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发布时间:2020-10-07 10:19:37

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作者:朱焰、姜洪丽、申世立 主编

出版社:化学工业出版社

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医用化学

医用化学试读:

前言

《医用化学》在多年使用过程中,受到了广大师生的一致好评,普遍反映本教材的内容与章节编排合理,文字叙述深入浅出、简明扼要,特色性突出。第二版教材继续延续了这一风格特色,在第一版内容基础上,对具体章节内容做了修订或修正。此外,补充“第十七章 萜类化合物”的内容,从而使医用化学的体系更加完整。

本次编写与修订由山东第一医科大学负责完成,具体分工如下:申世立编写第一章、第二章;孙立平编写第三章;侯超编写第四章、第五章;林晓辉编写第六章、第七章、第十章;姜洪丽编写第八章、第九章;王玉民编写第十一章、第十二章;朱焰编写第十三章、第十六章、第十七章;陈震编写第十四章;葛燕青编写第十五章;曹晓群编写第十八章。

在此,感谢《医用化学》第一版所有编委和编写人员的辛苦付出!感谢使用并对本次修订工作提出宝贵意见的各位老师和同学!由于编者水平有限,书中疏漏之处在所难免,恳切期望广大师生批评指正。编 者2019年3月第一版前言《医用化学》是医学类专业重要的基础课。有些医学相关专业文理兼收,学生的理科功底差别较大,因此迫切需要适合新时期学生特点的《医用化学》教材,以解决现有《医用化学》教材内容多、理论深度大、与医学相关知识结合不太紧密的问题。

本教材是将传统的无机化学、分析化学、有机化学、物理化学、结构化学等课程中与医药关系密切的内容有机整合而成的一门化学基础课程,主要包括无机化学和有机化学两个部分。无机化学部分主要讲述溶液,电解质和缓冲溶液,氧化还原反应和电极电势,原子结构、共价键和分子间作用力,配合物;有机化学部分主要讲述各类有机化合物的命名、性质、结构特点及常用鉴别方法,删去了有机合成、反应机理等与医药学专业联系不十分紧密的内容。本教材淡化了化学知识本身的系统性,降低了化学理论难度,加强与医药的联系点,突出创新性和适用性。编写过程中努力体现“反映特色,加强基础,注意交叉,够用为度”的现代课程建设理念。

本教材适用对象主要以医学相关专业学生为主(不包括临床医学),如护理、医学影像、康复医疗、针灸推拿、应用物理、生物医学工程、医学检验、法医、卫生管理、医学信息等专业。本教材由泰山医学院与德州学院共同编写,分工如下:宋新峰编写第一章、第二章;孙立平编写第三章;侯超编写第四章、第五章;林晓辉编写第六章、第七章、第十章;姜洪丽编写第八章、第九章;王玉民编写第十一章;朱焰编写第十二章、第十三章;陈震编写第十四章;葛燕青编写第十五章;曹晓群编写第十六章、第十七章。

为了加强实验教学,医用化学实验单独成书,不再列在理论教材后面。

本书在编写时参考了部分已出版的高等学校教材和有关著作,从中借鉴了许多有益的内容,在此向有关的作者表示感谢。同时感谢化学工业出版社在本书出版过程中所给予的支持和帮助。

由于编者水平有限,本书难免存在疏漏和不当之处,恳切希望广大读者批评指正,以便本书重印或再版时改正。编 者2015年3月第一章 溶液

溶液属于一种或几种物质分散在另一种物质中所形成的分散系,根据分散相粒子的直径的不同,可分为真溶液和胶体溶液。真溶液粒子直径小于1nm,胶体溶液的粒子直径则在1~100nm范围。它们与科学研究和生命活动关系密切,人体内的组织间液、血液及各种腺体分泌液都属于溶液,许多生理活动都在溶液中进行。溶液的相关知识是医学及相关专业学习和工作的基础。第一节 溶液的组成量度

