最新物理化学课件(天大第五版)10胶体化学
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大学物理化学--第10章
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2020/8/23
分散系统分类
根据分散相颗粒大小，分散系统可分为三类：
真溶液： d 1nm 胶体系统： 1nm d 1000nm 粗分散系统： d 1000nm
根据分散相和分散介质聚集状态不同，分散系统 可分为气溶胶、液溶胶、固溶胶等。
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如图所示，在CDFE 的桶内盛溶胶，在某一 截面AB两侧溶胶浓度不 同，C1>C2；可以观察到 胶粒从C1区向C2区迁移 的现象。
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2020/8/23
3. 沉降与沉降平衡
分散相粒子受力情况分析：
一方面是重力场的作用，它力图把粒子拉向容器 的底部，使之发生沉降。
另一方面当沉降作用使底部粒子数密度高于上部 时，由数密度差引起的扩散作用使粒子均匀分布。
第十章 胶体化学(Colloid Chemistry)
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2020/8/23
分散系统（dispersion system）
一种或几种物质分散在另一种物质中就构成 分散系统；被分散的物质称为分散相，另一种物质 称为分散介质。
分散相总是不连续的，又称为不连续相或内相； 分散介质一般都是连续的，又称为连续相或外相。
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2020/8/23
胶体系统 (1nm < d<1000nm)
(1)溶胶：分散相不溶于分散介质，有很大相 界面，是热力学不稳定系统。(憎液溶胶)
胶
(2)高分子溶液: 高分子以分子形式溶于介质，
体
分散相与分散介质间无相界面，是热力学稳定
系
系统。(亲液溶胶)
统
天津大学第五版物理化学课件
2020/3/1
6.熵判据——熵增原理
对于绝热系统， Q 0 ，所以Clausius 不等式为
dS …0
> 不可逆 = 可逆
熵增原理可表述为：在绝热条件下，系统发
生不可逆过程，其熵增加。或者说在绝热条件下，
不可能发生熵减少的过程。
如果是一个隔离系统，环境与系统间既无热 的交换，又无功的交换，则熵增加原理可表述为： 一个隔离系统的熵永不减少。
§3.9 克拉佩龙方程 §3./3/1
§3.1 卡诺循环（Carnot cycle）
1824 年，法国工程师 N.L.S.Carnot (1796~1832)设计 了一个循环，以理想气体为 工作物质，从高温 (T1)热源吸 收 Q1 的热量，一部分通过理 想热机用来对外做功W，另一 部分 Q2的热量放给低温 (T2 )热 源。这种循环称为卡诺循环。
• 环境熵变的计算 • 凝聚态物质变温过程熵变的计算 • 气体恒容变温、恒压变温过程熵变的计算 • 理想气体pVT变化过程熵变的计算
2020/3/1
1.环境熵变的计算
环境恒温：
dSamb
Qamb Tamb
环境非恒温：
Samb
Qamb Tamb
Qsys Tamb
Samb
2 Qr
相除得 V2 V3
V1 V4
所以
Q1
Q2
nRT1
ln V2 V1
nRT2
ln V4 V3
nR(T1
T2
)
ln
V2 V1
2020/3/1
§3.1 卡诺循环（Carnot cycle）
整个循环：
物理化学第五版课件
的化学势相等。
相平衡状态
当单组分系统满足相平衡条件时 ，系统将处于一种稳定状态，各
相之间不会发生相互转化。
二组分系统的相平衡
定义
二组分系统是由两种不同物质组成的系统，其相平衡是指这两种 物质在气、液、固三相之间达到平衡状态的过程。
相平衡条件
二组分系统的相平衡需要满足一定的条件，如温度、压力、各相的 化学势以及两种物质的摩尔分数相等。
平衡常数的定义
在一定温度下，可逆反应达到平 衡时各生成物浓度的系数次幂的 乘积与各反应物浓度的系数次幂
的乘积之比。
平衡常数的表达式
根据化学反应方程式的书写方式不 同，平衡常数的表达式也不同。
平衡常数的意义
表示反应正向进行的程度，平衡常 数越大，反应正向进行的程度越大 。
化学反应的等温方程式
等温方程式的定义
电化学
05
电导和电导率
电导
表示物质导电能力的物理量，定 义为当施加电场时，单位时间内 通过单位面积的电流。
电导率
表示物质导电能力的参数，定义 为电导与物质厚度的比值。
电极电势和电池反应
电极电势
表示电极上发生的氧化或还原反应的 难易程度，与电极反应的自由能变化 有关。
电池反应
由两个电极反应组成的可逆反应，其 总反应为两电极反应的相反数之和。
了解反应达到平衡时的物质组成，为 实际生产和科学实验提供理论依据。
平衡组成的计算方法
通过代入化学反应方程式和平衡常数 表达式，解出各物质的平衡浓度或分 压。
