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一、概述1．关于胶体化学的几个基本概念(1）相和相界面相是指那些物质的物理性质和化学性质都完全相同的均匀部分。
体系中有两个或两个以上的相，称为多相体。
相与相之间的接触面称为相接面。
(2) 分散相与分散介质在多相分散体系中，被分散的物质叫做分散相。
包围分散相的另一相，称为分散介质。
例如，水基钻井液中，粘土颗粒分散在水中，粘土为分散相，水为分散介质。
(3)分散度和比表面分散度是某一分散程度的量度，通常用分散相颗粒平均直径或长度的倒数来表示。
如果用D表示分散度，用a表示颗粒的平均直径或长度，则分散度可表示为D＝1／a。
比表面是物质分散度的另一种量度，其数值等于全部分散相颗粒的总面积与总质量(或总体积)之比。
如果用S代表总表面积，用V表示总体积，用m表示总质量，则比表面可表示为：＝S／V (m-1) (2-2)S比或 S＝S／m (m-1／kg) (2-3)比物质的颗粒愈小，分散度愈高，比表面愈大，界面能与界面性质就会发生惊人的变化。
所有颗粒分散体系的共性是具有极大的比表(界)面。
按分散度不同，可将分散体系分为细分散体系与粗分散体系。
胶体实际上是细分散体系，其分散相的比表面≥104 m2／kg，其颗粒长度在1 nm～1 μm 之间。
悬浮体则属于粗分散体系，其比表面大致不超过104m2／kg分散相的颗粒直径在1～40／μm之间。
钻井液是复杂的胶体分散体系。
水基钻井液基本上是溶胶和悬浮体的混合物，本书中统称为胶体分散体系。
(4)吸附作用物质在两相界面上自动浓集(界面浓度大于内部浓度)的现象，称为吸附。
被吸附的物质称为吸附质，吸附吸附质的物质称为吸附剂。
按吸附的作用力性质不同，可将吸附分为物理吸附和化学吸附两类。
仅由范德华引力引起的吸附，是物理吸附。
这类吸附一般无选择性，吸附热较小，容易脱附。
若吸附质与吸附剂之间的作用力为化学键力，这类吸附叫化学吸附。
化学吸附具有选择性，吸附热较大，不易脱附。
2．沉降与沉降平衡钻井液中的粘土粒子，在重力场的作用下会沉降。
表面化学-胶体化学表面化学-胶体化学表面化学是研究物质表面的性质和现象的一门学科，而胶体化学则是表面化学的一个重要分支，研究胶体溶液中物质的性质和行为。
胶体化学的研究内容涉及到胶体的形成、稳定性、表面性质、胶体颗粒的相互作用以及胶体溶液的性质等。
本文将介绍表面化学和胶体化学的基本概念、研究方法以及应用领域。
表面化学最早起源于对溶液表面现象的研究，如水的表面张力、液滴的形成和液体的湿润性等。
表面化学研究的对象是固体和液体的界面以及液体和气体的界面，主要涉及到界面上的吸附现象、界面能和界面活性物质等。
固体-液体界面上的吸附现象包括离子吸附、分子吸附和表面电荷等，而液体-气体界面上的吸附现象则涉及到液滴形成和表面张力等。
胶体化学研究的是胶体溶液中胶体颗粒的性质和行为。
胶体是一种介于溶液和悬浮液之间的物质，其特点是颗粒很小，约为1纳米到1微米大小，并且能够在溶液中均匀分散。
胶体的稳定性是胶体化学研究的重要内容，稳定性的源于胶体颗粒表面的电荷，正负电荷的平衡使得颗粒之间相互排斥，从而保持胶体溶液的稳定性。
此外，胶体溶液中还包含着胶体的吸附、吸附剂的选择、界面张力、胶体性质的测定以及胶体与其他物质的相互作用等方面的研究内容。
表面化学和胶体化学的研究方法主要包括物理化学方法和化学方法两种。
物理化学方法包括表面张力测定、界面能测定、电化学方法、X射线衍射、电子显微镜等。
而化学方法包括有机合成、溶胶-凝胶法、聚合法、共沉淀法等多种方法。
表面化学和胶体化学在许多领域中都有重要的应用。
在光学领域中，胶体颗粒可以通过改变其尺寸和组成来调控其光学性质，从而应用于光学传感器、太阳能电池、红外吸收材料等。
在材料科学领域中，胶体颗粒可以通过自组装形成多孔材料和有序结构，具有较大的比表面积和孔径，被广泛用于催化剂、分离膜和储能材料等。
此外，表面化学和胶体化学还在生物医学、环境污染治理、油水分离、食品加工等领域发挥着重要的作用。
综上所述，表面化学和胶体化学是研究物质表面性质和胶体溶液行为的学科，涉及到物质界面的吸附现象、界面能、表面张力等。
高一化学必修一知识点化学胶体1、胶体的定义：分散质粒子直径大小在10-9~10-7m之间的分散系。
2、胶体的分类：①.根据分散界定质微粒组成的状况分类：如：胶体胶粒是由许多汇聚等小分子聚集一起形成的微粒，其直径在1nm～100nm之间，这样的胶体叫粒子胶体。