溶液的组成量度是指一定量的溶液或溶剂中所含溶质的量,以前称为浓度。从1983年开始,“浓度”一词指物质的量浓度,是溶液的组成量度中常用的表示方式。溶液中溶质和溶剂的相对含量将影响到溶液的性质。给患者输液或用药时,必须规定药液的量度和用量。因为药液过稀,就不会产生明显的疗效,但药液过浓反而对人体有害,甚至会危及患者的生命安全。所以,溶液的组成量度是溶液的重要特征。

物质的量和质量是国际单位制(SI)规定的两个基本物理量,质量的SI单位为千克(kg),而物质的量的SI单位是摩尔(mol)。之前12SI规定:“一摩尔任何物质所含的基本单元数与0.012kg C的原子数12相等”。0.012kg C中含有的原子数为阿伏伽德罗常数N,约为A23-16.023×10mol。也就是说,一摩尔任何物质均含有N个基本单A元。2018年11月第26届国际计量大会(CGPM)对“摩尔'”进行了23重新定义:l摩尔精确包含6.02214076×10个基本粒子。该数即为以-1单位mol表示的阿伏伽德罗常数N的固定数值,称为阿伏伽德罗常A数。

在使用摩尔时应指明基本单元,如原子、分子、离子、电子或其他粒子的特定组合。世界卫生组织建议:①凡是已知分子量的物质在人体内的含量,都应当用物质的量浓度单位取代旧单位制所表示的质量浓度单位;②人体体液中有少数物质的分子量还未精确测得,可以暂用质量浓度表示;③统一用升(L)作为单位的分母,以避免过去用其他作不同分母时的混乱,更不宜使用计量单位的“%”来表示每百毫升。一、物质的量浓度

溶液中某溶质B的物质的量浓度,用符号c或[B]表示。它的定义B是溶质B的物质的量(n)除以溶液的体积(V),即B  (1-1)

式中,n为溶质B的物质的量,mol;V为溶液的体积,化学和医B学上常用单位为升(L),有时也用毫升(mL)、微升(μL)表示。在说明某物质的c时,需要指明基本单元。例如,某一硫酸溶液,B-1HSO的物质的量浓度c(HSO)=0.1mol·L;该溶液也可以用2424-1HSO表达,如c=0.2mol·L等。括号中的符号表示物质24的基本单元。二、质量浓度

溶液中某溶质B的质量除以溶液的体积,称为该物质的质量浓度。-3-1-1-1单位为kg·m,化学和医学上还常用g·L、mg·L或μg·L等单位,用符号ρ表示,即B  (1-2)

式中,m为该溶质的质量,以千克(kg)作单位;V为 溶液的B3体积,以立方米(m)作单位。

对于注射液,一般应同时标明物质的量浓度和质量浓度。三、体积分数

同温同压下,溶液中某溶质B的体积除以各组分的体积之和,称为该溶质的体积分数。单位为1,或者用%,用符号表示,即B  (1-3)

式中,V为纯组分B的体积,V代表组成混合物的各组分的BA纯物质的体积之和。

医学上常用体积分数表示溶质为液体的溶液的组成,如消毒酒精中的酒精的体积分数为0.75或75%。四、质量分数

溶液中某溶质B的质量除以溶液的质量,称为该溶质的质量分数,可用小数或百分数来表示,其符号为w,即B  (1-4)

式中,m为该溶质的质量;m为溶液的质量,两者的单位应相B同。

例如市面上销售的浓硫酸,其质量分数为98%;将100g蔗糖溶于水配制成160g糖浆,此糖浆中蔗糖的质量分数为62.5%。

临床上常用分子浓度表示体液中细胞的组成。另外,摩尔分数和质量摩尔浓度的表示方法也经常被使用。五、溶液组成量度的换算

在实际工作中,对同一种溶液的组成量度有时候采用不同的表示方法,掌握不同表示方法之间的换算关系是非常重要的。1.物质的量浓度与质量浓度之间的换算

因为某物质的物质的量(n)等于质量(m)除以摩尔质量(M),所以  (1-5)2.物质的量浓度与质量分数之间的换算

因为某物质的物质的量(n)等于质量(m)除以摩尔质量(M),溶液的体积(V)等于质量(m)除以密度(ρ),所以  (1-6)-3【例1-1】 实验室常用的浓盐酸密度为1.19g·cm,质量分数为37%,试求其物质的量浓度。-3-1