相平衡
04
单组分系统的相平衡
定义
单组分系统是由一种物质组成的 系统，其相平衡是指该物质在气 、液、固三相之间达到平衡状态
的过程。
相平衡状态
当单组分系统满足相平衡条件时 ，系统将处于一种稳定状态，各
相之间不会发生相互转化。
二组分系统的相平衡
定义
二组分系统是由两种不同物质组成的系统，其相平衡是指这两种 物质在气、液、固三相之间达到平衡状态的过程。
相平衡条件
二组分系统的相平衡需要满足一定的条件，如温度、压力、各相的 化学势以及两种物质的摩尔分数相等。
平衡常数的定义
在一定温度下，可逆反应达到平 衡时各生成物浓度的系数次幂的 乘积与各反应物浓度的系数次幂
的乘积之比。
平衡常数的表达式
根据化学反应方程式的书写方式不 同，平衡常数的表达式也不同。
平衡常数的意义
表示反应正向进行的程度，平衡常 数越大，反应正向进行的程度越大 。
化学反应的等温方程式
等温方程式的定义
电化学
05
电导和电导率
电导
表示物质导电能力的物理量，定 义为当施加电场时，单位时间内 通过单位面积的电流。
电导率
表示物质导电能力的参数，定义 为电导与物质厚度的比值。
电极电势和电池反应
电极电势
表示电极上发生的氧化或还原反应的 难易程度，与电极反应的自由能变化 有关。
电池反应
由两个电极反应组成的可逆反应，其 总反应为两电极反应的相反数之和。
了解反应达到平衡时的物质组成，为 实际生产和科学实验提供理论依据。
平衡组成的计算方法
通过代入化学反应方程式和平衡常数 表达式，解出各物质的平衡浓度或分 压。
相平衡
04
单组分系统的相平衡
定义
单组分系统是由一种物质组成的 系统，其相平衡是指该物质在气 、液、固三相之间达到平衡状态
的过程。
胶体化学物理化学优秀课件
松香乙醇溶液+ 水 松香水溶胶
冷却法：用冰骤冷苯在水中的饱和溶液， 得到苯在水中的溶胶
2021/4/24
8
(2)化学凝聚法：利用生成不溶性物质的化学反应，控制析
晶过程，使其停留在胶核尺度的阶段，而得到溶胶。所谓控 制析晶过程，系指采用有利于大量形成晶核，减缓于晶体生 长的条件，例：采用较大的过饱和浓度，较低的操作温度。
胶体化学物理化学优秀课件
概论
胶 体是一种分散中, 所 构成的系统；
分散相：被分散的物质；
分散介质：另一种连续分布的物质；
2021/4/24
1
粗分散系统 ( d > 10-6m )
分
散
胶体系统（ 10-9~10-6m)
系
统
真溶液（d < 10-9m )
1869年 Tyndall发现胶体系统有光散射现象
丁铎尔效应：在暗室里，将一束聚集的光投射到胶体系统 上，在与入射光垂直的方向上，可观察到一个发亮的光柱， 其中并有微粒闪烁。
2021/4/24
11
2021/4/24
12
丁达尔现象的实质是溶胶对光的散射作用。
入射光波长 < 分散粒子尺寸——反射
入射光波长 = 分子固有尺寸—— 吸收 无作用 ——— 透过
罗常数的测定。
2021/4/24
18
2. 扩散
定义：在有浓度梯度存在时，物质粒子因热运动而发 生宏观上的定向迁移，称为扩散。
浓度梯度的存在，是扩散的推动力
2021/4/24
19
胶体系统的扩散与溶液中溶质扩散一样，可用Fick 扩散第 一定律来描述：
dn
dc
dt -DAS dx
单位时间通过某一截面的物质的量dn/dt与该处的浓度梯度dc/dx
冷却法：用冰骤冷苯在水中的饱和溶液， 得到苯在水中的溶胶
2021/4/24
8
(2)化学凝聚法：利用生成不溶性物质的化学反应，控制析
晶过程，使其停留在胶核尺度的阶段，而得到溶胶。所谓控 制析晶过程，系指采用有利于大量形成晶核，减缓于晶体生 长的条件，例：采用较大的过饱和浓度，较低的操作温度。
胶体化学物理化学优秀课件
概论
胶 体是一种分散中, 所 构成的系统；
分散相：被分散的物质；
分散介质：另一种连续分布的物质；
2021/4/24
1
粗分散系统 ( d > 10-6m )
分
散
胶体系统（ 10-9~10-6m)
系
统
真溶液（d < 10-9m )
1869年 Tyndall发现胶体系统有光散射现象
丁铎尔效应：在暗室里，将一束聚集的光投射到胶体系统 上，在与入射光垂直的方向上，可观察到一个发亮的光柱， 其中并有微粒闪烁。
2021/4/24
11
2021/4/24
12
丁达尔现象的实质是溶胶对光的散射作用。
入射光波长 < 分散粒子尺寸——反射
入射光波长 = 分子固有尺寸—— 吸收 无作用 ——— 透过
罗常数的测定。
2021/4/24
18
2. 扩散
定义：在有浓度梯度存在时，物质粒子因热运动而发 生宏观上的定向迁移，称为扩散。
浓度梯度的存在，是扩散的推动力
2021/4/24
19
胶体系统的扩散与溶液中溶质扩散一样，可用Fick 扩散第 一定律来描述：
dn
dc
dt -DAS dx
单位时间通过某一截面的物质的量dn/dt与该处的浓度梯度dc/dx
天津大学高等教育出版社第五版《物理化学》第四章PPT课件
dG dG dG
dn B dnB B B
B B
dn B B
B
<0 自发过程 =0 平衡状态
恒温恒压下非体积功等于零的条件下： dG
★
dn B B
