膠體與表面化學(xué)第四版重點

1、膠體與表面化學(xué)（第四版）1.緒論分散系統(tǒng)：一種物質(zhì)以細分散狀態(tài)分散在另一種物質(zhì)中構(gòu)成的系統(tǒng)。分散相：分散系統(tǒng)中被分散的不連續(xù)相。分散介質(zhì)：分散系統(tǒng)中的連續(xù)相。比表面：單位質(zhì)量分散相物質(zhì)所具有的面積。締合膠體：多個分子的締合體構(gòu)成膠體分散相。膠體體系：分散相粒子至少在一個尺度上的大小處在1-100nm范圍內(nèi)的分散系統(tǒng)。溶膠：把分散介質(zhì)是液體的膠體系統(tǒng)稱為液溶膠，介質(zhì)是水為水溶膠；介質(zhì)是固體為固溶膠。2.膠體與納米粒子的制備膠體制備：分散法（機械、電分散、超聲波、膠溶）、凝聚法（還原、氧化、水解、復(fù)分解）晶核-晶體成長條件：1）分散相在介質(zhì)中的溶解度必須極小；2）必須有穩(wěn)定劑的存在凈化：1）滲析：

2、利用羊皮紙或火棉膠制成的半透膜，將溶膠與純分散介質(zhì)隔開。2）超過濾：利用半透膜代替普通濾紙在壓差下過濾溶膠的方法。3）滲透：借半透膜將溶液和溶劑隔開，此膜只允許溶劑分子通過，膠粒和溶質(zhì)不能通過。反滲透：滲透平衡時在濃相一側(cè)施加外壓，則濃相中的溶劑分子向稀相遷移。單分散溶膠：特定條件下制取的膠粒尺寸、形狀和組成皆相同的溶膠。膠體晶體：由一種或多種單分散膠體粒子組裝并規(guī)整排列的二維或三維類似于晶體的有序結(jié)構(gòu)。光子晶體：在各個方向能阻止一定頻率范圍的光傳播。納米粒子特性：比表面積大；易形成聚團；熔點低；磁性強；光吸收強；熱導(dǎo)性能好制備：氣相、液相、固相納米氣泡：在液體中或固液界面上存在的納米尺度的氣

3、泡。3.膠體系統(tǒng)的基本性質(zhì)(NA=6.5*1023mol-1，R=8.314，T=273K)運動 擴散：擴散系數(shù)：愛因斯坦第一擴散公式：愛因斯坦布朗運動：沉降：大氣壓隨高度分布：光學(xué) 散射現(xiàn)象：當質(zhì)點大小在膠體范圍內(nèi)時。反射：質(zhì)點直徑遠大于入射光波長。丁道爾現(xiàn)象：以一束強烈的光線射入溶膠后，在入射光的垂直方向可以看到一道明亮的光帶。Rayleigh散射：電學(xué) 電動現(xiàn)象：電泳：帶負電的膠粒向正極移動，帶正電的膠粒向負極移動。電滲析：水在外加電場作用下，通過黏土顆粒間的毛細通道向負極移動的現(xiàn)象。沉降電勢：在無外加電場作用下，使分散相粒子在分散介質(zhì)中快速沉降，則在沉降管兩端產(chǎn)生電勢差。流動電勢：用壓

4、力將液體擠過毛細管網(wǎng)或由粉末壓成的多孔塞，在毛細管網(wǎng)兩端產(chǎn)生電勢差。質(zhì)點荷電原因：電離；離子吸附；晶格取代雙電層結(jié)構(gòu)：膠粒表面帶電時，在液相中必有與表面電荷數(shù)量相等且符號相反的離子存在，這些離子稱為反離子。反離子一方面受靜電引力作用向膠體表面靠近，另一方面受分子熱運動及擴散作用有在整個液體中均勻分布的趨勢。結(jié)果使反離子在膠粒表面區(qū)域的液相中形成平衡，越靠近界面反離子濃度越高，越遠離界面反離子濃度越低。膠粒表面電荷與周圍介質(zhì)中的反離子構(gòu)成雙電層。膠粒表面與液體內(nèi)部的電勢差稱為表面電勢。特性吸附：溶液中含有高價反離子或表面活性劑離子時，質(zhì)點對它們發(fā)生強的選擇性吸附。電勢：流變 切應(yīng)力：使液層維持一

