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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。
胶体的性质介绍胶体的性质胶体是一种特殊的物质系统，具有非常特殊的物理化学性质。
在化学中，胶体是指一种由微粒（粒径在1-1000纳米之间）悬浮于另一种物质中，形成的混合物。
这种混合物中的微粒被称为胶体粒子，其大小介于分子和颗粒之间。
胶体是许多自然和人工生产的物质的基础。
1. 稳定性胶体能够保持稳定并且不会沉淀下来，这是其最重要的性质之一。
这种稳定性是由胶体粒子和分散介质之间的相互作用所决定的。
这些相互作用包括静电斥力、范德华力和表面张力。
斥力和张力促使胶体粒子分散在介质中，而范德华力则影响粒子之间的相互作用。
2. 视觉透明度大多数胶体是透明的，这意味着它们不会散射光线并且具有高度的视觉透明度。
这是由于胶体粒子的尺寸通常比波长小，因此它们不会散射光线。
这种透明度使胶体作为某些光学应用程序的理想选择。
3. 凝胶形态凝胶是一种特殊的胶体，它具有固体的特性，但可以保持流动性。
凝胶的形成是由于胶体粒子之间的交互作用力将它们紧密地联系在一起。
凝胶通常是具有高度吸水性的生物材料，如明胶和琼脂。
4. 溶胶形态溶胶是一种均匀混合物，其中母体物质和溶解物粒子是完全混合的。
这种混合物是气体、液体或固体中的一种，通常具有均匀的性质，如温度和浓度。
与凝胶不同，溶胶不具有流动性，而且不会形成凝胶。
5. 色散性胶体是色散性的，这意味着它们对光线的波长和色彩非常敏感。
胶体粒子的大小和分散情况直接影响它们对光线的散射和吸收。
由于这种色散性质，胶体在生物组织中被广泛用于光学应用程序。
6. 光学性质胶体是一种光学性质非常优异的物质，它们可以通过光线的穿透、反射和散射来表现。
由于胶体粒子的大小和分散情况的影响，胶体具有光学性质优异的功能。
这些功能包括天然发光、光学稳定性和反射率，因此胶体已经被成功地应用于光学技术和光电子学领域。
7. 磁性、电性和热学性质胶体的磁性、电性和热学性质表现出了其独特的性质。
例如，胶体粒子可以通过磁性相互作用来进行制导和定位；另一方面，由于胶体的非常细小的尺寸，所以它们能够更快地传播热量，因此使得胶体适合于热学应用程序。
物理化学及胶体化学课程设计一、课程目标物理化学及胶体化学课程设计旨在帮助学生掌握物理化学相关基本概念，深度理解物理化学及胶体化学理论模型，并能够运用所学知识解决实践中的问题。
二、课程内容1. 物理化学基础部分1.1 物质的状态、热力学基础知识、热力学循环、热力学函数、扩散和黏度、物理化学动力学1.2 软物质基础知识、分子间相互作用概述、近代表征手段2. 胶体化学部分2.1 胶体的概念、性质、分类与检测2.2 胶体稳定性及解稳机理2.3 胶体与表面化学的关系2.4 软物质的基本原理3. 实验部分3.1 量热测量实验3.2 凝胶分析实验3.3 电泳分析实验3.4 毒性测试实验三、教学方法1. 听讲授课学生应保持好的听课态度，认真听讲，理解授课内容，及时复习巩固所学知识。
2. 讨论研究教师将布置针对每个章节或主题的探讨小组，鼓励学生积极参与讨论和交流学习。
同时，教师也将参与其中，促进教学质量的提高。
3. 实验授课实验授课环节为课堂的最重要部分，将帮助学生全面掌握所学知识与技能，提高学生对于理论知识的理解和应用能力。
教师将讲解实验的基本原理和操作技能，引导学生进行实验操作并进行分析讨论。
4. 上机练习通过上机练习，学生可以深入理解相关理论知识，并习得相关软件的操作技能。
四、考核方式学生的考核方式采用多维度的方式。
其中包括课堂作业、论文撰写、实验考核、课堂测试等。
1. 课堂作业随堂课上或课后布置相关作业，鼓励学生及时完成并互相交流。
2. 论文撰写学生需要根据自己的兴趣和所学知识撰写相关学术论文，提交给教师进行审阅和评分。
该项作业有利于学生对于所学知识的深入理解和应用，同时可以提高学生的写作能力。
