胶体与表面化学 第一章 绪论
化学：无机化学、有机化学、物理化学、分析化学 无机化学：（元素化学，研究无机物的制备、合成与性能）
如：H 2O
有机化学：（生命化学，研究C 、O 、P 、S 等少量元素形成的
种类极多的化合物 ，就简单元素的复杂化学。）
小分子：甲烷
如：
大分子：淀粉 杀虫剂：
医药：
液晶：
物理化学：（用物理模型、数学概念化的手段研究化学）
物理：量子间的相互作用 化学：是量子间结合与排列。
热力学：状态——状态：能量转化的过程， 几千种状态方程。
动力学：物质间反应速度的问题（有时热力学
分支极多： 能进行但动力学不能进行）
电化学：电池：Fe+HCl ——FeCl 2+H 2
电子转移 形成电池（Li +） 高能电池 Fe 2+，Fe 3+（提纯难99.99%~99.9999%）
胶体与表面化学：气液固按不同形式混合， 泥土在水中分层，纳米材料，
牙膏，原油，化妆品。
理论化学：（非实验的推算来解释或预测化合物的各种现
象。）
如：用计算机模拟模型推算是否可以达到预期目的，在校
正 合成。
分析化学：（研究物质的组成、含量、结构和形态等化
学信息的分析方法一门科学）
如：三聚氰胺事件分析手段差蛋白质含量（N）一、基本概念
相：体系中物理化学性质完全相同的均匀部分
界面：相与相的交接面
表面：一相为气相的界面
比表面：单位体积或重量物体的表面积。
S0=S/V
对于立方体：S0=6L2/L3=6/L
对于球体：S0=3/R
胶体化学：是研究胶体体系的科学。它是物理化学的一个重要分支。随着胶体化学的发展，它已经成为一门独立的学科。
表面化学：研究发生在表面或界面上的物理和化学现象的一门科学。是胶体化学的分支。
（原油催化裂化）
二、胶体体系
小实验：泥土置于水中沉降。1、分类及定义：分散相粒子半径在1 ~100 nm 的分散体系。
2、特点
（1）特有的分散程度——多相项多分散体
粒子的大小在10-9~10-7m之间，扩散较慢，不能透过半透膜。
（2）多相不均匀性
由许多离子或分子聚结而成，结构复杂，有的保持了该难溶盐的原有晶体结构，而且粒子大小不一，与介质之间有明显的相界面，比表面很大。
（3）热力学不稳定性
因为粒子小，比表面大，表面自由能高，是热力学不稳定体系，有自发降低表面自由能的趋势，即小粒子会自动聚结成大粒子。
3、胶体常见体系
气、固、液三相除气－气外，形成8种胶体体系
沙尘暴：表面积大，吸附细菌病毒，净化空气。
水凝胶：（尿不湿）1:300
充气钻井液：气+液+固
乳化钻井液：液+液+固
乳化气相钻井液：气+液+液4、胶体分类
分散介质：气、液、固三种溶胶。
分散相：非连续相；分散介质：连续相
与NaCl不同：
吸附大量水分子，降低势能，形成水化膜
气溶胶：大城市的污浊天气，气液固三相分散体。
液溶胶：
牛奶：蛋白质与奶油分散于水，分散剂，天然活性剂氨基酸类。
油漆：染料+树脂（固化）+分散相（轻质油）+土类（提高粘度）
金属漆（光亮、防腐）：金属颗粒，重金属离子吸光性需要。
固溶胶：无机染料：透明性差
有色玻璃：
有机染料：分子团队分散于玻璃，透明。
分子团队于另一种金属
合金：
分子互溶，Si-C 强度极高大于金刚石。
沸石分子筛：石分子筛是结晶铝硅酸金属盐的水合物。沸石分子筛活化后，水分子被除去，余下的原子形成笼形结构，孔径为3～10Å（0.1nm）。
5、说明
（1）胶体是物质存在的一种状态，不是特殊物质。
Au ,Ag自然状态下存在于其他物质中（Fe）
（2）胶体体系是两相或多相的不均匀分散体系。
空气垂直分布差异
飞机起降、高空燃油不同
（3
）高分子溶液
在某些方面有，但已成为新学科——
高分子物理化学。
不属于胶体范畴。
聚合物（大分子）：M>10000 r：1~100nm 性质类似
于胶体，但与溶液无界面。
三、胶体与石油工程的关系
1、油田的发现
勘探：地磁变化、飞机遥感、声波传导。
化探：根据地表C-H成分探测（Pt丝能强烈吸附C-H）
2、钻井钻井液完井、固井
钻井液性能；
要求水泥特性：抗温（徐家围子气井）：150~180℃；
强度固含量（套外漏气着火，井塌）
三峡大坝：快速，速凝。
海底：4℃，冬天不施工，（低温早强水泥）
3、采油：油气水、多孔介质与液相的相互作用。
一次采油二次采油三次采油
中石油在伊拉克的鲁迈拉油田：30012000万吨
大庆：300004000万吨
海上潜力大于陆上：中海油
南海油田1500m以上，越南，印尼，文莱：8000万吨
三采（大庆）：10万吨1000万吨油。
压裂
4、增产增注措施
酸化
王继刚讲师石油工程负责国内外资料的调研、室内合成
压裂：各种冻胶泵入地层传输能量
充入陶粒、支撑砂人造渗流通道
压裂液性能：滤失量、配伍性、不易陈砂、冻胶易水化（进得去，出得来）、携带能量。
酸化：近井地带污染（钻井、固井、射孔）加酸（溶蚀）骨架砂破坏加入缓速剂（表活剂）
石蜡、胶质、沥青质含量逐渐升高污染加入甲苯
防腊
防砂
5、油水井的正常维护化学堵水
稠油降粘
腊：大庆蜡多（凝固点38~45）：热洗、化学清蜡、电化学防蜡：
聚乙烯：不让晶核长大，吸附蜡晶，长不大析不出剂
OP-20：在油管或抽油杆表面的强吸附剂
砂：稠油蒸汽吞吐粘度高携砂（砂埋、砂卡）人造井壁凝胶近井地带固砂。
堵水：由于无效水循环，含水上升，堵水调剖（冻胶、凝胶、泡沫）
稠油降粘：化学降粘乳化剂（分散到水中呈乳状液）以往电加热（辽河着火）
破乳
6、油气集输
乳化
油水分离：
电脱：平行板电容，油不带电，水带电（离子）
重力沉降：大庆60年代以前，辽河不可用
波场；空化作用
油气分离：
高效破乳剂：
污水处理：
低温输送：
四、胶体化学的发展史
1861年，英国科学家Graham系统研究，区分晶体和
胶体的概念，提出名词，如：胶体、溶胶、凝胶、胶溶、渗析等。
五、胶体化学研究的对象
研究对象：：溶胶、凝胶、乳状液、表面活性剂、界面现象等等。
解决问题：
(1)明矾净水
(2)肥皂去污
(3)人工降雨
(4)鱼汤结“冻”
(5)原油脱水
(6)除草保熵
六、胶体与表面化学的发展
1、自然科学带动胶体与表面化学的提高：
☆现代物理化学，解决胶体化学中的基本理论问题；
☆现代精密仪器解决胶体化学许多悬而未决的问题；
☆胶体应用广泛，丰富了科学内容，促进对知识的探索。 2、工农业飞跃发展对胶体表面化学提出新要求：
☆新产品开发：单分散溶胶制备，超细颗粒；
☆老产品升级：洗涤剂、化妆品、染料；
☆旧工艺更新：三采、血液流变学、正电荷溶胶。
用量子化学研究吸附与催化，用分形理论研究胶粒形状，用统计力学研究高分子。
用不同力学显微镜研究胶粒间作用力及表面分子的形态、用能谱仪研究胶团等。
#（八学时）#
第二章胶体的制备和性质
第一节胶体的制备和净化
思路：
溶胶质点小分子溶液质点大小分散法
（1nm ~100nm）
凝聚法
一、胶体制备的一般条件：
溶解度（例）：
S(乙醇中溶解)+水硫磺的水溶胶
FeCl3+H2O+OH-Fe(OH)3形成溶胶
稳定剂（例）：
胶体制备过程比表面积增大体系表面能增大热力学不稳定体系。
使体系稳定加入稳定剂改变颗粒表面性质降低体系能量。
例：TiO2+树脂+油+金属皂（稳）油漆
金属皂：硬脂酸金属盐（Na\Ca\Mg\Al）,在TiO2和油表面吸附，类似于表面活性剂分散油滴形成乳状液。
水+油+乳化剂（稳）乳状液
AgNO3+KCl AgCl（其中一种盐类过量）
若KCl，AgNO3 过量，在晶体表面上吸附，起到稳定的作
用。
二、胶体的制备方法
1、分散法：
（1）机械分散：选用不同类型的机械设备，磨制出不同分散程度的物质颗粒。（搅拌磨、振动磨、转筒式球磨、胶体磨、行星球磨、离心磨、分级器）
（2）电分散法：电分散法主要用于制备金、银、铂等金属溶胶。
制备过程包括先分散后凝聚两个过程。
以金属做电极直流电电弧金属气化水冷却金属溶胶
（3）超声波分散法：这种方法目前只用来制备乳状液。
微波炉：使水分子运动加速，物质变热。
（4）胶溶分散法：在某些新生成的沉淀中，加入电解质或置于某一温度下，使沉淀分散成溶胶。
2、凝聚法：
凝聚法：用物理或化学方法使分子或离子聚集成胶体粒子的方法。
物理凝聚：
化学凝聚：
物理凝聚法：将蒸气状态的物质或溶解状态的物质凝聚为胶体状态的方法。蒸气骤冷、更换溶剂
蒸气骤冷：利用蒸汽凝华成固态小颗粒的方法制备溶胶。 H 2S+O 2
