第一章 胶体和表面活性剂
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1. 表面活性剂分子的结构特点及亲水亲油基的组成?答:表面活性剂由两部分构成:a.疏水基团,由疏水亲油的非极性碳氢链、硅烷基、硅氧烷基、或碳氟链构成; b.亲水基团,由亲水疏油的极性基团构成。
2. 表面活性剂按离子类型分类,常见类型有哪些?答:表面活性剂按离子分类有非离子型表面活性剂(如脂肪醇聚氧乙烯醚)和离子型表面活性剂,其中离子型表面活性剂又分为阴离子表面活性剂(如十二烷基苯磺酸钠),阳离子表面活性剂(如苄基三甲基氯化铵)及两性表面活性剂(如十二烷基甜菜碱)。
3. 表面活性剂在气-液界面上的吸附结构?答:表面活性剂分子在浓度较低时零散地分布在液体表面,随着浓度的不断增加,分子疏松的定向排列在表面,当浓度接近cmc时,表面活性剂分子紧密地定向排列在液体表面形成一层致密的单分子界面膜,并在内部开始形成胶束。
4. 影响表面活性剂吸附界面的物理化学因素?答:(1)表面活性剂亲水基:亲水基小者,分子横截面积小,饱和吸附量大。
(2)疏水基:疏水基小者,分子横截面积小,饱和吸附量大。
(3)同系物:一般规律是随碳链增长,饱和吸附量有所增加,但疏水链过长往往得到相反的效果。
(4)温度:饱和吸附量随温度升高而减少。
但对非离子表面活性剂,在低浓度时吸附剂量往往随温度上升而增加。
(5)无机电解质:对离子表面活性剂,加入无机电解质对吸附有明显的增强作用。
5. 表面活性剂在溶液表面吸附的功能?答:表面活性剂在溶液表面吸附主要有两方面的功能:一是降低液体的表面张力使增加气液界面的过程容易进行;二是形成表面活性剂分子或离子紧密定向排列的表面吸附层。
6. 影响表面活性剂在稀溶液吸附的因素?答:A.吸附质影响(吸附质分子结构与性质将影响它们分子间及其与溶剂、吸附剂间的相互作用,从而影响吸附性质)(1)吸附质为同系物若为极性分子,随有机物碳原子数增加吸附量增加;非极性的物质在水中易吸附非极性的或极性小的。
(2)异构体的影响直链易被吸附,异构体易于溶解。
胶体界面化学知识点总结胶体界面化学是研究在胶体系统中发生的化学现象和过程的科学,它涉及到界面的性质、结构和变化等方面。
胶体界面化学的研究对理解胶体系统的基本特性和应用具有重要的意义。
下面将对胶体界面化学的相关知识点进行总结。
一、胶体概念胶体是由两种或两种以上的相组成的复合系统,其中一个相是固体,另一个或另一些是液相或气相。
这些相都是微观分散的,且不易被重力沉淀的稳定性。
胶体是一种介于溶液和悬浮液之间的分散系统,在胶体中,含有微粒的相称为分散相,微粒与溶剂形成的相称为连续相。
胶体颗粒的尺寸一般在1-1000nm之间。
根据分散相的性质不同,胶体又可以分为溶胶、凝胶和乳胶等。
二、胶体稳定性胶体的稳定性是指其分散相维持分散状态的能力。
胶体稳定性与表面活性剂的类型和浓度、电解质的存在和浓度、电荷作用、范德华力等因素有关。
当表面活性剂存在时,会在分散相的表面形成一层物理吸附膜来减少表面能,改变表面性质,从而稳定胶体。
电解质的存在可以中和分散相表面的电荷,减少静电斥力,使胶体不稳定。
电荷作用和范德华力也会影响胶体的稳定性。
了解这些因素对胶体稳定性的影响对于胶体的应用和制备具有重要的意义。
三、界面活性剂界面活性剂是一类具有分子结构中同时含有亲水性和疏水性基团的化合物,它们在液体界面上降低表面张力,促进液体的分散和乳化,并有较强的渗透性和复合物形成性。
界面活性剂的主要作用包括降低表面张力、增加分散性、稳定胶体、乳化和分散。
根据亲水性基团的不同,界面活性剂可以分为阴离子、阳离子、非离子和两性离子界面活性剂。
界面活性剂的选择和使用对于控制胶体的稳定性和调控乳液、泡沫等具有重要的作用。
四、胶体的表面性质胶体的表面性质是指胶体颗粒的表面具有的润湿性、黏附性、表面能等物理化学性质。
胶体颗粒的表面性质与界面活性剂的类型和浓度、电解质的存在和浓度、溶剂的性质等有关。
表面性质的研究对于控制胶体的稳定性、界面活性剂的选择和应用有着重要的意义。
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。
