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胶体与表面化学-第三章 凝胶

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凝胶

凝胶

17
凝
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
胶
凝胶的特征及分类 凝胶的形成 凝胶的结构 胶凝作用及其影响因素 凝胶的性质 凝胶中的扩散和化学反应 几种重要的凝胶
18
3. 凝胶的结构
凝胶中的三维网状结构，根据质点形状和性质的不同， 所形成的网状结构具有以下四种类型。 (1) 球形粒子相互链状联结（图a) 。 如 TiO2、SiO2等凝胶即属此类型。
22
(2)
靠氢键形成结构 某些高分子化合物的分子间以氢键相互联结形成骨

架 主要是蛋白质类，如明胶等。 其作用力较范德华力大，故稳定性亦要高些。 在水凝胶中所含液体量较大，并具有一定的弹性。 靠氢键形成内部结构时，分子链可以部分平行排列成束， 形成局部有序结构。 由于结构比较牢固，干明胶在室温下只能发生有限膨胀， 但加热时可转变为无限膨胀。
九、 凝
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
胶
(gel)
凝胶的特征及分类
凝胶的形成 凝胶的结构 胶凝作用及其影响因素 凝胶的性质 凝胶中的扩散和化学反应 几种重要的凝胶
1
1. 凝胶的特征及分类 凝胶：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。 分散介质一般大于95%。凝胶存在极其普遍，如：橡 胶、棉花、豆腐、木材、肌肉、毛发、细胞膜等都是 凝胶。
13
由溶液形成凝胶的方法：
从溶液形成凝胶，与溶液的浓度、温度及电解质 等因素有关，因此，可以控制这些因素制备凝胶。 (1)改变温度 0.5%的琼脂水溶液冷却至35℃即形成凝胶 2%得甲基纤维素水溶液加热到50~60℃成凝胶。 (2)加入非溶剂 在果胶水溶液中加入酒精，可以形成凝胶； 固体酒精是由高级脂肪酸钠盐与乙醇混合制得； Ca(Ac)2的饱和水溶液加入乙醇，可形成凝胶。

胶体表面与化学PPT课件

胶体表面与化学PPT课件

动态润湿法
通过测量液体在固体表面的动态接触线移动 速度，评估表面的润湿性。
05
CATALOGUE
胶体表面化学未来展望
新材料开发
高性能材料
利用胶体表面化学技术，开发具有优异性能的新材料，如高强度 、高韧性、耐高温、耐腐蚀等。
功能材料
探索具有特殊功能的材料，如光电转换、传感、催化等，以满足不 同领域的需求。
通过红外光谱、核磁共振等技术手段鉴别 表面活性剂的类型。
表面活性剂浓度测定
表面活性剂界面行为研究
利用滴定法、分光光度法等方法测定表面 活性剂浓度。
利用显微镜、光谱等技术手段研究表面活 性剂在界面上的行为。
表面吸附研究方法
等温吸附法
在恒温条件下，研究物质在表面的吸附量与浓度之间的关系。
吸附动力学法
研究物质在表面的吸附速率和吸附机理。
03
CATALOGUE
胶体表面化学应用
石油工业
石油开采
利用胶体表面化学原理， 通过改变钻井液的流变性 、稳定性等性质，提高石 油开采效率。
油气分离
利用胶体表面化学原理， 通过改变油水乳液的稳定 性、界面张力等性质，实 现油气高效分离。
石油运输
利用胶体表面化学原理， 通过改变油品的流变性、 粘度等性质，提高石油运 输效率。
X射线光电子能谱法
利用X射线光电子能谱技术测定表面吸附物的组成和结构。
原子力显微镜法
利用原子力显微镜技术观察表面吸附物的形貌和分布。
表面润湿性研究方法
接触角法
通过测量液体在固体表面的接触角大小，评 估表面的润湿性。
滑移长度法
测量液体在固体表面滑动时的滑移长度，评 估表面的润湿性。
滴液法

第三章_胶体及纳米材料制备

第三章_胶体及纳米材料制备

① 机械分散法
就是用粉碎设备将大块物质粉碎成要求的尺寸。
常用的粉碎设备有气流磨、各种类型高速机械冲击式粉碎机、各种类型搅拌磨、振动磨、球磨、胶 体磨等。常见的分级设备见《胶体与表面化学》第10页表2-1。
这种方法的效率较差，物料颗粒最细也就磨到1m左右。在研磨过程中及时将达到要求的颗粒分离出 去也非常关键。
机械分散示意图
② 电分散法
主要用于制备金属水溶胶。 该法将欲分散的金属作为阳极，浸入水中，通入直流电（一般电流5-10A，电压40-60V），调节两电极 间的距离，使其相互靠近而产生电弧，电弧温度很高，使电极表面金属气化，金属蒸气遇冷水而冷凝成胶 体系统。在制备时可在水中加入少量的碱作稳定剂，而形成稳定的溶胶。
晶体成长速度v2：
v2 K2D(cS)
式中：D为溶质分子的扩散系数
由此式可看出，v2也与过饱和度成正比。但其对v2的影响要比对v1的影响要小，而介质对扩散系数D 的影响很大，从而对v2的影响也很大。
在凝聚过程中，v1、v2是相互联系的，当v1>>v2时，溶液中会形成大量晶核，所得粒子的分散度较大， 有利于形成溶胶；反之，v1<<v2时，所得晶核很少，而晶体生长速度很快，粒子容易长大并产生沉淀。
1．分散法
⑴ 分散法特点： ③ 在分散过程中，随着分散时间延长，颗粒变小，比表面积增大，颗粒团聚的趋势增强，达
到一定程度后，分散作用与聚集作用达到平衡，颗粒不再变细。 要提高效率，需要添加合适的分散剂（稳定剂、助磨剂），以降低粒子表面能。
1．分散法 ⑵ 分散方法
机械分散法 电分散法 超声波分散法 胶溶法
A g+N H 2N H 2 A g 2 H A u C l 4 3 H 2 O 2 2 A u 8 H C l 3 O 2