S(新相) 气变固：Pt\Ag\Au
电弧
原子聚并（控制长大条件）
更换溶剂：利用物质在不同溶剂中溶解度差别来制备溶胶
的方法（两种溶剂要能完全互溶）。
化学凝聚法：通过各种化学反应使生成物呈过饱和状态，使初生成的难溶物微粒结合成胶粒，在少量稳定剂存在下形成溶胶，这种稳定剂一般是过量的反应物。
氧化法 H 2S 还原法 单宁酸： 水解法
复分解法
三、凝聚法的原理
物质在凝聚过程中，决定粒子大小的因素是什么? 一个核心：控制哪些因素可以获得一定分散度的溶胶。 两个阶段（速度）：第一阶段是形成晶核，第二阶段是晶
体成长。
1、形成晶核的速度
A+A 2A (最初的单元聚集体)
2、晶体的成长速度： K 2：与分子结晶的能垒有关
D ：扩散系数，与碰撞到晶核表面几率有关 3、相互制约
V 1>>V 2：成核多 晶体小 分散度大 溶胶
V 1< 图：BaSO 4（重晶石），浓度大 晶体形态大小不一相互交接 凝胶。 四、溶胶的净化 1、溶胶净化的原因： 多分散性：（机械、电、超声波、凝聚）大小、形状（棒柱球饼）、结构都不同。 多电解质： AgNO3+KI AgI+K++NO3-(各种离子) 2、溶胶净化方法 （1）渗析法 主要是利用半透膜（羊皮纸或由火棉胶），将溶胶与纯介质隔开，仅能让小分子或离子通过，而胶粒不能通过。利用浓度差，多余的电解质离子向膜外渗透，经常更换溶剂，就可以净化溶胶。搅拌溶胶或适当加热可加快渗析。 （2）电渗析法 为了加快渗析速度，在装有溶胶的半透膜两侧接入直流电源，电解质离子在外电场的作用下作定向移动，可以提高净化速度。这种方法称为电渗析法。 海水淡化： （3）超过滤法 在半透膜两端施压，将胶粒与介质分开，达到净化的方法称为超过滤法。 净化后的胶粒要立即分散到新介质中，以免聚结成块。若在半透膜的两边施加一定的电场，则为电超过滤法。 电渗析与电超过滤法联合使用，可降低超过滤的压力，并可以较快除去多余的电解质。 （4）渗透和反渗透 渗透是借半透膜将溶液和溶剂(水)隔开，只允许溶剂分子通过，而胶粒或溶质不能通过，称为渗透。 （不同于渗析，溶质和离子液不能通过） 五、单分散溶胶 1、单分散溶胶定义：指胶粒尺寸、形状和组成皆相同的溶胶。理论模型理想状态加以边界条件 不断修正（修正系数） 2、应用： （1）稳定性的研究：DLVO理论前提是单分散的体系。因此，有了单分散溶胶，就有可能开拓多分散溶胶稳定性理论的研究。 (2)光散射研究：溶胶的光散射研究是以单分散体 系为前提套用于多分散体系的。 (3)流变学研究 使微观流变学以实验为基础，丰富宏观流变学的内涵。 (4)标准粒子 可用以校核粒度仪、电子显微镜、光散射仪等。 (5)生物膜等研究 可确定生物膜的孔径大小与分布。 催化剂：太阳能电池中，Rh(铑)的应用。 3、制备理论模型 多分散性原因：新核的生成与晶核的长大同时进行（V1,V2），最终得到的颗粒是由不同时刻形成的核长大而成的。 LaMer的“成核扩散控制”模型（爆发式成核理论）：a、控制溶质的过饱和浓度（c-S），使之略高于成核浓度，短时间内成核，即爆发式成核。b、晶核形成后，溶液浓度迅速低于成核浓度，不再生成新晶核，但浓度仍略高于饱和浓度（S），已有的核以相同的速度长大，形成单分散溶胶。 （1）金属盐水溶液高温水解法 KCr(SO4)2 （2）金属络合物高温水解法 RhCl3 聚乙烯醇 (3)微乳液法 CdS溶胶 (4)溶胶-凝胶转变法： Fe3O4溶胶 六、超细颗粒 表面分子数比例巨大，表面分子配位数增多 强大的 剩余力场 各种性质（光、电、磁、强度）异常。 100分子， 10亿分子 分子于表面。 10000分子于表面。 1、超细颗粒的特性 2、超细颗粒的应用 催化剂：高表面，表面反应温度降低500℃ 100℃ CdS ：对光的感应性特别强。 药物载体： 七、纳米材料 (六学时) 第二节 胶体的运动性质 一、布朗运动: 1、定义：1827 年植物学家布朗（Brown)用显微镜观察到悬浮在液面上的花粉粉末不断地作不规则的运动。 3、对布朗运动的研究得出结论：粒子越小，布朗运动越激烈。其运动激烈的程度不随时间而改变，但随温度的升高而增加。 4、本质：颗粒在分子包围之中 分子热运动撞击悬浮粒 子 粒子大则瞬时各方向撞击抵消 粒子小 撞击不均匀，各方向冲量不等 产生运动。 5、 Einstein —Brown 运动公式 1 2 3A RT t x N r ph 骣琪=琪 桫 X ：平均位移，A N ：阿伏伽德罗常数，R ：8.314 T ：温度， η：粘度 r ：半径 t ：时间 二、胶粒的扩散 1、定义：由于分子的热运动和胶粒的布朗运动，有浓度梯度存在时，可以观察到胶粒从高浓度区向低浓度区定向迁移的现象，这就是胶粒的扩散作用。 浓度梯度：胶体粒子浓度随距离的变化率dc/dx （熵驱动能力）。 2、Fick 第一扩散定律 D 为扩散系数，物理意义：单位浓度梯度、单位时间内通过单位横截面积的质量（物质的量）。 D 越大，胶粒质点的扩散能力越大。式中负号表示扩散发生在浓度降低的方向。 （粒子运动能力的量度，不具加和性。） 3、 Einstein 第一扩散公式 Einstein 指出，扩散系数D 与胶体粒子在介质中运动时阻力系数 f 之间，有如下关系： Stokes 定律：若颗粒为球形，，可确定阻力系数 f 为： Stokes ：工程：粘滞流体力学，定律； 数学：向量分析； 原理； 物理：光学， 效应； 地质学：地球重力场研究。 A dx dc D dt dm ?-=f N RT D A = r f πη6= 4、公式的相关研究 亚微米及纳米级颗粒尺寸的一种有效方法。此方法通过对悬浮颗粒的随机涨落光散射信号进行相关分析，并利用各种算法反演求得悬浮颗粒的粒径等信息。一般用超纯水 作颗粒物的载体介质。 测D 求r ， 流体力学半径 平均半径。 a ：其他方法测M(分子量，摩尔质量)求出等效球体的等效半径r ，再由Stokes 定律 求出f o 。 b ：利用 ，算出实际f 。 c ：f /f o 推算a/b ； f /f o =1 为球体，比值越大，胶粒越不对称。 动力稳定性 依据电动性质（电泳）、扩散系数D ，测量溶剂化量。 布朗运动与扩散的关系： 扩散是布朗运动的宏观表现，而布朗运动是扩散的微观基础。 四、沉降平衡 沉降：悬浮在液态介质中的密度比介质大的粒子受重力 作用下沉的现象。 沉降平衡：各高度上的粒子浓度不随时间的变化而变化 的状态。 （一）大气分布 r N RT D A πη61?=r f πη6= （二）胶体粒子分布 用浓度代大气压力：即 修正： M 摩尔质量： h ：浓度为为n 1和n 2层间距离 可写成： 图：2-9，不同粒子浓度下降一半时所需的高度： （三）在重力作用下的沉降 1、沉降速度 运动之初：mg >>f ，f=6πηr v 有一定向下加速度 v 大 f 最后mg =f 及平衡。 建立等式后：得出方程 或： r = V 正比于r 2 r 体系稳定性弱； V 正比于Δρ Δρ 体系稳定性弱。 V 反比于η η 体系稳定性强 ； 所以，配制钻井液时加入增稠剂，可提高钻井液的稳定性。 伽利略：两个铁球实验。 应用：①落球粘度计，（早期测压裂液粘度的工具） 已知：r ，v 求η ②实验室测压裂液悬砂能力， 填石英砂 ③稠油分离，辽河稠油：ρ（0.98~0.99） ρ水 分离乳状液 η ； Δρ ；膨胀系数不一 2 01 h P n P n =() 3 043 A M N r πρρ=?-/0Mgh RT h P Pe -=()()3 0214321A N r x x g RT n n e r r 轾犏-?-犏臌 =ηρρ9)(22g r v o -= 2、沉降分析——称重法 粗粒子：由v （沉降）与r 关系 测r 求v 。 理由： 胶体（悬浮体）：多分散体系（r 1， r 2，……r n ）；无 法求v （沉降），但可求粒度分布（某一大小粒子所占质量分数），即沉降分析。 步骤： （1） 由沉降天平测不同时间，盘上净沉降量，做P —t 曲线； （2） 做（1）图的不同点截距得Q-r 积分分布曲线； （3） 做微分分布曲线，既得不同半径r 所占比例。 （四）离心力场中的沉降 1、溶胶：1~100nm ，重力场v （沉降）极小忽略 动力学稳 定性。 