解:c=wρ/M=37%×1.19g·cm/36.5g·mol=0.012mol·HClHClHCl-3-1cm=12mol·L

溶液的配制与稀释是化学和医学工作中常用的基本操作。在进行这些工作时,必须熟练掌握各种溶液组成量度的公式及换算关系。-1-1【例1-2】 某患者需用0.56mol·L葡萄糖溶液,现有2.78mol·L葡萄糖溶液,问要取这种溶液多少毫升才能配制成500mL的0.56mol·-1L葡萄糖溶液?-1

解:设要取2.78mol·L葡萄糖溶液为xL,根据配制前后葡萄糖的物质的量不变,得:-1-12.78mol·Lx=0.56mol·L×0.5Lx=0.101L=101mL第二节 溶液的渗透压一、渗透现象和渗透压

如果向一杯水里加些蔗糖,蔗糖会不断溶解,不久后,水的各个部分均会有甜味;如果向一杯水里滴一滴墨水,颜色区域不断扩大,最后充满了水域。这些现象说明,分子在不停地运动,从而产生扩散。当两种浓度不同的溶液相互接触时,都会发生扩散现象,有浓度均匀化的趋势。

如果用一种半透膜将溶液与纯溶剂分开,如图1-1(a)所示。一段时间后,可以看到溶液一侧的液面不断上升,如图1-1(b)所示,说明溶剂分子不断地通过半透膜转移到溶液中。这种溶剂分子通过半透膜进入到溶液或由稀溶液进入到浓溶液的现象,称为渗透现象。不同浓度的两个溶液用半透膜隔开时,都有渗透现象发生。

半透膜的种类多种多样,通透性也不相同。它是一种只允许某些物质透过,而不允许另一些物质透过的薄膜。动物的膀胱膜、细胞膜、人造羊皮纸和火棉胶膜等都是半透膜。

图1-1中的半透膜只允许溶剂分子自由透过,不允许溶液中溶质分子透过。由于膜两侧单位体积内溶剂分子数不等,单位时间内由纯溶剂进入溶液中的溶剂分子数要比由溶液进入纯溶剂的多,膜两侧渗透速度不同,结果是溶液一侧的液面上升。因此,渗透现象的产生必须具备两个条件:一是有半透膜存在;二是半透膜两侧单位体积内溶剂的分子数不相等。图1-1 渗透现象二、渗透压和浓度、温度的关系

实验证明,在一定温度下,溶液的渗透压与它的浓度成正比;在一定浓度时,溶液的渗透压与热力学温度成正比。1886年荷兰物理化学家van't Hoff通过实验得出稀溶液的渗透压与溶液浓度、热力学温度之间的关系:  (1-7)  (1-8)

式中,Π为溶液的渗透压,kPa;V为溶液的体积,L;n为该体B-1积中所含溶质的物质的量,mol;R为摩尔气体常数,8.314kPa·L·K·-1mol;T为热力学温度,T/K=273.15+t/℃;c为溶液物质的量浓度,B-1mol·L。

van't Hoff公式的意义:一定温度下,溶液的渗透压只与溶液的浓度成正比。也就是说,渗透压与单位体积溶液中溶质的物质的量(质点的数目)成正比,而与溶质的本性无关。【例1-3】 将2.00g蔗糖(CHO)溶于水,配成50.0mL溶122211液,求其在37℃时的渗透压。-1

解:CHO的摩尔质量为342g·mol,则122211-1===0.117mol·L-1-1-1Π=cRT=0.117mol·L×8.314kPa·L·K·mol×310.15K=302kPaB-1

由此看出,0.117mol·L的蔗糖溶液在37℃可产生302kPa的渗透压,相当于30.8m水柱的压力。这一点表明渗透压是比较强大的,而用普通半透膜精确测定渗透压是比较困难的。