(整理)表面化学第三章

(整理)表面化学第三章

第三章双电层对离子型溶质，由于电离，吸附在界面的是离子而不是中性分子。

通常液/气，液/液界面的吸附是单分子层的，因而离子型溶质的吸附导致产生一带电单层。

考虑到界面相的电中性，必有等量的相反电荷，即通常所说的反离子，存在于界面相，从而形成所谓的双电层。

双电层的存在是电动电势或ζ-电势产生的基础，而ζ-电势是分散体系的一个重要稳定因素。

因此双电层理论是胶体和界面化学的重要内容。

本章将重点介绍双电层理论，然后讨论电动现象和ζ-电势，最后简单介绍双电层的排斥效应。

3.1双电层理论有机电解质离子吸附在空气/水界面和液/液界面时，其定向排列导致形成带电的吸附单层。

等电荷的反离子分布于界面相。

双电层理论就是要讨论这些反离子的分布规律。

有关双电层模型已经提出了好几种，各模型的不同之处在于不同的反离子的分布规律。

3.1.1 Helmholtz双电层理论图3-1 Helmholtz双电层模型示意图图3-2 Gouy-Chapman扩散双电层模型Helmholtz 提出了一个最简单的双电层模型——平行板电容器模型。

以RNa z的吸附为例， 该模型认为，带负电的R -z 在空气/水界面或油/水界面上定向排列于AA’面，而带相反电荷的反离子定向排列于BB’面，如图3-1所示。

AA’和BB’两平面之间的距离δ即为界面相的厚度，其大小为分子厚度级。

AA’面和BB’面上的电荷密度(单位面积上的电荷)大小相等，但符号相反，类似于平行板电容器。

界面电势ϕ0与AA’面上的电荷密度σ 之间的关系由Helmholtz 公式表达：δπσϕD40= (3-1) 式中D 为区间AA’ BB’的介质的介电常数。

沿x 方向从AA’面到BB’面，界面电势线性地急剧下降，从AA’面上的ϕ0下降到BB’面上的0。

对RNa z 自溶液中的吸附，由于RNa z 是高表面活性的，因此ΓR 和∆n R 之间的差别可忽略，即认为ΓR 等于∆n R ，并且若体系中存在电解质NaCl ，按照Helmholtz 模型，Cl -的吸附量将为零：0=Γ-cl (3-2) 于是Helmholtz 模型的电中性方程为：ΓΓ+=Na R z (3-3) 对带电固/液或液/液界面，电动试验(将在后面详细论述)或其它涉及界面电荷的试验表明，双电层的实际厚度较为宽广。

胶体与表面化学3-1

胶体与表面化学3-1

K膨 lg(Smax S) ( ）t lgSmax 2.303
p p a
三、膨胀作用
3、膨胀机理（两个阶段）
第一阶段：形成溶剂化层：时间短，速度快；水分子快速进入凝
胶形成溶剂化层吸液量少，平衡快。 特征：①液体蒸汽压很低：溶剂分子与凝胶中的大分子相互作用形成溶剂层， 溶剂分子活度很低， 蒸汽压低，小分子和大分子结合力强。
一、凝胶及其通性
胶凝过程：指一定浓度的溶胶或高分子溶液在放 置过程中自动形成凝胶的现象。

二、凝胶的分类
根据分散质点的性质（柔性还是刚性）和质点连 结的特点（结构及强度）分为弹性凝胶和非弹性 凝胶。
弹性凝胶：是由柔性大分子（聚合物）形成的凝 胶。具有可逆性，形成的凝胶体系具 有弹性。 非弹性凝胶：由刚性质点（如SiO2、TiO2、V2O5、 Fe2O3等）溶胶形成的非弹性凝胶体。 刚性，不可逆。
固定形状
固相粒子按一定网架结构固定不能自由移动

一、凝胶及其通性
凝胶中固体和液体都是连续相，是多分散体系， 是溶胶的存在特殊形式。
呈半固体状，无流动性 与沉淀不同(固-液两相)
特点
属胶体分散体系 分散相与分散介质都是连续相


LOGO
第二节 凝胶的形成
东北石油大学石油工程学院
凝胶的形成
• 一、凝胶的形成条件
• 二、凝胶的制备方法
一、凝胶的形成条件
①降低溶解度，使分散的物质以“胶体分散状态”析出。 ②析出的质点，不沉降，不运动，互相连续形成骨架，在 整个溶液中形成网状结构。
水 聚合
前驱体
溶胶
凝胶

二、凝胶的制备方法
1、改变温度：利用高分子物质在水中的溶解度随 温度的变化。 2、加入非溶剂： 3、加入盐类：在亲水性较大和粒子不对称的溶液 中，加入电解质。 4、化学反应：利用化学反应，使物质沉淀，形成 凝胶。

