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《表面化学》教学大纲（四年制本科. 试行）课程编号：03021202课程性质：专业限选课适用专业：应用化学开设学期：第四学期考核方式：开卷笔试一、教学目的与任务表面化学在20世纪40年代前，得到了迅猛发展，大量的研究成果被广泛应用于各生产部门，如涂料、建材、冶金、能源等行业；但就学科来说它只是作为物理化学的一个分支—胶体化学。
到了60年代末70年代初，人们从微观水平上对表面现象进行研究，使得表面化学得到飞速发展，表面化学作为一门基础学科的地位被真正确立。
希望通过本门课程的学习，使学生能够了解表面化学的基础理论如热力学方面、界面张力理论以及能够对现实生活中的表面化学现象进行科学的解释，进而能够应用表面化学的知识进行简单的应用。
为今后的学习和工作打下一定的基础，以适应现代社会对全面知识结构人才的需要。
二、与其他专业课程的联系：本课程为物理化学的一个分支学科，在学习中能够为物理化学的学习丰富专业知识，并能促进物理化学相关知识的深层次的了解；能够在以后的应用中对相关知识有较为系统的理解。
三、学时数及分配：本课程总学时为36 ，其中课堂教学36学时。
四、讲授内容与要求：（分章节）本大纲根据教育部理科化学教学指导委员会“理科应用化学专业化学教学基本内容”，以四年制本科人才培养规格为目标，按照表面化学学科的理论知识体系，提出了具体的教学要求。
第一章液体表面【教学要求】了解表面化学的相关物理化学知识：表面张力、表面自由能、表面热力学等；了解液体表面张力的测定方法。
【教学内容】1、表面张力和表面自由能；2、表面热力学基础；3、弯曲液面的相关知识；4、表面张力的测定方法；第二章溶液表面【教学要求】通过本章的学习，要求掌握：相关的概念和公式；多元组分的表面性质；能够进行简单的相关计算等。
【教学内容】1、溶液表面张力与表面活性：表面活性剂，溶液表面张力的测定等；2、溶液表面吸附：吸附公式及其应用；3、多元组分的表面性质。
第五章1 基本要求 [TOP]胶体1.1 掌握溶胶的基本性质；胶团结构及表示式；溶胶的稳定性因素及聚沉作用。
1.2 熟悉胶体分散系的特点；高分子溶液的稳定性与破坏条件；表面活性剂的结构特点及其在溶液中的 状态。
1.3 了解胶体分散系、分散度的概念、胶体的制备方法；高分子溶液与溶胶的区别、高分子溶液的形成 特点 ；两种类型的乳状液、乳化作用。
2 重点难点 [TOP]2.1 重点 溶胶的基本性质；胶团结构；高分子溶液的性质。
2.2 难点 电动电位。
3 讲授学时 [TOP]建议 4～5 学时4内容提要[TOP]第一节第二节第三节第四节4.1 第一节 胶体分散系 4.1.1 胶体分散系的制备 胶体分散系包括溶胶、高分子溶液和缔合胶体三类。
胶体的分散相的粒子的大小为 1~100 nm，可 以是一些小分子、离子或原子的聚集体，也可以是单个的大分子。
分散介质可以是液体、气体，或是固 体。
其共同特征是扩散速度慢，能透过滤纸，不能透过半透膜。
制备胶体常用的方法是分散法和凝聚法。
4.1.2 胶体分散系的表面特性 胶体是高度分散的分散系统。
高度分散使得分散相表面积急剧增大。
分散相在分散介质中分散的程度称为分散度，用比表面积 So 表示：So=S/V，式中 S 是分散相物质的 总表面积，V 是体积。
比表面越大，分散度也越大。
