胶体表面化学
胶体表面化学是研究胶体体系中表面现象及其相关化学性质和过程的学科。胶体是由两种或多种相互不溶的物质组成的分散体系，其中分散相的粒径在1纳米至1微米之间。胶体表面化学研究的重点是胶体颗粒表面的性质和与周围环境的相互作用。
胶体颗粒的表面是由分子、离子或原子组成的，具有高度的活性和特殊的化学性质。在胶体体系中，胶体颗粒的表面和周围介质之间发生着吸附、解吸附、表面扩散、聚集等一系列表面现象。这些表面现象的发生和调控，直接影响着胶体体系的稳定性、流变性质和功能性应用。
胶体表面化学的研究内容主要包括胶体颗粒的表面吸附现象、表面电荷和电荷调控、表面活性剂的吸附和胶体稳定性等。其中，表面吸附现象是胶体表面化学的核心内容之一。胶体颗粒表面的吸附是指溶质分子或离子在胶体颗粒表面附近的聚集现象。这些溶质分子或离子可以通过静电作用、范德华力、化学键等相互作用力与胶体颗粒表面结合。表面吸附的过程受到多种因素的影响，如温度、pH 值、离子强度等。通过调控这些因素，可以改变胶体颗粒表面的吸附行为，从而实现对胶体体系的控制和调节。
表面电荷是胶体表面化学另一个重要的研究内容。胶体颗粒表面的电荷来源于表面的游离或离子化的官能团。这些电荷可以通过吸附或解吸附离子的方式来调节。表面电荷的存在对胶体体系的稳定性
和流变性质有着重要影响。具有相同电荷的颗粒会发生静电排斥，使胶体体系呈现分散状态。相反，具有相反电荷的颗粒会发生静电吸引，使胶体体系发生聚集。通过调节表面电荷的大小和性质，可以控制胶体体系的稳定性和流变性质。
表面活性剂的吸附是胶体表面化学的另一个重要内容。表面活性剂是一类在界面上具有活性的化合物，可以降低表面张力，促进胶体颗粒和介质之间的相互作用。表面活性剂的吸附行为受到表面张力、界面电位、分子结构等因素的影响。通过调节表面活性剂的类型和浓度，可以改变胶体体系的表面性质和稳定性。
胶体表面化学的研究在许多领域具有重要应用价值。在材料科学领域，胶体表面化学的研究可以用于合成纳米材料、制备多孔材料和功能薄膜等。在生物医学领域，胶体表面化学的研究可以用于制备纳米药物载体、生物传感器和基因传递系统等。在环境科学领域，胶体表面化学的研究可以用于处理废水和土壤污染物。胶体表面化学的发展将为这些领域的研究和应用提供新的思路和方法。
胶体表面化学是研究胶体颗粒表面现象及其相关化学性质和过程的学科。通过研究胶体颗粒表面的吸附现象、表面电荷和电荷调控、表面活性剂的吸附等内容，可以实现对胶体体系的控制和调节。胶体表面化学在材料科学、生物医学和环境科学等领域具有广泛的应用前景，为相关领域的研究和应用提供了新的思路和方法。
表面吉布斯自由能和表面张力 1、界面： 密切接触的两相之间的过渡区（约几个分子的厚度）称为界面（interface），通常有液－气、液－固、液－液、固－气、固－液等界面，如果其中一相为气体，这种界面称为表面（surface）。 2、界面现象： 由于界面两侧的环境不同，因此表面层的分子与液体内的分子受力不同： 1.液体内部分子的吸引力是对称的，各个方向的引力彼此抵销，总的受力效果是合力为零； 2.处在表面层的分子受周围分子的引力是不均匀的，不对称的。 由于气相分子对表面层分子的引力小于液体内部分子对表面层分子的引力，所以液体表面层分子受到一个指向液体内部的拉力，力图把表面层分子拉入内部，因此液体表面有自动收缩的趋势；同时，由于界面上有不对称力场的存在，使表面层分子有自发与外来分子发生化学或物理结合的趋势，借以补偿力场的不对称性。由于有上述两种趋势的存在，在表面会发生许多现象，如毛细现象、润湿作用、液体过热、蒸气过饱和、吸附作用等，统界面现象。 3、比表面（Ao）
表示多相分散体系的分散程度，定义为：单位体积（也有用单位质量的）的物质所具有的表面积。用数学表达式，即为： A0=A/V 高分散体系具有巨大的表面积。下表是把一立方厘米的立方体逐渐分割成小立方体时，比表面的增长情况。高度分散体系具有巨大表面积的物质系统，往往产生明显的界面效应，因此必须充分考虑界面效应对系统性质的影响。 4、表面功
在温度、压力和组成恒定时，可逆地使表面积增加dA所需要对体系做的功，称为表面功（ω’）。 -δω’=γdA (γ:表面吉布斯自由能，单位：J.m-2) 5、表面张力 观察界面现象，特别是气-液界面的一些现象，可以觉察到界面上处处存在着一种张力，称为界面张力（interface tension）或表面张力（surface tension）。它作用在表面的边界面上，垂直于边界面向着表面的中心并与表面相切，或者是作用在液体表面上任一条线两侧，垂直于该线沿着液面拉向两侧。如下面的例子所示： 计算公式： -δω'= γdA (1) 式中γ是比例常数，在数值上等于当T、p及组成恒定的条件下，增加单位表面积时所必须对体系作的非膨胀功。 我们从另一个角度来理解公式(1)。先请看下面的例子。 从上面的动画可知：肥皂膜将金属丝向上拉的力就等于向下的重力（W1+W2），即为 F=2γl (2)
