膠體中的化學(xué)

清晨，一縷晨光傾瀉而下，在林間留下一條光亮的通路；鹵水滴入豆?jié){，就能結(jié)成豆腐；黃河三角洲的形成，主要是含硅酸鹽膠體的黃河水遇海水中的鹽分發(fā)生了膠體的聚沉……這些現(xiàn)象都離不開(kāi)膠體。膠體的性質(zhì)多種多樣，在生活中的應(yīng)用也不勝枚舉。

?溶液、膠體和濁液的粒度比較示意圖（1厘米=107納米）

分散體系的劃分

——什么是膠體？

在我們生活的環(huán)境中，多數(shù)物質(zhì)是以兩種或兩種以上的純凈物以混合物的形式存在。一種或者幾種物質(zhì)（分散相）分散到另一種物質(zhì)（分散介質(zhì)）中所形成的混合物體系，叫作分散體系，例如鹽水溶液，其中氯化鈉（NaCl）為分散相，水（H2O）為分散介質(zhì)。

根據(jù)分散相粒徑的不同，分散體系可分成3類：粗分散體系（濁液），例如含有泥沙的黃河水，泥沙能夠通過(guò)肉眼觀察到，該體系不能穩(wěn)定地存在，靜止后泥沙會(huì)沉淀，與液體分離；膠體分散體系；分子分散體系（溶液），例如鹽水，氯化鈉可以穩(wěn)定地分散在水中，靜置一段時(shí)間后，上層的口感與底層仍然一樣，說(shuō)明濃度一致。

膠體的分散介質(zhì)可以是固體、液體和氣體，根據(jù)其狀態(tài)不同，可以將膠體分為固溶膠、液溶膠和氣溶膠。

丁達(dá)爾效應(yīng)

——留下光的通路

當(dāng)你在清晨途經(jīng)林間小道時(shí)，可能會(huì)看到陽(yáng)光透過(guò)樹(shù)葉的間隙傾瀉而下的美麗景象?！傲珠g光束”涉及的原理是1869年英國(guó)科學(xué)家約翰·丁達(dá)爾提出的丁達(dá)爾效應(yīng)，即：當(dāng)一束光線透過(guò)膠體時(shí)，從入射光的垂直方向，可以觀察到膠體中出現(xiàn)的一條光亮的“通路”。這里充當(dāng)膠體的是林間的濕潤(rùn)空氣所形成的氣凝膠——霧氣。

?光束穿過(guò)溶液、膠體和濁液的示意圖

我們周圍的可見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍為400～700納米，大于膠體與溶液中的分散質(zhì)粒子直徑。當(dāng)可見(jiàn)光與這些粒子相遇時(shí)，會(huì)環(huán)繞粒子而向其四周散射，形成散射光。我們?nèi)庋劭梢?jiàn)的物體，它的尺寸往往遠(yuǎn)大于可見(jiàn)光的波長(zhǎng)，只會(huì)發(fā)生反射與折射等。

對(duì)于溶液體系，由于其中的粒子尺寸很小，散射光的強(qiáng)度會(huì)明顯減弱。相比之下，粒子尺寸稍大的膠體中光的散射作用更明顯，從而體現(xiàn)為丁達(dá)爾效應(yīng)。至于濁液，由于其粒子尺寸過(guò)大，光的傳播被完全隔斷，完全沒(méi)有光“通路”出現(xiàn)。因此，經(jīng)常通過(guò)丁達(dá)爾效應(yīng)鑒別分散系是否為膠體。

膠體

——從原理到生活應(yīng)用

膠體不帶電，但單獨(dú)的膠體粒子（簡(jiǎn)稱膠粒）是帶有電荷的，帶有正電荷或負(fù)電荷的離子包裹在其外，形成多層核狀結(jié)構(gòu)，而膠粒具體是帶正電還是負(fù)電取決于正負(fù)離子的比例。

?左為帶正電的膠粒，右為帶負(fù)電的膠粒（供圖/朱英潔）

膠體能夠穩(wěn)定的原因，在于膠粒帶有某種相同的電荷互相排斥，同時(shí)膠粒在三維空間的受力不平衡產(chǎn)生的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)也促進(jìn)了膠體的穩(wěn)定，這種運(yùn)動(dòng)被稱為布朗運(yùn)動(dòng)。需要注意的是，膠粒都具備布朗運(yùn)動(dòng)性質(zhì)，但布朗運(yùn)動(dòng)不是膠體特有的性質(zhì)，懸浮的顆粒也會(huì)在液體或氣體中做永不停息的布朗運(yùn)動(dòng)。

由于膠粒的帶電特性，使得膠體容易受到外來(lái)帶電體或外加電場(chǎng)的影響。向膠體中加入其他電解質(zhì)溶液或膠體時(shí)，其中的陰離子（帶負(fù)電荷）或陽(yáng)離子（帶正電荷）會(huì)中和膠體粒子所帶的相反電荷，使膠體粒子聚集成較大顆粒，從而形成沉淀并析出。這一現(xiàn)象稱為聚沉，我們常見(jiàn)的鹵水點(diǎn)豆腐、使用明礬吸附水中雜質(zhì)達(dá)到凈水效果，均是應(yīng)用了膠體的這一特性。喜歡書法的讀者要注意啦，墨水也是膠體，所以不同品類的墨水不要隨意混合，易引起聚沉。

此外，由于膠粒帶電，當(dāng)我們把膠體接入電場(chǎng)后，帶有電荷的膠粒會(huì)在電場(chǎng)的作用下向兩極移動(dòng)，不同電荷量的膠體移動(dòng)速度也會(huì)不同，這一現(xiàn)象稱為電泳。應(yīng)用這一特性可以實(shí)現(xiàn)不同物質(zhì)的分離。

我們生活的每一天都離不開(kāi)膠體——大自然賜予的煙、云、霧和水晶，我們餐桌上的牛奶、豆?jié){，洗手后的肥皂水，有色玻璃制成的墨鏡等。只有充分地了解，才能更好地利用。

布朗運(yùn)動(dòng)示意圖

（責(zé)任編輯 / 張麗靜? 美術(shù)編輯 / 周游）