对于电解质稀溶液产生的渗透压,需要考虑电解质的电离,在渗透压公式中引入一个校正因子i,计算公式为:  (1-9)-1【例1-4】 临床上常用的生理盐水是9.0g·L NaCl溶液,求其在37℃时的渗透压。

解:NaCl在稀溶液中完全解离,i可按2计算,NaCl的摩尔质量为-158.5g·mol。

根据Π=icRT,有:B-1-1-1-1Π=2×9.0g·L/58.5g·mol×8.314kPa·L·K·mol×310.15K=7.9×210kPa

测定渗透压的方法可用于测定溶质的分子量,尤其适用于高分子化合物,如蛋白质等分子量的测定。【例1-5】 将1.00g血红素溶于适量纯水中,配制成100mL溶液,在20℃时测得溶液的渗透压为0.366kPa,求血红素的分子量。

解:根据van't Hoff公式,得:-1

式中,M为血红素的摩尔质量,g·mol;m为血红素质量,BBg;V为溶液体积,L,代入相应数值,得:-1-1

M=1.00g×8.314kPa·L·K·mol×293.15K/(0.366kPa×血红素0.100L)4-1

  =6.66×10g·mol三、渗透压在医学上的意义1.渗透浓度

由于渗透压仅与溶液中溶质粒子的浓度有关,而与粒子的本性无关,故人们把溶液中产生渗透效应的溶质粒子(分子、离子)统称为渗透活性物质。根据van't Hoff公式,在一定温度下,对于任一稀溶液,其渗透压应与渗透活性物质的物质的量浓度成正比。因此,也可以用渗透活性物质的物质的量浓度来衡量溶液渗透压的大小。

医学上常用渗透浓度来比较溶液渗透压的大小,定义为渗透活性-1物质的物质的量除以溶液的体积,以符号c表示,单位为mol·L或os-1mmol·L。-1-1【例1-6】 计算医院补液用的50.0g·L葡萄糖溶液和9.00g·L -1NaCl溶液(生理盐水)的渗透浓度(以mmol·L表示)。

解:葡萄糖(CHO)在水溶液中不电离,其摩尔质量为180g6126-1-1·mol,50.0g·L CHO溶液的渗透浓度为:6126-1

NaCl的摩尔质量为58.5g·mol,NaCl在水溶液中几乎完全电+--1离,渗透活性物质为Na和Cl,因此,9.00g·L NaCl溶液的渗透浓度为:

表1-1列出了正常人血浆、组织间液和细胞内液中各种渗透活性物质的渗透浓度。表1-1 正常人血浆、组织间液和细胞内液中各种渗透活性物质的渗透浓度2.等渗、低渗和高渗溶液-1

在临床上,对患者进行大量补液时,常用0.15mol·L生理盐水和-10.28mol·L葡萄糖溶液,这是由体液渗透压所决定的。将正常细胞置于渗透压不同的溶液中时,细胞会呈现不同的变化。-1

若将红细胞置于纯水或稀NaCl溶液(远小于0.15mol·L)中,在显微镜下,可以观察到红细胞逐渐胀大,最后破裂,释放出红细胞内的血红蛋白使溶液染成红色,医学上将这一过程称为“细胞溶血”,如图1-2(a)所示。产生这种现象的原因是细胞内溶液的渗透压高于细胞外液,细胞外液的水向细胞内渗透所致。图1-2 红细胞在不同浓度NaCl溶液中的形态变化-1

若将红细胞置于较高浓度的NaCl溶液(远大于0.15mol·L)中,在显微镜下可见红细胞逐渐皱缩,如图1-2(b)所示,皱缩的红细胞互相聚结成团,这种现象称为“胞质分离”。若此现象发生于血管内,将产生“栓塞”。产生这些现象的原因是红细胞内液的渗透压低于细胞外液,红细胞内的水向细胞外渗透所致。