讲义3-溶胶凝胶法

讲义3-溶胶凝胶法


同一溶质与不同溶剂之间，或同一溶剂 对不同溶质构成了不同的分散体系。 例如，同是氯化钠溶质，分散在水中变成 溶液，分散在苯中则变成溶胶； 对同种溶剂水，若分散的是不同溶质－氯 化钠和硫磺，则分别构成的是溶液和溶胶。 这表明溶胶的形成伴随有溶质与溶剂之间的 化学作用。
工艺过程
溶胶-凝胶法优点主要有：
100ml/100g
2014-3-3
150～180ml/100g
33
神奇的二氧化钛粉末

TiO2怎么做?—— sol-gel method 制备纳米粉体的一种重要方法。反应中各

组分的混合在分子间进行，因而产物粒径
小、均匀性高。另外，反应在低温进行，
避免高温杂相的出现
2014-3-3 34
实验原理

金属离子水溶液的结构通式
无机盐溶液的水解反应
金属离子带有高价的正电荷Mz+，或高的电荷密度， 水溶液种存在H+,OH-,H3O+，在水溶液中发生水化 反应。按电荷迁移大小，溶剂化分子发生如下变化：
水合离合 M z H 2 O M(H 2 O) z
M(H 2 O) z M－OH (z－1) H ＋ M O (z 2) 2H

采用溶胶凝胶法（sol－gel）制备的纳米TiO2/ 微米SiO2复合粒子的光催化活性和紫外透过能
力比相应的Ti02粒子下降了80%左右，更适用
于制备防晒化妆品
2014-3-3
32
神奇的二氧化钛粉末

纸张的填料：纳米TiO2/微米SiO2复合浆料 增白、减油污


增加油墨吸附量（ SiO2能降低表面张力）
O M—

凝胶_精品文档

凝胶_精品文档

OH HO Si O
OH
_
OH
+ HO Si OH
OH
(Ⅰ)
(Ⅱ)
OH OH HO Si O Si OH
OH OH
+ OH－
(Ⅲ)
▪ 二聚体又可以进一步与原硅酸(II)作用生成三聚体、四 聚体等多硅酸(polysilicic acid)。
▪ 在形成多硅酸时, Si-O-Si链也可以在链的中部形成, 这
3
▪ 凝胶与一般固体（沉淀）比较:
▪ 所有的水凝胶外表很相似，呈半固体状，无流动 性。不同于通常的沉淀（固体）。
▪ 沉淀: 分散相颗粒从分散介质中沉降出来的，沉 淀是固体。
▪ 凝胶: 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。
▪ 凝胶明显地分为固－液两相，属于胶体分散体系， 具有液体的某些性质，例如，离子在水凝胶中的 扩散速度接近于在水中的速度，这个事实说明， 在新形成的水凝胶中，不仅分散相（搭成网络）
(3)
如Fe(OH)3. Al(OH)3凝胶，未经硫化的橡胶等。
(4)
这类凝胶吸收液体膨胀时，因质点间连结力很
弱，最后将变为溶胶，凝胶结构被破坏，发生无限膨胀。
22
(2) 靠氢键形成结构 某些高分子化合物的分子间以氢键相互联结形成骨
架 主要是蛋白质类, 如明胶等。 其作用力较范德华力大, 故稳定性亦要高些。 在水凝胶中所含液体量较大, 并具有一定的弹性。 靠氢键形成内部结构时, 分子链可以部分平行排列成束,
▪ 在硅酸二聚体(Ⅴ)中, Si的配位数为6
▪ 二聚硅酸可以与原硅酸进一步聚合, 生成四聚、五 聚 …… 的多聚硅酸。
▪ 聚合不一定发生在链端, 从而使硅酸凝胶并非线性, 而是三维网络结构。

胶体与表面化学期末复习资料(老马押题小组出品)

胶体与表面化学期末复习资料(老马押题小组出品)

第一章绪论1.相：体系中物理化学性质完全相同的均匀部分；2.界面：相与相之间的交界面；3.表面：一相为气相的界面；4.比表面：单位体积或重量的物质所具有的总表面积；5.胶体化学：研究胶体体系的科学；6.表面化学：研究发生在物质表面或界面上的物理化学现象的一门学科；7.胶体：粒子大小1~100nm ，热力学不稳定，动力学稳定，扩散速度慢，不发生渗析，能通过滤纸，在超显微镜下可见；8.胶体分类：按分散介质可分为“气、液、固溶胶”。

第二章胶体的制备1.胶体制备的一般条件：①分散相在介质中的溶解度必须极小，反应物浓度很稀，生成难溶物晶体颗粒很小，不具备长大条件；②必须有稳定剂存在；2.胶体制备方法：（一）分散法①机械分散法：适用于脆而易碎的物质，对于柔韧性物质必须先硬化再粉碎。