胶体与表面化学 胶体是一种由分子间短距离相互作用形成的悬浮系统，涉及分子、原子、基团、团聚体和结晶体的共存交互作用，它的基本特征是粒子的形状和构型的多样性。胶体与表面化学学科紧密相关，涉及胶体系统中的复合和表面性质，以及其中物理和化学因素对表面性质和复合性质的影响。 表面化学是一门重要的学科，既涉及结构、性质和反应，也涉及物质表面的形成和变化。物质的表面是其与外部环境的接触界面，表面化学的演化及其变化会飞溅到它与外部环境的互动中，从而带来外部环境的改变。物质的表面化学可以根据其不同的表面性质来划分，主要包括润湿性、疏水性、亲水性、多层性等性质，可以将这些表面性质用于液体-固体界面物理及化学反应，特别是表面吸附、表面活 性剂以及表面改性。 胶体系统中的表面是由胶体分子组成的，它们分为溶液表面和固体表面两种，它们之间具有许多不同的性质。研究胶体表面的最佳方法是观察固态表面，它以典型的凹凸形式呈现，可以表示胶体分子的空间构型，以及胶体分子的动态行为。此外，研究表面也可以利用物理表面分析技术，例如扫描电镜，光学显微镜，透射电子显微镜，等离子质谱，X射线表征，原子力显微镜，等工具，来进行表面分析，从而更好地理解表面介质。 表面特性是决定胶体系统性能的重要因素，研究胶体表面特性，可以更深入地理解胶体的物理和化学性质，促进胶体的发展。比如研
究胶体的性质，表明表面张力与胶体系统的智能性能有着紧密的关系，也可以更好地控制胶体系统的可靠性。具备表面阴离子亲水性及不同层次结构，以及结合胶体分子自组装及激发态动力学等特性，能够极大地增强胶体系统的稳定性。 胶体和表面化学共同发展，研究表面与胶体之间的关系，有助于开发高性能的胶体材料，提高有机胶体的稳定性，发展新型表面活性剂，消除环境污染、维护整个生态系统的平衡。胶体与表面化学把这些性质有机地结合在一起，使物质具有独特的物理和化学性质，从而创造出新的应用领域。 总的来说，胶体与表面化学是相互补充的，这两个领域紧密联系，胶体系统中的复合性质和表面性质，以及它们之间的化学和物理因素，都可以使胶体科学得以进一步发展，它们是促进物质改变和发展的关键因素，为各种胶体产品的应用创造性地提供有益的信息。
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
胶体: 指具有高度分散的分散体系（亦是研究对象），分散相可以是一相和多相，粒子大小通常为10－7～10－9m之间. 胶体的研究内容：表面现象、分散体系、高分子溶液。 表面能δ：恒温恒压下，可逆地增加单位表面积，环境对体系所做的功，单位J·m-2。 表面张力δ：单位长度液体表面的收缩力，单位N·m-1（或mN·m-1） l aplace方程：球面，则R1=R2=R，ΔP=2σR 柱面，则R1=R，R2=∞，ΔP=σ/R 球形气泡，且R1=R2=RΔP=4σ/R 表面过剩：界面相与体相的浓度差。 接触角：固液气三相交点处作气液界面的切线，此切线与固液交界线之间的夹角θ。 Gibbs吸附公式：（双组分体系） 固体表面张力：新产生的两个固体表面的表面应力之和的一半。 固体表面能：指产生一平方厘米新表面所消耗的等温可逆功。 Laugmuir理论：假设被吸附分子间无作用力，因而分子脱附不受周围分子的影响。只有碰撞在空间表面的分子才有可能被吸附（单分子层吸附）。固体表面是均匀的，各处吸附能相同。 BET理论的基本假设：①固体表面是均匀的，同层分子（横向）间没有相互作用，分子在吸附和脱附时不受周围同层分子的影响。②物理吸附中，固体表面与吸附质之间有范德华力，被吸附分子间也有范德华力，即吸附是多分子层的。 影响溶液中吸附的因素：吸附剂：溶质、溶剂三者极性的影响；温度：溶液吸附也是放热过程，一般T上升，吸附下降；溶解度：吸附与溶解相反，溶解度越小，越易被吸附；同系物的吸附规律一般随C-H链的增长吸附有规律的增加和减少。Trube规则；吸附剂的孔隙大小；吸附剂的表面化学性质，同一类吸附剂由于制备条件不同，表面活性相差很大，吸附性能也会有很大差异；混合溶剂的影响，色谱法中使用混合溶剂，洗提效果比单纯溶剂好，若自极性相同的混合溶剂中吸附第三组份，等温线界于两单等温线之间；若自极性不相同的混合溶剂中吸附第三组份，吸附量比任何单一溶剂中少，混合溶剂极性一致或不一致情况不同；多种溶质的混合溶液；9、盐的影响，盐的存在通过影响溶质的活度系数、溶解度、溶质的电离平衡而影响吸附。 高分子溶液中的吸附一般特点：吸附高分子是可溶的，因而是线性的。且一般高分子是多分散的，吸附与自多组份中的吸附相似。；同一界面上由于高分子有多种构型，所以吸附平衡时间长。描述高分子吸附状态需要参数很多，建立模型困难不易定量处理。T上升，吸附量上升，这与其它吸附不同。吸附膜厚。吸附高分子可以被其它高分子所取代，即产生交换吸附。吸附平衡后，用同一种溶剂稀释，可产生脱附。 离子选择性吸附：极性吸附剂在多种离子混合溶液中，表面出对某种离子吸附的选择性，即某种离子吸附较多，某种离子吸附较少的吸附现象。 离子交换吸附：一种离子被吸附的同时，从吸附剂表面顶替出等当量的带同种电荷的另一种离子。特点：同电性离子等电量交换、离子交换吸附是可逆的，吸附和脱附速度受溶液中离子浓度的影响、吸附速度较慢，吸附平衡需要时间。 离子交换吸附的强弱规律：带正电的吸附剂容易吸附负离子，反之亦然，溶液中离子浓度相差不大时，离子价数越高，越易被吸附、同价离子在同样条件，离子半径越小，水化能力强，水化膜厚，吸附能力弱。、常见的阴、阳离子交换吸强弱。 