B
<0 自发过程 =0 平衡状态 >0 非自发过程
由享利定律可知，当溶质、溶剂和温度都一定时，亨利常数就为定值， 气体的分压越大，则该气体在溶液中的溶解度也就越大。所以增加气体的 压力有利于吸收操作。 由下表可知，随温度的升高，k值增大，因而当CO2分压相同时，随 着温度的升高，CO2的溶解度xCO2将下降。反之降低温度，则xCO2的溶解 度将增大，所以低温有利于吸收操作。
§4.3
1．纯理想气体的化学势
气体组分的化学势
( g ) B ▲标准状态下的化学势：
▲任意压力下的化学势：μ
*
纯理想气体：μ =GB =Gm
T
2．理想气体混合物中任一组分的化学势
3．纯真实气体的化学势
▲标准态规定：该温度及标准压力下的假想的纯态理想气体 ▲纯真实气体的化学势：可设计下面途径
p与p0相差不大
mix G T mix S
恒温恒压下液体混合过程的吉布斯函数变△mixG＜0，说明混合过程 为自发过程。
§4．6
1．溶剂的化学势
理想稀溶液
理想稀溶液(无限稀薄溶液):溶质的相对含量趋于零的溶液。
T一定，若与理想稀溶液成平衡的气体为理想气体混合物， 溶剂遵循拉乌尔定律， 溶剂A的化学势:
故组成a的系统的体积： 混合物的组成改变时:※ 两组分的偏摩尔体积也在改变 ※ 组成越接近某一纯组分时，该组分的偏摩尔体积 也就越接近于该纯组分的摩尔体积；
天大物理化学第五版第十章_界面现象
B
B ( )d n B ( ) d A
s
A G U H A s A s A s A s T , p ,n B ( ) S ,V , n B ( ) S , p ,n B ( ) T ,V , n B ( )
14
弯曲液面附加压力Δp 与液面曲率半径之间关系的推导： 水平分力相互平衡， 垂直分力指向液体内部， 其单位周长的垂直分力为cos 球缺底面圆周长为2r1 ，得垂直分力在圆周上的合力为： F=2r1 cos 因cos = r1/ r ，球缺底面面积为 r 12 ， 故弯曲液面对于单位水平面上的附加压力 p 整理后得：
h 2 r g
17
当接触角0 < < 90o
r r1
cos
h
2 co s r g
9 0o , h 0 9 0o , h 0
液体在毛细管中上升 液体在毛细管中下降
18
2. 微小液滴的饱和蒸汽压－kelven公式
足够长的时间
原因：
p 小水滴 p 大水滴
23
(4) 过饱和溶液 溶液浓度已超过饱和 液体，但仍未析出晶体的 溶液称为过饱和溶液。
原因：小晶体为凸面, pr＞p ， 表明分子从固相中逸出的倾向大 ， 这造成它的浓度大，即溶解度大， 由此产生过饱和现象。
由于小颗粒物质的表面特殊性，造成新相难以生成，
从而形成四种不稳定状态（亚稳态）：
——过饱和蒸气，过热液体，过冷液体，过饱和溶液
饱和蒸气压p*反比于液滴的曲率半径
19
饱和蒸气压与液滴曲率半径关系的推导：
dn的微量液体转移到小液滴表面 小液滴面积A：4r2 4(r+dr)2 面积的增量：dA = 8rdr
物理化学上册-天津大学编写-第五版完整ppt课件
近代化学的发展趋势和特点：
(1)从宏观到微观 (2)从体相到表相 (3)从定性到定量
(4)从单一学科到交叉学科
(5)从研究平衡态到研究非平衡态
精选ppt课件2021
10
当今科学研究的四大方向：
能源、材料 、环境、生命
学科间相互渗透、 相互结合，形成了许
化学与材料
多极具生命力的边缘 学科，
化学与能源
物理化学
Physical Chemistry
物理化学多媒体课件 孙雯
精选ppt课件2021
1
绪论
Preface
精选ppt课件2021
2
一、什么是物理化学?
无机化学
分析化学
有机化学 化学 物理化学
生物化学
高分子化学
物理化学是化精学选ppt课学件202科1 的一个分支 3
温度变化 压力变化 体积变化 状态变化
❖ 南京大学物理化学教研室 傅献彩
❖ 《物理化学》上、下册 （第四版）胡英
❖ 《物理化学练习500例》 （第二版）李大珍
❖ 《物理化学解题指精南选p》pt课件2021 李文斌（天大）
12
第一章 气体的 pVT 性质
Chapter1 the pVT relationships of gases
物质的聚集状态
ppt课件2021
16
R＝8.314 J·K-1·mol-1 ＝0.08206 atm·l ·K-1·mol-1 ＝1.987 cal ·K-1·mol-1
理想气体状态方程也可表示为： pVm=RT pV = (m/M)RT
以此可相互计算 p, V, T, n, m, M, (= m/ V)
精选ppt课件2021
(1)从宏观到微观 (2)从体相到表相 (3)从定性到定量
(4)从单一学科到交叉学科
(5)从研究平衡态到研究非平衡态
精选ppt课件2021
10
当今科学研究的四大方向：
能源、材料 、环境、生命
学科间相互渗透、 相互结合，形成了许
化学与材料
多极具生命力的边缘 学科，
化学与能源
物理化学
Physical Chemistry
物理化学多媒体课件 孙雯
精选ppt课件2021
1
绪论
Preface
精选ppt课件2021
2
一、什么是物理化学?