离心机：转速3000r/min （50r/s ）ω=100π，x=0.2m 离心加速度：ω2x=（50×2π）2×0.2=1.974×104（m/s 2） 是g 的2000倍。 1924年，瑞典Swedberg ，发明超离心机 10~16万转/min 是g 的100万倍。 或： 已知t 1、t 2时刻粒子位置x 1、x 2，可求r 3、超离心机中粒子沉降 (四学时) ()22 21212()ln 9r t t x x r r w h --=r = 第三节 溶胶的光学性质 一、光散射现象 (1) 实质 (2) 意义 (3) 无色：吸收非可见光 溶液 一束光 有色：吸收一部分可见光 溶胶 一部分通过 吸收：化学组成 反射： 质点 散射： 大小 光：具有波粒二象性，E=hv （布拉德常数*频率） 每种物质的电子具有各种能级 ΔE （跃迁能）=E=hv 时吸收光 （1）粗分散体系：r ＞λ；反射，混浊 三种现象： （2）胶体溶液：r ﹤λ；散射，乳白色光柱 （3）分子溶液：r ﹤﹤λ；散射光相互干涉抵消， 无散射光 二、Tyndall 效应 1、 Tyndall 效应 定义 实例：探照灯、电影机 Tyndall 效应是胶粒对光散射作用的宏观表现；散射是在光前进方向之外也能观察到光的现象。 本质：光是电磁波 分子中的电子跃迁 产生受迫震动（偶极子） 像小天线一样向各个方向发射与入射光频率相同的光 散射光。 分子 散射光因相互干涉 抵消 看不到散射光 溶胶 多相不均匀 射光不能完全抵消 粗粒子 r 大 主要以反射光为主 散射光微弱 三、Rayleigh 散射定律 （1）I与λ4成反比；光波越短越易散射。 光波： 紫外、紫、蓝、青、绿、黄、橙、红、红外 （380~~~~~~~~~~~~~~~~740nm） ①紫色是人眼的偏见，在可见光比例少（天空蓝） 日出日落，太阳呈红色（散射少，透过多） ②白光照溶胶，侧观察呈蓝色，正视呈浅红色。 （2）I与c成正比： 浊度仪：I 粒子多浓度高 测定两分散度相同，浓度不同的溶胶的散射光强度，可知另一溶胶浓度（测污水杂质含量） （3）I与V2成正比 R大：粗分散体系，无乳光，反射（不适用此公式大于47nm）R小：真溶液，散射光极弱，R﹤1nm V 0 I 0 R胶粒：鉴别溶胶与真溶液，Tyndall效应 （4）I与n1 n2差值有关，差越大I越大 （介质与胶粒散射率的差异） 当n1=n2（纯液体，气体应无散射），但也有微弱的散射 Einstein：分子热运动引起的局部区域密度不同体系内部折射率的变化体系光学不均匀性。 所以散射是普遍现象，只是胶体更强烈。 四、溶胶的颜色 （1）溶胶呈现不同颜色原因 无色：对可见光（400~740nm）吸收弱； 溶胶有色：选择性吸收：Fe(OH)3红、CdS黄； 金属Au、Ag（吸收，散射）取决于r Ag：r（nm）透过光散射光 10~20 黄蓝 25~35 红暗绿 35~45 蓝紫黄 70~80 蓝棕红 （2）选择性吸收的原因（化学结构） ①ΔE=hv：光子能量=分子跃迁能（基态高能态）则吸收 AgCl:不吸收可见光（白色） ②每种分子都有自己AgI、AgBr：吸收蓝色光（黄、深黄） 特征的吸收波长 （3）Beer 定律： ① 真溶液： C ：溶液浓度； E ：吸光系数； d ：吸收层厚度 ② 溶胶：（修正） A ：散射光系数； E+A ：消光系数； 物质对光的选择性吸收波长，以及相应的吸收系数是该物质的物理 常数。当已知某纯物质在一定条件下的吸收系数后,可用同样条件将该供试品配成溶液，测定其吸收度,即可由上式计算出供试品中该物质的含量。 钨灯的发射光谱:钨灯光源所发出的400～760nm 波长的光谱,可作为可见光分光光度计的光源. 氢灯（或氘灯）的发射光谱:氢灯能发出185～400 nm 波长的光谱,可作为紫外光光度计的光源. （4）金溶胶颜色 R 小：吸收占优势（散射弱），长λ不易被吸收， 透过光呈红色。 R 大：散射占优势（吸收弱），长λ不易被散射， 透过光呈蓝色。 五、超显微镜 1. 狭缝式 照射光从碳弧光源射出，经可调狭缝后，由透镜会聚，从侧面射到盛胶体溶液的样品池中。 超显微镜的目镜看到的是 胶粒的散射光。如果溶液中没有胶粒，视野将是一片黑暗。 2. 心形聚光器超显微镜 有一个心形腔，上部视野涂黑， 强烈的光通入心形腔 后不能直接射入目镜，而是在腔壁上几经反射，最后从侧面会聚在试样上。目镜在黑暗的背景上看到的是胶粒发出的的散射光。 3、超显微镜的应用 （1） 可以测定球状胶粒的平均半径。 镜下粒子平均数 每毫升胶粒数n 每毫升胶粒质量 m 胶粒密度ρ （定量分析：离心机净化，过滤） m = n v ρ （2） 间接推测胶粒的形状和不对称性。例如，球状粒子不闪光，不对称的粒子在向光面变化时有闪光现象。 （3） 判断粒子分散均匀的程度。粒子大小不同，散射光的强度也不同。 （4） 观察胶粒的布朗运动 、电泳、沉降和凝聚等 现象。 3 43 m m nV V r n ρπρ=→==r =0Edc I I e -=() 0dc E A I I e -+= 第四节 溶胶的电学性质和胶团结构 1、电泳：在外电场的作用下，带电粒子在介质中定向迁移的现 象。 影响因素：离子强度（离子电性强弱， 2 2 价数 离子?C ） 说明：胶体颗粒带电与制备条件与PH 值有关： ?? ?→→+小于等电点：正电 大于等电点：负电蛋白质分离高分子电解质过量负电过量正电；PH PH b KI NO A I A KI NO A a g g g :::33 电泳仪： （1）Tiselius 电泳仪：沿aa ‘, bb ’ 和cc ‘都可以水平滑移。实验 开始时，从bb ?处将上部移开，下面A ，B 部分装上溶胶，然后将上部移到原处，在C 部装上分散介质，在bb …处有清晰界面。接通直流电源，在电泳过程中可以清楚的观察到界面的移动。 （2）界面移动电泳仪：首先在漏斗中装上待测溶胶，U 型管下部活塞内径与管径相同。实验开始时，打开底部活塞，使溶胶进入U 型管，当液面略高于左、右两活塞时即关上，并把多余溶胶吸走。在管中加入分散介质，使两臂液面等高。小心打开活塞 ，接通电源，观察液面的变化。 注意： 1、若是无色溶胶，必须用紫外吸收等光学方法读出液面的变化。 2、另外要选择合适的介质，使电泳过程中保持液面清晰。 （3）显微电泳仪：装置中用的是铂黑电极，观察管用玻璃制成。 电泳池是封闭的，电泳和电渗同时进行。该方法简单、快速，胶体用量少，可以在胶粒所处的环境中测定电泳速度和电动电位。但只能测定显微镜可分辨的胶粒，一般在20nm 以上。 （4）区带电泳 A 、纸上电泳：将一厚滤纸条在一定pH 的溶液中浸泡，取出后两端夹上电极，在滤纸中央滴少量待测溶胶，电泳速度不同的各组分即以不同速度沿纸条运动。 经一段时间后，在纸条上形成距起点不同距离的区带，区带数等于样品中的组分数。将纸条干燥并加热，将蛋白质各组分固定在纸条上，再用适当方法进行分析。 B 、凝胶电泳：凝胶电泳的分辨率极高。例如，纸上电泳只能将血清分成五个组分，而用聚丙烯酰胺凝胶作的凝胶电泳可将血清分成25个组分。 应用： 钻井液的ζ电位： 分离、检测氨基酸： 电泳电镀: 静电除尘：实际为烟雾气溶胶电泳现象。带尘粒的气溶胶在高压 直流电场（30～60KV ）下因电机放电而使气体电离，尘粒吸附阴离子带电而正极（集尘极）移动，放电下落，效率99%，但成本高。 2、电渗析 (1)定义：在外加电场作用下，带电的介质通过多孔膜或毛细管作定向移动，这种现象称为电渗析 应用 ???? ? ? ?? ??????→→?? ?光洁润滑剂作用，切出的砖膜吸附于金属丝表面起由电渗一层水负极丝正极砖于金属丝：铁丝切砖：防止粘土附负：污物排出正：升油降水 。电场法油水井增产增注 3、流动电势：这种因带电介质流动而产生的电势称为流动电势。 4、沉降电势：在重力场的作用下，带电的分散相粒子，在分散 介质中迅速沉降时，使底层与表面层的粒子浓度悬殊，从而产生电势差，这就是沉降电势。 二、质点表面电荷的来源 1、电离： 当PH ＞等电点：荷负电 蛋白质（-COOH ；-NH2） 当PH ＝等电点：不带电 当PH ＜等电点：荷正电 2、离子吸附 ?????