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: 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。
表面活性剂物理化学教案中的表面活性剂的界面现象与胶体性质表面活性剂是一类重要的化学物质,广泛应用于各个领域,如洗涤剂、乳化剂、泡沫剂等。
在表面活性剂物理化学教案中,理解表面活性剂的界面现象与胶体性质是必不可少的。
本文将从分子结构、界面张力、胶体稳定性等角度,探讨表面活性剂的相关知识。
一、表面活性剂的分子结构表面活性剂分子通常分为两部分,一个亲水性较强的头基(水溶性基团,如羧酸基、羟基等),一个亲油性较强的尾基(疏水性基团,如烷基链)。
这种结构使得表面活性剂在界面上能够形成疏水区域和亲水区域,从而表现出许多特殊的性质。
二、表面活性剂的界面现象1. 表面张力表面活性剂的存在降低了液体表面的张力。
在纯净溶液中,表面活性剂分子聚集在液体表面,构成单分子层。
表面活性剂的尾基朝向液体内部,而头基则与溶液产生相互作用。
这种排列方式,使得表面张力下降,溶液的界面能变得更加松弛。
2. 乳化与分散表面活性剂能够使亲水性和亲油性物质互相溶解。
当加入适量的表面活性剂后,液体中的油滴会被包覆在表面活性剂的单分子层中,从而形成乳状液体。
这种乳状液体能够有效地分散油滴,使其长时间保持分散状态。
三、表面活性剂的胶体性质胶体是一种介于溶液和悬浊液之间的物质。
表面活性剂在一定条件下能够形成胶体系统。
1. 胶体溶液的稳定性通过加入适量的表面活性剂,可以使胶体溶液中的分散相保持稳定,避免出现沉淀现象。
这是因为表面活性剂的存在能够减小分散相之间的相互作用力,形成稳定的胶体。
2. 胶体的类型根据表面活性剂的尺寸和分子结构,胶体可以分为胶体颗粒、光学胶体和胶体固体等。
其中,胶体颗粒是由表面活性剂分子或粒子聚集形成的微小颗粒,它们能够在溶液中悬浮并形成胶体系统。
四、实验案例与教学方法在表面活性剂物理化学教案中,可以引入一些实验案例和教学方法帮助学生更好地理解和掌握相关知识。
1. 实验案例:利用表面张力测定仪测量不同表面活性剂的表面张力,探究表面活性剂浓度、温度等因素对表面张力的影响。
胶体、油脂和表面活性剂1一、胶体的定义与分类1、胶体的定义胶体(Colloid)又称胶状分散体(colloidal dispersion)是一种较均匀混合物,在胶体中含有两种不同状态的物质,一种分散相,另一种连续相。
分散质的一部分是由微小的粒子或液滴所组成,分散质粒子直径在1~100nm之间的分散系是胶体;胶体是一种分散质粒子直径介于粗分散体系和溶液之间的一类分散体系,这是一种高度分散的多相不均匀体系。
胶体不一定都是胶状物,也不一定是液体。
如:氢氧化铁胶体、云、雾等。
一、胶体的定义与分类2、胶体的分类按照分散剂状态不同,胶体分为:气溶胶:以气体作为分散剂的分散体系。
其分散质可以是液态或固态。
(如烟、雾等)液溶胶:以液体作为分散剂的分散体系。
其分散质可以是气态、液态或固态(如Fe(OH)胶体)。
3固溶胶:以固体作为分散剂的分散体系。
其分散质可以是气态、液态或固态(如有色玻璃、烟水晶)。
一、胶体的定义与分类2、胶体的分类按分散质的不同可分为:粒子胶体和分子胶体。
如:烟,云,雾是气溶胶,烟水晶,有色玻璃、水晶是固溶胶,蛋白溶液,淀粉溶液是液溶胶;淀粉胶体,蛋白质胶体是分子胶体,土壤是粒子胶体。
二、常见的胶体Fe(OH)3胶体、Al(OH)3胶体、硅酸胶体、淀粉胶体、蛋白质胶体、豆浆、涂料、雾、墨水、AgI胶体、Ag2S胶体、As2S3胶体、有色玻璃、果冻、鸡蛋清、血液等,比如面条就是一种常见的淀粉胶体,因为溶解度吸水膨胀。
三、胶体的应用1、农业生产:土壤的保肥作用.土壤里许多物质如粘土腐殖质等常以胶体形式存在。
2、医疗卫生:血液透析,血清纸上电泳利用电泳分离各种氨基酸和蛋白质。
医学上越来越多地利用高度分散的胶体来检验或治疗疾病,如胶态磁流体治癌术是将磁性物质制成胶体粒子,作为药物的载体,在磁场作用下将药物送到病灶,从而提高疗效。
3、日常生活:制豆腐、豆浆、牛奶和粥的原理(胶体的聚沉),明矾净水。
4、自然地理:江河入海口处形成三角洲,其形成原理是海水中的电解质使江河泥沙形成胶体发生聚沉。