溶胶（研究胶体颗粒分散体系的科学）

三种分类

习惯上，把分散介质（分散剂）为液体的胶体分散体系称为液溶胶或溶胶（sol）；分散介质为气体的分散体系成为气溶胶，介质为固体时，称为固溶胶。

液溶胶是指通过水解和聚合作用，形成的有机或无机的纳米或微米级的粒子，这些粒子通常带有电荷，并由于电荷作用，吸附一层溶剂分子，形成由溶剂包复的纳米或微米粒子，即胶体粒子，这些胶体粒子由于带有电荷而相互排斥，从而能以悬浮状态存在于溶剂中，即形成溶胶；胶体粒子由于失去电荷，或者包复在外圈的溶剂层被破坏，胶体粒子发生聚合，溶胶发生固化即形成凝胶。

气溶胶是指粒径在纳米尺度的固体或液体颗粒漂浮在气体中，形成的分散体系。如雾霭就是一种气溶胶，是由固态纳米颗粒漂浮在空气中形成的。

制备与净化

为了得到溶胶，我们需要制备与净化。

由于制备溶胶要求分散质以交替状态分布于介质中，而且这种分散体系能在稳定剂存在下能够稳定下来。从粒子大小看，由于溶胶粒子小于可滤出的粒子，而大于一般溶液的小分子，故可采用两种途径达到：将大块物质利用胶体磨等手段，磨成直径0.1—1μm的粒子，即分散法；或使更小粒子凝聚成胶体粒子，即凝聚法。

分散法：可以采取机械研磨，超声作用，电分散或化学法等。

凝聚法：使小分子聚集成胶体粒子最简单的办法是更换溶剂法，例如将乙醇的硫磺溶液倒入水中，形成硫磺的水溶液；也可以利用化学反应生成难溶性产物。在此，难溶性化合物从饱和溶液中析出的过程中，使其停留在胶粒大小阶段。因为晶体粒子成长决定于两个因素：晶核生长速度W和晶体生长速度Q，所得粒子分散度与W/Q之比值成正比，那些有利于晶核大量生长而减慢晶体生长速度的因素都有利于溶胶形成（不利于得到大晶体）

用各种方法制得的溶胶都会含有一定的电解质分子或离子的杂质。这些杂质会影响溶胶的稳定性，因而需要净化。一般有两种方法：

透析法：利用溶胶粒子不能透过半透膜的性质，分离出电解质。透析时将溶胶装在透析袋中，并将其放入流水。长时间后，大部分电解质穿过膜随水流去。可以通过检查膜外流水中的离子来监视透析情况。

超过滤法：胶体粒子可以透过滤纸，用半透膜代替滤纸，在减压或加压下使得溶胶过滤，可以将溶胶与其中小分子杂质过滤开来。

光学性质

胶体具有丁达尔效应。

由于光的本质是电磁波，光与物质的作用与光的波长和物质颗粒大小有关。当溶质粒子大于入射光波长，发生光的反射，无丁达尔现象；当溶质粒子小于入射光的波长，如胶体溶液，则发生光的色散而产生丁达尔现象。

聚沉与稳定性

因为溶胶的胶粒具有很大的表面积，总是有聚集成更大的颗粒的倾向。当颗粒达到一定程度以后就要沉淀，所以他是不稳定的。溶胶中粒子合并、长大这一过程叫做聚沉。聚沉可以有各种原因，其中电解质的作用人们了解的最多。

溶胶对电解质很敏感，加入极少量的电解质就可以引起溶胶聚沉。电解质的聚沉能力用聚沉值表示。聚沉值是一定条件下刚刚足以引起某种溶胶聚沉的电解质浓度，一般用 mmol/dm³ 表示。

研究发现，决定电解质的聚沉能力的是电解质中与溶胶电荷相反的离子的价态，而离子种类则影响不大。

由表可见，一价、二价三价无机离子的聚沉能力的差别。电解质的聚沉能力主要由异号离子的价态决定，价态越高聚沉能力越大。这一规律称为叔尔采—哈迪（Schulze—Hardy）规则。

两种电解质的混合物对溶胶的聚沉的研究指出，两种与溶胶粒子相反电荷的离子对溶胶的聚沉作用有时有加和性，有时又是相互对抗的。例如，向As2S3负溶胶中加入少量的LiCl后再加入MgCl2使As2S3聚沉，发现这时MgCl2用量远远大于单独使用MgCl2。说明锂离子和镁离子对于As2S3聚沉作用是彼此对抗的

两种溶胶仅以某一特定比例混合时才会完全聚沉，将极少量的一种溶胶加入另一种溶胶并不发生聚沉。具体特定比例的存在原因仍在研究。

从热力学的角度来看，溶胶体系不是真正的稳定体系。分散相具有极大的界面，因此具有极大的表面能。但是为什么短时间内小粒子不会自动合并使得体系能量降低呢？粒子是在不停地做布朗运动，所以重力、沉降、对流都足以使得粒子之间具有许多相遇的机会。早期的工作就注意到带电是溶胶的稳定性的来源，同一种溶胶的胶核粒子带有同种电荷，包围着胶核粒子的双电层会阻碍粒子的充分接近，因而聚沉受到阻碍。另外吸附层中离子的水化作用使得胶体被水包围，也会阻止胶粒之间的相互接近，因此胶体具有一定的稳定性。