→→→→- +带负电 吸附过量当带正电 吸附过量当I A KI A I A NO A g g g g 3 3、晶格取代: 4、非水介质中质点带电的原因: 课程代码：0303181 课程英文名称：Colloid and Surface Chemistry 课程类别：专业选修课 课程负责人：王英滨 胶体与表面化学教学大纲 (总学时：40讲课：40) 一、课程教学目的 本课程是为材料化学专业开设的专业选修课，同时也可作为材料学、环境工程等专业的选修课。通过本课程的学习，学生在大学物理化学的基础上，进一步了解胶体与表面的基本理论问题，并能在以后的研究工作中加以应用。 二、课程教学基本内容、要求及学时分配 第一章绪论 2学时，了解胶体的定义与特点，胶体化学发展简史，胶体化学的研究对象和意义，胶体与表面化学的发展。 第二章胶体的制备和性质 6学时，掌握溶胶的制备和净化，溶胶的动力学性质，溶胶的光学性质，溶胶的电学性质和胶团结构，溶胶的稳定性和聚沉，流变性质。 第三章凝胶 6学时，掌握凝胶通性及分类，凝胶的形成与结构，胶凝作用及其影响因素，凝胶的性质，几种重要的凝胶。 第四章界面现象和吸附 8学时，掌握表面张力和表面能，弯曲界面的一些现象，润湿和铺展，固体表面的吸附作用，吸附等温方程式，固体－溶液界面吸附 第五章常用吸附剂的结构、性能和改性 6学时，掌握多孔性物质物理结构的测定方法，常用吸附剂的结构和性能，固体的表面改性第六章表面活性剂 6学时，掌握表面活性剂的分类和结构特点，表面活性剂在界面上的吸附，表面活性剂的体相性质，胶束理论，表面活性剂的亲水亲油平衡（HLB）问题，表面活性剂的作用 第七章乳状液 6学时，掌握乳状液的制备和物理性质，影响乳状液类型的因素和乳状液类型的鉴别，影响乳状液稳定性的因素，乳化剂的选择，乳状液的变形和破乳，乳状液的应用 三、本课程与其它课程的联系与分工 学习本课程需无机化学、有机化学、物理化学等课程基础。 四、教学方式 主要以课堂讲授方式进行，使用多媒体教学。 五、成绩评定方法 本课程的考核以课堂提问情况、完成作业等平时成绩和期末撰写读书报告成绩综合评 胶体与表面化学 第一章 绪论 化学：无机化学、有机化学、物理化学、分析化学 无机化学：（元素化学，研究无机物的制备、合成与性能） 如：H 2O 有机化学：（生命化学，研究C 、O 、P 、S 等少量元素形成的 种类极多的化合物 ，就简单元素的复杂化学。） 小分子：甲烷 如： 大分子：淀粉 杀虫剂： 医药： 液晶： 物理化学：（用物理模型、数学概念化的手段研究化学） 物理：量子间的相互作用 化学：是量子间结合与排列。 热力学：状态——状态：能量转化的过程， 几千种状态方程。 动力学：物质间反应速度的问题（有时热力学 分支极多： 能进行但动力学不能进行） 电化学：电池：Fe+HCl ——FeCl 2+H 2 电子转移 形成电池（Li +） 高能电池 Fe 2+，Fe 3+（提纯难99.99%~99.9999%） 胶体与表面化学：气液固按不同形式混合， 泥土在水中分层，纳米材料， 牙膏，原油，化妆品。 理论化学：（非实验的推算来解释或预测化合物的各种现 象。） 如：用计算机模拟模型推算是否可以达到预期目的，在校 正 合成。 分析化学：（研究物质的组成、含量、结构和形态等化 学信息的分析方法一门科学） 如：三聚氰胺事件分析手段差蛋白质含量（N）一、基本概念 相：体系中物理化学性质完全相同的均匀部分 界面：相与相的交接面 表面：一相为气相的界面 比表面：单位体积或重量物体的表面积。 S0=S/V 对于立方体：S0=6L2/L3=6/L 对于球体：S0=3/R 胶体化学：是研究胶体体系的科学。它是物理化学的一个重要分支。随着胶体化学的发展，它已经成为一门独立的学科。 表面化学：研究发生在表面或界面上的物理和化学现象的一门科学。是胶体化学的分支。 （原油催化裂化） 二、胶体体系 小实验：泥土置于水中沉降。1、分类及定义：分散相粒子半径在1 ~100 nm 的分散体系。 2、特点 （1）特有的分散程度——多相项多分散体 粒子的大小在10-9~10-7m之间，扩散较慢，不能透过半透膜。 （2）多相不均匀性 由许多离子或分子聚结而成，结构复杂，有的保持了该难溶盐的原有晶体结构，而且粒子大小不一，与介质之间有明显的相界面，比表面很大。 （3）热力学不稳定性 因为粒子小，比表面大，表面自由能高，是热力学不稳定体系，有自发降低表面自由能的趋势，即小粒子会自动聚结成大粒子。 1、胶体的基本特性 特有的分散程度；粒子大小在1nm~100nm之间 多相不均匀性：在超级显微镜下可观察到分散相与分散介质间存在界面。 热力学不稳定性；粒子小，比表面大，表面自由能高，是热力学不稳定体系，有自发降低表面自由能的趋势，即小粒子会自动聚结成大粒子。 2、胶体制备的条件： 分散相在介质中的溶解度须极小 必须有稳定剂存在 3、胶体分散相粒子大小分类 分子分散系统 胶体分散系统 粗分散系统 二、 1、动力学性质布朗运动、扩散、沉降 光学性质是其高度分散性与不均匀性的反映 电学性质主要指胶体系统的电动现象 丁达尔实质：胶体中分散质微粒散射出来的光 超显微镜下得到的信息 （1）可以测定球状胶粒的平均半径。 （2）间接推测胶粒的形状和不对称性。例如，球状粒子不闪光，不对称的粒子在向光面变化时有闪光现象。 （3）判断粒子分散均匀的程度。粒子大小不同，散射光的强度也不同。 （4）观察胶粒的布朗运动、电泳、沉降和凝聚等现象 观察到胶粒发出的散射光，可观察布朗运动电泳沉降凝聚，只能确定质点存在和位置（光亮点），只能推测不能看到大小和形状 2、胶体制备的条件 溶解度稳定剂 3、溶胶的净化 渗析法、超过滤法 4、纳米颗粒粒径在1-100之间纳米颗粒的特性与粒子尺寸紧密相关，许多特性 可表现在表面效应和体积效应两方面。 5、布朗运动使胶粒克服重力的影响， 6、I反比于波长λ的四次方 7、溶胶产生各种颜色的原因；溶胶中的质点对可见光产生选择性吸收。溶胶对光吸收显示特定波长的补色不吸收显示散射光的颜色 agcl&agbr光透过浅红垂直淡蓝雾里黄灯减散，入射白光散射光中蓝紫色光散射最强天蓝是太阳散射光，早傍晚红色是透射光有宇散射作用 8、 9、胶粒带电原因：吸附、电离、同晶置换（晶格取代）、摩擦带电。 10、胶团结构：一定量难溶物分子聚结成中心称为胶核、然后胶核选择性的吸附稳定剂中的一种离子，形成紧密吸附层；由于正、负电荷相吸，在紧密层外形成反号离子的包围圈，从而形成了带与紧密层相同电荷的胶粒；胶粒与扩散层中的反号离子，形成一个电中性的胶团。 11、热力学电势和电动电势的区别： 发生在不同的部位、一般情况电动电势是热力学电势一部分绝对值小于热力学电势、热力学 一、是非题 1.表面超量的英文具体描述： The surface excess of solute is that the number of moles of solute in the sample from the surface minus the number of moles of solute in the sample from the bulk under a condition of the same quantity of solvent or the surface excess of solvent has been chosen to be zero. 2.囊泡的形成途径： The final surfactant structures we consider as models for biological membranes are vesicles. These are spherical or ellipsoidal particles formed by enclosing a volume of aqueous solution in a surfactant bilayer. Vesicles may be formed from synthetic surfactants as well. 3.絮凝与聚焦之间的区别： Coalescence ：the process that many small particles take together to form a new big particle,total surface area of the dispersion system decreases. Aggregation:the process by which small particles clump together like a bunch of grapes (an aggregate), but do not fuse into a new particle,total surface area of the dispersion system do not decrease as well. 4.