②电分散法：将金属做成两个电极，浸在水中，盛水的盘子放在冷浴中。

在水中加入少量氢氧化钠做稳定剂。

制备时在两电极上施加100V 左右的直流电，调节电极间距离，使之发出电火花，这时表面金属蒸发，是分散过程，接着金属蒸汽立即被水冷却而凝聚成凝胶。

③超声波分散法：将分散相和分散介质两种不混溶的液体放在样品管中，样品管固定在变压器油浴中。

在两电极上通入高频电流，使电极中间的石英片发生机械震荡，使样品管中的两个液相均匀地混合成乳状液。

④溶胶分散法：新生成的沉淀中加入电解质或改变体系温度而形成溶胶体系。

（二）凝聚法：用物理方法或化学反应使分子、离子狙击成胶体粒子的方法。

（1）物理凝聚：将蒸汽状态或溶解状态的物质凝聚成胶体状态的方法。

①蒸汽骤冷法；②更换溶剂法；（2）化学凝聚：通过各种化学反应使生成物呈过饱和状态。

使初生成的难溶物微粒结合成胶粒，在少量稳定剂存在的条件下形成溶胶。

3.溶胶的净化方法（一）粗粒子：过滤、沉降、离心；（二）电解质：渗析、电渗析、超过滤、渗透与反渗透4.单分散溶胶定义：溶胶粒子的尺寸、形状、结构都相同的溶胶体系；5.单分散溶胶制备理论（LaMer ）控制溶质的过饱和浓度，使之略高于成核浓度，爆发式成核。

胶体化学第3章-胶体的基本性质

胶体化学第3章-胶体的基本性质

1）当光束通过粗分散体系，由于粒子大于入射光的波 长，主要发生反射，使体系呈现混浊。 2）当光束通过胶体溶液，由于胶粒直径小于可见光波 长，主要发生散射，可以看见乳白色的光柱。 3）当光束通过分子溶液，由于溶液十分均匀，散射光 因相互干涉而完全抵消，看不见散射光。
区别溶胶、真溶液 和悬浮体最简单而 灵敏的方法。
Brown运动产生的本质
分散介质分子以大小不同和方向不同的力对胶体粒 子不断撞击而产生的。由于受到的力不平衡，连续地以 不同方向、不同速度作不规则运动。随着粒子增大，撞 击的次数增多，而作用力抵消的可能性也变大。
Brown运动的特点
★粒子越小，布朗运动越激烈。 ★运动激烈的程度不随时间而改变，但随温度 的升高而增加。 ★粒子半径大于5μm后，Brown运动就会消失。
物理吸附 如吸附表面活性剂，极性基团吸附到极性( 亲水)表面，非极性基团吸附到非极性（疏水）表面 。当非极性基团吸附到疏水表面时，疏水表面变为 亲水，而且带电。
（2）电离 对于可能发生电离的大分子的 溶胶而言，则胶粒带电主要是其本身发生电离 引起的。
例如蛋白质分子，当它的羧基或胺基在水中解离时， 整个大分子就带负电或正电荷。当介质的pH较低时， 蛋白质分子带正电，pH较高时，则带负电荷。
当蛋白质分子所带的净电荷为零时，这时介 质的pH称为蛋白质的等电点。在等电点时蛋 白质分子的移动已不受电场影响，它不稳定且 易发生凝聚。
(3)离子的不等量溶解
对离子型的固体物质有两种电荷相反的离子，可获得 离子。对于金属氧化物和氢氧化物的溶胶，决定胶粒电 性的主要离子是H+和OH-的浓度。
4)晶格取代
R－观测距离
θ－观测角度
I 1
4
I
大气密度的涨落引起太阳光的散射， 散射光呈淡蓝色

胶体与表面化学课程大纲及重点

胶体与表面化学课程大纲及重点

胶体与表面化学第一章绪论（2学时）1.1胶体的概念什么是胶体，胶体的分类1.2胶体化学发展简史1.3胶体化学的研究对象表面现象，疏液胶体，缔合胶体，高分子溶液。

重点：胶体、分散系统、分散相、分散介质的概念。

难点：胶体与表面化学在矿物加工工程中的作用及意义。

教学方法建议：启发式教学，引导学生对胶体及表面化学的兴趣。

第二章胶体与纳米材料制备（4学时）2.1胶体的制备胶体制备的条件和方法，凝聚法原理。

2.2胶体的净化渗析、渗透和反渗透。

2.3单分散溶胶单分散溶胶的定义及制备方法。

2.4胶体晶体胶体晶体的定义及制备方法2.5纳米粒子的制备什么是纳米材料，纳米粒子的特性及制备方法重点：胶体的制备、溶胶的净化、胶体晶体的制备。

难点：胶体制备机理。

教学方法建议：用多媒体教学，注重理论联系实际。

第三章胶体系统的基本性质（8学时）3.1溶胶的运动性质扩散、布朗运动、沉降、渗透压和Donnan平衡。

3.2溶胶的光学性质丁道尔效应和溶胶的颜色。

3.3溶胶的电学性质电动现象、双电层结构模型和电动电势（。

电势）3.4溶胶系统的流变性质剪切速度越切应力，牛顿公式，层流与湍流，稀胶体溶液的黏度。

3.5胶体的稳定性溶胶的稳定性、DLVO理论、溶胶的聚沉、高聚物稳定胶体体系理论。

3.6显微镜及其对胶体粒子大小和形状的测定显微镜的类型及基本作用重点：沉降、渗透压、电泳、电渗、。

电势的计算、双电层结构模型、DLVO理论、溶胶的聚沉。

难点：双电层结构模型。

教学方法建议：多媒体教学和板书教学相结合。

第四章表面张力、毛细作用与润湿作用（6学时）4.1表面张力和表面能净吸力和表面张力的概念、影响表面张力的因素、液体表面张力和固体表面张力的测定方法。

4.2液-液界面张力Anntonff规则、Good-Girifalco公式、Fowkes理论和液-液界面张力的测定。

4.3毛细作用与Laplace公式和Kelvin公式毛细作用，Laplace公式和Kelvin公式的应用，曲界面两侧的压力差及与曲率半径的关系，毛细管上升或下降现象，弯曲液面上的饱和蒸气压。