两相界面分子与其相内分子所处状况不同，受相内 分子作用力不均匀而产生表面张力，表面张力是影响高度分散系稳定性的重要因素。
1胶体分散系包括、高分子溶液和缔合胶体， 溶胶比表面大，表面能也大，它们有自动聚积成大颗粒而减少表面积的趋势，称为聚结不稳定性， 是热力学不稳定系统。
高分子化合物溶液属于均相的真溶液，分散相和分散介质间没有界面存在，是热力学稳定系统。
缔合胶体是表面活性剂分子在溶液内部缔合形成胶束形成的分散系。
表面活性物质的这种缔合作用是自 发的和可逆的，因而是热力学稳定的。
4.2 第二节 溶胶 4.2.1 溶胶的基本性质 溶胶的胶粒是由直径为 1~100nm 的胶粒分散在分散介质中形成的分散系统。
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。
4.4润湿作用和杨氏方程润湿现象、润湿角，润湿角的测量方法、润湿角的影响因素、铺展、杨方程、润湿热的计算。
4.5固体表面能固体表面能的特点与表面张力的区别重点：润湿现象、润湿角、润湿角的计算；Laplace公式和Kelvin公式的计算公式；润湿热的计算。
难点：Fowkes理论和杨方程。
教学方法建议：启发性讲解与讨论式教学相结合，板书与多媒体教学相结合。
第五章表面活性剂溶液（6学时）5.1表面活性剂表面活性剂的定义和结构特点、分类及、溶解性质及HLB值的表示方法及计算。
5.2表面活性剂水溶液的性质胶束与临界胶束浓度（CMC）的含义、胶束的结构、CMC的测定及其影响因素。
5.3反胶束与囊泡反胶束与囊泡的结构。
5.4Gibbs吸附公式及表面活性剂吸附层结构Gibbs吸附公式定义、物理意义及注意事项、表面活性剂在气-液界面上的吸附层结构。
5.5表面活性剂的增溶作用和胶束催化增溶作用和胶束催化的定义，特点及应用。
5.6表面活性剂的其他重要作用和应用洗涤作用、润湿的应用、渗透、分散、絮凝、气泡和消泡5.7表面活性剂和环境表面活性剂的毒性和生物降解性5.8三种新型表面活性剂Gemini型、Bola型和树枝状高分子表面性活性剂，以Gemini型表面活性剂为主，讲解其结构特点及应用。
重点：面活性剂的定义、特点、分类；HLB值、CMC的含义及计算；表面活性剂的作用。
难点：Gibbs吸附公式及表面活性剂吸附层结构。
教学方法建议：专题讨论、教师讲解与总结的教学方式。
第六章乳状液（6学时）6.1乳状液概念及类型乳状液定义，分类。
6.2乳状液的制备和物理性质乳状液制备方法，影响分散度的因素，乳状液物理性质（大小与外观、光学性质、黏度和电导）。
6.3乳状液类型的鉴别和影响类型的因素鉴别方法，决定和影响乳状液类型的因素。
6.4乳状液的分类与选择乳化剂分类，选择原则。
6.5乳状液稳定性的影响因素热力学不稳定系统、油-水界面膜的形成机理，黏度，液滴大小及其分布和粉末乳化剂的稳定作用。
6.6乳状液的变型和破乳乳状液的变型及影响因素，乳状液的破坏。
6.7微乳状液微乳状液微观结构、助表面活性剂的作用、微乳状液形成机理，制备，性质和应用。
6.8微乳状液的应用控制反应、农药乳剂、沥青乳状液、降黏和纺织工业6.9多重乳状液和液膜分离多重重乳状液的定义和液膜分离重点：乳状液的概念、制备方法、物理性质；微乳状液的定义；乳状液的应用。
难点：微乳状液的微观结构与机理。
教学方法建议：多媒体教学。
第七章吸附作用与吸附剂（7学时）7.1固-气界面上的吸附作用物理吸附、化学吸附、吸附热、吸附曲线、吸附量测定的实验方法、固-气吸附的影响因素。