胶束micelle ：A monophasic, fluid, transparent, isotropic and thermodynamically stable system composed by surfactant and water, the particle has some linear dimension between 10-9-10-6m. 5.乳液emulsion ：A multiphasic, no-transparent and thermodynamically unstable system composed by surfactant, cosurfactant, oil and water. 6.微乳液microemulsion ：A monophasic, fluid, transparent, isotropic and thermodynamically stable system composed by surfactant, cosurfactant, oil and water. 7.囊泡vesicle ：能不能直接从双联续制备转换过来？（√） 8.憎水溶胶 亲水溶胶 连续相与分散相有没有明显界限？（没有） 9.胶束体系的稳定性与哪些因素有关？与哪些因素无关？ 10.瑞利散射：条件 粒子大小 11.表面吸附超量γ：物理意义 溶剂的量是不是都为零？（×） 12.TEM 、SEM 都需要把样品放入真空中，最后结果都可以表明原来分散度。（×） 13.在Langmuir 膜、LB 膜 单层 理想气体方程式 能否用理想气体关系式描述？（能） 二、多项选择题 1.表面吉布斯自由能： The Gibbs equation:multicomponent systems γμAd dn SdT V G i i ++ =∑-dp From Gibbs-Duhen equation:∑μi dn i =0 注：S G G G G ++=β α ； ∑+-+=i i i n TS pV E G μ； ∑+-+=i i i s s s n TS A E G μγ； dA Ad d n dn SdT TdS Vdp pdV dE dG i i i s i i i γγμμβ α++++-++=∑∑∑)-(,,； dA Ad w d n dn dG pV nom s i i i i i i γγδμμβ α++++=∑∑∑)-SdT -(Vdp -,,； γμμβ αAd d n dn SdT Vdp dG i i i s i i i +++= ∑∑∑)-(,,； ∑+=i i i dn SdT Vdp dG μ- 第一章 1.胶体体系的重要特点之一是具有很大的表面积。 通常规定胶体颗粒的大小为1-100nm（直径） 2.胶体是物质存在的一种特殊状态，而不是一种特殊物质，不是物质的本性。 胶体化学研究对象是溶胶（也称憎液溶胶）和高分子溶液（也称亲液溶胶）。 气溶胶：云雾，青烟、高空灰尘 液溶胶：泡沫，乳状液，金溶胶、墨汁、牙膏 固溶胶：泡沫塑料、沸石、冰淇淋，珍珠、水凝胶、红宝石、合金 第二章 一．溶胶的制备与净化 1.溶胶制备的一般条件：（1）分散相在介质中的溶解度必须极小（2）必须有稳定剂存在 2.胶体的制备方法：（1）凝聚法（2）分散法 二．溶胶的运动性质 1.扩散：过程为自发过程 ，此为Fick第一扩散定律，式中dm/dt表示单位时间通过截面A扩散的物质数量，D为扩散系数，单位为m2/s，D越大，质点的扩散能力越大 扩散系数与质点在介质中运动时阻力系数之间的关系为：（为阿伏加德罗常数；R为气体常数） 若颗粒为球形，阻力系数=6（式中，为介质的黏度，为质点的半径）故，此式即为Einstein第一扩散公式 浓度梯度越大，质点扩散越快；就质点而言，半径越小，扩散能力越强，扩散速度越快。 2.布朗运动：本质是分子的热运动 现象：分子处于不停的无规则运动中 由于布朗运动是无规则的，因此就单个粒子而言，它们向各方向运动的几率是相等的。在浓度高的区域，单位体积的粒子较周围多，造成该区域“出多进少”，使浓度降低，这就表现为扩散。扩散是布朗运动的宏观表现，而布朗运动是扩散的微观基础 Einstein认为，粒子的平均位移与粒子半径、介质黏度、温度和位移时间t之间的关系：，此式常称为Einstein-Brown位移方程。式中是在观察时间t内粒子沿x轴方向的平均位移；r为胶粒的半径；为介质的粘度；为阿伏加德罗常数。 3.沉降 胶体与表面化学（第四版） 1.绪论 分散系统：一种物质以细分散状态分散在另一种物质中构成的系统。 分散相：分散系统中被分散的不连续相。 分散介质：分散系统中的连续相。 比表面：单位质量分散相物质所具有的面积。 缔合胶体：多个分子的缔合体构成胶体分散相。 胶体体系：分散相粒子至少在一个尺度上的大小处在1-100nm 范围内的分散系统。 溶胶：把分散介质是液体的胶体系统称为液溶胶，介质是水为水溶胶；介质是固体为固溶胶。 2.胶体与纳米粒子的制备 胶体制备：分散法（机械、电分散、超声波、胶溶）、凝聚法（还原、氧化、水解、复分解）晶核-晶体成长 条件：1）分散相在介质中的溶解度必须极小；2）必须有稳定剂的存在 净化：1）渗析：利用羊皮纸或火棉胶制成的半透膜，将溶胶与纯分散介质隔开。 2）超过滤：利用半透膜代替普通滤纸在压差下过滤溶胶的方法。 3）渗透：借半透膜将溶液和溶剂隔开，此膜只允许溶剂分子通过，胶粒和溶质不能通过。 反渗透：渗透平衡时在浓相一侧施加外压，则浓相中的溶剂分子向稀相迁移。 单分散溶胶：特定条件下制取的胶粒尺寸、形状和组成皆相同的溶胶。 胶体晶体：由一种或多种单分散胶体粒子组装并规整排列的二维或三维类似于晶体的有序结构。 光子晶体：在各个方向能阻止一定频率范围的光传播。 纳米粒子特性：比表面积大；易形成聚团；熔点低；磁性强；光吸收强；热导性能好 制备：气相、液相、固相 纳米气泡：在液体中或固液界面上存在的纳米尺度的气泡。 3.胶体系统的基本性质(N A =6.5*1023mol -1，R=8.314，T=273K) 运动 扩散：扩散系数：爱因斯坦第一扩散公式：r 61πη?=A N RT D 爱因斯坦布朗运动：r 3t t 2πη?==A N RT D X 沉降：大气压随高度分布：RT M gh -p p ln 0h = 光学 散射现象：当质点大小在胶体范围内时。反射：质点直径远大于入射光波长。 丁道尔现象：以一束强烈的光线射入溶胶后，在入射光的垂直方向可以看到一道明亮的光带。 Rayleigh 散射：022 1222122423)2(c 24I n n n n v I ?+-?=λπ 电学 电动现象：电泳：带负电的胶粒向正极移动，带正电的胶粒向负极移动。 电渗析：水在外加电场作用下，通过黏土颗粒间的毛细通道向负极移动的现象。 沉降电势：在无外加电场作用下，使分散相粒子在分散介质中快速沉降，则在沉降管两端产生电势差。 流动电势：用压力将液体挤过毛细管网或由粉末压成的多孔塞，在毛细管网两端产生电势差。 质点荷电原因：电离；离子吸附；晶格取代 双电层结构：胶粒表面带电时，在液相中必有与表面电荷数量相等且符号相反的离子存在，这些离子称为反离子。反离子一方面受静电引力作用向胶体表面靠近，另一方面受分子热运动及扩散作用有在整个液体中均匀分布的趋势。结果使反离子在胶粒表面区域的液相中形成平衡，越靠近界面反离子浓度越高，越远离界面反离子浓度越低。胶粒表面电荷与周围介质中的反离子构成双电层。胶粒表面与液体内部的电势差 胶体练习题 一、判断题： 1．溶胶在热力学和动力学上都是稳定系统。 2．溶胶与真溶液一样是均相系统。 3．能产生丁达尔效应的分散系统是溶胶。 4．通过超显微镜可以看到胶体粒子的形状和大小。 5．ζ电位的绝对值总是大于热力学电位φ的绝对值. 6．加入电解质可以使胶体稳定，加入电解质也可以使肢体聚沉；二者是矛盾的。7．