无机化学
分析化学
有机化学 化学 物理化学
生物化学
高分子化学
物理化学是化精学选ppt课学件202科1 的一个分支 3
温度变化 压力变化 体积变化 状态变化
❖ 南京大学物理化学教研室 傅献彩
❖ 《物理化学》上、下册 （第四版）胡英
❖ 《物理化学练习500例》 （第二版）李大珍
❖ 《物理化学解题指精南选p》pt课件2021 李文斌（天大）
12
第一章 气体的 pVT 性质
Chapter1 the pVT relationships of gases
物质的聚集状态
ppt课件2021
16
R＝8.314 J·K-1·mol-1 ＝0.08206 atm·l ·K-1·mol-1 ＝1.987 cal ·K-1·mol-1
理想气体状态方程也可表示为： pVm=RT pV = (m/M)RT
以此可相互计算 p, V, T, n, m, M, (= m/ V)
精选ppt课件2021
天大物理化学第五版化学平衡ppt课件市公开课金奖市赛课一等奖课件
cA,0 cA cA,0
无副反应时，产率 = 转化率 有副反应时，产率 转化率
18
第18页
例： NO2气体溶于水可生成硝酸。但NO2气体也很容易发生双聚，生成 N2O4，N2O4亦可解离，生成NO2，两者之间存在下列平衡：
N2O4 (g) 2NO2(g)
已知25 ℃下热力学数据下列表所表示
物质 NO2 N2O4
分解压力大，稳定性小，容易分解；
分解压力小，稳定性大，不易分解。
例：600K 时 CaCO3分解压：45.310-3 Pa MgCO3分解压：28.4 Pa 因此：CaCO3比MgCO3稳定
13
第13页
5. 理想气体反应平衡常数不同表示法
气体混合物平衡组成可用分压pB 、浓度cB 、摩尔分数 yB或物质量nB等来表示，对应地平衡常数也有不同表示方 法：
ΔrGm
RT
ln
J
eq p
(g)
RT
ln K
K
J
eq p
(g)
由此可知：
rGm 中包括了所有物质 B
K 中只包括了气体平衡分压
Jp 中只包括了气体实际分压
12
第12页
例:碳酸钙分解反应 CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g) K pCO2 / p
pCO2 为CO2平衡压力，亦称为CaCO3 (s)分解压力 温度一定期，平衡时 pCO2 一定，与CaCO3(s) 量无关 pCO2 p环境 时温度，称为CO2分解温度 可用分解压力大小来衡量固体化合物稳定性：
N2O4 (g) 2NO2(g)
开始时n/mol 1
0
平衡时n/mol 1
2
nB=1+ 2 =1+
天津大学物理化学第五版下册PPT
1.离子迁移数的定义
离子在电场中运动的速率用公式表示为：
v uE v uE
式中E为电场强度，比例系数 u+和 u–分别称为正、负离 子的电迁移率，又称为离子淌度（ionic mobility），即 相当于单位电场强度时离子迁移的速率。它的单位是 m2s1V1 。
电迁移率的数值与离子本性、溶剂性质、温度等 因素有关，可以用界面移动法测量。
电解
电能
电池
化学能
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2021/3/26
电化学的用途
⒈电解 精炼和冶炼有色金属和稀有金属； 电解法制备化工原料； 电镀法保护和美化金属； 还有氧化着色等。
⒉电池 汽车、宇宙飞船、照明、通讯、 生化和医学等方面都要用不同类 型的化学电源。
⒊电分析 ⒋生物电化学
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2021/3/26
例题
解: 1Au3+ e = 1Au
3
3
OH1 4O21 2H2Oe
(1 )Q z F 1 9 6 5 0 0 1 9 7 .0 1 .g 2 0 m g o l-1 /3C m o l 1
= 1 7 6 3 C
(2 )t Q I 0 1 .7 0 6 2 3 5 C A 7 .0 5 1 0 4s
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物理化学第10章界面现象ppt课件
他还导出了联系吸附量和界面张力随体相浓度变化 的普遍关系式即著名的吉布斯吸附等温式。1859年， 开尔文（Kelvin）将界面扩展时伴随的热效应与界 面张力随温度的变化联系起来。后来，他又导出蒸 汽压随界面曲率的变化的方程即著名的开尔文方程。
在1913—1942年期间，美国科学家Langmuir在界面 科学领域做出了杰出的贡献，特别是对吸附、单分 子膜的研究尤为突出。他于1932年获诺贝尔奖，被 誉为界面化学的开拓者。 界面化学的统计力学研 究是从范德华开始的。1893年，范德华认识到在界 面层中密度实际上是连续变化的。他应用了局部
与一般体系相比，小颗粒的分散体系有很大的表 面积，它对系统性质的影响绝对不可忽略。
首 页 刚看的页 上一页 下一页 结 束
物质的分散度用比表面积 as 表示，它的定义为 物质的表面
积 As 与质量 m 的比：
as
As m
10.0.1 单位：m2·kg-1
对于以上水滴的例子，若近似认为其在室温下密度为 1g ·cm-3，则以上两种情况，比表面积 as 分别约为：6 cm2 ·g1 及600 m2 ·g-1 。
αB
4.2.7
首 页 刚看的页 上一页 下一页 结 束
dU TdS pdV μB (α)dnB (α) 4.2.8
αB
