分散系与胶体

概览

把一种（或多种）物质分散在另一种物质中所得到的体系叫分散系。按分散质粒子直径的大小，分散系分为溶液（<1 nm）、胶体（1–100 nm）、浊液（>100 nm）三类。 胶体介于溶液与浊液之间，具有丁达尔效应、布朗运动、电泳、聚沉等特征性质，与日常生活（豆浆、墨水、卤水点豆腐）和实验（$\ce{Fe(OH)3}$ 胶体制备、渗析提纯）联系紧密，是高考选择题的高频考点。

核心概念

1. 分散系及其分类

分散系由分散质（被分散的物质）和分散剂（容纳分散质的物质）组成。

分散系	分散质粒子直径	外观	稳定性	能否透过滤纸	能否透过半透膜
溶液	$d<1\ \text{nm}$	均一、透明	稳定	能	能
胶体	$1\ \text{nm}\le d\le 100\ \text{nm}$	均一、较透明	较稳定（介稳性）	能	不能
浊液	$d>100\ \text{nm}$	不均一、不透明	不稳定	不能	不能

区分关键

分散质粒子直径的大小是区分三类分散系的根本标准。胶体的本质特征是"分散质粒子直径在 1–100 nm 之间"。

2. 常见胶体举例

• 气溶胶：雾、云、烟（分散剂是气体）；
• 液溶胶：牛奶、豆浆、墨水、淀粉溶液、蛋白质溶液、$\ce{Fe(OH)3}$ 胶体（分散剂是液体）；
• 固溶胶：有色玻璃、烟水晶（分散剂是固体）。

淀粉溶液、蛋白质溶液是胶体

淀粉、蛋白质等大分子的直径恰好在 1–100 nm，它们的"溶液"实际是胶体。把 $\ce{FeCl3}$溶液与$\ce{Fe(OH)3}$ 胶体区分开，用丁达尔效应即可。

重点知识

1. 丁达尔效应

• 定义：当一束光通过胶体时，从侧面可观察到一条"光亮的通路"。
• 原理：胶体粒子直径（1–100 nm）与可见光波长接近，对光发生散射；溶液粒子太小，散射极弱；浊液粒子太大，主要发生反射（不透明）。
• 应用：鉴别溶液与胶体（如区分 $\ce{NaCl}$溶液与$\ce{Fe(OH)3}$ 胶体）。

丁达尔效应是"物理"现象

丁达尔效应是光被胶体粒子散射的结果，属于物理变化，不是化学变化。

2. 布朗运动

胶体粒子在分散剂中作无规则的运动，称为布朗运动。原因是分散剂分子从各方向对胶体粒子碰撞的不平衡。布朗运动是胶体介稳性（不易沉降）的原因之一。

3. 电泳

• 胶体粒子因吸附离子而带电荷，在外加电场作用下向某一电极定向移动。
• 如 $\ce{Fe(OH)3}$ 胶粒带正电荷，电泳时向阴极移动；$\ce{H2SiO3}$ 胶粒、$\ce{As2S3}$ 胶粒带负电荷，向阳极移动。
• 应用：电泳电镀、静电除尘（高压下让烟尘中的胶粒带电沉降）。

胶粒带电，胶体不带电

电泳说明胶体粒子带电荷，但整个胶体（分散系）呈电中性。不同胶体粒子所带电荷不同，有的带正电（金属氢氧化物、金属氧化物），有的带负电（非金属氧化物、硫化物）。

4. 聚沉

• 定义：胶体粒子聚集成较大颗粒而沉降的过程。
• 方法：
  1. 加入电解质（中和胶粒所带电荷）：豆浆加盐卤（$\ce{MgCl2}$）或石膏（$\ce{CaSO4}$）点豆腐；
  2. 加入带相反电荷的胶体：明矾净水（$\ce{Al(OH)3}$ 胶粒带正电，中和带负电的泥水胶粒）；
  3. 加热：加热破坏胶粒的吸附稳定性。
• 应用：卤水点豆腐、明矾净水、江河入海口三角洲的形成（河水胶体遇海水电解质聚沉）。

5. 胶体的制备与提纯

$\ce{Fe(OH)3}$ 胶体制备（重点实验）： $$\ce{FeCl3 + 3H2O ->[沸水] Fe(OH)3（胶体）+ 3HCl}$$

操作要点：向沸水中逐滴加入饱和 $\ce{FeCl3}$ 溶液，继续煮沸至溶液呈红褐色，停止加热。

制备注意事项

• 必须用沸水，不能直接用自来水（自来水含电解质会使胶体聚沉）或冷水（水解程度不够）；
• 使用饱和 $\ce{FeCl3}$ 溶液；
• 不能过度加热，否则胶体聚沉生成 $\ce{Fe(OH)3}$ 沉淀；
• 反应的离子方程式为 $\ce{Fe^{3+} + 3H2O ->[△] Fe(OH)3（胶体）+ 3H+}$。