5、定的速度梯度流動，就必須對它施加一個與阻力相等的反向力，在單位液層面積上所需施加的力。牛頓公式：黏度影響：濃度大，黏度大；溫度高，黏度?。毁|(zhì)點軸比大，黏度大；質(zhì)點大，黏度大；帶電，黏度大。流變性質(zhì)：牛頓體；塑性體；假塑體；漲流體；觸變流型穩(wěn)定性 1）熱力學(xué)不穩(wěn)定：多相分散系統(tǒng)，有巨大的界面能；2）動力學(xué)穩(wěn)定：高度分散系統(tǒng)，顆粒小，布朗運動強烈；3)細小膠粒長時間不團聚，系統(tǒng)聚集穩(wěn)定性高。聚沉作用：無機電解質(zhì)使膠體沉淀。聚集：使小粒子電動電位減小，相互聚集成大粒子的過程。絮凝作用：高分子化合物使膠體沉淀。加入電解質(zhì)，電解質(zhì)中與擴散層反離子電荷符號相同的那些離子把反離子壓入吸附層，電勢降低。聚沉值

6、：能引起某一溶膠發(fā)生明顯聚沉所需外加電解質(zhì)的最小濃度。敏化作用：向膠體中加入低于能使其穩(wěn)定所需的聚合物數(shù)量時，聚合物不僅不能使膠體穩(wěn)定，而且能使體系的臨界聚沉濃度降低。數(shù)均直徑：；面均直徑：；體均直徑：4.表面張力、毛細作用與潤濕作用凈吸力：分子收到一個垂直于液體表面，指向液體內(nèi)部的合吸力。表面張力：增加單位面積所消耗的功。（比表面自由能、吉布斯自由能）（T升高，P增大，張力減?。y定：毛細上升法：；環(huán)法：；氣泡最大壓力法： 毛細作用：液體在自身表面張力和界面張力作用下沿干凈玻璃毛細管上升的現(xiàn)象。Laplace公式：；1）液滴越小，內(nèi)外壓差越大，凸液面下方壓力大于液面上方；2）液面是凹的，下

7、方液相壓力小于液面上方壓力；3）液面平的，壓差零。毛細上升現(xiàn)象：液體能很到的潤濕毛細管壁，毛細管內(nèi)的液面呈凹面，凹液面下方壓力比同樣高度平面液體壓力低，因此，液體將被壓入毛細管內(nèi)使液面上升，直到靜壓pgh與曲界面兩側(cè)壓力差相等達到平衡。飽和蒸汽壓：Kelvin公式：為什么自然界液滴氣泡總是球形的，氣泡更易破裂？答，球面表面積最小，其表面功和吉布斯自由能最??；內(nèi)外有溫差和壓差，氣泡表面液體蒸發(fā)導(dǎo)致氣泡破裂。天空為什么下雨？人工降雨依據(jù)？拋粉劑作用？答：天空有水蒸氣，地表溫度相對較高，空氣中水蒸氣上升到相對冷的高空，凝結(jié)大到一定程度，受重力影響掉下來。高空的水蒸氣壓力雖然對平液面已經(jīng)過飽和了，但對

8、于要形成的小水滴來說尚未飽和，小水滴難以形成，凝結(jié)核心使凝聚水滴初始曲率半徑增大，對應(yīng)的蒸汽壓可以小于高空中已有的水蒸氣壓力，水蒸氣迅速凝集。形成水凝結(jié)核心。為什么產(chǎn)生液體過熱現(xiàn)象？加入沸石消將過熱？答：半徑極小的氣泡其內(nèi)蒸汽壓遠小于外壓，這意味著外界壓迫下小氣泡難以形成，致使液體不易沸騰而成為過熱液體，多空的沸石已有曲率半徑較大的氣泡存在，因此泡內(nèi)壓力不致很小，達到沸騰溫度時液體沸騰不致過熱。兩塊玻璃板之間有水為什么不易拉開：拉普拉斯方程：存在附加壓力，R越小，玻璃板間與空氣間壓差越大。液體潤濕固體：；0液體潤濕固體條件潤濕熱：液體浸潤固體時，由于固液分子間的相互作用必然放出熱量。黏附功：；

9、浸潤功：；鋪展系數(shù)：5.表面活性劑溶液表面活性劑：一種在很低濃度既能大大降低溶劑表面張力，改變體系的表面狀態(tài)的化學(xué)物質(zhì)。結(jié)構(gòu)：親水基+親油基（足夠長）；分類：非離子+離子（陰離子、陽離子、兩性離子）Krafft點：離子型表面活性劑在低溫時溶解度較低，隨著溫度的升高其溶解度緩慢增加，達到某一溫度后溶解度迅速增加。濁點：非離子型表面活性劑的溶解度隨溫度的升高而降低，到某一溫度后溶液發(fā)生渾濁。HLB：反映表面活性劑分子中兩種結(jié)構(gòu)基的大小和力量平衡后的相互關(guān)系。非離子：HLB=（親水基質(zhì)量%）/5；離子型：HLB=CMC：溶液表面張力隨表面活性劑濃度增加而急劇下降，濃度大到一定值后表面張力幾乎不改變。

