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。
第11章表面化学与胶体化学 1．在293 K时，把半径为1×10st1:chmetcnv TCSC="0" NumberType="1" Negative="True" HasSpace="False" SourceValue="3" UnitName="m">-3m的水滴分散成半径为1×10-6m的小水滴，比表面增加多少倍?表面吉布斯自由能增加多少?环境至少需做功多少?已知293 K时 。 （答案：9.15×10-4 J） 解：一滴大水滴可分散成N个小水滴： 小水滴的面积为：，大水滴的面积为：4π 面积增加倍数为： 2．在298 K时，1,2—二硝基苯(NB)在水中所形成的饱和溶液的浓度为5.9×10-3mol·L-1，计算直径为1×10-8m的NB微球在水中的溶解度。已知298 K时NB／水的表面张力为25.7 mN·m-1，NB 的密度为1 566 kg·m-3。 （答案：2.625×10-3 mol·dm-3） 解：根据开尔文公式：，将数值代入，得： 3．373 K时，水的表面张力为58.9 mN·m-1，密度为958.4 kg·m-3，在373 K时直径为
1×10-7m的气泡内的水蒸气压为多少?在101.325 kPa外压下，能否从373 K的水中蒸发出直径为1×10-7m的气泡? （答案：99.89kPa） 解：气泡为凹面，且r = 0.5×10-7m 因p r p外，故不能蒸发出直径为1×10-7m的气泡。 4．水蒸气骤冷会发生过饱和现象。在夏天的乌云中，用干冰微粒撒于乌云中使气温骤降至293 K，此时水气的过饱和度(p／pｓ)达4，已知293 K时， ρ(H2O)＝997 kg·m-3。求算：(1)开始形成雨滴的半径；(2)每一滴雨中所含的水分子数。 （答案：7.8×10-10 m，66个） 解：（1）据开尔文公式得： (2) 设雨滴为球形，则一个雨滴的体积为： 雨滴中的水分子数为： （个） 5．已知293 K时，，，。试判断水能否在汞表面上铺展开来?
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
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： =A/V A 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（W 1+W 2 ），即 为
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。
第8章 表面化学与胶体 8．1 重要概念和规律 1．比表面能与表面张力 物质的表面是指约几个分子厚度的一层。由于表面两侧分子作用力不同，所以在表面上存在一个不对称力场，即处在表面上的分子都受到一个指向体相内部的合力，从而使表面分子具有比内部分子更多的能量。单位表面上的分子比同样数量的内部分子多出的能量称为比表面能(也称比表面Gibbs函数)。表面张力是在表面上的相邻两部分之间单位长度上的相互牵引力，它总是作用在表面上，并且促使表面积缩小。表面张力与比表面能都是表面上不对称力场的宏观表现，即二者是相通的，它们都是表面不对称力场的度量。它们是两个物理意义不同，单位不同，但数值相同，量纲相同的物理量。 2．具有巨大界面积的系统是热力学不稳定系统 物质表面所多余出的能量γA称表面能(亦叫表面Gibbs函数)，它是系统Gibbs函数的一部分，表面积A越大，系统的G值越高。所以在热力学上这种系统是不稳定的。根据热力学第二定律，在一定温度和压力下，为了使G值减少，系统总是自发地通过以下两种(或其中的一种)方式降低表面能γA:①在一定条件下使表面积最小。例如液滴呈球形，液面呈平面；②降低表面张力。例如溶液自发地将其中能使表面张力降低的物质相对浓集到表面上(即溶液的表面吸附)，而固体表面则从其外部把气体或溶质的分子吸附到表面上，从而改变表面结构，致使表面张力降低。 3．润湿与铺展的区别 润湿和铺展是两种与固—液界面有关的界面过程。两者虽有联系，但意义不同。润湿是液体表面与固体表面相互接触的过程1因此所发生的变化是由固—液界面取代了原来的液体表面和固体表面。润湿程度通常用接触角表示，它反映液、固两个表面的亲密程度。当θ值最小(θ=0o)时,润湿程度最大，称完全润湿。铺展是指将液体滴洒在固体表面上时，液滴自动在表面上展开并形成一层液膜的过程，因此所发生的变化是由固—液界面和液体表面取代原来的固体表面。铺展的判据是上述过程的?G:若?G<0,则能发生铺展；若?G≥0，则不能铺展。