dH TdS Vdp μB (α)dnB (α) 4.2.9
αB
dA SdT pdV μB (α)dnB (α) 4.2.10
αB
当体系作表面功时，G 还是面积A的函数
界面现象是自然界普遍存在的现象。胶体指的是 具有很大比表面的分散体系。对胶体和界面现象 的研究是物理化学基本原理的拓展和应用。从历 史角度看，界面化学是胶体化学的一个最重要的 分支，两者间关系密切。而随着科学的发展，现 今界面化学已独立成一门科学，有关“界面现象” 或“胶体与界面现象”的专著在国内外已有多种 版本。本课程主要介绍与界面现象有关的物理化 学原理及应用。它包括各种相界面和表面活性剂 的相关特性，界面上的各种物理化学作用，实验 的和理论的研究方法及其重要应用。对于准备考 研的同学，还应将其作为物理化学课程的一部分。
在1913—1942年期间，美国科学家Langmuir在界面 科学领域做出了杰出的贡献，特别是对吸附、单分 子膜的研究尤为突出。他于1932年获诺贝尔奖，被 誉为界面化学的开拓者。 界面化学的统计力学研 究是从范德华开始的。1893年，范德华认识到在界 面层中密度实际上是连续变化的。他应用了局部
与一般体系相比，小颗粒的分散体系有很大的表 面积，它对系统性质的影响绝对不可忽略。
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物质的分散度用比表面积 as 表示，它的定义为 物质的表面
积 As 与质量 m 的比：
as
As m
10.0.1 单位：m2·kg-1
对于以上水滴的例子，若近似认为其在室温下密度为 1g ·cm-3，则以上两种情况，比表面积 as 分别约为：6 cm2 ·g1 及600 m2 ·g-1 。
αB
4.2.7
首 页 刚看的页 上一页 下一页 结 束
dU TdS pdV μB (α)dnB (α) 4.2.8
αB
dH TdS Vdp μB (α)dnB (α) 4.2.9
αB
dA SdT pdV μB (α)dnB (α) 4.2.10
αB
当体系作表面功时，G 还是面积A的函数
界面现象是自然界普遍存在的现象。胶体指的是 具有很大比表面的分散体系。对胶体和界面现象 的研究是物理化学基本原理的拓展和应用。从历 史角度看，界面化学是胶体化学的一个最重要的 分支，两者间关系密切。而随着科学的发展，现 今界面化学已独立成一门科学，有关“界面现象” 或“胶体与界面现象”的专著在国内外已有多种 版本。本课程主要介绍与界面现象有关的物理化 学原理及应用。它包括各种相界面和表面活性剂 的相关特性，界面上的各种物理化学作用，实验 的和理论的研究方法及其重要应用。对于准备考 研的同学，还应将其作为物理化学课程的一部分。
2024版天津大学物理化学教学课件ppt合集
考核方式
采用平时成绩、期中考试和期末考试相 结合的方式进行考核，其中平时成绩包 括作业、课堂表现和实验报告等。
02
热力学基础
热力学系统与环境
80%
热力学系统的定义
由大量微观粒子组成的宏观物体或 物体集合，被选定为研究对象。
100%
环境的定义
与系统发生相互作用的其他物体或 物体集合。
80%
系统与环境的分类
晶体结构与性质的关系在材料科学中的应用
通过调控晶体的结构，可以改变晶体的性质，进而制备出具有特定性质的材料。
配合物结构和性质关系
01
配合物结构决定配合物的性质
配合物的空间构型、配位数、配位键的类型等结构参数决定 了配合物的化学性质和物理性质。
02
配合物性质反映配合物结构的特征
配合物的稳定性、磁性、光学性质等都与配合物结构密切相 关，这些性质的变化也反映了配合物结构的特征。
过渡态理论
反应物分子与活化分子间 存在一个能量较高的过渡 态，反应速率由过渡态的 稳定性决定。
量子化学理论
通过计算分子的电子结构 和能量，预测反应速率和 反应机理。
浓度对反应速率影响规律
反应速率与反应物浓度的关系
一般情况下，反应速率与反应物浓度的乘积成正比。
反应级数
表示反应速率与反应物浓度关系的指数，可以是整 数、分数或负数。
热力学第一定律的数学表达式
ΔU=Q+W。
热力学第一定律的应用
计算系统内能的变化、热功转换和热量传递等。
热力学第二定律
热力学第二定律的表述
01
热量不可能自发地从低温物体传到高温物体，而不引起其他变
化。
热力学第二定律的数学表达式
02
采用平时成绩、期中考试和期末考试相 结合的方式进行考核，其中平时成绩包 括作业、课堂表现和实验报告等。
02
热力学基础
热力学系统与环境
80%
热力学系统的定义
由大量微观粒子组成的宏观物体或 物体集合，被选定为研究对象。
100%
环境的定义
与系统发生相互作用的其他物体或 物体集合。
80%
系统与环境的分类
晶体结构与性质的关系在材料科学中的应用
通过调控晶体的结构，可以改变晶体的性质，进而制备出具有特定性质的材料。
配合物结构和性质关系
01
配合物结构决定配合物的性质
配合物的空间构型、配位数、配位键的类型等结构参数决定 了配合物的化学性质和物理性质。
02
配合物性质反映配合物结构的特征
配合物的稳定性、磁性、光学性质等都与配合物结构密切相 关，这些性质的变化也反映了配合物结构的特征。
过渡态理论
反应物分子与活化分子间 存在一个能量较高的过渡 态，反应速率由过渡态的 稳定性决定。
量子化学理论
通过计算分子的电子结构 和能量，预测反应速率和 反应机理。
浓度对反应速率影响规律
反应速率与反应物浓度的关系
一般情况下，反应速率与反应物浓度的乘积成正比。
反应级数
表示反应速率与反应物浓度关系的指数，可以是整 数、分数或负数。