10、膠束：為使體系能量達到最低，分子中長鏈的親油基通過分子間的吸引力相互締合在一起，自身相互抱團，親水基朝向水中與水分子結(jié)合，在較濃溶液中形成的聚集體在表面活性劑中。CMC測定：表面張力法；電導(dǎo)法（CMC后濃度增加電導(dǎo)下降）；折光指數(shù)法；染料增溶變色法。影響因素：1)親水基相同，親油基中C越長CMC越小；2）烷烴基相同，非離子CMC1Langmuir：（單分子層吸附；分子間無作用力；吸附劑均勻）BET公式：（多分子層；二層以上分子間作用；相鄰吸附層動態(tài)平衡）活性炭吸附D-R公式：毛細凝結(jié)：發(fā)生在毛細孔中凹液面上的蒸汽凝結(jié)。氣體分離：用物理或化學(xué)方法將混合氣體分離成單一組分的氣體。吸附分離法:在吸附

11、劑參與下使混合氣體依其吸附能力大小使它們有序分離。（位阻、擴散、熱力學(xué)平衡效應(yīng)）變溫吸附：溫度較低時進行吸附，混合氣體中因吸附能力不同吸附有先后，吸附平衡后，升高溫度開始時吸附弱的先脫附。溶質(zhì)吸附量（表觀吸附量）：；每克吸附劑上吸附溶質(zhì)的量。影響：1）Traube規(guī)則：吸附量隨著炭鏈增長而有規(guī)律的增加；2）溶解度越小的溶質(zhì)越容易被吸附；3）溫度升高，溶解度增大，吸附量降低；4）孔徑越小，擴散速度越慢，吸附平衡時間越長；5）吸附量隨著鹽的加大而增加。離子交換吸附：某些黏土在電解質(zhì)溶液中吸附某種離子時，必然有等當量的同電荷的離子從固體上交換出來。吸附在絮凝中的作用：壓縮帶電粒子表面雙電層；電性中和

12、；橋連作用：高分子絮凝劑的長鏈可以以不同部位吸附在多個懸浮粒子上，這些粒子間像架橋一樣連接起來。比表面積：單位質(zhì)量固體的總表面積；8.常用吸附劑的結(jié)構(gòu)、性能和改性常用吸附劑：硅膠（SiO2xH2O）化合膠凝老化洗滌氨水浸泡干燥活化活性氧化鋁（Al2O3nH2O）氫氧化鋁脫水制得?；钚蕴浚海–xOy）吸附樹脂：不含離子交換基團的高交聯(lián)度體型高分子珠粒，內(nèi)部有許多分子水平孔道。黏土（xAl2O3ySiO2H2O）高嶺土SiO2：Al2O3=2:1；蒙脫土：（3-4）:1硅藻土（無定型SiO2）沸石分子篩（SiO2和Al2O3為主要成分的結(jié)晶硅鋁酸鹽）M2/nOAl2O3xSiO2yH2O9.凝膠、

13、氣溶膠、泡沫和膜凝膠：較低溶解度；析出的質(zhì)點既不沉降，也不能自由行動，而是構(gòu)成骨架，在整個溶液中形成連續(xù)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。凝膠的觸變：搖動（觸變作用）變?yōu)槿苣z，靜置（膠凝作用）變?yōu)槟z；離漿作用（老化）；膨脹作用；吸附氣凝膠：由膠體粒子或高分子聚合物相互聚結(jié)構(gòu)成納米多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并在孔隙中充滿氣態(tài)介質(zhì)的高分散固體材料。（SiO2氣凝膠、有機氣凝膠、炭氣凝膠）導(dǎo)熱率低；導(dǎo)電性好；聲阻高；吸附和催化性能好。氣溶膠：固體或液體小質(zhì)點分散并懸浮在氣體介質(zhì)中形成的膠體分散系統(tǒng)。（粉塵、煙、煙塵、霧、煙霧）氣溶膠濃度：單位空氣體積中氣溶膠中分散相的某一物理量的量值大小。單分散氣溶膠：一種大小的粒子組成的氣溶膠。動力學(xué)：沉降運動（重力和粘滯力作用的結(jié)果）；擴散（彼此發(fā)生碰撞而凝并，形成足夠大顆粒沉降；向表面遷移粘附在物體表面被移除，遷移現(xiàn)象為擴散）；凝并（隨機運動碰撞；帶電效應(yīng)（直接電離；靜電帶電：電解、接觸、噴霧、燃燒、摩擦）；與離子束的碰撞）光學(xué)性質(zhì)：1）消光特性：一束入射光通過某一氣溶膠層，由于受到離子的散射和吸收，使得通過氣溶膠以后再原光路上的出射光受到衰減。2）角散射特性：光的傳播方向與經(jīng)過一個物體后散射光的傳播方向之