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绪论（2学时）第一章胶体的制备与纯化第二章液体的表面性质第三章固体的表面性质第四章表面活性物质第五章液-液界面和固-液界面第六章胶体的动力学性质第七章胶体的光学性质第八章胶体的电学性质第九章胶体的稳定性第十章胶体的流变性一、胶体体系及其分类1、胶体体系国际纯粹化学与应用化学联合会（IUPAC）规定：直径在1~1000nm范围内的颗粒为胶体颗粒。
含有胶体颗粒的体系称为胶体体系或胶体分散体系。
1m = 106 µm = 109 m 1nm = 10 À系。
零维量子点；纳米粒低维一维纳米线二维薄膜按分散相颗粒大小分类：粗分散体系>10-6 m (1µm) 宏观胶体分散体系10-9 m ~10-6 m 介观分子分散体系< 10-9 m (1nm) 微观2.胶体体系的分类（1）按胶体颗粒结构①胶体分散体系溶胶、乳状液、泡沫、气溶胶等多相体系，具有很大的界面能，热力学不稳定，相分离后又容易恢复原状。
②分子胶体高分子溶液，均相体系，热力学稳定，相分离后易恢复。
③缔合胶体胶束溶液、液晶、微乳液等。
均相体系，热力学稳定。
（2）按胶粒与介质的亲和力①亲液胶体---分子胶体和缔合胶体②疏液胶体---胶体分散体系（溶液），难溶物高度分散在介质中（3）按分散相和分散介质的聚集状态----8大类s.t.g.3.胶体分散体系的特点①高度分散的多相体系②动力学稳定③热力学不稳定④巨大的比表面积比表面积: 单位体积或质量的物体所具有的表面积。
S0 = S/V (m-1)= S/W (m2/g)20℃,1cm3水滴分散成半径10-7cm的小水滴S0 = 3*107（cm2/cm3）表面分子占分子总数的90%表面自由能218J/ cm3二、胶体化学的研究内容1、胶体化学研究胶体体系各种行为的科学分散体系胶体体系2、内容高分子溶液界面现象界面上发生的各种物理或化学现象，如界面电现象、界面吸附三、胶体化学与界面化学共存的、“界面”有厚度四、学科特点胶体与界面化学物理化学化学交叉学科、应用性很强、基础学科五、胶体化学的产生和发展1861年，Graham （美）提出“胶体”概念。
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。
第七章表面与界面第一节固体的表面一、固体表面的类型：（1）表面：一个物相和它本身蒸气（或真空）接触的分界面,即物体对真空或与本身蒸气接触的面。
如固相与气相、液相与气相的分界面等---如固体表面、液体表面。
（2）相界：一个物相与另一个物相（结构不同）接触的分界面，即结构不同的两块晶体或结构相同而点阵参数不同的两块晶体接合所形成的交界面。
(3) 晶界:不论结构是否相同而取向不同的晶体相互接触的分界面。
注意界面是一个总的名称，即两个独立体系的相交处，它包括了表面、相界和晶界。
二、固体表面的特征：（P107）1、固体表面的特点：固体表面与固体内部的结构和性质是不相同的，原因是（1）固体表面的缺陷要多得多，且复杂得多---有自身的，也有外来的。
（2）现在的材料都是高分散的粉体，其从粉碎时消耗的机械能获得的表面能十分巨大。
从块状粉磨成粉体，其表面能一般都增加上百万倍。
2、固体表面力场（P107两个力）处于内部的质点，受力是均衡的，而处在表面的质点，由于力场不平衡，因此有剩余键力，使表面有吸附作用。
这种固体表面和被吸附质点之间的作用力称为表面力。
分为：1、化学力：固体表面和被吸附质点之间发生了电子转移，形成不饱和价键产生的力。
2、物理力：即范德华力---分子引力，因固体表面形成物理吸附或表面水蒸气凝聚而产生。
又分为三种力：（P107）三、固体（晶体）表面的结构（P108）表面是指晶体与真空（或与本身蒸汽）之间的界面。
由于表面的能量较高，所以液体表面总是力图形成球形表面来降低系统的表面能；而晶体由于质点不能自由流动，只能借助离子极化、变形、重排其结构引起表面处晶格畸变来降低表面能，从而引起表面层与内部结构差异。
其差异体现在微观质点的排列状态（原子尺寸大小范围）和表面几何状态（一般显微结构范围）两个方面。