7.2气体吸附等温方程式Freundlich吸附等温式、Langmuir吸附等温式（单分子层吸附理论）和BET吸附等温式-多分子层吸附理论7.3吸附法气体分离不同吸附剂的选择性气体分离、变温吸附、变压吸附。
7.4固-液界面吸附的作用溶液吸附的一般影响因素、自稀溶液吸附的等温式和等温线。
7.5水处理中的吸附作用活性炭的吸附机理、活性碳再生、絮凝方法在水处理中的应用。
7.6吸附法测定固体比表面、孔径分布及表面分维值气体法和溶液法测定固体比表面的原理与计算公式、气体吸附法和压汞法测定固体孔径分布的原理与计算公式，气体吸附法测定固体比表面的分维值的原理与计算公式。
重点：固-气界面上的吸附作用；Freundlich吸附等温式、Langmuir吸附等温式（单分子层理论）；活性炭法、絮凝法在水处理上的应用。
难点：Freundlich吸附等温式、Langmuir吸附等温式、BET多分子层理论。
教学方法建议：多媒体教学。
第八章常用吸附剂的结构、性能和改性（4学时）8.1多孔性物质性能参数的测定方法密度、比表面积、孔体积、平均孔半径、孔径分布及粒度的定义和测定方法。
8.2常用吸附剂的结构和性能硅胶、活性氧化铝、活性炭、吸附树脂、硅藻土的基本结构模型和性能及应用。
8.3固体表面的改性及其应用表面改性效果的评定、表面改性方法和机理、表面改性的应用重点：密度、比表面积、粒度的定义与测定方法；硅胶、活性炭、硅藻土的结构和特点；表面改性的定义及意义。
难点：固体的表面改性机理。
教学方法建议：多媒体教学。
第九章凝胶、气溶胶、泡沫和膜（7学时）9.1凝胶（气凝胶）凝胶形成、结构、性质；气凝胶定义、制备、特性9.2气溶胶气溶胶的定义、形成、类型、特性9.3泡沫泡沫的形成，性质，稳定性及其影响因素；起泡剂、稳泡剂、消泡和消泡剂9.4膜膜的定义，作用，LB膜的制备，BLM膜的制备重点：凝胶、气凝胶、气溶胶、泡沫和膜的概念、特点、应用；起泡剂、稳泡剂、消泡和消泡剂的含义和作用。
难点：膜的结构。
教学方法建议：多媒体教学。
五、教学方法建议1、胶体系统的定义，表面张力、毛细作用如润湿作用，泡沫的定义、作用及在矿物加工工程中的作用，为矿物表面物理化学分选提供前期基础；2、采用课堂教授与多媒体教学相结合，特别是动画的演示，更有助于学生的理解和想象；3、讲清楚表面活性剂溶液，乳状液，吸附剂的定义、作用及影响，让学生理解其含义，为后续课程的浮选药剂奠定基础；4、必须特别重视学生查阅相关文献资料，加深对本门课程的理解。
六、考核方式1、本课程考核采用平时成绩（考勤占5%、课堂互动占5%、作业占20%）占30%，期末考试（闭卷）占70%。
2、凡缺课三次及三次以上者，其成绩一律作不及格处理。
七、其它说明八、选用教材及主要参考书（写明名称、编著者、出版社、出版时间）1、课程教材：《胶体与表面化学》，第四版，沈钟赵振国，康万利编著，化学工业出版社，2011。
2、参考书1、《胶体化学》，蒋以超黄天栋主编，北京农业大学出版社，1993；2、《胶体化学基础》，周祖康等，北京大学出版社，1987；3、《表面化学》，顾惕人等，科学出版社，1994；4、《界面化学基础》，朱瑶等，化学工业出版社，1996。
九、学时分配十、成绩评定1、本课程考核采用平时成绩考勤占5%、课堂提问5%、作业占20%,期末考试（闭卷）占70%。