若将红细胞置于生理盐水中,在显微镜下观察,红细胞既不膨胀,也不皱缩,细胞形态基本不变,如图1-2(c)所示。这是因为生理盐水与红细胞内液的渗透压力相等,细胞内外液处于渗透平衡状态。

渗透压相等的两种溶液互称为等渗溶液。渗透压不相等的两种溶液中,渗透压相对高的溶液称为高渗溶液,渗透压相对低的溶液称为低渗溶液。

医学上溶液的等渗、低渗、高渗是以血浆的总渗透压为标准的。-1从表1-1可知,正常人血浆的渗透浓度为303.7mmol·L。所以临床上-1规定渗透浓度在280~320mmol·L的溶液为等渗溶液。

在临床治疗中,当为患者大剂量补液时,要选择等渗溶液,这样细胞不致被破坏而保持正常的生理功能,否则可能导致机体内水分调-1节失常,从而引起细胞的变形和破裂。临床常用0.15mol·L氯化钠溶-1液和0.28mol·L葡萄糖溶液,因为这两种溶液对应于血浆渗透压而言都是等渗溶液。

临床治疗上除了使用等渗溶液外,也有使用高渗溶液的情况,如治疗失血性休克、烧伤休克、脑水肿等。使用高渗溶液时,输入量不能太多,输入速度不能太快,否则易造成局部高渗,导致机体内水分调节失常,进而引起细胞的变形和破裂。3.晶体渗透压和胶体渗透压

人体体液能维持恒定的渗透压,对水盐的代谢过程非常重要。血浆的渗透压是小分子晶体物质(主要是NaCl、NaHCO、葡萄糖等)3和高分子胶体物质(主要是白蛋白、球蛋白等)所产生的渗透压的总和。

血浆中由小分子晶体物质形成的渗透压称为晶体渗透压,约为766kPa。晶体物质比较容易通过毛细血管,因此血浆和组织间液两者之间的晶体渗透压基本相同。但由于细胞内外所含离子浓度不同,而细胞膜对离子通透又具有选择性,因此血浆晶体渗透压的稳定对细胞内外水、电解质平衡及血液细胞的正常形态和功能十分重要。血浆中由大分子物质形成的渗透压称为胶体渗透压,其数值较小,不到4kPa。由于胶体物质一般不能通过毛细血管壁,所以它直接影响血液与组织间液的水分交换。

人体内的毛细血管壁和细胞膜都属于半透膜,由于它们的通透性不同,晶体渗透压和胶体渗透压在维持体内水、电解质平衡功能上也不相同。++

细胞膜只允许水分子、葡萄糖等小分子自由通过,而Na、K等离子不易自由通过。因此,晶体渗透压对维持细胞内外液的水、电解质平衡起主要作用。如果由于某种原因造成人体缺水,细胞外液中电解质的浓度有可能相对升高,晶体渗透压将增大,这时细胞内液的水分子通过细胞膜向细胞外液渗透,造成细胞内失水。如果大量饮水或输入过多的葡萄糖溶液,细胞外液电解质的浓度就要降低,晶体渗透压可能减小,这时细胞外液中的水分子就要通过半透膜进入细胞内液,严重时可产生水中毒。在高温环境下补充含电解质类物质的水,就是为了保持细胞外液晶体渗透压的恒定。

毛细血管壁允许水分子、离子和小分子物质自由通过,不允许直径大于3nm的大分子、大离子通过。因此,晶体渗透压对维持毛细血管内外水盐的相对平衡不起作用,起主要作用的是胶体渗透压。在正常情况下,血浆中的蛋白质浓度比组织间液高,可以使水分从组织间液渗透进入毛细血管,又可以阻止血管内水分过分渗透到组织间液中,从而维持着血管内外水的相对平衡,保持血容量。如果由于某种疾病造成血浆蛋白减少,血浆胶体渗透压降低,血浆中的水和小分子溶质就会过多地通过毛细血管壁进入组织间液,造成血容量降低而组织间液增多,这是形成水肿的原因之一。临床上对大面积烧伤或失血过多等原因造成血容量下降的患者进行补液时,由于这类患者血浆蛋白损失较多,除补电解质溶液外,还要输入血浆或右旋糖酐,以恢复血浆的胶体渗透压并增加血容量。

