中学化学如何用物理知识理解胶体性质

王保玲

在中学化学中，《胶体》这一单元篇幅较短，对胶体的性质没有很详细地说明原因，一般教学中教师们常采用的处理方法是用生活、生产中常见的胶体及可能出现的实验现象导出胶体的某些性质，然后要求学生记忆这些性质，如通过夜空中的一束光柱引出胶体具有丁达尔现象，通过实验发现其他胶体存在此现象，从而证明和记忆这一胶体用以区别溶液的特有性质，在教学中并未说明清楚这种性质产生的本质。这样做的主要原因是很多教师认为“胶体”的深入理解很难，应当在大学《物理化学》这门学科中透彻学习。但我们应当看到如果学生不能了解产生各种性质的原因，则可能导致学生记忆不清，同时难以理解胶体稳定性被破坏的原因及产生的结果。

胶体化学作为化学的一个小分支，在大学中将较详细地阐述清楚，以学生目前掌握的物理知识，学生能利用物理中的光学、力学和电学知识理解胶体的丁达尔效应、布朗运动和电泳现象，下面分别加以说明。

1.胶体的光学性质

如图1所示，在暗室里，将一束光线透过溶胶，在光束的垂直方向观察，可以在光透过溶胶的途径上看到一个光柱，這就是丁达尔效应。

图1

丁达尔现象的实质是溶胶对光的散射作用。可见光的波长在400～760nm的范围，略大于一般溶胶粒子的尺寸。当可见光（电磁波）照射在微粒上时，向各个方向发射与可见光有相同频率的电磁波即散射光波。由溶胶的高分散度和多相性，入射光照射在溶胶粒子上，必然会产生散射光。当然，由于分子热运动引起密度或浓度涨落，会造成光学的不均匀性，产生光的散射。从而使每一个被光照射的胶粒成为一个个“小太阳”，如此在光线上排列一组“小太阳”，形成一条“光的通路”，这就是丁达尔效应。

2.胶体的力学性质

溶胶是一种高度分散的多相系统，在热力学上是不稳定的。溶胶会自动聚结为大粒子，使整个胶体系统遭到破坏。但溶胶能稳定地存在，主要原因是溶胶的动力学性质。

在物理课中“分子热运动”这个知识点上就提到过这种动力学性质——布朗运动。

图2

产生布朗运动的原因是分散质分子对胶粒的撞击结果，受介质分子热运动的撞击，在某一瞬间，它所受的来自各个方向的撞击力不会相互抵消，如图3所示，加上粒子自身的热运动。因而，它在不同时刻以不同速度、不同方向做无规则运动。

图3

溶胶粒子的布朗运动会引起溶胶中分散相粒子的扩散作用。所谓扩散，指溶胶粒子从高浓度区向低浓度区定向迁移现象，扩散的推动力是浓度梯度。即胶粒从高浓度处向低浓度处扩散是自发的。

3.胶体的电学性质

在外加电场的作用下，带电的分散相粒子在分散介质中向相反符号电极移动的现象，就是溶胶的电学性质——电泳。如图4所示。

图4 电泳

产生电泳的主要原因是胶粒是带电的，即在固液界面层上会呈现带电现象。究其原因可有数种，其中之一是固体表面上的物质粒子，在溶液中发生电离，可导致固体表面带电。固体表面上的带电离子不论是如何产生的，皆应视其为固体粒子的组成部分，带电的固体粒子表面由于静电吸引力的存在（简称反离子或异电离子）环绕在固体粒子的周围，这样在固液两相之间形成双电层结构。

以KI溶液滴加至AgNO 溶液中形成AgI溶胶（正溶胶）为例，形成的胶核吸附溶液中的过量的NO 离子，而胶粒带正电荷：

图5

以上就是在高中阶段我们介绍的胶体的三大主要性质——丁达尔效应、布朗运动和电泳。如此，以中学物理知识理解化学中的胶体性质，不但可以让学生在理解的基础上记忆清楚胶体的性质，而且可以让学生真正从本质上理解外界某些条件的改变，胶体的稳定性被破坏而产生聚沉的原因，还可以在化学教学中复习已经学过的物理知识，这是“一举三得”的好事。

参考文献：

[1]江西省中小学教材编写组80年高考复习资料.化学.江西人民出版社浙江教育学院化学教研室.高中复习用书《化学》.浙江人民出版社.

[2]印永嘉，李大珍.物理化学简明教程（下）.人民教育出版社，1980.

[3]付献彩，陈瑞华.物理化学（下）.人民教育出版社，1999.

[4]黄子卿.物理化学.人民教育出版社.