3. 实验考核教师将进行实验考核环节，检查学生的实验室操作技能和实验结果解释等方面。
4. 课堂测试每个章节的结束，将组织小测验，考查学生掌握情况，为教师调整课程进度和学生复习提供依据。
五、教学评估教学评估是课程设计中不可或缺的重要环节。
第11章 胶体化学1.1 某粒子半径为30×10-7 cm 的金溶胶，在25℃时，在重力场中达到沉降平衡后，在高度相距0.1 mm 的某指定体积内粒子数分别为277个和166个，已知金与分散介质的密度分别为19.3×103 kg·m -3及1.00×103 kg·m -3。
试计算阿伏伽德罗常数。
解：由胶粒在达到沉降平衡时的分布定律()02211ln 1C Mg h h C RT ρρ⎛⎞=−−−⎜⎟⎝⎠则：()()()21021ln //1RT C C M g h h ρρ=−− 上式中，M 为胶粒在h 2～h 1范围内的平均摩尔质量，其又可由下式算的()343M V L r L ρπρ==粒子 故：()()()213021ln /43RT C C L r g h h πρρ=−−()()()3-833-423-18.314298.15ln 166/2774 3.0109.81.001019.310 1.0103=6.2610mol π××=××××−×××× 答：6.26×1023 mol -11.2有一金溶胶，胶粒半径为3×10-8 m ，25℃时在重力场中达沉降平衡后，在某一高度处单位体积中有166个粒子，试计算比该高度低10-4 m 处体积粒子数为多少？已知金的体积质量ρB 为19 300 kg·m -3，介质的体积质量ρ0为1 000 kg·m -3。
解：由胶粒在达到沉降平衡时的分布定律()02211ln 1C Mg h h C RT ρρ⎛⎞=−−−⎜⎟⎝⎠上式中，M 为胶粒在h 2～h 1范围内的平均摩尔质量，其又可由下式算的()343M V L r L ρπρ==粒子 故：]3)()(4exp[210312RTh h gL r C C −⋅−⋅=ρρπ272]15.298314.83100.1)100.1103.19(1002.68.9)103(14.34exp[1664332338=×××××−×××××××××=−−答：272 个1.3试用沉降平衡公式验证。
物理化学胶体化学试卷1班级姓名分数一、选择题( 共21题40分)1. 2 分(7552)7552以下诸因素中, 哪一个不是乳状液呈油/水型或水/油型的主要因素? ( )(A) 乳化剂的性质(B) 两种液体的互溶程度(C) 两种液体的相对体积(D) 温度2. 2 分(7255)7255对于大小相同的胶粒，带电时与不带时相比，其扩散速度：( )(A) 前者较慢(B) 前者较快(C) 两者相同(D) 不确定3. 2 分(7360)7360胶体粒子的Zeta 电势是指：( )(A) 固体表面处与本体溶液之间的电位降(B) 紧密层、扩散层分界处与本体溶液之间的电位降(C) 扩散层处与本体溶液之间的电位降(D) 固液之间可以相对移动处与本体溶液之间的电位降4. 2 分(7364)7364关于电动电位描述正确的是：( )(A) 电动电位是恒定不变的(B) 电动电位是胶核与介质间的电位差(C) 电动电位是可以粗略地看成吸附层与扩散层间的电位差(D) 电动电位仅与吸附的离子浓度有关5. 2 分(7457)7457在pH ＜7 的Al(OH)3溶胶中，使用下列电解质使其聚沉：(1)KNO3(2) NaCl (3) Na2SO4(4) K3Fe(CN)6在相同温度、相同时间内，聚沉能力大小为：（）(A) (1) ＞(4) ＞(2) ＞(3)(B) (1) ＜(4) ＜(2) ＜(3)1(C) (4) ＞(3) ＞(2) ＞(1)(D) (4) ＜(3) ＜(2) ＜(1)6. 2 分(7304)7304在分析化学上，有两种利用光学性质测定胶体溶液浓度的仪器，一是比色计，另一个是比浊计，分别观察的是胶体溶液的：( )(A) 透射光；折射光(B) 散射光；透射光(C) 透射光；反射光(D) 透射光；散射光7. 