血液透析是血液净化的一种方式,目的在于替代肾衰竭所丧失的部分功能,如清除代谢废物,调节水、电解质和酸碱平衡。血液净化技术是在血液与透析液间放置一透析膜,利用弥散、对流原理,以超滤、吸附等方式清除体内水分与溶质或向体内补充溶质的一种治疗方法。第三节 胶体溶液

1861年,英国化学家格莱谟首次提出胶体概念。格莱谟在研究溶液中溶质分子的扩散时发现,一些物质如无机盐可以通过半透膜,且扩散速率很快,当蒸发溶剂时,这些物质易形成晶体析出;另一类物质如明胶、蛋白质、氢氧化铝等,扩散速率很慢,且很难甚至不能通过半透膜,蒸发溶剂时,这些物质不能形成晶体,而是形成黏稠的胶态。据此,他把前一类物质称为晶体,后一类称为胶体。40多年后俄国化学家韦曼指出,晶体和胶体并不是不同的两类物质,而是物质的两种不同的存在状态。

现代科学认为,胶体溶液属于分散系,其分散相粒子的直径在1~100nm之间。但是,分散相粒子的组成有所不同。由分子、离子或原子聚集体组成分散相粒子的胶体称为溶胶;由高分子化合物组成分散相粒子的胶体称为高分子化合物溶液。一、溶胶1.溶胶的制备

任何固、液态物质在一定介质中用适当的方法分散,并使分散相粒子的大小落在胶体分散系的范围之内都能制备成溶胶。溶胶的制备通常有分散法、凝聚法等。

分散法是采用物理破碎的方法使大颗粒物质分散成胶粒的。例如,利用球磨机、胶体磨等装置将物质研磨至胶体颗粒范围,再以适当的分散剂和稳定剂制成溶胶。如一些纳米药物制剂的制备,就是将原药破碎制备成溶胶。

凝聚法是采用化学反应使分子或离子聚集成胶粒的。例如,将FeCl溶液缓慢滴加到沸水中,反应为:

3FeCl+3HOFe(OH)+3HCl323

生成的许多Fe(OH)分子凝聚在一起,形成透明的红棕色溶3胶。

又如,在生物医学研究中,在HAuCl溶液中用HO(或白磷、422抗坏血酸等)作为还原剂,由反应2HAuCl+3HO2Au+8HCl422+3O制得的金溶胶,可与抗体蛋白结合并保持抗体不丧失活性,形2成胶体金标记抗体,可方便地在电子显微镜下观察抗原在组织细胞内的分布。

由极小的固体或液体粒子悬浮在气体介质中所形成的胶体分散系称为气溶胶。例如,细小水滴(雾)或固体粒子(烟和粉尘)分散在空气中形成气溶胶;大量使用煤炭燃料的地区,由于煤炭燃烧过程中释放的大量颗粒物、SO和CO,在低温、潮湿的静风天气下,形成22了含有硫酸和硫酸盐的气溶胶,在近地层聚集,严重危害人类的呼吸系统;长期吸入粉尘气溶胶会引起以心肺组织纤维化为主的全身性疾病(尘肺);临床上某些药物的溶液或极细粉末经超声等方式雾化,并加入适当浓度的氧气,形成气溶胶,经口鼻吸入、肺泡吸收以治疗疾病。2.溶胶的性质

因为溶胶粒子小、分散度大,具有很大的比表面和表面能,因此,溶胶具有多相性、高分散性和热力学不稳定性,在光学、动力学和电学等方面有独特的性质。(1)溶胶的光学性质——丁铎尔现象

在暗室或黑暗背景下,用一束强光照射在Fe(OH)溶胶上,从3光束的垂直方向观察,可以清晰地看到溶胶光线通过的区域呈一道浑浊发亮的光径,如图1-3所示,而照射硫酸铜溶液没有出现光径,这是胶体分散系特有的光学性质,称为丁铎尔现象。夜空中所能看到远处探照灯射出的光柱是气溶胶的丁铎尔现象。图1-3 丁铎尔现象