Li+ 一、溶胶的胶团结构：1胶粒的结构比较复杂，首先有一定量的难溶物分子聚结形成胶粒的中心称为胶核2胶核选择性的吸附稳定剂中的一种离子，形成紧密的吸附层，由于正负电荷相吸，在紧密层外形成反号离子包围层，从而形成了带有紧密层相同电荷的胶粒3胶粒与扩散层中反号离子形成一个胶团。 二、双电层理论：当固体与液体接触时，可以是固体从溶液中选择性吸附某种离子，也可以是固体分子本身发生电离作用而使离子进入溶液，以致使固液两相分别带有不同符号的电荷，在界面上形成了双电层的结构。1平板型模型2扩散双电层模型3stem模型。 三、溶胶的聚沉：溶胶的稳定具有条件的，一旦稳定条件被破坏，溶胶中的粒子就合并，长大，最后从介质中沉出。影响因素：电解质、加热、辐射、溶胶本身。聚沉值：能引起某一溶胶发生明显聚沉所需加电解质的最小浓度。 四、胶凝：一定浓度的溶胶或大分子化合物的真溶液在放置过程中自动形成胶凝的过程。性质：1所有新形成的凝胶都含有大量液体，95%以上2凝胶有一定几何外形。显示出固定的力学性质3由固液两相组成，具有液体的某些性质，不仅分散相是连续的，分散介质也连续。分类：1弹性凝胶（明胶、琼脂）2非弹性（SiO2、TiO2、V2O5、Fe2O3）。形成条件：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析出的质点既不沉降也不自由行动，而是构成骨架，通过整个溶液形成连续的网状结构。形成方法：1改变温度2转化溶剂3加入电解质4化学反应。不溶物形成凝胶的条件：1在产生不溶物的同时生成大量小晶粒2晶粒的形状以不对称为好，有利于搭成骨架。 五、膨胀：凝胶在液体或蒸汽中吸收液体和蒸汽使自身体积或重量增加的现象。机理：一阶段：溶剂化层：溶剂分子很快出入凝胶中，与凝胶分子相互作用形成溶剂化层。特征：1液体蒸汽压很低2体积收缩3热效应4熵值降低。二阶段：溶剂分子的渗透和吸收。 六、硅酸铝凝胶制备（共沉淀法）：酸性硫酸铝溶液+水玻璃溶液——硅铝溶胶—硅铝凝胶小球—老化—铝盐活化a—水洗—表面活性剂浸渍b—干燥—烘焙。A：把NA+交换出来，炭不仅除去作为催化剂的钠，而且增加凝胶中的铝含量，有利于提高催化性能B：为了防止凝胶在干燥过程中小球破裂或龟裂以提高小球的完整和机械强度。 1.压缩因子 任何温度下 第七章表面现象 1.在相界面上所发生的物理化学现象陈称为表面现象。产生表面现象的主要原因是处在表面层中的物质分子与系统内部的分子存在着力场上的差异。 2.通常用比表面来表示物质的分散度。其定义为：每单位体积物质所具有的表面积。 3.任意两相间的接触面，通常称为界面（界面层）。物质与（另一相为气体）真空、与本身的饱和蒸气或与被其蒸汽饱和了的空气相接触的面，称为表面。 4.表面张力：在与液面相切的方向上，垂直作用于单位长度线段上的紧缩力。 5.在恒温恒压下，可逆过程的非体积功等于此过程系统的吉布斯函数变。 6.影响表面及界面张力的因素：表面张力与物质的本性有关、与接触相的性质有关（分子间作用力）、温度的影响、压力的影响。 7.润湿现象：润湿是固体（或液体）表面上的气体被液体取代的过程。 铺展：液滴在固体表面上迅速展开，形成液膜平铺在固体表面上的现象。 8.亚稳状态与新相生成：a.过饱和蒸汽：按通常相平衡条件应当凝结而未凝结的蒸汽。过热液体：按通常相平衡条件应当沸腾而仍不沸腾的液体。过冷液体：按相平衡条件应当凝固而未凝固的液体。过饱和溶液：按相平衡条件应当有晶体析出而未能析出的溶液。 上述各种过饱和系统都不是真正的平衡系统，都是不稳定的状态，故称为亚稳（或介安）状态。亚稳态所以能长期存在，是因为在指定条件下新相种子难以生成。 9.固体表面的吸附作用： 吸附：在一定条件下一种物质的分子、原子或离子能自动地粘附在固体表面的现象。或者说，在任意两相之间的界面层中，某种物质的浓度可自动发生变化的现象。吸附分为物理吸附（范德华力）和化学吸附（化学键力）。 具有吸附能力的物质称为吸附剂或基质，被吸附的物质称为吸附质。吸附的逆过程，即被吸附的物质脱离吸附层返回到介质中的过程，称为脱附（或解吸）。 10.吸附平衡：对于一个指定的吸附系统，当吸附速率等于脱附速率时所对应的状态。当吸附达到平衡时的吸附量，称为吸附量。气体在固体表面的吸附量与气体的平衡压力及系统的温度有关。 11.吸附等温线：在一定温度下，吸附量与平衡压力之间的关系曲线。饱和吸附量：吸附量不再随压力的上升而增加，达到吸附的饱和状态。 12．朗缪尔单分子层吸附理论：单分子层吸附、固体表面是均匀的。被吸附在固体表面上的分子相互之间无作用力、吸附平衡是动态平衡。 覆盖度：某一瞬间固体总的表面积被吸附质覆盖的分数。 13．溶液表面的吸附： 负吸附：溶质B在表面层中的浓度小于它在溶液本体中的浓度。 正吸附：溶质B在表面层中的平衡浓度大于他在溶液本体的浓度。 溶质的表面吸附量或表面过剩：在单位面积的表面层中，所含溶质的物质的量与表面层中相同数量的溶剂处于溶液本体中所含的溶质物质的量之差值。 14.表面活性物质（表面活性剂）:凡是能使溶液的表面张力降低的物质。习惯上，只溶入少量就能显著降低溶液表面张力的物质。 离子型表面活性剂：在水溶液中能解离为大小不等、电荷想反两种离子的表面活性剂。 胶体化学 研究胶体体系的科学。是重要的化学学科分支之一。 表面活性剂 使表面张力在稀溶液范围内随浓度的增加而急剧下降，表面张力降至一定程度后（此时溶液浓度仍很稀）便下降很慢，或基本不再下降，这种物质被称为表面活性剂。 