2 分(7251)7251某多分散体系，测得渗透压为∏, 其任意组分的渗透压为∏i , ∏ 与∏i之间关系为：( ) ∑∏i(A) ∏＝i∑i(B) ∏i＝∏ i /i(C) ∏＝∏i(D) ∏＝∏1·∏2…∏i8. 2 分(7481)7481对亚铁氰化铜负溶胶而言, 电解质KCl, CaCl2, K2SO4, CaSO4的聚沉能力顺序为：( )(A) KCl > CaCl2 > K2SO4 > CaSO4(B) CaSO4 > CaCl2 > K2SO4 > KCl(C) CaCl2 > CaSO4 > KCl > K2SO4(D) K2SO4 > CaSO4 > CaCl2 > KCl9. 2 分(7482)7482对于带正电的Fe(OH)3和带负电的Sb2S3溶胶体系的相互作用, 下列说法正确的是：( )(A) 混合后一定发生聚沉(B) 混合后不可能聚沉(C) 聚沉与否取决于Fe和Sb结构是否相似(D) 聚沉与否取决于正、负电量是否接近或相等10. 2 分(7701)7701起始浓度分别为c1和c2的大分子电解质刚果红Na R与KCl 溶液分布在半透2膜两边，其膜平衡条件是：( )(A) [Na+]内[Cl-]内＝[Na+]外[Cl-]外(B) [K+]内[Cl-]内＝[K+]外[Cl-]外(C) [K+]内[Na+]内＝[K+]外[Na+]外(D) [K+]内/ [K+]外＝[Na+]内/ [Na+]外＝[Cl-]内/ [Cl-]外11. 2 分(7305)7305(1)超显微镜在胶体研究中起过重要作用，它的研制是利用的原理是：( )(A) 光的反射(B) 光的折射(C) 光的透射(D) 光的散射(2)超显微镜观察到的是：( )(E) 粒子的实像(F) 粒子的虚像(G) 乳光(H) 透过光12. 2 分(7302)7302为直接获得个别的胶体粒子的大小和形状，必须借助于：( )(A) 普通显微镜(B) 丁铎尔效应(C) 电子显微镜(D) 超显微镜13. 2 分(7464)7464混合等体积的0.08 mol·dm-3 KI 和0.1 mol·dm-3 AgNO3溶液，得到一溶胶体系，分别加入(1) MgSO4；(2) CaCl2；(3) Na2SO4，则其聚沉能力大小是：( )(A) (1) ＞(2) ＞(3)(B) (2) ＞(1) ＞(3)(C) (3) ＞(1) ＞(2)(D) (3) ＞(2) ＞(1)14. 2 分(7206)7206溶胶与大分子溶液的相同点是：( )(A) 是热力学稳定体系(B) 是热力学不稳定体系(C) 是动力学稳定体系(D) 是动力学不稳定体系315. 2 分(7236)7236用新鲜Fe(OH)3沉淀来制备Fe(OH)3溶胶时，加入的少量稳定剂是：（）(A) KCl(B) AgNO3(C) FeCl3(D) KOH16. 2 分(7454)7454由0.01 dm3 0.05 mol·kg-1的KCl 和0.1 dm3 0.002 mol·kg-1的AgNO3溶液混合生成AgCl 溶胶，为使其聚沉，所用下列电解质的聚沉值由小到大的顺序为：( )(A) AlCl3＜ZnSO4＜KCl(B) KCl ＜ZnSO4＜AlCl3(C) ZnSO4＜KCl ＜AlCl3(D) KCl ＜AlCl3＜ZnSO417. 2 分(7355)7355有人在不同pH 的条件下，测定出牛的血清蛋白在水溶液中的电泳速度，结果如下：pH 4.20 4.56 5.20 5.65 6.30 7.00泳速/(μm2/s·V) 0.50 0.18 -0.25 -0.65 -0.90 -1.25由此实验数据可知：( )(A) 该蛋白的等电点pH > 7.00(B) 该蛋白的等电点pH < 4.20(C) 该蛋白的等电点pH < 7.00(D) 从上述实验数据不能确定等电点范围18. 2 分(7316)7316假定胶粒为球形，其半径为r，则瑞利(Rayleigh)公式适用的范围是：（）(A) r＝47 nm(B) r＞47 nm(C) r＜47 nm(D) r≤47 nm19. 