晴朗的天空是蓝色，是白色太阳光被大气散射的结果。 8．旋光仪除了用黄光外，也可以用蓝光。 9．大分子溶液与溶胶一样是多相不稳定体系。 二、单选题： 1．雾属于分散体系，其分散介质是： (A) 液体；(B) 气体；(C) 固体；(D) 气体或固体。2．将高分子溶液作为胶体体系来研究，因为它： (A) 是多相体系；(B) 热力学不稳定体系； (C) 对电解质很敏感；(D) 粒子大小在胶体范围内。 3．溶胶的基本特性之一是： (A) 热力学上和动力学上皆属于稳定体系； (B) 热力学上和动力学上皆属不稳定体系； (C) 热力学上不稳定而动力学上稳定体系； (D) 热力学上稳定而动力学上不稳定体系。 4．溶胶与大分子溶液的区别主要在于： (A) 粒子大小不同；(B) 渗透压不同； (C) 丁铎尔效应的强弱不同；(D) 相状态和热力学稳定性不同。 5．大分子溶液和普通小分子非电解质溶液的主要区分是大分子溶液的： (A) 渗透压大；(B) 丁铎尔效应显著； (C) 不能透过半透膜；(D) 对电解质敏感。 6．以下说法中正确的是： (A) 溶胶在热力学和动力学上都是稳定系统； (B) 溶胶与真溶液一样是均相系统； (C) 能产生丁达尔效应的分散系统是溶胶； (D) 通过超显微镜能看到胶体粒子的形状和大小。 7．对由各种方法制备的溶胶进行半透膜渗析或电渗析的目的是： (A) 除去杂质，提高纯度； (B) 除去小胶粒，提高均匀性； (C) 除去过多的电解质离子，提高稳定性； (D) 除去过多的溶剂，提高浓度。 8．在AgNO3溶液中加入稍过量KI溶液，得到溶胶的胶团结构可表示为： (A) [(AgI)m·n I-·(n-x) ·K+]x-·x K+；(B) [(AgI)m·n NO3-·(n-x)K+]x-·x K+； 1.什么是气凝胶？有哪些主要特点和用途？当凝胶脱去大部分溶剂，使凝胶中液体含量比固体含量少得多，或凝胶的空间网状结构中充满的介质是气体，外表呈固体状，这即为干凝胶，也称为气凝胶。气凝胶是一种固体物质形态，世界上密度最小的固体。气凝胶貌似“弱不禁风”，其实非常坚固耐用。它可以承受相当于自身质量几千倍的压力，在温度达到1200摄氏度时才会熔化。此外它的导热性和折射率也很低，绝缘能力比最好的玻璃纤维还要强39倍。 用途：（1）制作火星探险宇航服（2）防弹不怕被炸 （3）过滤与催化（4）隔音材料（5）日常生活用品 2.试述凝胶形成的基本条件？ ①降低溶解度，使被分散的物质从溶液中以“胶体分散状态”析出。②析出 的质点即不沉降，也不能自由行动，而是构成骨架，在整个溶液中形成连续的网状结构。2.简述光学白度法测定去污力的过程。 将人工制备的污布放在盛有洗涤剂硬水的玻璃瓶中，瓶内还放有橡皮弹子，在机械转动下，人工污布受到擦洗。在规定温度下洗涤一定时间后，用白度计在一定波长下测定污染棉布试片洗涤前后的光谱反射率，并与空白对照。 4.试述洗涤剂的发展趋势。 液体洗涤剂近几年的新的发展趋势： (1)浓缩化 (2)温和化、安全化(3)专业化 (4)功能化(5)生态化: ①无磷化②表面活性剂生物降解③以氧代氯 5.简述干洗的原理 干洗是在有机溶剂中进行洗涤的方法，是利用溶剂的溶解力和表面活性剂的加溶能力去除织物表面的污垢。 3. 脂肪酶在洗涤剂中的主要作用是什么？ 脂肪酶，人的皮脂污垢如衣领污垢中因含有甘油三脂肪酸酯而很难去除，在食品污垢中也含有甘油三脂肪酸酯类的憎水物质，脂肪酶能将这些污垢分解成甘油和脂肪酸。 4.在洗涤剂中作为柔和剂的SAA主要是什么物质？用作柔和剂的表面活性剂主要是两性表面活性剂 8.用防水剂处理过的纤维为什么能防水？织物防水原理：将纤维织物用防水剂进行处理，可使处理后的纤维不表面变为疏水性，防水织物由于表面的疏水性使织物与水之间的接触角θ>90°，在纤维与纤维间形成的“毛细管”中的液面成凸液面，凸液面的表面张力的合力产生的附加压力△P的方向指向液体内部因此有阻止水通过毛细管渗透下来的作用。 5.请举出几个润湿剂的应用实例。 （1）润温剂在农药中的应用。加入润湿剂后，药液在蜡质层上的润湿状况得到改善甚至可以在其上铺展。 （2）润湿剂在原油开采中的应用。溶有表面活性剂的水，称之为活性水，活性水中添加的表面活性剂主要是润湿剂。它具有较强的降低油—水界面张力和使润湿反转的能力 （3）润湿剂在原油集输中的应用。在稠油开采和输送中，加入含有润湿剂的水溶液，即能在油管、抽油杆和输油管道的内表面形成—层亲水表面，从而使器壁对稠油的流动阻力降低，以利于稠油的开采和辅送。这种含润湿剂的水溶液 即为润湿降阻 研究生胶体与表面化学题 1、下列物系中哪一种为非胶体？ ①牛奶②烟雾③人造红宝石④空气 2、溶胶的基本特性之一是 ①热力学上和动力学上皆属稳定的物系 ②热力学上和动力学上皆为不稳定的物系 ③热力学上稳定而动力学上不稳定的物系 ④热力学上不稳定而动力学上稳定的物系 3、溶胶有三个最基本的特性，下列哪点不在其中？ ①分散性②聚结不稳定性③多相性④动力稳定性 4、丁铎尔（Tyndall）现象是光射到粒子上发生下列哪种现象的结果？ ①散射②反射③透射④折射 5、在外加电场作用下，胶体粒子在分散介质中移动的现象称为 ①电渗②电泳③流动电势④沉降 6、下列各性质中哪个不属于溶胶的动力学性质？ ①布朗运动②扩散 ③电泳④沉降平衡 7、对于AgI的水溶胶，当以KI为稳定剂时其结构可以写成 [（AgI）m nI-(n-x)K+]x-x K+ 则被称为胶粒的是指: 8、在AS2S3溶胶中加入等体积，等当量浓度的下列不同电解质溶液，则使溶胶 聚沉最快的是 ①LiC1 ②NaC1 ③CaCI2 ④A1C13 9、在Al2O3溶胶中加入等体积，等当量浓度的下列不同电解质溶液，则使溶胶 聚沉得最快的是 ①KC1 ②KNO3 ③K3[Fe(CN)6] ④K2C2O4 10、在一定量的AgI溶胶中加入下列不同电解质溶液，则使溶胶在一定时间内完 全聚沉所需电解质的量最少者为 ①La(NO3)3 ②Mg(NO3)2 ③NaNO3 ④KNO3 11、下列各点哪一点不属于电动现象？ ①电导②电泳 ③电渗④沉降电位 12、对于电动电位即ξ电位的描述，哪一点是不正确的？ ①ξ电位表示了胶粒溶剂化层界面到均匀液相内的电位 ②ξ电位的绝对值总是大于热力学电位? ③ξ电位的值易为少量外加电解质而变化 ④当双电层被压缩到溶剂化层相合时，ξ电位为零。 13、为测定大分子溶液中大分子化合物的平均分子量，下列各方法中哪一种是不 宜采用的？ ①渗透压法②光散射法 ③冰点降低法④粘度法 14、乳状液、泡沫、悬浮液等作为胶体化学研究的内容，一般地说是因为它们 ①具备胶体所特有的分散性、不均匀性和聚结不稳定性 ②充分具备胶体的分散性及不均匀性 ③充分具备胶体的分散性及聚结不稳定性 ④充分具备胶体的不均匀性及聚结不稳定性 15、大分子溶液与溶胶在性质上的最根本区别是 ①前者粘度大，后者粘度小 ②前者是热力学稳定物系，后者是热力学不稳定物系 ③前者是均相的而后者是不均匀的多相物系 ④前者对电解质稳定性大后者加入微量电解质即能引起聚沉 16、在大分子溶液中加入多量的电解质，使大分子溶液发生聚沉的现象被称为盐 析。它主要是因为 ①大量电解质的离子发生强烈水化作用而使大分子去水化 ②降低了动电位 ③电解质加入使大分子溶液处于等电点 第一章 胶体的制备和性质 一、什么是胶体？ 1.胶体体系的重要特点之一是具有很大的表面积。 通常规定胶体颗粒的大小为1-100nm （直径） 2.胶体是物质以一定分散程度存在的一种特殊状态，而不是一种特殊物质，不是物质的本性。 胶体化学研究对象是溶胶（也称憎液溶胶）和高分子溶液（也称亲液溶胶）。 气溶胶：云雾，青烟、高空灰尘 液溶胶：泡沫，乳状液，金溶胶、墨汁、牙膏 固溶胶：泡沫塑料、沸石、冰淇淋，珍珠、水凝胶、红宝石、合金 二、溶胶的制备与净化 1.溶胶制备的一般条件：（1）分散相在介质中的溶解度必须极小（2）必须有稳定剂存在 2.胶体的制备方法： （1）分散法：①研磨法：用机械粉碎的方法将固体磨细（产品细度1-74μm ） ②胶溶法（解胶法）：仅仅是将新鲜的凝聚胶粒重新分散在介质中形成溶胶，并加入 适当的稳定剂。（目前制备纳米材料和超微细粉的方法） ③超声波分散法：让分散介质动起来。主要用来制备乳状液（即分散介质是液体的体系）。 好处是不与溶液接触。 ④电弧法：用于制备金属水溶胶。