热力学第一定律的数学表达式
ΔU=Q+W。
热力学第一定律的应用
计算系统内能的变化、热功转换和热量传递等。
热力学第二定律
热力学第二定律的表述
01
热量不可能自发地从低温物体传到高温物体，而不引起其他变
化。
热力学第二定律的数学表达式
02
物理化学之胶体化学PPT课件
第26页/共41页
§12-9 乳状液
• 一.什么是乳状液 • 1.乳状液 • 一种或几种液体以液珠的形式分散在另一种不相溶的液体中构成的分散系统
称为乳状液。 • 乳状液属于粗分散系统。
第27页/共41页
二.乳状液的分类
• 按分散相与分散介质的类型将乳状液分为两类： • ⑴油分散在水中(O/W)
• 如牛奶、农药、日用雪花膏等。
第38页/共41页
第39页/共41页
第40页/共41页
感谢您的观看！
第41页/共41页
第3页/共41页
§12-2 胶体系统的制备
• 一.分散法——将大颗粒变小 • 胶体磨，超声法，胶溶法，电弧法等。 • 二.凝聚法——将小颗粒变大 • 过饱和溶液（改变溶剂或冷却），化学凝聚法 • 三.溶胶的净化
第4页/共41页
§13-3 胶体系统的光学性质
• 一、Tyndall效应 • 一束光通过分散系统时产生吸收、散射和反射等现象。其中散射和反射的强
第9页/共41页
• 3.Einstein-Brown平均位移公式 • 的计算值与实验值一致 • 4.意义 • ⑴说明了分子运动论完全可以用于胶体分散系统； • ⑵布朗运动是胶体分散系统稳定的原因之一。
第10页/共41页
• 二.扩散 • 1.粒子从浓度高的区域自动向浓度低的区域移动的
现象称为扩散。 • 2.扩散是热力学第二定律的必然结果。 • 3.扩散是布朗运动的宏观表现，而布朗运为Stern层（即 紧密层），Stern面之外至溶液本体称为扩散层。
• 与表面结合得相当牢固的反离子为紧密层，在表 面附近做热运动的其它反离子构成双点层中的扩 散层。
第20页/共41页
§憎液溶胶的胶团结构
§12-9 乳状液
• 一.什么是乳状液 • 1.乳状液 • 一种或几种液体以液珠的形式分散在另一种不相溶的液体中构成的分散系统
称为乳状液。 • 乳状液属于粗分散系统。
第27页/共41页
二.乳状液的分类
• 按分散相与分散介质的类型将乳状液分为两类： • ⑴油分散在水中(O/W)
• 如牛奶、农药、日用雪花膏等。
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第3页/共41页
§12-2 胶体系统的制备
• 一.分散法——将大颗粒变小 • 胶体磨，超声法，胶溶法，电弧法等。 • 二.凝聚法——将小颗粒变大 • 过饱和溶液（改变溶剂或冷却），化学凝聚法 • 三.溶胶的净化
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§13-3 胶体系统的光学性质
• 一、Tyndall效应 • 一束光通过分散系统时产生吸收、散射和反射等现象。其中散射和反射的强
第9页/共41页
• 3.Einstein-Brown平均位移公式 • 的计算值与实验值一致 • 4.意义 • ⑴说明了分子运动论完全可以用于胶体分散系统； • ⑵布朗运动是胶体分散系统稳定的原因之一。
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• 二.扩散 • 1.粒子从浓度高的区域自动向浓度低的区域移动的
现象称为扩散。 • 2.扩散是热力学第二定律的必然结果。 • 3.扩散是布朗运动的宏观表现，而布朗运为Stern层（即 紧密层），Stern面之外至溶液本体称为扩散层。
• 与表面结合得相当牢固的反离子为紧密层，在表 面附近做热运动的其它反离子构成双点层中的扩 散层。
第20页/共41页
§憎液溶胶的胶团结构
天津大学物理化学第五版-第十二章-胶体化学
溶胶粒子间的作用力： Verwey ＆Overbeek(1948)
van der Waals 吸引力：EA -1/x2 双电层引起的静电斥力：ER ae-x
总作用势能：E = ER + EA
EA曲线的形状由粒子本
性决定，不受电解质影响；
ER曲线的形状、位置强
烈地受电解质浓度的影响。
ER 势 能
E
n : 分散相的折射率； n0：分散介质的折射率；
：散射角；
l : 观测距离
I＝ 9 2V 2C 2 4 l 2
n 2 n02 n2 2n02
2
1 cos 2
I0
由 Rayleigh 公式可知：
1) I V 2
可用来鉴别小分子真溶液与胶体溶液；
如已知 n 、n0 ，可测 I 求粒子大小V 。
2. 憎液溶胶的聚沉 溶胶粒子合并、长大，进而发生沉淀的现
象，称为聚沉。
(1) 电解质的聚沉作用 聚沉值使溶胶发生明显的聚沉所需电解质的最小浓度 聚沉能力聚沉值的倒数
EA 曲线的形状由粒子本性决定，不受电解质影响； ER 曲线的形状、位置强烈地受电解质浓度的影响。
电解质浓度与价数增加，使胶体粒子间势垒的高度 与位置发生变化。
分散系统：一种或几种物质分散在另一种物质之中
分散相：被分散的物质 （dispersed phase） 分散介质：另一种连续分布的物质
medium)
（dispersing
分子分散系统
胶体分散系统
粗分散系统
例如：云，牛奶，珍珠
按分散相粒子的大小分类
类型
粒子大小
特性
举例
低分子溶 液(分子分
散系统)
<1nm
van der Waals 吸引力：EA -1/x2 双电层引起的静电斥力：ER ae-x