东油油工胶体与表面化学名词解释

东油油工胶体与表面化学名词解释
第四章
1.分散度：把物体分散成细小微 粒的程度称为分散度. 2.净吸力：表面分子受到垂直于 液体表面、指向液体内部的“合 吸力”，通常称为净吸力。 3.表面张力：增加单位面积所消 耗的功。 4.分子间力可以引起净吸力，而 净吸力因其表面张力。表面张力 永远和液体表面相切，而和净吸 力相互垂直。 5.测定液体表面张力的方法：毛 细管上升法、环膜法、气泡最大 压力法 6.铺展系数：恒温恒压下，铺展 单位面积时，体系表面自由焓的
第六章
1.表面活性剂的性质：在各种界 面上的定向吸附、在溶液内部能 形成胶束。 2.表面活性剂：少量使用即能显 著降低液体表面张力的物质 3.表面活性剂的特点：两亲性分 子。 4.表面活性剂分类 按能否电离及离子类型：（1）阴 离子型：羧酸盐、硫酸酯盐、磺 酸盐、磷酸酯盐（2）阳离子型： 伯胺盐、仲胺盐、叔胺盐、季胺 盐（3）两性离子型（3）非离子 型：聚乙二醇型（平平加型、OP 型、P 型）、多元醇型（司盘型、 吐温型） 按溶解性：水溶性、油溶性 按分子量：高、中、低 按用途：消泡剂、起泡剂、润湿 剂、分散剂 5.浊点：对非离子表面活性剂的 透明水溶液缓慢加热，到某一温 度后溶液发生浑浊，溶液呈浑浊 的最低温度叫做浊点。 6.Krafft 点：离子型表面活性剂 在低温时溶解度较低，随着温度 的升高其溶解度缓慢地增加，达 到某一温度后其溶解度突然迅速 增加，这个温度即为 Krafft 点 7.胶束：达到一定浓度时其疏水 基相互缔合成有序组合体，这种 缔合结构称为胶束 8.临界胶束浓度：胶束开始明显 形成时表面活性剂的浓度。 9.增溶作用:指难溶和不难溶有机 物在表面活性剂胶束水溶液中溶 解度增大的现象。
第七章
1.乳状液：一种液体以极小的液 滴形式分散在另一种与其不相混 融的液体中所构成的多分散相体 系。 2.分类：水包油型（O/W）、油包 水 型 （ W/O ）、 多 重 乳 状 液

第二章胶体制备性质(1)20143解析

第二章胶体制备性质(1)20143解析
高，是热力学不稳定体系。必须加入第三种物质，即稳定 剂，stabilizing agent，才能得到稳定的溶胶。
如 白色油漆 是将白色TiO2颗粒（分散相）分散在油 料中，并加入金属皂类作为稳定剂制成。
有时反应生成的物质（分散相）分散在介质中形成溶
胶，其中某种过量反应物或产物存在能起到稳定剂作用。
2.制备方法
解度极小。故硫的乙醇溶液滴加在水中形成硫磺水溶胶。 例2 FeCl3水中形成真溶液，水解后Fe(OH)3不溶于水，
适当条件下形成Fe(OH)3水溶胶。 同时，反应物浓度很稀，难溶物晶粒很小，而且不具
备晶粒长大的条件，才能形成胶体。否则颗粒聚集易形成 凝胶。
（2）必须有稳定剂存在 胶体中分散颗粒很小，很多，表面积很大，表面能很
液相
气
泡沫
肥皂泡沫
液
乳状液
牛奶，含水原油
固 液溶胶或悬浮液 金溶胶，油墨，泥浆
气
固相
液
固
固溶胶
泡沫塑料 珍珠，蛋白石 有色玻璃，某些合金
胶粒尺寸 1～100nm 或 1～1000nm
第二章 胶体的制备和性质
第一节 胶体的制备和净化 1.胶体制备的一般条件
（1）分散相在分散介质中溶解度必须极小 例1 硫在乙醇中溶解度较大形成真溶液，硫在水中溶
浓度很大时，约2～3mol·dm-3 ，生成的晶核极多，同时 溶液过饱和度(c-S)也降低很多，致使晶体成长速度减慢， 又有利于形成小粒子的胶体。注意这时由于晶核太多，粒 子间距太近，易于形成半固体状凝胶。
因此，根据Weimarn理论，要制备胶体，必须v1大，v2 小。要v1大，必须过饱和度高，这意味着盐的溶解度要尽 可能小。反之，若v2大，v1小，如NaCl溶解度很大，溶液 过饱和度低，则易于形成大的晶体。

胶体及表面化学知识点整理

胶体及表面化学知识点整理

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外表积。

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，并参加 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异，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 cDA 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 RTD N f=〔A N 为阿伏加德罗常数；R 为气体常数〕假设颗粒为球形，阻力系数f =6r πη〔式中，η为介质的黏度，r 为质点的半径〕 故16RT D NA rπη=⨯，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。