又如：淀粉属高分子化合物，其单个分子的直径约在1nm～100nm范围之内，这样的胶体叫分子胶体。
②.根据分散剂的状态划分：如：烟、云、雾等的分散剂为气体，这样的胶体叫做气溶胶;AgI溶胶、溶胶、溶胶，其分散剂为水，分散剂胶体为液体的胶体叫做液显色;有色玻璃、烟水晶均以固体为分散剂，这样的胶体叫做固溶胶。
3、胶体的制备A.物理方法①机械法：利用机械磨碎法将固体固体直接磨成胶粒的大小②溶解法：高分子化合物分散在合适的溶剂中形成胶体，如蛋白质溶于水，淀粉溶于水、聚乙烯熔于某氯气等。
B.化学方法①水解促进法：FeCl3+3H2O(沸)=(胶体)+3HCl②复分解反应法：KI+AgNO3=AgI(胶体)+KNO3Na2SiO3+2HCl=H2SiO3(胶体)+2NaCl思考：若上述两种反应物的量两类中均为大量，则可观察到什么现象?如何表达对应的两个反应方程式?提示：KI+AgNO3=AgI↓+KNO3(黄色↓)Na2SiO3+2HCl=H2SiO3↓+2NaCl(白色↓)4、胶体的性质：①丁达尔效应——丁达尔效应是粒子对光散射作用的结果，是一种物理现象。
丁达尔现象产生的其原因，是因为胶体微粒直径大小恰当，当光照射胶粒上时，胶粒将光从各个方面全部反射，胶粒即成前段光源(这一现象叫光的热辐射)，故可明显地看到由小光源形成的光亮“通路”。
当光照在比较大或小的颗粒或微粒上则无此现象，只发生反射或将光全部吸收的现象，而以溶液和浊液无丁达尔现象，所以丁达尔效应常用于鉴别胶体和其他分散系。
②布朗运动——在胶体中，由于胶粒在各个方向所受的力不能相互平衡而产生运动无规则的的，称为布朗运动。
胶体化学
一、主要概念
均相分散系统(溶液)，胶体系统(亲液溶胶，憎液溶胶)，粗分散系统，胶体的光学、动力和电性质，胶团结构，双电层DLVO理论，乳状液，纳米材料
二、主要性质与公式
1．胶体的性质：高度分散性、多相性和热力学不稳定性。
体现如下：
(1)光学性质-丁达尔效应：胶体对光的散射现象。
散射光强度-雷利公式： (定性记忆)
式中：I0及l分别为入射光强度和波长，V为每个分散相粒子的体积，c为单位体积中的粒子数，n及n0分别为分散相及介质的折射率，a为散射角，l
为观察者与散射中心的距离。
此公式适用于粒子的尺寸远小于入射光的波长，把粒子看成点光源；不考虑粒子散射光之间的相互干涉；粒子不导电。
应用解释：浊度计原理；超显微镜原理；早上、下午太阳红色，中午天空蓝色。
(2)动力性质
i. 布郎运动：在超显微镜下，观察到胶粒不断地作不规则的运动，称为布郎运动。
ii. 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的现象。
iii. 沉降与沉降平衡：当扩散速率等于沉降速率时，粒子浓度c随高度h的分布。
(3) 电学性质
i. 电泳：在外电场的作用下，胶体粒子在分散介质中定向移动的现象。
ii. 电渗：在多孔膜(或毛细管)的两端施加一定电压，液体通过多孔膜而定向流动的现象
iii. 流动电势：在外力的作用下，液体通过多孔膜(或毛细管)定向流动时在多孔膜两端产生的电势差。
iv. 沉降电势：分散相粒子在重力场或离心力的作用下迅速移动时，在移动方向的两端所产生的电势差。
v．从电泳速率或电渗速率计算z 电势 (准确记忆)
式中e为分散介质的介电常数，e=e r e
0，e r为相对介电常数，e
为真空介
电常数。
E为电势梯度，h为介质粘度。
2．憎液溶胶的胶团结构
根据扩散双电层理论，胶团结构由胶核、胶粒和滑动部分三个层次组成。
双电层由紧密层和扩散层组成，它们之间存在一个滑动面。
具体如下：
(1)胶核由固体微粒和选择性吸附的离子组成，该离子通常为构成固体微粒的离子，并且决定着胶粒所带的电荷，一般为溶液中过量物质(起着稳定剂的作用)的成核离子。
(2)紧密层和扩散层的离子其电荷与胶粒吸附的离子电荷相反，称为反离子，通常为稳定剂中的非成核的离子。
(3)写胶团结构的关键是确定稳定剂，稳定剂一旦确定，吸附的离子便确定。
注意:
(1) 在胶团结构中， m， n， x均为不定数。
(2) 胶粒虽带电，但整个胶团结构是电中性。
(3) 对于固体分散成的溶胶，胶团结构要具体分析。
3．扩散双电层理论
双电层由紧密层和扩散层组成。
双电层结构可用下图模型表示。
ψ热力学电势：固体表面与溶液本体之间的电势差。
yδ斯特恩电势：斯特恩层与溶液本体之间的电势差。