总作用势能：E = ER + EA
EA曲线的形状由粒子本
性决定，不受电解质影响；
ER曲线的形状、位置强
烈地受电解质浓度的影响。
ER 势 能
E
n : 分散相的折射率； n0：分散介质的折射率；
：散射角；
l : 观测距离
I＝ 9 2V 2C 2 4 l 2
n 2 n02 n2 2n02
2
1 cos 2
I0
由 Rayleigh 公式可知：
1) I V 2
可用来鉴别小分子真溶液与胶体溶液；
如已知 n 、n0 ，可测 I 求粒子大小V 。
2. 憎液溶胶的聚沉 溶胶粒子合并、长大，进而发生沉淀的现
象，称为聚沉。
(1) 电解质的聚沉作用 聚沉值使溶胶发生明显的聚沉所需电解质的最小浓度 聚沉能力聚沉值的倒数
EA 曲线的形状由粒子本性决定，不受电解质影响； ER 曲线的形状、位置强烈地受电解质浓度的影响。
电解质浓度与价数增加，使胶体粒子间势垒的高度 与位置发生变化。
分散系统：一种或几种物质分散在另一种物质之中
分散相：被分散的物质 （dispersed phase） 分散介质：另一种连续分布的物质
medium)
（dispersing
分子分散系统
胶体分散系统
粗分散系统
例如：云，牛奶，珍珠
按分散相粒子的大小分类
类型
粒子大小
特性
举例
低分子溶 液(分子分
散系统)
<1nm
天大物化胶体化学
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（3）流动电势
P：电位差计
在外力作用下 ，迫使液体通过多孔 隔膜（或毛细管）定 向流动，在多孔隔膜 两端所产生的电势差 ，称为流动电势。（ 可视为电渗的逆过程 ）
体内部的电势差。
第26页/共63页
1) 亥姆霍兹平板电容器模型
0
1879年，亥姆霍兹首先提 出在固液两相之间的界面上形 成双电层的概念。
0
x
缺点： 1)不能解释表面电势 o 与 电势的区别； 2)不能解释电解质对 电势的影响
第27页/共63页
2)古依－查普曼扩散双电层模型
0
扩散层
0
x
1910年，古依和查普曼提出了 扩散双电层理论
第18页/共63页
表 12.3.2 18 oC 时金溶胶的扩散系数
粒子半径 r/nm
D109/(m2s-1)
1
0.213
10
0.0213
100
0.00213
粒子越小，扩散系数越大，扩散能力越强。
球形粒子，D 可由爱因斯坦－斯托克斯方程计算：
D RT
6Lπr
（2）
第19页/共63页
如分散相粒子大小一致，将 (1）, (2) 式结合 ，
2
1
cos2
I0
I ：散射光强 ；
I0 : 入射光强；
V ：一个粒子的体积； C ：单位体积中的粒子数；
: 入射光波长
l : 观测距离；
n : 分散相的折射率； n0：分散介质的折射率； ：散射角(观测方向与入射光之间的夹角)；
第10页/共63页
I＝
9π 2V 2C
24l 2
n2 n02 n2 2n02
x
（3）流动电势
P：电位差计
在外力作用下 ，迫使液体通过多孔 隔膜（或毛细管）定 向流动，在多孔隔膜 两端所产生的电势差 ，称为流动电势。（ 可视为电渗的逆过程 ）
体内部的电势差。
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1) 亥姆霍兹平板电容器模型
0
1879年，亥姆霍兹首先提 出在固液两相之间的界面上形 成双电层的概念。
0
x
缺点： 1)不能解释表面电势 o 与 电势的区别； 2)不能解释电解质对 电势的影响
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2)古依－查普曼扩散双电层模型
0
扩散层
0
x
1910年，古依和查普曼提出了 扩散双电层理论
第18页/共63页
表 12.3.2 18 oC 时金溶胶的扩散系数
粒子半径 r/nm
D109/(m2s-1)
1
0.213
10
0.0213
100
0.00213
粒子越小，扩散系数越大，扩散能力越强。
球形粒子，D 可由爱因斯坦－斯托克斯方程计算：
D RT
6Lπr
（2）
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如分散相粒子大小一致，将 (1）, (2) 式结合 ，
2
1
cos2
I0
I ：散射光强 ；
I0 : 入射光强；
V ：一个粒子的体积； C ：单位体积中的粒子数；
: 入射光波长
l : 观测距离；
n : 分散相的折射率； n0：分散介质的折射率； ：散射角(观测方向与入射光之间的夹角)；
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I＝
9π 2V 2C
24l 2
n2 n02 n2 2n02
x
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AgCl (新鲜沉淀）
加AgNO3或AKgCCl l(溶胶）
水解反应制氢氧化铁溶胶
FeCl3 (稀)+3H2O （热）→ Fe(OH)3 （溶胶）+3HCl
溶 胶 的 净 化
胶体系统的光学性质 胶体系统的动力性质 胶体系统的电学性质 憎液溶胶的胶团结构 憎液溶胶的稳定理论－DLVO理论 憎液溶胶的聚沉 乳状液
粗分散系统
热力学不稳定,动力学不稳定的 泥沙悬浮液、
> 1000nm 多相系统,扩散慢,不能透过半透膜, 大气层中尘埃和 光散射强,在普通显微镜下可以看 水滴
按分散相和分散介质的聚集状态分类
