中學化學如何用物理知識理解膠體性質

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、生產中常見的膠體及可能出現的實驗現象導出膠體的某些性質，然后要求學生記憶這些性質，如通過夜空中的一束光柱引出膠體具有丁達爾現象，通過實驗發現其他膠體存在此現象，從而證明和記憶這一膠體用以區別溶液的特有性質，在教學中并未說明清楚這種性質產生的本質。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生各種性質的原因，則可能導致學生記憶不清，同時難以理解膠體穩定性被破壞的原因及產生的結果。

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、布朗運動和電泳現象，下面分別加以說明。

1.膠體的光學性質

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

丁達爾現象的實質是溶膠對光的散射作用。可見光的波長在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

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

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——布朗運動。

圖2

產生布朗運動的原因是分散質分子對膠粒的撞擊結果，受介質分子熱運動的撞擊，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向低濃度區定向遷移現象，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的。

3.膠體的電學性質

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

圖4 電泳

產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帶電現象。究其原因可有數種，其中之一是固體表面上的物質粒子，在溶液中發生電離，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）環繞在固體粒子的周圍，這樣在固液兩相之間形成雙電層結構。

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——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，不但可以讓學生在理解的基礎上記憶清楚膠體的性質，而且可以讓學生真正從本質上理解外界某些條件的改變，膠體的穩定性被破壞而產生聚沉的原因，還可以在化學教學中復習已經學過的物理知識，這是“一舉三得”的好事。

參考文獻：

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