z电势(或电动电势)：滑动面与溶液本体之间的电势差，只有在固液两相发生相对移动时，才能呈现出来。
z电势在数值上小于热力学电势。
图1 斯特恩双电层模型
例如：10ml 0.1 mol×dm-3 KI + 9 ml 0.1 mol×dm-3 AgNO3制备AgI溶胶，由于KI稍过量，起着稳定剂作用，固体微粒优先吸附与其自身有相同元素的离子，即I-，反离子为稳定剂的另一个离子K+，故AgI溶胶的胶团结构可表示为图12-1，胶粒带负电，电泳时朝正极移动。
若AgNO3稍过量则为稳定剂，胶团结构变为图12-2，胶粒带正电，电泳时朝负极移动。
图2 KI稍过量时的胶团结构
稍过量时的胶团
图3 AgNO
3
4．电解质对溶胶的聚沉作用
使溶胶发生明显的聚沉所需电解质的最小浓度，称为该电解质的聚沉值，聚沉值的倒数定义为聚沉能力。
（1）起聚沉作用的是与胶粒带相反电荷的离子(即反离子)；
（2）反离子价数越高，聚沉能力愈大，聚沉值愈小。
（3）与溶胶具有同样电荷的离子能削弱反离子的聚沉能力，且价数愈高，削弱作用愈强。
（4）有机化合物的离子都具有很强的聚沉能力。
5．DLVO理论：能较好解释带电溶胶稳定的原因。
除胶粒带电是溶胶稳定的主要因素外，溶剂化作用和布郎运动也是溶胶稳定的原因。
6. 乳状液：稳定，加入稳定剂；去乳化手段。
三、典型题型
计算胶体的性质(主要是z电势)，写出胶团结构，比较电解质对胶体稳定性的大小，及DLVO理论的理解是本章的主要内容。
粗分散系统的性质仅需了解。
例题1：混合等体积的0.1 mo1·dm－3 KI和0.09 mo1·dm－3 AgNO3溶液所得的溶胶。
(1) 试写出胶团结构式；
(2) 指明电泳方向；
(3) 比较MgSO4，Na2SO4，CaCl2电解质对溶胶的聚沉能力并简述原因。
(6分)
解：（1） [ (AgI)m n I－ · (n－x)K+]x－·x K+
（2）胶粒带负电，往正极移动
（3）聚沉能力为: Na2SO4 < MgSO4< CaCl2
因为胶粒带负电，反离子起聚沉作用，其价数越高，聚沉能力越大，故Ca2+、Mg2+ > Na+。
又因与胶粒带同种电荷的离子能削弱反离子作用，高价强于低价，即聚沉能力有SO42－< Cl－，因此可得到上面的聚沉能力次序。
简述热力学三个定律及其应用。
例题2：在浓度为10 mol·m-3的20cm3 AgNO3溶液中，缓慢滴加浓度为15 mol·m-3的KBr溶液10cm3 ，以制备AgBr溶胶。
(1) 写出AgBr溶胶的胶团结构表达式，指出电泳方向。
(2) 在三个分别盛10cm3 AgBr溶胶的烧杯中，各加入KNO3、K2SO4、
K3PO4溶液使其聚沉，最少需加电解质的数量为：1.0 mol·m-3的KNO3 5.8 cm3 ；
0.01 mol·m-3的K2SO4；8.8 cm3 ；1.5×10－3 mol·m-3的K3PO48.0 cm3 ；计算各电解质的聚沉值以及它们的聚沉能力之比。
(3) 293K时，在两极距离为35cm的电泳池中施加的电压为188V，通电40min 15s，测得AgBr溶胶粒子移动了3.8cm。
问该溶胶的ξ电势为多大？已知293K时分散介质的相对介电常数εr＝80，粘度η＝1.03×10-3 Pa·s ，真空介电常数ε0＝8.854×10-12F·m-1。
(10分)
解：(1) AgNO3过量，为稳定剂，胶团结构为
[(AgBr)m n Ag＋·(n－x)NO3－]x+ ·x NO3－
胶粒带正电，电泳时向负极移动。
(2) KNO3的聚沉值： 1.0mol·dm-3×5.8cm3 / (10+5.8) cm3 = 0.367 mol·dm-3
K2SO4的聚沉值： 0.01 mol·dm-3×8.8cm3 / (10+8.8) cm3 =
4.68×10-3 mol·dm-3
K3PO4的聚沉值；0.0015 mol·dm-3×8.0cm3 / (10+8.0) cm3 =
6.67×10-4 mol·dm-3
聚沉能力之比KNO3：K2SO4：K3PO4
= (1/0.357)：(1/4.48×10-3)：(1/6.67×10-4) =1：79.7：535
(3) 由公式u =εEζ/η=ε(V/l) ζ/ η得
ζ = u lη /εV = u lη /εrε0 V
= (0.038m/2415s) ×0.35m ×1.03×10-3Pa·s/ (80×8.854×10-12F·m-1×188V)
= 0.0426V。