2、凡缺课三次及三次以上者，其成绩一律作不及格处理。
《胶体与表面化学》习题集第一章绪论1.什么是分散系统、分散相、分散介质？2.胶体分为哪几类？3.胶体化学主要研究的对象及意义？第二章胶体与纳米粒子的制备1.胶体制备条件有哪些？2.胶体制备的方法有哪些？3.什么是渗析及其应用？4.什么是渗透及其应用？5.反渗透应用有哪些？6.单分散溶胶的制备方法有哪些？7.什么是胶体晶体及其制备方法有哪些？8.什么是纳米材料？9.纳米材料的特性及应用？10.纳米材料与纳米污染的含义？第三章胶体系统的基本性质1.溶胶的运动性质有哪些？2.什么是丁道尔现象？3.决定溶胶颜色的因素有哪些？4.什么是电动现象？5.双电层结构模型的含义和电动电势所代表的意义?6.胶体系统的流变性包括哪些，并详细说明？7.影响溶胶稳定性的因素有哪些？8.什么是DLVO理论？第四章表面张力、毛细作用与润湿作用1.解释表面张力、毛细作用和润湿现象的含义？2.影响表面张力的因素有哪些及测定方法？place公式和Kelvin公式的推导过程及应用？4.润湿角的测定方法有哪些？5.影响润湿角大小的因素有哪些？6.润湿热代表什么及怎样计算？7.固体的表面能的特点及与表面张力的区别？第五章表面活性剂溶液1.什么是表面活性剂？2.表面活性的结构与特点是什么？3.临界胶束浓度（CMC）的含义及计算方法？4.胶束的结构有哪些？5.反胶束和囊泡的结构特点？6.Gibbs吸附公式的演算过程及意义？7.什么增溶作用和胶束催化？8.表面活性剂的应用有哪些？第六章乳状液1.什么乳状液及其分类？2.乳状液的制备方法及物理性质有哪些？3.影响乳状液类型的因素有哪些？4.乳化剂的类型？5.决定乳化剂稳定性因素有哪些？6.乳状液的变型和破乳代表什么含义？7.什么微乳状液？8.助表面活性剂的作用有哪些？9.乳状液的主要应用有哪些？第七章吸附作用与吸附剂1.什么是吸附作用？物理吸附和化学吸附的区别？2.什么是吸附量及测定方法？3.固-气界面吸附的影响因素有哪些？ngmuir吸附等温式及意义是什么？5.什么是变温吸附和变压吸附及各自的特点有哪些》6.影响溶液吸附的因素有哪些？7.活性炭在水处理上的机理及应用？8.什么是絮凝法？9.常见的絮凝剂的类型哪些？10.吸附在絮凝中的作用机理是什么？11.影响絮凝的因素有哪些？第八章常用的吸附剂的结构、性能和改性1.密度的表达形式及其作用有哪些？2.测定孔体积的方法有哪些？3.粒度的分析方法有哪些？4.列举常用吸附剂的结构和性能？5.硅胶的制备方法有哪些？6.什么是固体表面的改性？7.评价表面改性效果的指标有哪些？8.列举表面改性的方法？第九章凝胶、气溶胶、泡沫和膜1.什么是凝胶及其形成条件？2.控制哪些因素影响凝胶的形成？3.凝胶的性质有哪些？4.膨胀的机理及影响因素？5.什么是凝胶过程中的扩散作用和化学反应?6.什么是气凝胶？7.如何制备气凝胶？8.气凝胶的特性有哪些？9.什么是气溶胶？10.常见的气溶胶有哪些？11.气溶胶的动力学特性有哪些？12.气溶胶的电学性质有哪些？13.气溶胶的危害与应用有哪些？14.什么是泡沫？15.评价泡沫稳定性的方法？16.影响泡沫稳定性的因素有哪些？17.什么是起泡剂和稳泡剂，良好的起泡剂所具备的条件是什么？18.什么消泡及消泡机理？19.消泡剂的分类？20.什么是泡沫驱及泡沫驱机理？21.什么是膜及其主要作用？22.不溶物单层膜的状态和结构有哪些？23.什么LB膜及其制备原理、类型？。