1、表面微观质点的排列状态（1）．表面对键强分布的影响：表面的存在会影响晶体内部键强的分布。
表面的键强两极分化，最强键、最弱键都分布在表面，总的结果是引起表面的表面能降低。
随离开表面距离的增大，键增强、减弱的程度减小，表面的影响程度越来越弱，到离开表面足够远的地方，键强已经不受表面影响了。
（2）．离子晶体的表面双电层结构也就是说，表面力的存在使固体表面处于较高的能量状态，而存在自发降低能量的趋势，即产生离子极化、离子重排引起表面处晶格畸变形成表面双电层来降低表面能。
即半径小、电价高的正离子对半径大的负离子极化作用大，易形成表面双电层，双电层的厚度也与极化大小有关。
由于表面被负离子所屏蔽，因而表面呈负电性。
形成表面双电层后表面能降低，而且表面双电层厚度越大，表面能降低越多。
因为表面双电层产生后，正离子受力较均衡，且最表面负离子之间产生共价键结合，释放能量，使表面能量降低。
这就是“松弛”现象——表面质点通过电子云极化变形来降低表面能的过程，且瞬间完成，然后引起“离子重排”。
2、表面结构几何状态：“表面结构无定形化”、“表面粗糙化”、“表面微裂纹化”——内因：各处晶面的密度不同；外因：①表面不规则而粗糙，存在无数台阶、裂缝、凸凹不平；②表面存在从多微裂纹。
以上影响显著体现在固体物质的烧结性、表面活性和润湿性上。
因此，现在固体表面也是一门非常重要的独立学科。
四、粉体表面的结构（P109）五、玻璃表面的结构（P110）六、固体（晶体）的表面能1、表面能定义在熔体一章中我们已知道：将表面增大一个单位面积所需作的功称为表面能；将表面增大一个单位长度所需作的力称为表面张力。
即每增加单位表面积时体系自由焓的增量——（比）表面自由焓（比表面能、表面能），是指每单位面积表面比内部过剩的自由焓。
2、晶体表面能的理论计算设 U b：质点在晶体内时与最近邻质点的相互作用能U s：质点在表面时与最近邻质点的相互作用能 U s≈ U bn b：质点在晶体时周围最近邻的质点数n s：质点在表面时周围最近邻的质点数 n b > n s把一个质点从内部移出需要断键数量比从表面移出需要断键数量多，因而需要能量大，高出的能量为ΔU。
表面质点本身可动性大，说明表面质点本身能量高，ΔU就是表面质点比内部质点过剩的能量。
ΔU = U b n b/2- U s n s/2= U b n b/2（1- n s/ n b）= U晶/N0（1- n s/ n b）设表面密度：Ls（单位面积表面拥有的质点数）Ls·ΔU = Ls·U晶/ N0（1- n s/ n b）Ls·ΔU代表单位面积表面比内部过剩的能量，即表面内能。
自由焓：G = U-TS，0K时，G = U = Ls·U晶/ N0（1- n s/ n b）由此式可知：（1）当T升高时，表面自由焓小于表面内能；（2）表面自由焓和晶格能成近似正比关系；（3）表面能是各向异性的；（4）表面能随温度T升高而降低。
①T↑，质点间键力↓，将质点转到表面的能量↓，表面能↓。
所引起的作用↑，所以表面能↓。
表面能与表面张力的关系② T↑，熵三．表面能与表液体表面存在沿着表面作用在单位长度上的力，力图使表面缩小。
由于液体形成新表面的过程是可逆的，所以表面张力的数值等于表面能。
固体形成表面的过程是非可逆的（表面变形过程快于原子迁移率），所以表面张力的数值不等于表面能；反之缓慢的扩散过程引起的表面变化时，表面张力的数值等于表面能。
3. 固体的表面活性：表面质点能量高，活性大，因此，物料的比表面积越大，活性就越大，也就是需要的活化能越小。
物料粉磨时，由于高分散度的物料体系自由焓高，不稳定，倾向于自发聚结，所以粉磨到到一定程度后比表面积很难再增加，但即使如此，物料活性仍在增加，因为物料的晶格缺陷随粉磨的进行在增加。
4．界面能：当两相化学性质相似时，界面能小。
如果两相化学性质相差较大但有强烈吸引力，也会使界面能小。
第二节固体界面一. 弯曲表面效应：由于表面张力（即表面力）的存在，使弯曲的液体表面上产生一个附加压力，其蒸汽压也随之变化，由开尔文公式知道（结论）：凸面蒸汽压＞平面蒸汽压＞凹面蒸汽压从而带来系列变化，如挥发、烧结等等的不同。
二.毛细管现象：在毛细管中由于液体的弯曲表面产生的力，称为毛细管力。