分散相 分散介质
名称
实例
气
泡沫 肥皂泡沫、灭火泡沫
液
液
乳状液 牛奶、豆浆
固
液溶胶 金溶胶、硫溶胶
气
泡沫玻璃、泡沫塑料
C ：单位体积中的粒子数； n0：分散介质的折射率；
l : 观测距离
I＝ 9 2V 2C
2 4 l 2
n 2 n02 n 2 2n02
2
1 cos 2
I0
由 Rayleigh 公式可知：
1) I V 2
可用来鉴别小分子真溶液与胶体溶液； 如已知 n 、n0 ，可测 I 求粒子大小V 。
高度分散性 多相性 热力学不稳定性
§10－1 胶体系统的制备
粗分散系统
分散法
凝聚法
胶体系统
分子分散系统
1000nm 大变小
1000 ~ 1nm 小变大
1nm
分散法
研磨法
气流粉碎法 凝聚法 超声波粉碎法
物理凝聚 化学凝聚
蒸气凝聚法 过饱和法 复分解反应法
电弧法 Fe(OH)3（新鲜沉淀）
水解反应法 加FeCFle3(OH)3 (溶胶）
§10－2 胶体系统的光学性质
1、Tyndall（丁铎尔）效应 1869年 Tyndall发现胶体系统有光散射现象
丁铎效应：在暗室里，将一束聚集的光投射到胶体系统上，在与 入射光垂直的方向上，可观察到一个发亮的光柱，其中有微粒闪 烁。
丁达尔效应是由于胶体粒子发生光散射而引起的
散射光：分子吸收一定波长的光，形成电偶极子，由其振荡向
I1 ＝C1 I2 C2
如已知C1，可求C2
可通过光散射来测定溶胶和粗分散系统的浊度
§10－3 胶体系统的动力性质
1. Brown 运动 胶体粒子在介质中作无规则运动
Einstein-Brown
平均位移公式：
x
RTt
3L r
1/ 2
x : t 时间内粒子的平均位移
r : 粒子半径 ：分散介质粘度 L：阿伏加德罗常数
Svedberg用超显微镜,对金溶胶作不同时间间隔 t 与平均
位移 x测定的实验,验证爱因斯坦-布朗平均位移公式:
21
2. 扩散
在有浓度梯度存在时，物质粒子因热运动而发生宏 观上的定向迁移。
Fick 扩散第一定律：
dn dt
DAS
dc dx
单位时间通过某一截面的物质的量dn/dt与该处的浓度梯度
第十章 胶体化学
Chapter 12 Colloidal Chemistry
“胶体”这个名词是英国化学家Graham 于1861年提出的
胶体(colloid) 凝晶质(crystalloid)
任一质点,其某个线度 在10-7和10-9m之间即认为是胶 体分散系统
2
（一）胶体分散系统及其基本性质 胶体是一种分散系统
各个方向发射振动频率与入射光频率相同的光
系统完全均匀，所有散射光相互抵销，看不到散射 光；
系统不均匀，散射光不会被相互抵销，可看到散射 光。
丁铎尔效应可用来区分
胶体溶液
小分子真溶液
当粒子粒径 > 波长时，发生光的反射； 当粒子粒径 < 波长时，发生光的散射
可见光的波长：400 — 760 nm 胶体粒子直径：1 — 100 nm
dc/dx及面积大小As成正比，其比例系数D 称为扩散系数，负号是因 为扩散方向与浓度梯度方向相反
D 扩散系数 单位浓度梯度下，单位时间通过单位面积的物 质的量。单位：m2s-1
D 可用来衡量扩散速率
3. 沉降与沉降平衡
多相分散系统中的粒子，因受重力作用而下沉的过程， 称为沉降。沉降与扩散为一对矛盾的两个方面
2) I 1/4
波长越短的光，散射越强。
例：用白光照射溶胶，散射光呈蓝色，透射光呈红色。
I＝ 9 2V 2C
2 4 l 2
n 2 n02 n 2 2n02
2 3) I n
可以此来区分
胶体溶液 高分子溶液
分散相与分散介质
有相界面，n 大
均相溶液， n 小
同一种溶4)胶I ，C仅C不同时，有：
分散系统：一种或几种物质分散在另一种物质之中
分散相：被分散的物质 （dispersed phase） 分散介质：另一种连续分布的物质
（dispersing medium)
分子分散系统 胶体分散系统 粗分散系统
例如：云，牛奶，珍珠
按分散相粒子的大小分类
类型
粒子大小
特性
举例
低分子溶液 (分子分散
系统)
胶体粒子可发生光散射
2. Rayleigh 公式
对于非导电的、球形粒子的、稀溶胶系统：
单位体积溶胶的散射光强度：
I＝ 9 2V 2C
2 4 l 2
n 2 n02 n 2 2n02
2
1 cos 2
I0
I ：散射光强 ；
V ：一个粒子的体积；
n : 分散相的折射率；
：散射角；
I0 : 入射光强；
真溶液 粗分散系统 胶体系统
沉降 扩散
平衡
分散相分布 均相 沉于底部 形成浓度梯度
贝林(Perrin)导出沉降平衡时粒子浓度随高度的分布：
<1nm
热力学稳定的均相系统,扩散快, 氯化钠、 能透过半透 膜,光散射很弱,在超 蔗糖等水溶液 显微镜下看不见
高分子溶液 和缔合溶胶
1～
1000nm
胶体分散系
统
1～
1000nm
热力学稳定的均相系统,扩散慢, 聚苯乙烯溶液、 不能透过半透膜,有一定的光散射 高浓度肥皂水溶
液
热力学不稳定,但动力学稳定的 金溶胶、硫溶胶、 多相系统,扩散慢,不能透过半透膜, 牛奶、豆浆、雾、 光散射强,在超显微镜下可以看见 烟、各种泡沫
液
固
固溶胶 珍珠
固
有色玻璃、有色塑料
液 固
气
气溶胶
水雾、油雾 烟、尘
溶胶
憎液溶胶 亲液溶胶
分散相与分散介质之间有相界面 均相，无相界面 高分子溶液
胶体化学研究的内容
1）粗分散系统（包括悬浮液、乳状液、泡沫等）
2）胶体系统（包括憎液溶胶和高分子溶液）
3）胶体电解质、气溶胶、固溶胶
本章主要内容：憎液溶胶 胶体分散系统的基本特征：