第三章 溶胶凝胶法

第三章 溶胶凝胶法

m(OR)n-2 M(OH)2 → [(OR) n-2M-O]m + mH2O m(OR)n-3 M(OH)3 → [(OR) n-3M-O]m + mH2O + mH+ 羟基与烷氧基之间也存在缩合反应 :
(OR)n-x(HO)x-lM-OH + ROM(OR)n-x-l (OH)x → (OR)n-x(OH)M-O-M(OR)n-x-l (OH)x(OH)x + R-OH
+
+
+
φ0
+
ζ+ +
+
A
－
－
－
－
－－
－－－
－
B
Distance x from surface
颗粒间的范德华力 双电层静电排斥能
粒子间总作用能
VT VA VR
➢ 溶胶是固体或大分子颗粒分散于液相的胶体体系， 具有很大的界面存在，界面原子的吉布斯自由能比 内部原子高，粒子间便有相互聚结从而降低表面能 的趋势。
溶胶（回流），进一步蒸馏， —OH
除去生成的过量水，进一步 脂化、缩合，形成凝胶，然 后干燥、灼烧成超微粉。
O
OH
O
C—C—C—C—C
HO
C
O(H)
O O(H)
M2+
3.4 溶胶-凝胶合成方法的适用范围
薄膜及 涂层材料
粉体材料
块体材料
溶胶 凝胶
多孔材料 纤维材料
复合材料
1. 块体材料 溶胶－凝胶合成法制备的块体材料是指具有三维 结构，且每一维尺度均大于1mm的各种形状且无裂 纹的产物。
阳离子 Si Al Ti B
溶胶凝胶合成中常用的醇盐

天津大学胶体与表面化学课件第三章

天津大学胶体与表面化学课件第三章
2020/5/3
1
第一节 概述
一 、凝胶的特征 (Gel) 1、有一定的几何形状和固体的力学性质。 2、由固--液（或气）两相组成，属胶体的分
散体系。 3、在新形成的水凝胶中，不仅分散相（搭成
网结）是连续相，分散介质（水）也是连续相。
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2
二、凝胶的分类
1 、弹性凝胶 (Elastic gel) 柔性的大分子（如明胶,琼脂等）形成的
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四、吸附等温线（Adsorption ）
1、非弹性凝胶的吸附（Non-elastic gel）
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2、弹性凝胶的吸附（Elastic gel）
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第六节 凝胶中的扩散和化学反应
1、扩散作用（Diffusion) 扩散与凝胶浓度，结构以及扩散物质的本性有关。 （1）低浓度gel中，扩散速度与纯液体没有变化。 （2）浓度升高，扩散速度下降。
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积分：
s ds
0（SMax
S）
s 0
（d（SSMaMxax S）S）
K
t
dt
0
所以：
ln（S
S M ax Max
S）
Kt
整理：lg（SMax
S）（Βιβλιοθήκη K膨 ）t 2.303lg
S Max
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23
3 、膨胀机理--两个阶段
第一阶段——形成溶剂化层（时间很短，速度快）。 其特征（1）液体蒸气压很低； （2）体积收缩； （3）放出膨胀热； （4）溶剂熵值降低。
4 、流动性质 失去流动性，获的弹性。
5 、电导(Electrical conductivity) 溶胶胶凝后，体系电导无明显变化。

