一种尺度与分散状态

胶体不是某一种化学物质的名称,而是描述物质组织与分散状态的概念。分散的颗粒、液滴或大分子称为分散相,它们所在的连续环境称为分散介质。常见的胶体尺度约为1纳米到1微米,但这是近似范围;细长粒子不必每个方向都落在同一范围内。

普通盐水中的离子处于分子尺度的均匀溶液中;粗泥沙悬浮液容易静置分层。胶体位于两者之间,宏观看似均匀,却可能存在大量微小界面。某些大分子本身就能表现出胶体性质,因此不能把“胶体粒子”一律理解为许多小分子拼成的固体颗粒。

参考:[1] [2]

乳液、溶胶与凝胶有何不同

分散相和介质可以处于不同物态。液滴分散于气体构成液态气溶胶,固体颗粒分散于液体可形成溶胶,而一种液体以小液滴分散在另一种不相溶液体中则形成乳液。以油水乳液为例,油滴仍保留界面,并没有因此变成油分子在水中的普通真溶液。

凝胶的关键则在于贯穿体系的网络及被其容纳的液体。明胶形成的网络与自由分散的油滴不是一种结构。实际食品或材料可能同时含有多种成分和尺度,所以“牛奶”“涂料”等日常名称只能作为例子,不能代替对具体体系的分析。

参考:[1] [2]

为什么不易沉降,又会散射光

液体中的微小颗粒受到周围分子热运动的作用,呈现布朗运动。相对于粗大颗粒,热运动对小颗粒的分布更重要,因而许多胶体在普通观察时间内不容易明显沉降。这是统计行为,不是重力消失,也不表示所有胶体都能永久保持原样。

胶体的另一个常见特征是光散射,光束通过时可能出现可见路径,即丁达尔效应。但散射强弱还取决于粒径、浓度以及颗粒和介质的光学性质。有些体系透明,有些浑浊;仅凭“看起来像溶液”或“出现乳白色”都不足以确定内部组成。

参考:[1] [2] [3]

稳定与失稳取决于界面

颗粒相遇之后是否黏结,与它们之间的吸引和排斥有关。表面电荷及周围离子形成的结构能够提供排斥;吸附的聚合物层也可能阻止颗粒过于靠近。乳化剂则能改变油水界面的性质,减缓液滴合并。保持分散往往是界面条件共同作用的结果。

这些条件改变,胶体便可能聚集、形成絮体或分层。生产涂料时通常希望延缓这类变化,水处理时却可能希望促使细粒聚集,以便随后分离。因此,胶体科学的实际任务不是简单追求“越稳定越好”,而是按用途控制粒径、界面和分散状态。

参考:[1] [2]