3固体表面吸附 是固体表面对其他物质的捕获，任何表面都有自发降低表面能的倾向，由于固体表面难于收缩，所以只能靠降低界面张力的办法来降低表面能，这就是固体表面产生吸附作用的根本原因。 润湿 是用一种流体取代固体表面上存在的另一种流体的过程。 固体表面改性 通过物理或化学的方法，使固体表面性质发生改变的过程。 吸附剂 能够通过物理的或化学的作用，吸附其它物质的物质。 乳状液的变型 乳状液的变型也叫反相，是指O/W型（W/O型）乳状液变成W/O型（O/W型）乳状液的现象。 触变作用 凝胶振动时，网状结构受到破坏，线状粒子互相离散，系统出现流动性；静置时，线状粒子又重新交联形成网状结构。 净吸力 在气液界面，液体表面分子受到体相分子的拉力大，受到气相分子的拉力小，所以表面分子受到一个垂直于液体表面、指向液体内部的合吸力，称为"净吸力"。 Krafft 点 离子型表面活性剂在水中的溶解度随着温度的变化而变化。当温度升高至某一点时，表面活性剂的溶解度急剧升高，该温度称为krafft点。 浊点 加热非离子型表面活性剂的透明水溶液，其在水溶液中的溶解度随温度上升而降低，在升至一定温度值时出现浑浊，这个温度被称之为该表面活性剂的浊点。 表面张力 表面张力是为增加单位面积所消耗的功。 临界胶束浓度： 在表面活性剂溶液中，开始大量形成胶束的表面活性剂浓度。 起泡剂 在气液分散体系中，使泡沫稳定的表面活性剂，称为起泡剂。 凝胶 一定浓度的溶胶体系，在一定的条件下失去流动性而形成的半固体物质。 高分子溶液 分散相是高分子物质的分散体系。 比表面积 对于粉末或多孔性物质，1g固体所占有的总表面积为该物质的比表面。 胶体表面化学 胶体表面化学是研究胶体体系中表面现象及其相关化学性质和过程的学科。胶体是由两种或多种相互不溶的物质组成的分散体系，其中分散相的粒径在1纳米至1微米之间。胶体表面化学研究的重点是胶体颗粒表面的性质和与周围环境的相互作用。 胶体颗粒的表面是由分子、离子或原子组成的，具有高度的活性和特殊的化学性质。在胶体体系中，胶体颗粒的表面和周围介质之间发生着吸附、解吸附、表面扩散、聚集等一系列表面现象。这些表面现象的发生和调控，直接影响着胶体体系的稳定性、流变性质和功能性应用。 胶体表面化学的研究内容主要包括胶体颗粒的表面吸附现象、表面电荷和电荷调控、表面活性剂的吸附和胶体稳定性等。其中，表面吸附现象是胶体表面化学的核心内容之一。胶体颗粒表面的吸附是指溶质分子或离子在胶体颗粒表面附近的聚集现象。这些溶质分子或离子可以通过静电作用、范德华力、化学键等相互作用力与胶体颗粒表面结合。表面吸附的过程受到多种因素的影响，如温度、pH 值、离子强度等。通过调控这些因素，可以改变胶体颗粒表面的吸附行为，从而实现对胶体体系的控制和调节。 表面电荷是胶体表面化学另一个重要的研究内容。胶体颗粒表面的电荷来源于表面的游离或离子化的官能团。这些电荷可以通过吸附或解吸附离子的方式来调节。表面电荷的存在对胶体体系的稳定性 和流变性质有着重要影响。具有相同电荷的颗粒会发生静电排斥，使胶体体系呈现分散状态。相反，具有相反电荷的颗粒会发生静电吸引，使胶体体系发生聚集。通过调节表面电荷的大小和性质，可以控制胶体体系的稳定性和流变性质。 表面活性剂的吸附是胶体表面化学的另一个重要内容。表面活性剂是一类在界面上具有活性的化合物，可以降低表面张力，促进胶体颗粒和介质之间的相互作用。表面活性剂的吸附行为受到表面张力、界面电位、分子结构等因素的影响。通过调节表面活性剂的类型和浓度，可以改变胶体体系的表面性质和稳定性。 胶体表面化学的研究在许多领域具有重要应用价值。在材料科学领域，胶体表面化学的研究可以用于合成纳米材料、制备多孔材料和功能薄膜等。在生物医学领域，胶体表面化学的研究可以用于制备纳米药物载体、生物传感器和基因传递系统等。在环境科学领域，胶体表面化学的研究可以用于处理废水和土壤污染物。胶体表面化学的发展将为这些领域的研究和应用提供新的思路和方法。 胶体表面化学是研究胶体颗粒表面现象及其相关化学性质和过程的学科。通过研究胶体颗粒表面的吸附现象、表面电荷和电荷调控、表面活性剂的吸附等内容，可以实现对胶体体系的控制和调节。胶体表面化学在材料科学、生物医学和环境科学等领域具有广泛的应用前景，为相关领域的研究和应用提供了新的思路和方法。 胶体与表面化学的基础概念胶体是指具有二态分散相（分散相与连续相成分不同）的混合物，由于分子尺寸在10-9~10-7m之间，彼此间相互作用均衡，不能通透光线，但又不会沉淀。表面化学则是研究物质表面特性及其相互作用的科学。胶体与表面化学是紧密相关的分支学科，本文将简单介绍胶体与表面化学的基础概念及其在生活、工业等领域的应用。 一、溶液与悬浮液 溶液是指固体、液体或气体分子在溶剂中均匀混合而成的混合物，一般都是透明的，没有悬浮在其中的颗粒。而悬浮液则是一种由较大的颗粒在溶剂中悬浮形成的混合物，常常是混浊或浑浊的。溶液和悬浮液之间的区别在于，溶解的粒子能形成较为稳定的静电作用力或化学键，而悬浮液中的粒子不能形成这些相互作用力或键。与悬浮液相比，溶液稳定性更高，能够长期存储。 二、胶体的定义及分类 胶体比溶液和悬浮液之间的粒子要小，但比分子要大，其直径 一般在1至1000纳米之间。由于粒子体积小，布朗运动强，粒子 表面强烈极化，胶体不断地扩散，所以具有明显的色散性。