表面与胶体化学—第三章 表面张力与润湿作用R

表面与胶体化学—第三章 表面张力与润湿作用R

γ
∆G γ = ∆A
对于纯液体，在只做膨胀功和表面功的可逆过程中， 根据热力学基本关系式可知： dU = TdS − pdV + γdA dH = TdS + Vdp + γdA dF = − SdT − pdV + γdA dG = − SdT + Vdp + γdA 因此， γ 是不同的指定条件下，扩大单位 面积，体系内能，焓，Helmhotz自由能， Gibbs自由能的增量。
三．决定和影响液体表面张力的主要因素 1.物质的本性 液体的表面张力（或表面自由能）表 示将液体分子从体相拉到表面上所做功的 大小，故于液体分子间相互作用力的性质 与大小有关。相互作用强烈，不易脱离体 相，表面张力就大。
2.温度的影响 温度升高，分子键引力减弱，故表面 张力多随温度升高而减小。同时，温度升 高液体的饱和蒸气压增大，气相中分子密 度增加，也是气相分子对液体表面分子的 引力增大，导致液体表面张力减小。当温 度达到临界温度Tc时，液相与气相界线消 失，表面张力降为零。
− ∆Gs = γ gs − γ lg − γ sl = S
（铺展系数）
铺展系数S>0，过程自发进行。
浸湿
固体浸于液体中的过程称为浸湿。此过 程是固气界面被固液界面取代，气液界面无 变化，此过程自由能变化为
− ∆GI = γ sg − γ sl = WI
WI>0，过程自发进行。
（浸润功）
接触角与Young方程 二.接触角与 接触角与 方程 将一液体滴到一平滑均匀的固体表面上， 若不铺展，将形成一平衡液滴，其形状由 固液气三相交界面处所作气液界面之切线 经液滴至固液界面所成之夹角决定，此角 称为该种液体在所研究固体表面上之接触 角，或称润湿角。接触角常以θ表示。
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第二节 凝胶的形成
（4）化学反应
凝胶 形 的方 法
第三节 凝胶的结构
球形质点相互联 结，由质点联成 的链排成三度空 间的网架，如 Ti02、SiO2等凝 胶。
棒状或片状质点 搭成网架，如 V2O5凝胶、白土 凝胶等。
线性大分子构成 的凝胶，在骨架 中一部分分子链 有序排列，构成 微晶区，如明胶 凝胶、棍花纤维 等
第五节 胶凝的性质
扩 散 作 用
水凝胶中的水是连续相 (构成凝胶骨架的分散 相也是连续相)。从这 个角度看：凝胶和液体 一样，可以作为在其中 进行各种物理过程和化 学反应的介质。
第五节 胶凝的性质
物质在凝胶中的扩散与凝胶浓度、结构以 及扩散物质的本性有关。 在低浓度凝胶中，低分子物质的扩散速度 与在纯液体中的扩散速度几乎没有差别； 而凝胶的浓度越高，物质的扩散速度越慢 (1)因为凝胶有骨架，物质在其中的扩散 途径变得弯曲，从而延长了扩散时间。 (2)凝胶浓度增加后，结构中的空隙变小 ，特别是在水化层中的运动更受阻碍，使 扩散速度减慢
第五节 胶凝的性质
离 浆 作 用
弹性溶胶的离浆是“可逆的”，是膨胀作用 的逆过程。 多数凝胶的离浆作用是不完全可逆的。如明 胶、洋菜等。 原因是因为这类物质的化学性质往往不均匀 ，经常是分子量不同的混合物，且容易发生某 些副反应
第五节 胶凝的性质
离 浆 作 用
非弹性溶胶离浆是不可逆的。 一般按溶胶-凝胶-浓缩凝胶-致密沉淀这一过程 进行， 不可逆的原因：凝胶中粒子间进一步强相互作 用（包括羟基间的脱水）
第三节 凝胶的结构
(1)靠质点间的分子吸引力形成结构
不同 凝胶 间的 结构 区别
这类结构不稳定，往往具有触变性，在外 力作用下结构遭到破坏，静置后又可复原, 当凝胶结构遭到破坏时发生无限膨胀。
(2)靠氢键形成结构
这类凝胶主要是蛋白质类，如明胶等。这类 凝胶的结构较前类牢固些，所以也比较稳定 。在水凝胶中所含液体量较大，并具有一定 弹性。室温有限膨胀,加热无限膨胀
油墨受外力的搅拌时随搅拌动作由稠变稀，当搅拌动作停止 ，复又恢复到原来时的稠度的现象。 由于油墨的触变性，使油墨在墨辊上受到印刷机的转动作用 后，会增大流动性，增加延展性，使油墨容易转移；当油墨经 印刷转移到纸张后，因失去了外力的作用，油墨由稀变稠而不 向周围流溢，形成良好的印迹。若油墨的触变性过大，则使墨 斗中的油墨不易转动，就会影响墨辊的传墨功能。
凝胶 形成 的方 法
脱水收缩作用(Syneresis) ：水凝胶静置一段时间 ，由于凝胶老化，质点 间进一步靠近，一部分 分散介质自水凝胶中折 出，此即所谓的脱水收 缩作用
第二节 凝胶的形成
（4）化学反应
（1)在产生不溶物时同时生成大量小晶粒
凝胶 形成 的方 法
(2)晶粒的形状以不对称的为好，这样才 有利于搭成骨架。
第五节 胶凝的性质
影响膨胀的因素
膨 胀 作 用
pH 值
对结构单元为带电的大分子形成的凝胶 (如蛋白质和纤维等)在大分子等电点附 近膨胀最小,在PH值酸性和碱性区膨胀 程度有最大值
第五节 胶凝的性质
影响膨胀的因素
膨 胀 作 用
第五节 胶凝的性质
影响膨胀的因素
膨 胀 作 用
盐 类
第五节 胶凝的性质
影响膨胀的因素
膨 胀 作 用
凝胶的老化程度、交联度等对凝胶的 膨胀也有影响。 毫无疑问，凝胶的老化得越厉害，或 交联度越高，膨胀度越小。
第五节 胶凝的性质
触 变 作 用
第五节 胶凝的性质
质点上的正负离子引起的电性吸引和电性排斥在 凝胶稍加振动，便等温可逆地转变为溶胶；静 某一距离达到平衡的结果。 置后又成凝胶。此种操作可重复多次，并且溶胶
第三节 凝胶的结构
(2)靠化学键形成结构
不同 凝胶 间的 结构 区别
