細地闡述清楚，以學生目前掌握的物理知識，學生能利用物理中的光學、力學和電學知識理解膠體的丁達爾效應、布朗運動和電泳現(xiàn)象，下面分別加以說明。

1.膠體的光學性質(zhì)

如圖1所示，在暗室里，將一束光線透過溶膠，在光束的垂直方向觀察，可以在光透過溶膠的途徑上看到一個光柱，這就是丁達爾效應。

圖1

丁達爾現(xiàn)象的實質(zhì)是溶膠對光的散射作用?？梢姽獾牟ㄩL在400～760nm的范圍，略大于一般溶膠粒子的尺寸。當可見光（電磁波）照射在微粒上時，向各個方向發(fā)射與可見光有相同頻率的電磁波即散射光波。由溶膠的高分散度和多相性，入射光照射在溶膠粒子上，必然會產(chǎn)生散射光。當然，由于分子熱運動引起密度或濃度漲落，會造成光學的不均勻性，產(chǎn)生光的散射。從而使每一個被光照射的膠粒成為一個個“小太陽”，如此在光線上排列一組“小太陽”，形成一條“光的通路”，這就是丁達爾效應。

2.膠體的力學性質(zhì)

溶膠是一種高度分散的多相系統(tǒng)，在熱力學上是不穩(wěn)定的。溶膠會自動聚結(jié)為大粒子，使整個膠體系統(tǒng)遭到破壞。但溶膠能穩(wěn)定地存在，主要原因是溶膠的動力學性質(zhì)。

在物理課中“分子熱運動”這個知識點上就提到過這種動力學性質(zhì)——布朗運動。

圖2

產(chǎn)生布朗運動的原因是分散質(zhì)分子對膠粒的撞擊結(jié)果，受介質(zhì)分子熱運動的撞擊，在某一瞬間，它所受的來自各個方向的撞擊力不會相互抵消，如圖3所示，加上粒子自身的熱運動。因而，它在不同時刻以不同速度、不同方向做無規(guī)則運動。

圖3

溶膠粒子的布朗運動會引起溶膠中分散相粒子的擴散作用。所謂擴散，指溶膠粒子從高濃度區(qū)向低濃度區(qū)定向遷移現(xiàn)象，擴散的推動力是濃度梯度。即膠粒從高濃度處向低濃度處擴散是自發(fā)的。

3.膠體的電學性質(zhì)

在外加電場的作用下，帶電的分散相粒子在分散介質(zhì)中向相反符號電極移動的現(xiàn)象，就是溶膠的電學性質(zhì)——電泳。如圖4所示。

圖4 電泳

產(chǎn)生電泳的主要原因是膠粒是帶電的，即在固液界面層上會呈現(xiàn)帶電現(xiàn)象。究其原因可有數(shù)種，其中之一是固體表面上的物質(zhì)粒子，在溶液中發(fā)生電離，可導致固體表面帶電。固體表面上的帶電離子不論是如何產(chǎn)生的，皆應視其為固體粒子的組成部分，帶電的固體粒子表面由于靜電吸引力的存在（簡稱反離子或異電離子）環(huán)繞在固體粒子的周圍，這樣在固液兩相之間形成雙電層結(jié)構(gòu)。

以KI溶液滴加至AgNO 溶液中形成AgI溶膠（正溶膠）為例，形成的膠核吸附溶液中的過量的NO 離子，而膠粒帶正電荷：

圖5

以上就是在高中階段我們介紹的膠體的三大主要性質(zhì)——丁達爾效應、布朗運動和電泳。如此，以中學物理知識理解化學中的膠體性質(zhì)，不但可以讓學生在理解的基礎(chǔ)上記憶清楚膠體的性質(zhì)，而且可以讓學生真正從本質(zhì)上理解外界某些條件的改變，膠體的穩(wěn)定性被破壞而產(chǎn)生聚沉的原因，還可以在化學教學中復習已經(jīng)學過的物理知識，這是“一舉三得”的好事。

參考文獻：

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