丁铎尔现象是溶胶粒子对光产生散射的结果。当一束光线照射到胶体溶液时,只有一部分光线通过,其余部分则被吸收、反射或散射。光的吸收情况主要取决于体系的化学组成。当入射光的频率与胶粒中分子的固有频率相同时,则发生光的吸收;而光的反射和散射的强弱则与胶体粒子大小有关。当粒子的大小和可见光的波长(380~780nm)接近或略小时,如溶胶粒子直径在1~100nm之间,则发生光的散射,即光在绕过微粒前进的同时,又会从粒子的各个方向上散射。这时溶胶粒子就像一个个小发光体,这无数个发光体就产生丁铎尔现象。若粒子直径大于波长,则光波以一定的角度从粒子表面反射出来,不仅形成强烈的反射光,而且阻挡了光的继续传播,故仅能在入射区域看到光斑,看不到散射光带;若粒子直径小于1nm,如真溶液,则入射光直接绕过,光的传播不受粒子的物理阻挡,以透射和吸收为主。所以丁铎尔现象可用以区别胶体溶液和真溶液。(2)溶胶的动力学性质——布朗运动、沉降和扩散

在超显微镜下观察溶胶时,胶体粒子时刻处于无规则的运动状态,称为布朗运动。

溶胶粒子的布朗运动的本质是热运动,是由于分散相粒子受到介质分子不同方向的碰撞,其合力不能完全被抵消所致。图1-4是用超显微镜观察到的胶粒的布朗运动。图1-4 布朗运动

溶胶是高度分散的多相亚稳定系统。当分散相粒子的密度大于分散介质的密度时,则在重力场的作用下,胶粒有向下沉降的趋势。悬浮在介质(气体或液体)中的固体颗粒在重力作用下下沉而与介质分离的过程称为沉降。沉降的结果使得体系下层粒子浓度变大,这就破坏了粒子分布的均匀性,胶粒就通过布朗运动从分散密度大的区域向分散密度小的区域迁移,这种现象称为扩散。

胶粒质量越小,温度越高,溶胶的黏度越小,则粒子运动速度越大,布朗运动越剧烈,越容易扩散。扩散现象是由胶粒的布朗运动引起的,它使胶粒克服重力沉降,因而是溶胶的稳定因素之一——动力学稳定因素。

溶胶的分散系中,扩散和沉降两种作用同时存在。当沉降速度等于扩散速度时,系统处于沉降平衡状态,这时,胶粒的分散密度从上到下逐渐增大,形成一个稳定的分散密度梯度(图1-5)。图1-5 沉降平衡分散密度梯度

由于胶体粒子的粒径很小,在重力场中的沉降速度很慢,需要很长的时间才能达到沉降平衡。瑞典科学家斯维德伯格用超速离心机使胶体分散粒子迅速沉降。应用超速离心技术,可以测定胶体分散系中颗粒的大小以及它们的分子量,这也是生物医学研究中的重要分离手段。(3)溶胶的电学性质——电泳和电渗

在溶胶中插入两个电极,通入直流电后,可观察到胶粒向某一电极定向移动。这种在电场作用下,带电粒子在介质中的定向运动称为电泳。

如图1-6所示,在U形管中注入Fe(OH)红棕色溶胶,在U形管3两臂溶胶上面小心地注入纯水,使溶胶与纯水间保持清晰的界面,并使两液面基本水平。接通直流电场,片刻可见U形管一臂的Fe(OH)溶胶红棕色界面向负极上升而正极溶胶界面下降。电泳实验说明,3溶胶粒子是带电的,由电泳的方向可以判断胶粒所带电荷的性质。大多数金属硫化物、硅酸、金、银等溶胶的胶粒带负电,称为负溶胶;大多数金属氢氧化物的胶粒带正电,称为正溶胶。图1-6 电泳

试读结束[说明:试读内容隐藏了图片]

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