此外，由于颗粒表面与连续相之间的相互作用力较强，所以胶体的稳定 性较高，不易析出。 根据胶体内分散相与连续相之间的相互作用类型，可将其分为 以下几种： 1. 粒子均匀分布在水或有机溶剂中的溶胶，形成的胶体为“溶 胶胶体”； 2. 在两种不相容的液体界面上生长，形成的胶体为“界面胶体”； 3. 以气体分子为分散相，水或液体常温下为连续相，形成的胶 体为“气溶胶”。 三、表面现象的定义与分类 表面现象是指在液面或液体比较靠近固体表面的区域内，由于 分子间作用力发生变化，使液体在这一区域内的性质与其他地方 不同。表面现象一般包括以下三种： 名词解释 胶体系统：一种物质以细分状态分散在另一种物质中构成的系统成为胶体系统 分散相:在分散系统中被分散的不连续的相称为分散相 分散介质：分散系统中连续的相称为分散介质 胶体：分散相粒子至少在一个尺度上的大小处在1~100nm范围内的分散系统称为胶体分散系统，或胶体系统，或胶体。 纳米材料;：在三维空间内至少有一维处于规定的纳米尺度范围内（1～100nm），则该种材料称为纳米材料 纳米污染：由纳米微粒对环境和人类健康所带来污染和危害 渗透：借半透膜将溶液（浓相）和溶剂（如水）隔开，此膜只允许溶剂分子通过，二胶粒或溶质不能通过 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 渗析：利用羊皮纸或由火棉胶制成的半透膜，将溶胶与纯分散介质隔开，这是因为这种膜的空隙很小，它不仅能让小分子或离子通过，而胶粒不能通过 纳米粒子（或纳米粉体），它们在空间的三维尺度均在纳米尺度内（均小于100nm），因此称为零维纳米材料。 胶体晶体：由一种或多种单分子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成为胶体晶体 聚沉：溶胶中的分散相微粒互相聚结，颗粒变大，进而发生沉淀的现象。 毛细现象：由于液体表面张力的存在而引起的液体表面形态、性质变化的各种现象。CMC:表面活性剂溶液性质发生突变的浓度 反胶束：表面活性剂在非水溶剂（主要是非极性和弱极性溶剂）中形成的聚集体；囊泡也称为泡囊，两亲分子形成的封闭双层结构称为囊泡或脂质体 表面活性剂的亲水亲油平衡值（HLB值） 乳状液：由两种（或两种以上）不互溶或部分互溶的液体形成的分散系统，称乳状液。 气体分离：用物理或化学的方法将混合气体分离成单一组分的气体。 吸附(adsorption)：在不相混溶的两相接触时，两体相中的某种或几种组分浓度与它们在界面相中浓度不同的现象称为吸附。 吸附质(adsorbate)：发生吸附作用时已被吸附的物质称为吸附质。 吸附剂(adsorbent)：能有效在其表面上发生吸附作用的固体物质称为吸附剂 吸附量：吸附平衡时单位质量或单位表面积吸附剂上吸附吸附质的量 吸附热：在吸附过程中的热效应称为吸附热 积分吸附热：等温条件下，一定量的固体吸附一定量的气体所放出的热，用Q表示。微分吸附热：在吸附剂表面吸附一定量气体q后，再吸附少量气体dq时放出的热d Q， 毛细凝结：发生于毛细孔中凹液面上的蒸汽凝结 凝胶：是胶体体系的一种存在形式，它是由胶体体系中分散相颗粒相互联结，搭成具有三维结构的骨架后形成的，具有空间网状结构体系，胶体体系中原有的分散介质（液体）充填在网状结构的空隙之中。 气凝胶：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 气溶胶：由固体或液体小质点分散并悬浮在气体介质中形成的胶体分散体系，又称气体分散体系。分散质点大小为10-3～102μm。 泡沫：泡沫是一种以气体为分散相，以液体或固体为分散介质的粗分散体系。以液体为分散介质时通常称为泡沫，以固体为分散介质时称为固体泡沫。 胶体和表面化学原理 胶体和表面化学原理 胶体是介于溶液与悬浊液之间的一种物质状态，其颗粒大小在1~1000纳米之间，常见的胶体有蛋白质、淀粉、胶体金、二氧化硅胶等。许多日常生活中的物质都属于胶体，例如烟雾、奶、黄油、牛肉干等。 胶体具有许多特殊的物理和化学性质，这些性质的表现与其中分散相和连续相之间的相互作用有关。其中，表面化学原理是解释胶体性质的重要理论基础。 表面化学原理指的是物质的界面或表面的性质和行为所遵循的原则。当一种物质处于液体或气体中时，其分子或离子会聚集到表面或界面上，形成分子或离子层，即分子表面层或离子表面层。这些层对物质的表面性质和相互作用产生重要影响。 下面就是从表面化学原理角度解释胶体性质的几个方面： 1.稳定性：胶体颗粒往往带有电荷，这些电荷会与连续相中的离子形成电双层。当胶体颗粒之间的静电斥力与表面化学引力相平衡时，胶体处于稳定状态。而一旦外界条件改变，如电解质的浓度、温度等，静电斥力和表面化学引力之间的平衡将被打破，导致胶体不稳定并发生凝聚或沉淀。 2.吸附性：表面化学原理解释了胶体中存在吸附现象的原因。由于界面或表面的分子层会对周围分子或离子进行吸附，所以在胶体中出现了吸附现象。例如，胶体中的一部分溶质能够与胶体表面的吸附点结合，从而与溶液中的其他分子分离开来。 3.分子扩散和输运：胶体颗粒处于连续相中时，分子扩散和输运过程是由表面化学原理决定的。胶体颗粒表面所吸附的分子与连续相中的分子进行扩散和输运。