显然，如果能发生铺展，则必然能够润湿；但能够润湿(θ＜90°)，则不一定发生铺展。只有完全润湿时才能铺展。因此润湿与铺展是两个不同的概念。 4．溶液的表面吸附量 在一定条件下为了使表面张力最小,溶液能自动地将其中引起表面张力减小的物质相对浓集到表面上，因此表面相的浓度与溶液本体不同，这种现象称表面吸附。达吸附平衡时，单位表面上溶质的物质的量与同量溶剂在溶液本体中所溶解的溶质的物质的量的差值，称为表面吸附量，用符号Γ表示。Γ也常叫做表面超量，单位为mol.m-2。Γ反映溶液表面吸附的性质和强弱：Γ>0表示正吸附(表面活性物质属于这种情况)，且Γ值越大表示正吸附程度越大；Γ<0，表示负吸附，且Γ值越负表示负吸附程度越大。Γ值可由Gibbs吸附方程求出。当浓度很大时，表面吸附量不再随浓度而变化，此时称最大吸附量或饱和吸附量。 5．表面活性剂 表面活性剂是一类能够显著降低水表面张力的物质，其特点是加入量很小而降低表面张力的收效很大，所以它们在溶液表面具有很强的正吸附。表面活性剂分子具有不对称性结构，其一端是有极性的亲水基，另一端是无极性的憎水基，所以它们在表面上呈定向排列，其憎水基朝外，亲水基朝向液体内部。在溶液内部，表面活性剂分子缔合成胶束。表面活性剂在水溶液中开始形成胶束时的浓度称临界胶束浓度CMC。有关胶束的实验及理论研究是目前一个十分活跃的领域。表面活性剂在生产、生活及科研活动中具有广泛的应
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
胶体化学与表面化学 14无机非 杜君 学号：1403031008 胶体化学是胶体体系的科学，随着胶体化学的迅速发展，它已成为一门独 立的学科。这是因为有一方面由于胶体现象很复杂，有它自己独特的规律性； 它在科学研究方面发挥着巨大的作用；不仅如此，它与无机化学、材料化学等 相关学科也有着密切关系，如利用微乳技术制取纳米颗粒、利用溶胶—凝胶法 制压电陶瓷等。 胶体体系的重要特点之一，是具有很大的表面积。任何表面，在通常情况 下实际上都是界面，如水面即液体与气体的界面、桌面即固体与气体的界面等，在任何两相界面上都可以发生复杂的物理或化学现象，总称为表面现象，也就 是界面现象。胶体化学中所说的界面现象，不仅包括物体表面上发生的物理化 学现象以及物体表面分子（或原子）和内部的有什么不同，而且还包括一定量 的物体经高度分散后（这时表面积将强烈增大）给体系的性质带来怎样的影响，例如粉尘为什么会爆炸、小液珠为什么能成球、汞的小液滴在洁净玻璃上成球 而水的小液滴铺展、活性炭为什么能脱色等等，这些问题都与界面现象有关。 界面现象涉及的范围很广，研究界面现象具有十分重要的意义。 表面化学就是研究表面现象的一门学科，从历史角度看，表面化学是胶体 化学的一个重要分支，也是其中最重要的一个部门，二者密切相关。胶体化学 与表面化学内容包括胶体的制备和性质、凝胶、界面现象和吸附、乳状液的基 本知识及其应用，如丁达尔现象、电泳及电渗、双电层结构和相应电位分布、 双电层理论、DLVO理论、表面张力产生原因及肥皂去污等原理。 胶体的制备与性质和表面现象是胶体化学最核心的内容。胶体的制备与 性质包括胶体的运动性质、光学性质、电学性质、流变性质、制备及净化方法 及胶团的结构和与其相关的双电层理论及模型等相关内容：由于胶粒对光的散 射作用产生了丁达尔现象；由于不同溶胶中胶粒的大小不同，使之对透过其中 的光的散射、反射作用不同，故使溶胶产生各种颜色；由于胶粒带电的性质使 之产生了电泳及电渗现象；由于它带电的性质又产生了双电层理论；又由于它 带电的性质引出了DLVO理论及对其聚沉性的研究。
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+ 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+； 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 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 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： ( )胶体与表面化学练习题
胶体与表面化学第四版重点
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胶体与表面化学试卷
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