2 分(7393)7393对于Helmholz紧密双电层模型, 下列描述中不正确的是：( )(A) 带电的固体表面和带相反电荷的离子构成平行的两层, 称为双电层(B) 此双电层距离约等于离子半径, 如同一个平板电容器(C) 在此双电层内, 热力学电势φ0呈直线下降4(D) 由于模型上的缺陷, 此双电层模型不能说明电泳现象20. 1 分(7586)7586斯陶丁格把相对分子质量为多少的物质称之为高分子化合物？（）(A) 103(B) 104(C) ＞103(D) ＞10421. 1 分(6658)6658液体在毛细管中上升的高度与下列那一个因素无关：( )(A) 温度(B) 液体密度(C) 重力加速度(D) 大气压力二、填空题( 共5题10分)22. 2 分(7585)7585按照聚合反应机理来分，聚合物可分为____________聚合物和____________聚合物两类。
23. 2 分(7556)7556乳状液有O/W型和W/O型, 牛奶是一种乳状液, 它能被水稀释, 所以它属于________型。
24. 2 分(7604)7604苯乙烯的聚合反应被K2S2O8所引发, 自由基R·按下列公式产生引发K2S2O8────→2 R·假定k i =0.080 h-1, 引发剂的起始浓度为0.010 mol·dm-3, 则引发速率d [R·]/ d t=_________________ mol·dm-3·s-125. 2 分(7468)74680.01 dm3某溶胶，在外电场作用下向正极移动，加入0.02 dm3 0.01 mol·dm-3NaNO3水溶液时，溶胶发生聚沉。
则大约需加____ dm3 0.01 mol·dm-3 Mg(NO3)2水溶液就可使溶胶聚沉。
26. 2 分(7321)732156在晴朗的白昼，由于蓝光波长______，____________作用显著，所以天空呈蔚蓝色。
三、计算题 ( 共 5题 50分 ) 27. 10 分 (7264) 7264摩尔质量为 60 kg ·mol -1，密度为 1300 kg ·m -3的一种蛋白质分子，其沉降系数 为 4×10-13 s ；介质为水, 其密度为 1000 kg ·m -3, 温度为 25℃。
水的 =0.001Pa ·s 。
(A) 试计算表观阻力系数和斯笃克斯定律阻力系数 (B) 解释两个值之间差异的可能原因28. 10 分 (7675) 7675将某聚合物样品5.0 g 分成各种级别，用渗透压法测出各级别的相对数均分子质量n M ，所得结果为：假定每个级别的相对分子质量是均匀的，试计算原聚合物的w M 和n M 及w M /n M 。
29. 10 分 (7265) 7265球形血红花青分子在水中沉降系数是 17.4×10-13 s ，其密度为 1350 kg ·m -3，试 计算分子的半径和它的摩尔质量，已知水的粘度系数是 10-3 Pa ·s 。
30. 10 分 (7277) 7277半径为 1µm ，密度为 2.6×103 kg ·m -3的玻璃小微球， 20℃时，因热运动在水中平均 移动 0.01m 需时间多少？设水的粘度系数为 8.9×10-4 kg ·m -1·s -1，若在重力场作用下在水中沉降相同的距离需时又为多少？31. 10 分 (7267) 7267在 30℃下，0.1 dm 3羰基血红朊溶液中含溶质 0.00096 kg ，溶液的密度为 0.9469 kg ·dm -3，溶质的比容为 0.755 dm 3·kg -1，在高速离心机中沉降测得如下数据： 实验次数 时间/ h △x /m x 平均/m n /(转·min -1)1 0.5 0.00074 0.04525 393002 0.5 0.00078 0.04601 39400 表中△x 是界面移动距离，x 平均是在规定时间内溶液界面离轴心的平均距离，n 为转 速，已知扩散系数为 7×10-11 m 2·s -1，求羰基血红朊的摩尔质量。