表面化学原理通过计算扩散系数和输运系数，能够估算胶体颗粒的移动速度和分散度。 表面化学原理是解释胶体性质的基础，也是研究胶体应用的重要理论支撑。通过对表面化学原理的深入了解，我们可以更好地理解和控制胶体的特性和行为，实现对胶体的优化应用。 胶体化学教案中的胶体的表面电荷与电化学 性质 胶体是由微粒子组成的一种特殊物质体系，其微粒子的大小介于溶 液中溶质分子和悬浮液中颗粒之间。而胶体的稳定性与胶体粒子表面 的电荷密切相关。本文将介绍胶体的表面电荷特性以及与电化学性质 的关系。 一、胶体的表面电荷 胶体的表面电荷是指胶体粒子表面的电荷状态。胶体的表面电荷来 自于离子溶质或功能基团在胶体粒子表面上的吸附和解离。由于表面 吸附的离子溶质呈现空间电荷分布，胶体粒子表面形成一个电离层， 称为电二重层。电二重层由两部分组成，一部分是紧贴胶体粒子表面 的静电双层，另一部分是周围电解质溶液中的扩散层。 表面电荷的性质可由电位、电动势和电导率等电化学参数来描述。 胶体粒子表面的电势由胶体粒子的电位决定，电位为负则表明表面带 负电，电位为正则表明表面带正电。表面电位的大小与溶液中的离子 浓度有关，离子浓度较高时，电位较小；离子浓度较低时，电位较大。 二、胶体的电化学性质 1. 电动势 胶体溶液中的电动势是描述胶体系统中整体电化学性质的参数。胶 体溶液中存在电离现象，胶体粒子表面带电，导致溶液中存在着电荷 偏移，形成电位差。这种电位差称为胶体溶液的电动势，可通过电位 计来测量。胶体溶液的电动势与胶体粒子表面电荷的性质和溶液中的离子浓度有关。 2. 电泳现象 电泳是指胶体粒子在电场中移动的现象。由于胶体粒子表面带电，当电场施加在胶体溶液中时，胶体粒子会受到电场力的作用而发生电泳运动。电泳现象的方向和速度与胶体粒子带电性质、电场强度以及溶液中的离子浓度有关。 3. 电位理论 电位理论是用来解释胶体表面电荷的理论模型之一。电位理论认为胶体粒子表面存在一个电离层，电离层中带电离子与胶体粒子表面具有某种形式的静电吸引或排斥作用，从而保持胶体粒子带电性质的稳定。电位理论对于解释胶体粒子聚集、沉降和胶体溶液的浑浊度等现象具有重要意义。 总结起来，胶体的表面电荷与电化学性质密切相关。通过胶体溶液的电动势、电泳现象和电位理论等电化学参数，可以揭示胶体粒子表面的特点和胶体溶液中电荷的分布情况。进一步了解胶体表面电荷的性质，有助于我们深入理解胶体化学的基本原理和应用。 参考文献： 1. 山口慎三郎, 赵福兴, 宇井久靖. 胶体化学基础[M]. 科学出版社, 2014. 胶体化学与表面科学基础研究胶体化学是一门研究微观粒子之间相互作用和聚集行为的学科，其研究范围包括胶体、分散体、胶体溶液和胶体与表面的相互作 用等。胶体化学的研究对于材料科学、生物医学、环境科学等领 域的发展起到了至关重要的作用。 胶体与表面的相互作用是胶体化学的核心问题。事实上，在任 何一个胶体中，表面现象都是至关重要的，无论是在宏观还是微 观层面上。由于胶体颗粒相互作用的种类和程度非常复杂，胶体 与表面的相互作用是一个非常复杂的问题。因此，胶体化学的研 究面临着巨大的挑战。 为了更好地理解胶体与表面的相互作用，研究者们需要掌握一 系列基础概念。例如，各种分散剂的类型、胶体颗粒的形态、表 面分子的吸附、表面电势、胶体粘度等等。此外，紧密相连的还 有一些研究手段和技术，比如动态光散射、电子显微镜、傅立叶 变换红外光谱分析、表面等离子共振等等。 胶体化学的研究内容还包括溶胶-凝胶转化机理、表面粘附力学、胶体粘度和表观黏度计、胶体中微生物的作用等等众多领域。其中，胶体颗粒的聚集行为是一个非常重要的问题。由于表面电荷 的存在，颗粒会自发地聚集在一起，形成各种不同的结构，并产 生一系列特殊的性质。这些性质可以被用于制备纳米复合材料、 原位纳米合成等。 对于胶体液晶的研究，表面科学也起到了非常关键的作用。液 晶是一种具有有序排列的分子集合体，它们的空间排列方式类似 于晶体，因此在物理性质和应用方面具有重要的潜力。液晶可以 被制成触摸屏显示器、LCD显示屏、激光光隔、记忆材料、陀螺仪、散射体等。表面科学在液晶制备中分子排列方式和物理性质 的控制等方面发挥着非常重要的作用。 胶体化学和表面科学的发展已经对很多领域带来了巨大的影响。随着现代科学的发展，越来越多的新材料和技术被创造出来，使 我们的生活更加便利，提高了生产效率。考虑到未来的发展趋势，我们相信这些领域的研究将会持续不断，为世界带来更多的可能性。 胶体与表面化学在生物医学领域中的应用 胶体与表面化学在生物医学领域中的广泛应用，伴随着人们对 生物体内微小环境的深入理解和技术手段的不断发展而日益成熟。胶体化学是在稳定的分散体系中，以微小颗粒、稳定性和相互作 用为特征的物理和化学科学。而表面化学是研究界面现象和其对 大分子、离子、晶体等纳米结构的物理和化学影响的科学。这两 个学科的交叉应用在生物医学领域中，为医学科技和药物开发提 供了重要支持。 一、药物输送系统的研究 药物输送系统是将药物携带到特定部位以产生需要的生物效应 的技术。这类技术可以大大提高药物的疗效和减少不良反应。现 代生物医学中常用的药物输送系统包括胶体、纳米粒子、脂质体等。其中，胶体作为贮载介质，可以提供大量的表面积，利于药 物吸附；同时，胶体本身的物理化学性质也可影响药物的释放行为。