这类结构非常稳定。若形成网状结构的单 元是线性大分子，则此类凝胶在吸收液体 后只能发生有限膨胀，加热后也不会变成 无限膨胀。
第四节胶凝作用及其影响因素
(1)转变温度的滞后现象
溶胶凝胶 转变 时的 现象
大分子溶液转变为凝胶时，无严格恒定的转 变温度，它往往与冷却快慢有关，并且凝点 (胶凝温度)常比熔点(液化温度)低，两者相 差可达10一20℃或更大些。称为滞后现象
有限膨胀
若质点间作用强,膨胀可以是有限度的,称 为有限膨胀
第五节 胶凝的性质
第一阶段 形成溶剂化层：
膨 胀 作 用
即溶剂分子很快地钻入凝胶中，与凝胶 大分子相互作用形成溶剂化层。这个阶 段时间很短，速度快。 表现出的特征有：液体的蒸汽压低、体 积收缩、热效应、熵值降低
第二阶段 液体的渗透和吸收
在这个阶段中．液体的吸收量不 是干胶重量的百分之几十，而是几倍、 几十倍，同时也没有明显的热效应和体 积收缩现象。
第四节胶凝作用及其影响因素
(4)流动性质
溶胶凝胶 转变 时的 现象
溶胶转变为凝胶后，流动性质变化很大，溶 胶失去了流动性，凝胶获得了弹性、屈服值 (5)电导 溶胶胶凝后，体系的电导无明显变化。低分 子物质在凝胶中的扩散速度与在纯溶剂中的 一样，
第四节胶凝作用及其影响因素
溶液浓度
影响 胶凝 作用 的因 素
≠
≠
第一节 概述 胶凝
凝胶及 其通性
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凝胶的过程称为胶 凝。
干胶
水凝胶脱水(例如经过干燥)后即成干胶
第一节 概述
弹 性 凝 胶
非 弹 性 凝 胶
干胶在水中加热溶解后，在冷却过程中 便胶凝成凝胶。此凝胶经脱水干燥又成干 胶，并可如此重复下去，说明这一过程完 全是可逆的，又称为可逆凝胶。 由柔性的线型大分子物质，如明胶(是 一种蛋白质)、洋菜(主要成份是多糖类) 等形成的凝胶属于弹性凝胶。 这类凝胶脱水干燥后再置水中加热， 一般不形成原来的凝胶，更不能形成产 生此凝胶的溶胶。因此这类凝胶也称为 不可逆凝胶 由刚性质点(如SiO2、TiO2、Fe2O3等)溶 胶所形成的凝胶属于非弹性凝胶，亦称 刚性凝胶。
膨胀 作用 膨 胀 作 用
指凝胶在液体或蒸气中吸收这些液 体或蒸气时，使自身重量、体积增 加的作用。
刚性凝胶有没有膨胀作用?
膨胀作用是弹性凝胶所特有的性质
第五节 胶凝的性质
水 乙醇 凝胶在介质中膨胀有选择性 ，只能吸收对它来讲是亲合 性很强的液体。
膨 胀 作 用
无限膨胀
膨胀 作用
当质点间作用力弱时,凝胶吸收液体介质后 体积增大,可直至溶解成溶液,此为无限膨 胀
第三章
凝 胶
第一节 概述
是固液或固气分散体系的一种，其中分散 相粒子相互连接成网状结构，分散介质填 充于其间。在凝胶中分散相和分散介质都 是连续的。
凝胶
凝胶及 其通性
第一节 概述
水 所含液体为水的凝胶称为水凝胶 凝胶 分散相(搭成网结)是连续相，分散 凝胶及 其通性
介质(水)也是连续相。 凝胶具有一定的几何外形，具有一 定的强度、弹性和屈服值 同时也具备液体的某些性质
第四节胶凝作用及其影响因素 感胶 离子序
一定量的电解质加入到胶体溶液中会使胶 体破坏，发生聚沉。同价数的反离子聚沉 效率相近，但仍有差异，若按其聚沉能力 排一次序，即为感胶离子序。
影响 胶凝 作用 的因 素
第五节 胶凝的性质
1
2
膨胀作用 触变作用 离浆作用 吸 附
3
4 5
扩散作用
化学反应
6
第五节 胶凝的性质
第五节 胶凝的性质
温度升高能加速离浆作用
离 浆 作 用
添加电解质和其他聚沉剂都能促进离浆 作用 离浆不同于物质在干燥处理时的失水， 因为在潮湿的空气中和低温下也可以发生离 浆。
第五节 胶凝的性质
吸 附
非弹性凝胶的干胶都具有多孔性的毛细管结 构，因而比表面积较大，从而表现出较强的吸 附能力 此种凝胶无论吸附蒸汽还是自溶液中吸附时 ，其本身体积基本不变，无明显的膨胀作用。
胶凝过程是质点间的相互吸引，浓度大 时质点间距离近，故胶凝速度快。 温度 溶液胶凝的最低浓度数值与质点形状和 溶剂化程度有关 温度升高，分子热运动加剧，不利于形 成结构，故使胶凝速度减慢。 电解质 但也应注意，若某体系中分散相的溶解 度或稳定性因温度升高而降低时，则胶凝 电解质的影响十分复杂，特别是当它与 可能加快 明胶有化学反应时。 盐类对明胶胶凝的影响主要是阴离子的 作用
离浆
也叫脱水收缩，是在基本上不改变外形的情 况下，分离出其中所包含的一部分液体，此 液体是大分子稀溶液或稀的溶胶。
第五节 胶凝的性质
离 浆 作 用
由于溶胶在形成具有网状结构的凝胶后 ，粒子间的距离不是最小的，粒子之间 继续相互作用，使粒子进一步靠近和更 完全的定向，从而使凝胶骨架收缩，于 是一部分液体被从粒子间挤压出来，产 生出汗离浆现象。 弹性溶胶和非弹性溶胶都有离浆作用。
凝胶 的分 类
第二节 凝胶的形成
干胶制凝胶：干胶吸收亲和性液体后体积膨 胀而形成凝胶，许多大分子物质都具有这个 特点。
第二节 凝胶的形成
溶液制备溶胶应满足两个基本条件
（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 自由活动，而是构成骨架，在整个溶 液中形成连续的骨架结构。
第二节 凝胶的形成
（1）改变温度
凝胶 形成 的方 法
热凝胶性质
第二节 凝胶的形成
（2）加入非溶剂
凝胶 形成 的方 法
硬脂酸 石蜡 酒精 氢氧化钠
第二节 凝胶的形成
（3）加入盐类
凝胶 形成 的方 法
在亲水性较大和粒子形状不对称的溶胶中，加入适量的 电解质可形成凝胶
第二节 凝胶的形成
（3）加入盐类
第四节胶凝作用及其影响因素