弯曲表面上的饱和蒸汽压与曲率半径的关系如下式所示：开尔文公式：)11(2ln1212rrRTMPP-=ρσ其中：M—分子量；ρ—液体密度；σ—表面张力；P—表面上的饱和蒸汽压；r1、r2—曲率半径；当r1= r2= ∞（平表面）时，弯曲表面为凸面：r弯>0,P凸>P平,r↑, (P凸-P平) ↑弯曲表面为凹面：r弯<0,P凹<P平,r↓, (P凹-P平) ↓∴ P凸> P平> P凹由于弯曲表面上的饱和蒸汽压受曲率半径的影响，微小晶体的溶解度增大, 熔点降低。
见教材114页毛细管凝聚现象。
三. 固液表面的润湿：1、润湿的概念：从热力学上讲是指固体与液体接触后的体系自由焓降低形成的一种状态。
分为附着润湿、铺展润湿、浸渍润湿。
2、润湿原理（度量）θ＞900 不润湿θ＜900润湿θ= 900完全润湿σsg=σlg cosθ+σslcosθ=（σsg-σls）/σlg3、润湿类型（1）附着润湿（粘附润湿）由原来的液体表面和固体表面变成固液界面。
G始-G终=σlg+σsg-σl s= W粘附W粘附——把固液界面拆开需要环境做的最小功，反映两相之间结合程度。
W↑，结合牢固。
（2）铺展润湿（铺展）：在液体与固体表面铺展的同时，液气界面也在铺展。
即扩展固液界面和液气表面代替固气界面。
G始- G终=σsg-σls-σlg= S（铺展系数）当S≥0时，液体就可以在固体表面铺展。
S =σsg-σls-σlg= F-σlg当润湿张力大于σlg时可以铺展。
（3）浸渍润湿（浸润）固液界面代替原来固体表面。
G始-G终=σsg-σls = W浸渍W浸渍—反映了在固体表面上液体取代气体能力的大小。
W浸渍= 浸润张力F =σsg-σls =σlg cosθ4、不同润湿过程发生的条件：①能量判据：附着润湿：W粘= F+σlg ；浸渍润湿：W浸= F；铺展润湿：S = F-σlg②接触角判据：W粘=σlg（1+cosθ）≥0 θ≤180O附着润湿W浸=σlg cosθ≥0 θ≤90O浸渍润湿S =σlg（cosθ-1）≥0 θ≤0 铺展润湿5、影响润湿的因素（1）固体表面粗糙度对润湿的影响根据热力学原理，物系平衡条件：dG/dS=0σls·dS-σsg·dS +σlg·dS cosθ= 0∴σls-σsg+σlg cosθ=0，cosθ =（σls-σsg）/σlg实际表面从微观上看是凹凸不平的。
θn—表观接触角。
给定粗糙系数n = 真实表面积/表观表面积。
n总是大于1。
当表观表面积增加dS，则：nσls· dS - nσsg·dS +σlg·dS cosθn = 0∴nσls-nσsg+σlg cosθn = 0 cosθn = n（σls-σsg）/σlg当σls<σsg, cosθn > 0, n↑, cosθn↑, θn↓表明，如果本来就润湿，表面越粗糙，则越有利于润湿。
当σls>σsg, cosθn<0,n↓,cosθn↓, θn↑表明，如果本来不润湿，表面越粗糙，就越不容易润湿。
（2）吸附膜对润湿的影响6、润湿对材料微观结构的影响（1）固-液系统φ是二面角，大小取决于固-固界面能和固-液界面能的比值。
σss = 2σsl cos （φ/2） ∴cos （φ/2）=1/2·σss /σsl当σss /σsl = 1, cos （φ/2）=1/2, φ=1200当σss /σsl >1, cos （φ/2）<1/2, φ>1200当σss /σsl = 2, cos （φ/2）=1, φ=0 当σss /σsl =3，cos （φ/2）=23, φ=600当σss /σsl >3，cos （φ/2）>23, φ<600微观结构分为:①固-固直接结合结构：φ大，σss /σsl 小。
如需要耐高温的耐火材料，则固固直接结合的结构好。
②固-液-固结合结构：φ小，σss /σsl 大。
（2）固-气系统：气孔分布状况由固-四.粘吸（P118）五.表面吸附与表面改性：(1) 吸附本质（P119）：吸附是固体表面力场与被吸附分子发出的力场相互作用的结果，它是发生在固体上的。
表面吸附是一个自发过程，放热过程。
（2）表面改性（P120）：可以利用吸附来进行表面改性，所谓表面改性，是指通过各种表面处理改变固体表面结构和性质，以适应各种预期要求。