常见的胶体载体包括微囊、乳液、胶束等。而表面化学也可 以通过调控胶体载体的性质和构造，从而控制药物的释放速率、 方向性和传输途径。 二、基因传递和基因治疗 基因治疗是通过改变细胞或组织的基因表达来治愈或缓解疾病 的疗法。而基因传递则是使外源基因或干扰RNA进入细胞，影响 其基因表达。这两个疗法都需要适当的载体来完成基因的传递和 表达。纳米粒子、脂质体和聚合物都可以作为基因载体。在这些 载体中，表面化学的方法可以精确地调控载体和外源基因之间的 相互作用，从而实现有效的基因传递和基因治疗效果。 三、生物成像 生物成像是一种用来了解生物体内结构和功能的技术。利用这 种技术，医生可以非侵入性地看清细节和区别或者运动的物质和 生命体的过程。同时，这一技术也可以用来评价特定治疗的效果。在生物成像中，纳米材料和胶体成为了普遍应用的工具。聚合物、金属纳米颗粒、量子点等纳米材料都可以优良成像体积和空间分 辨率、毫米精度和磁感包报、和生物相容性。 四、细胞信号转导和细胞诊断 在生物体内，细胞通常是通过信号分子传递信息，完成规定的 生理和生化过程的。而在细胞信号转导和细胞诊断研究中，胶体 胶体和表面化学及其应用的简单综述 班级：09应用化学（1）班姓名：敖洪威学号：81620801029 摘要：胶体与表面化学是研究胶体分散体系物理化学性质及界面现象的科学。虽然原属物理化学的一个分支，但其与生产和生活实际联系之 紧密和应用之广泛是化学学科中任一分支不能比拟的。 关键词：胶体与界面分散体系应用 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。 -----前言Colloid and surface chemical and its application in the simple Class: 09 applied chemistry (1) class name: AoHongWei student id: 81620801029 Abstract: the colloid and surface chemistry is the study of colloidal dispersion system the chemical and physical properties and interface of the phenomenon of science. Although the original is a branch of physical chemistry, but its and production and life of the actual contact closely and application is in the broad chemical subject any branch cannot comprehend. Key words: the colloid and interface decentralized system 胶体与表面化学在实际中的应用 （之一） 1、引言 胶体与表面化学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，近年Hiemenz就列举了涉及胶体和表面化学的实例：（1）分析深化中的吸附指示剂、离子交换、沉淀物的可滤性、色谱等；（2）物理化学中的成核作用，过饱和及液晶等；（3）生物化学和分子生物学中的电泳、膜现象、蛋白质和核酸等；（4）化学制造中的催化剂、洗涤剂、润滑剂、粘合剂等；（5）环境科学中的气溶胶、泡沫、污水处理等；（6）材料科学中的陶瓷制品、水泥、纤维、塑料等；（7）石油科学中的油器回收、乳化等；（8）日用品中的牛奶、啤酒、雨衣等。 以上均是胶体与表面化学的基本理论在实际中的应用，我从中选取了几个实例，运用所学过的知识，从以下三方面进行了简单的分析。 2、理论应用实际 （1）胶体与表面化学在日常生活中的应用 眼镜防雾 众所周知，当玻璃表面温度低于大气露点或对其呵气，均会有小水滴凝结在玻璃上，亦即所谓“起雾”，它防碍光线透过，显然若能阻止水在表面上形成半球形水滴即可达到防雾目的。 关键词：亲水性，润湿，铺展，表面张力，表面活性剂 理论原理：增大铺展系数，使液体在固体表面上自动展开，形成一层薄膜。 实验方法： 从表面化学角度说，最基本的方法是提高玻璃表面的亲水性，使其易为水所润湿，形成薄薄的水层，这样便不产生光散射而变得透明，一种最简单的方法是在玻璃（包括透明塑料）表面涂上表面活性剂溶液，由于表面活性剂能大大降低水的表面张力，故使水易于在玻璃表面上铺展，涂表面活性剂的缺点是耐久性差，为提高活性剂对玻璃的粘附性，可将其与含有亲水性的高分子物质（如聚丙烯酸）并用。 雨衣防水 关键词：憎水性，接触角，监界表面张 理论原理：增大固液界面的接触角θ，使液滴呈球状不润湿固体。 以往的雨衣均为致密的棉织品，将其纤维表面加以防水处理（即令其表面憎水化）使水/布之间的接触角θ变大，如图所示，故水不能自由通过而起防水作用，但空气可以透过，所谓水不能自由通过是指在加压条件下可以透过纤维间隙，目前使用的耐洗性防水剂有吡啶 5-胶体与表面化学典型例题 一、选择题 1、弯曲表面上附加压力的计算公式中p2R,R的取号为(A) （A）液面为凸面时为正，凹面为负（B）液面为凸面时为负，凹面为正 （C）总为正（D）总为负提示：凸面的附加压力方向与外压相同，附加压力与外压相加等于总压力。