渗析（胶体提纯）：利用半透膜只允许离子、小分子通过而胶体粒子不能通过的性质，除去胶体中的 $\ce{HCl}$ 等杂质。

6. 胶体与溶液、浊液的性质对比小结

性质	溶液	胶体	浊液
均一性	均一	均一	不均一
稳定性	稳定	介稳	不稳定
丁达尔效应	无	有	无（反射光）
透过滤纸	能	能	不能
透过半透膜	能	不能	不能

典型例题

例题 1（胶体性质判断）

题目：下列说法正确的是（　） A. 将 $\ce{FeCl3}$溶液滴入冷水中并煮沸，可制得$\ce{Fe(OH)3}$ 胶体 B. 丁达尔效应是胶体粒子对光的吸收 C. 向 $\ce{Fe(OH)3}$胶体中加入$\ce{NaCl}$ 溶液，胶体会聚沉 D. 电泳实验中，$\ce{Fe(OH)3}$ 胶体粒子向正极移动

分析：A 错——必须向沸水中滴加饱和 $\ce{FeCl3}$ 溶液，且不能加热至沉淀；B 错——丁达尔效应是散射而非吸收；C 对——$\ce{NaCl}$ 是电解质，其电离出的离子中和胶粒电荷，使胶体聚沉；D 错——$\ce{Fe(OH)3}$ 胶粒带正电，电泳时向**阴极（负极）**移动。

解答：选 C。

点评：本题覆盖胶体制备、丁达尔效应原理、聚沉、电泳四大考点。牢记"$\ce{Fe(OH)3}$ 胶粒带正电、向阴极移动"，以及"电解质使胶体聚沉"。

例题 2（分散系粒子直径换算）

题目：胶体分散质粒子直径的范围是 1–100 nm。将 100 nm 换算成用米（m）表示的数量级，并判断该粒子直径是 $\ce{Na+}$（直径约 $0.1\ \text{nm}$）直径的多少倍。

分析：$1\ \text{nm}=1\times 10^{-9}\ \text{m}$。$100\ \text{nm}=1\times 10^{-7}\ \text{m}$，数量级为 $10^{-7}$m。倍数$\dfrac{100}{0.1}=1000$。

解答： $$100\ \text{nm}=100\times 10^{-9}\ \text{m}=1\times 10^{-7}\ \text{m}$$ $$\frac{100\ \text{nm}}{0.1\ \text{nm}}=10^3$$ 即胶体粒子直径最大约为 $\ce{Na+}$ 直径的 1000 倍。

点评：单位换算是基础题。记住 $1\ \text{nm}=10^{-9}\ \text{m}$，并理解"胶体粒子尺度在纳米级"是胶体特征性质（丁达尔效应、不能透过半透膜）的根源。

易错提醒

易错提醒

• 胶体是分散系，是混合物：不能说"胶体是某种物质"；"胶体粒子"与"胶体"是两个概念，胶体粒子可以是一种物质的分子集合（如 $\ce{Fe(OH)3}$ 粒子），但整个体系是混合物。
• 丁达尔效应不是吸收：是散射；它可区分溶液与胶体，但不能区分胶体与浊液。
• 胶体粒子带电，但胶体整体电中性。
• $\ce{Fe(OH)3}$胶体制备三要点：沸水、饱和$\ce{FeCl3}$、不能过度加热。用自来水（含电解质）会聚沉，过度加热会生成沉淀。
• 渗析用的是半透膜，过滤用的是滤纸：胶体粒子能透过滤纸、不能透过半透膜。
• "胶体介稳性"≠"稳定"：胶体是介稳体系，长期放置或加电解质、加热都会聚沉。

与其他知识关联

• 分散系属于混合物，见 01-物质的分类；浊液、溶液、胶体的转化可纳入物质转化体系。
• 制备 $\ce{Fe(OH)3}$ 胶体的反应是水解反应，在后续 02-离子反应/02-离子反应与离子方程式 中可写成离子方程式；铁及其化合物的水解、沉淀将在铁元素章节深入学习。
• 胶体的聚沉与电解质有关，与 02-离子反应/03-离子共存与离子检验 中"离子浓度影响"联系。
• 生活应用：明矾净水、静电除尘、卤水点豆腐，可作为综合题素材。

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