金溶胶多用于美容。 （2）凝聚法：①化学凝聚法 ②物理凝聚法：A 、更换溶剂法（溶解度是减小的）：利用物质在不同容剂中的溶解度的显著差别，制备溶胶，而且两种溶剂要能完全互溶。（与萃取区别） B 、蒸汽骤冷法：制备碱金属的苯溶胶。 3.溶胶的净化：简单渗析法，电渗析，超过滤法 三．溶胶的运动性质 1.扩散：胶粒从高浓度向低浓度迁移的现象，此过程为自发过程根本原因在于存在化学位。 d d d d m c DA t x =-，此为Fick 第一扩散定律，式中dm/dt 表示单位时间通过截面A 扩散的物质数量，D 为扩散系数，单位为m 2 /s ，D 越大，质点的扩散能力越大。 扩散系数D 与质点在介质中运动时阻力系数f 之间的关系为：A RT D N f =（A N 为阿伏加德罗常数；R 为气体常数） 若颗粒为球形，阻力系数f =6r πη（式中，η为介质的黏度，r 为质点的半径） 故1 6RT D NA r πη= ?，此式即为Einstein 第一扩散公式 浓度梯度越大，质点扩散越快；就质点而言，半径越小，扩散能力越强，扩散速度越快。 2.布朗运动：粒子越小布朗运动越激烈，其运动激烈的程度不随时间而变，但随温度变化。 本质：分散介质的分子热运动。 现象：分子处于不停的无规则运动中 半径大于5μm 时布朗运动消失。 由于布朗运动是无规则的，因此就单个粒子而言，它们向各方向运动的几率是相等的。在浓度高的区 胶体与表面化学 第一章绪论（2学时） 1.1胶体的概念 什么是胶体，胶体的分类 1.2胶体化学发展简史 1.3胶体化学的研究对象 表面现象，疏液胶体，缔合胶体，高分子溶液。 重点：胶体、分散系统、分散相、分散介质的概念。 难点：胶体与表面化学在矿物加工工程中的作用及意义。 教学方法建议：启发式教学，引导学生对胶体及表面化学的兴趣。第二章胶体与纳米材料制备（4学时） 2.1胶体的制备 胶体制备的条件和方法，凝聚法原理。 2.2胶体的净化 渗析、渗透和反渗透。 2.3单分散溶胶 单分散溶胶的定义及制备方法。 2.4胶体晶体 胶体晶体的定义及制备方法 2.5纳米粒子的制备 什么是纳米材料，纳米粒子的特性及制备方法 重点：胶体的制备、溶胶的净化、胶体晶体的制备。 难点：胶体制备机理。 教学方法建议：用多媒体教学，注重理论联系实际。 第三章胶体系统的基本性质（8学时） 3.1溶胶的运动性质 扩散、布朗运动、沉降、渗透压和Donnan平衡。 3.2溶胶的光学性质 丁道尔效应和溶胶的颜色。 3.3溶胶的电学性质 电动现象、双电层结构模型和电动电势(ζ电势) 3.4溶胶系统的流变性质 剪切速度越切应力，牛顿公式，层流与湍流，稀胶体溶液的黏度。 3.5胶体的稳定性 溶胶的稳定性、DLVO理论、溶胶的聚沉、高聚物稳定胶体体系理论。 3.6显微镜及其对胶体粒子大小和形状的测定 显微镜的类型及基本作用 重点：沉降、渗透压、电泳、电渗、ζ电势的计算、双电层结构模型、DLVO理论、溶胶的聚沉。 难点：双电层结构模型。 教学方法建议：多媒体教学和板书教学相结合。 第四章表面张力、毛细作用与润湿作用（6学时） 4.1表面张力和表面能 净吸力和表面张力的概念、影响表面张力的因素、液体表面张力和固体表面张力的 测定方法。 4.2液-液界面张力 Anntonff规则、Good-Girifalco公式、Fowkes理论和液-液界面张力的测定。 4.3毛细作用与Laplace公式和Kelvin公式 毛细作用，Laplace公式和Kelvin公式的应用，曲界面两侧的压力差及与曲率半径的关系，毛细管上升或下降现象，弯曲液面上的饱和蒸气压。 4.4润湿作用和杨氏方程 润湿现象、润湿角，润湿角的测量方法、润湿角的影响因素、铺展、杨方程、润湿热的计算。 4.5固体表面能 固体表面能的特点与表面张力的区别 重点：润湿现象、润湿角、润湿角的计算；Laplace公式和Kelvin公式的计算公式；润湿热的计算。 难点：Fowkes理论和杨方程。 教学方法建议：启发性讲解与讨论式教学相结合，板书与多媒体教学相结合。 胶体与表面化学 考试题型 一，选择题(15Χ2‘，共30分) 二，判断题（15Χ1‘,共15分） 三, 简答题(共6道题目，共30分) 四, 计算题(共5道题目，共25分) 例题------选择题 1.雾属于分散体系，其分散介质是 A 固体 B 气体 C 液体 D 气体或固体 2.区别溶胶与真溶液和悬浮液最简单灵敏的方法是： A 乳光计测定粒子浓度 C 超显微镜测定粒子大小 B 观察丁铎尔效应 D 观察ζ电位 3.固体物质与极性介质（如水溶液）接触后，在相之间出现双电层，所产生的电势是指 A 滑动液与本体液之间的电势差 C 紧密层与扩散层之间的电势差 B 固体表面与本体溶液间的电势差 D 小于热力学电位φ 4.下列性质中既不属于溶胶动力学性质又不属于电动性质的是： A 沉降平衡 B 布朗运动 C 沉降电势 D 电导 5.当溶胶中加入大分子化合物时： A 一定使溶胶更稳定 C 对溶胶稳定性影响视加入量而定 B 一定使溶胶更容易为电解质所聚沉 D 对溶胶稳定性没有影响 6. 同一体系，比表面自由能和表面张力都用σ表示，它们 A 物理意义相同，数值相同 C 物理意义相同，单位不同 B 量纲和单位完全相同 D 前者是标量，后者是矢量 7.对处于平衡状态的液体，下列叙述不正确的是 A 凸液面内部分子所受压力大于外部压力 B 凹液面内部分子所受压力小于外部压力 C 水平液面内部分子所受压力大于外部压力 D 水平液面内部分子所受压力等于外部压力 8.胶束的出现标志着表面活性剂的: A 降低表面张力的作用下降 C分子远未排满溶液表面 B 溶解已达到饱和 D分子间作用超过它与溶剂的作用 9.有机液体与水形成W/O型还是O/W型乳状液与乳化剂的HLB值有关，一般是： A HLB值大，易形成W/O型 C HLB值大，易形成O/W型 B HLB值小，易形成O/W型 D HLB值小，不易形成W/O型 10. 将分散系统按离子大小分类时，胶体离子的大小范围是： A 直径大于10-9m； B 直径介于10-7~10-5m； C 直径介于10-9~10-7m； D 直径小于10-5m。 11. 通常称为表面活性剂的物质是指将其加入液体中后： ( ) (A)能降低液体的表面张力； (B)能增大液体的表面张力； (C)能显著增大腋体的表面张力； (D)能显著降低液体的表面张力。 12. 下述现象中与表面活性物质无关的是： ( ) (A)乳化； (B)润湿； (C)起泡； (D)溶解。 13. 插在液体中的玻璃毛细管里面液面上升或下降决定于该液体的： ( ) 《胶体与表面化学(第二版)》沈钟王果庭 .1997{化学工业 出版社} 觅下载论坛 《胶体与表面化学(第二版)》沈钟/ 王果庭 .1997{化学工业出版社}内容简介本书是在1991年版的基础上修订的。全书仍分八章，介绍了胶体与表面化学的基本概念、胶体的制备和性质、凝胶、界面现象和吸附、常用吸附结构性能和改性、表面活性剂、乳状液和高分子溶液。各章均适当增加了新的研究成果，如超细颗粒、分形理论、LB膜、胶束催化、炭分子筛和凹凸棒上等。特别是密切结合我国生产科研工作的实际，对凝胶、吸附剂、固体表面改性、微乳液和絮凝剂等问题作了较详细阐述，这是本书的重要特点之一。全书叙述简明扼要，概念清楚，兼收讲授与自学的特点，适用性较强，本书可作为工科院校有关专业的胶体与表面化学教材或教学参考书，也可供化工、医药、石油及油田化学、日用化工、选矿、纺织等工程技术和科研人员参考。作者简介作者: 沈钟/ 王果庭 出版社: 化学工业出版社 出版年: 1997-9-1 页数: 472 定价: 28.00 装帧: 平装(无盘) ISBN: 9787502518677目录第一章绪论 第一节什么是胶体 …… 第二章胶体的制备和性质 第一节胶体的制备和净化 …… 第三章凝胶 第一节概述 …… 第四章界面现象和吸咐 第一节表面张力和表面能 …… 第五章常用吸咐剂的结构、性能和改性 第一节多孔性物质物理结构的测定方法 …… 第六章表面活性剂 第一节表面活性剂概述 …… 第七章乳状液 第八章高分子溶液 参考文献下载地址（注册会员回复可见，无广告，多线路，高速下载，永久储存） 本部分设定了隐藏,您已回复过了,以下是隐藏的内容地址1 地址2 胶体与表面化学原理在实际中的应用 李猛钱楠高云飞 徐州医学院药学院 11药物制剂班 摘要胶体与表面化学虽然原属物理化学的一个分支，却是物理化学的一个重要组成部分，是一门应用性极强的学科，它所研究的领域涉及到化学、物理学、材料科学、环境科学、生物化学等，是诸学科的交叉和重叠。