而凹面的情况相反。 2、下列说法中不正确的是（B） （A）生成的新鲜液面都有表面张力（B）弯曲液面上的张力指向曲面的中心（C）平面液体上没有附加压力 （D）弯曲液面上的附加压力指向曲面的中心 提示：液面上的表面张力总是垂直于边界与表面相切，指向液体的方向。 3、液体在毛细管中上升的高度与下列哪一个因素无关？（D） （A）温度（B）液体密度（C）重力加速度（D）大气压力提示： p2Rgh,与液体的性质和毛细管的半径r=Rcoθ,与大 气压力无关。 4、在一定的温度和压力下，有两个半径相同的肥皂泡，泡（1）在肥皂水中，泡内的压力为p1，泡（2）漂浮在空气中，泡内的压力为p2，再者压力的关系为（C）（A）p1比较 提示：空中的肥皂泡有两个气-液界面，一个凸液面，一个凹液面， 附加压力都指向球心，而肥皂水中的气泡只有一个凹球液面。5、在等温、等压下，将某液体可逆地增加一定的表面积，以下正确的是（D）（A） G0,H（C）G0,H0,S00,S0p2（B）p1p2（C）p1p2（D）无法 （B）G0,H（D）G0,H0,S00,S0 提示：增加表面积是非自发过程，需对液体做表面功，表面积增大熵 增加，要保持温度不变，需吸收一定的热量。 6、将一洁净毛细管插入水中，在毛细管内水面上升了15cm。若将毛 细管向下移动，只留5cm高出水面，则水在毛细管上端管口的行为是(C)（A）水从毛细管上端溢出（B）上端水面呈凸形弯月面 （C）上端水面呈凹形弯月面（D）上端水面呈水平面提示：水在毛细 管中的水面的形状决定于接触角。水润湿玻璃毛细管，接触角小于90o。 7某、有一飘荡在空气中的肥皂泡，其直径为2103m，在298K时肥皂 水的表面张力为0.05Nm1，则肥皂泡所受的附加压力为（B）（A） 0.10kPa（B）0.20kPa（C）0.05kPa（D） 0.40kPa 8某、室温下，已知A液的密度比B液大一倍，但A液的表面张力是 B液的一半。设在同一种毛细管中，再者的接触角相同。若A液在毛细管中能上升5cm，则B液在毛细管中的上升高度（A） （A）20cm（B）10cm（C）2.5cm（D）1.25cm提 h2co示,hB： 胶体与外表化学复习题 一、选择题 1. 一个玻璃毛细管分别插入20℃和70℃的水中，则毛细管中的水在两不同温度水中上升 的高度〔 C 〕。 (A) 一样；(B) 无法确定； (C) 20℃水中高于70℃水中；(D) 70℃水中高于20℃水中。 2. 以下表达不正确的选项是〔 D 〕。 (A) 比外表自由能的物理意义是，在定温定压下，可逆地增加单位外表积引起系统吉布 斯自由能的增量； (B) 外表*力的物理意义是，在相外表的切面上，垂直作用于外表上任意单位长度功线 的外表紧缩力； (C) 比外表自由能与外表*力量纲一样，单位不同； (D) 比外表自由能单位为J·m2，外表*力单位为 N·m－1时，两者数值不同。 3. 20℃时水～空气的界面*力为7.27 × 10－2N·m－1，当在20℃和100kPa下可逆地增加 水的外表积4cm2，则系统的ΔG为〔 A 〕。 (A) 2.91 × 10－5 J ；(B) 2.91 × 10－1 J ； (C) －2.91 × 10－5 J ；(D) －2.91 × 10－1 J 。 4.在一个密闭的容器中，有大小不同的两个水珠，长期放置后，会发生〔 A 〕。 (A) 大水珠变大，小水珠变小；(B) 大水珠变大，小水珠变大； (C) 大水珠变小，小水珠变大；(D) 大水珠，小水珠均变小。 5. 一根毛细管插入水中，液面上升的高度为h，当在水中参加少量的NaCl，这时毛细管中 液面的高度为〔 B 〕。 (A) 等于h；(B) 大于h；(C) 小于h；(D) 无法确定。 6. 关于溶液外表吸附的说法中正确的选项是〔 C 〕。 (A) 溶液外表发生吸附后外表自由能增加； (B) 溶液的外表*力一定小于溶剂的外表*力； (C) 定温下，外表*力不随浓度变化时，浓度增大，吸附量不变； (D) 饱和溶液的外表不会发生吸附现象。 7. 对处于平衡状态的液体，以下表达不正确的选项是〔 C 〕。 (A) 凸液面内局部子所受压力大于外部压力； (B) 凹液面内局部子所受压力小于外部压力； (C) 水平液面内局部子所受压力大于外部压力； (D) 水平液面内局部子所受压力等于外部压力。 8. *溶液外表*力σ与溶质浓度c的关系式：σ0 －σ = A + B ln c，式中σ0 为纯溶剂的外表* 力，A、B为常数. 则外表超量为〔 B 〕。 (A) Γ = c/RT(∂σ/∂c)T；(B) Γ = B/RT；(C) Γ = －B/RT；(D) Γ = Bc/RT。 9. 胶束的出现标志着外表活性剂的〔 A 〕。 (A) 降低外表*力的作用下降；(B) 溶解已到达饱和； (C) 分子间作用超过它与溶剂的作用；(D) 分子远未排满溶液外表。 10. 水对玻璃润湿，汞对玻璃不润湿，将一玻璃毛细管分别插入水和汞中，以下表达不正确 的选项是〔 D 〕。 (A) 管内水面为凹球面；(B) 管内汞面为凸球面；胶体与表面面化学
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