因此，它的应用领域是极其广泛的。本文将对交替于表面化学的原理作初步的探讨并列举胶体与表面化学在制药工程以及其他领域的应用。 关键词胶体与界面分散体系医药应用 引言研究分散体系（除小分子分散体系以外的胶体分散体系和一般粗分散体系）和界面现象的物理化学分支学科。胶体和表面化学的研究和应用，实际上可追溯到远古时代。如中国史前时期陶器的制造；4000年以前巴比伦楔形文字碑文中有关油膜(不溶单分子膜)的记载；肥皂以及皂角一类天然表面活性剂（洗涤剂）的应用；毛细现象的研究等等。但作为一种科学，直到20世纪才得到具有本身特色的迅速发展。 1 胶体 早在1861年，英国化学家T.格雷姆（Graham）在研究不同物质水中的扩散速度时发现有两类物质，他把扩散速度慢的、不易结晶的、易成粘稠状的一类物质称为胶体（colloid），而把扩散速度快的、易结晶的、不易成粘稠状的一类物质称为晶体（crystal）。在胶体体系中，胶体质点成为一个相，周围的介质为另一相。此种质点分布于介质中的体系称为分散体系：胶体质点分散于介质中的体系即为胶体分散体系，可分为3种基本类型：憎液溶胶（lyophobic colloid），简称溶胶（sol）、亲液胶体（lyophilic colloid）和缔合溶胶（association colloid）。下表列举了几类溶胶的实例。 表溶胶分类的实例 分散相为气相分散相为液相分散相为固相 胶体与表面化 学 第一章绪论 胶体与表面化学：研究胶体分散系统、一般粗分散系统及表面现象的化学分支。 胶体化学：研究胶体体系的科学，是物理化学的分支。 表面化学：研究发生在表面或界面上的物理、化学现象的一门学科，是胶体化学的分支。分散系统：一种物质以细分散状态分散在另一种物质中构成的系统。被分散的不连续相为分散相，连续相为分散介质。可分为：粗分散系统、胶体分散系统、分子分散系统。 习惯上，按分散介质的类型把胶体系统分为气、液、固溶胶。 溶胶：以液体为分散介质时，分散相为固体小粒子的胶体分散系统。 凝胶：以固体为分散介质时，分散相为液体的胶体分散系统。(第九章) 胶体分散系统：分散相粒子至少在一个尺度上的大小处于1~100nm范围内的分散系统。 胶体是物质存在的一种状态而非特殊的物质，不是物质的本性；胶体是两相或多相不均匀分散系统。 界面：不相混溶的两相间的边界区域。凝聚相与气相的边界区域称为表面。 比表面：单位质量或体积的分散相物质所具有的总表面积。 第二章胶体与纳米粒子 胶体制备的一般条件：1.分散相在介质中的溶解度必须极小 2.必须有稳定剂存在 胶体制备方法：一、分散法：1.机械分散（助磨剂、分级设备） 2.电分散（金属水溶胶）3超声波分散（乳状液）4.胶溶（在某些新生成的松散聚集沉淀物中，加入适量的电解质或置于某一温度下，使沉淀重新分散成溶胶。例如正电荷溶胶MMH或MMLHC） 二、凝聚法：用物理或化学方法使分子或离子聚集成胶体粒子的方法。 物理凝聚：将蒸气或溶解状态的物质凝聚成胶体状态。（蒸汽骤冷、更换溶剂） 化学凝聚：通过各种化学反应使生成物呈过饱和状态，初生成的难溶物微粒结合成胶粒，在少量稳定剂存在时形成溶胶。（还原、氧化、水解、复分解法） 溶胶净化：（粗粒子--过滤、沉降、离心；） 胶体中过多的电解质--渗析：用半透膜将溶胶和纯分散介质隔开，仅能让小分子和离子通过而胶粒不能通过；由于浓度差，多余电解质向外渗透，更换溶剂便可净化溶胶。 单分散溶胶：在特定条件下制取的胶粒尺寸、形状和组成皆相同的溶胶。 成核扩散控制模型：控制溶质的过饱和程度使之略高于成核浓度，于是在很短时间内形成全 试卷（一） 一、是非题（4×5=20分） 1、一物体其比表面越大，表面能也越大。 2、对于液体，其液面为凸面时，表面张力的合力指向液体外部。 3、过饱和蒸气形成的原因是新生的微小液滴的蒸气压大于同温度下平面液体 的蒸气压。 4、作布朗运动的粒子的平均位移与其质量无关。 5、固—液相界面存在双电层是电动现象产生的本质原因。 二、填空题（4×5=20分） 1、F为亥氏自由能，A是面积，表面张力σ______ 。 2、在相同条件下，两液滴的饱和蒸气压P1>P2，则相应的液滴半径r1___r2。 3、根据溶液吸附的吉布斯方程，可知当 ___0 ，当（为溶质活 度）时，溶液表面发生正吸附。 4、θ为接触角，当COSθ=____时（填数字），液体完全润湿固体。 5、H+和Li+对负溶胶聚沉能力比较，H+____Li+。 三、单选题（4×5=20分）1、液体的内压力和表面张力的联系与区别在于 （A）产生的原因相同而力的作用点不同 （B）产生的原因相同而力的作用方向不同 （C）力作用点相同而方向不同 （D）产生的原因不同 2、防毒面具吸附毒气而基本上不吸附氧气是因为 （A）毒气密度比氧气大 （B）毒气是物理吸附，氧气是化学吸附 （C）毒气吸附速度快，氧气吸附慢 （D）毒气液化温度高，氧气液化温度低 3、BET 吸附理论最基本的假定是 （A）固体表面各处不均匀的，吸附能力不相同（B）同层被吸附分子间有作用 （C）固体表面是多分子层吸附 （D）固体表面只有物理吸附 4、表面活性剂在结构上的特征是 （A）一定具有亲水基和亲油基 （B）一定具有脂肪酸基或氨基 （C）一定具有磺酸基或高级脂肪烃基 （D）一定具有羟基和高级脂肪酸基 5、区别溶胶与真溶液及悬浮液最简单而灵敏的方法是： （A）超显微镜测定粒子大小 （B）乳光计测定粒子浓度 （C）观察丁达尔现象 （D） 自测试题（一）答案 一、是非题（4×5=20 分） 1．Yes 2.no 3.yes 4.yes 5 .yes 二、填空题（4×5=20 分） 1．= 2. < 3. < 4. 1 5. > 三、单选题（4×5=20 分） 1．B 2. D 3. C 4. A 5. C 四、双选题（8×5=40 分） 1．D，E 2. B，C 3. C，E 4. A，C 5. A，D 试卷（二） 一、是非题（4×5=20分） 1、在等温等压下且组成不变时以可逆方式增加表面积做的功，量值等于表 面能。 2、对凹面液体，因其表面张力的合力指向液体内部，故凹形稳定。 3、过热液体发生爆沸是由于液体里气泡所受的附加压力突然增大。 4、作布朗运动的粒子动能只决定于温度。 5、影响胶粒电泳速度的因素很多，其中外加电解质影响最大。 二、填空题（4×5=20分） 1、U是内能，A为面积，S为熵，表面张力σ____(?U/?A)S,V。 2、根据附加压力?P=σ(1/r1–1/r2)，可知平面液体的r1=r2=____（填数学符 号）。 若无法输入可用文字说明 3、根据溶液吸附的吉布斯方程，当表面发生负吸附时， ___0（为活度）。 4、θ为接触角，当COSθ=____（填数字）时，液体对固体完全不润湿。 5、F–和I–对Fe(OH)3溶胶的聚沉能力比较, F–____ I–（填数学符号）。 三、单选题（4×5=20分） 胶体与表面化学 B 卷 一．判断题(对的打√，错的打×，共15分) （1）同号大离子可能因强烈的静电吸附作用而进入stern层，从而使stern 电势高于表面电势（） （2）能够降低水的表面张力的溶质叫表面活性剂（） （3）牛奶是典型的水包油型乳状液。（） （4）表面张力与表面自由能是同一个物理量。（） (5) 散射光的强度与波长的四次方成反比。（） 二．简述题（每小题10分，共20分） 1.简述Donnan平衡. 2.简述固体表面的粗糙度对接触角的影响 三．选择题（本题15分） 1，400活化的糖炭自四氯化碳中吸附脂肪酸的顺序是（）。 （1）甲酸>乙酸>丙酸>丁酸（2）甲酸<乙酸<丙酸<丁酸 （3）甲酸>乙酸<丙酸>丁酸（4）甲酸<乙酸<丙酸>丁酸 2，对于Au(-)溶胶，分别加入NaCl，HCl,BaCl2,AlCl3电解质,其聚沉值的大小顺序应该是（） （1）HCl>NaCl>BaCl2> AlCl3（2）NaCl>HCl>BaCl2>AlCl3 （3）HCl胶体与表面化学教学大纲
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