膠體與表面化學(xué)1-5要點(diǎn)

1、膠體與表面化學(xué)第一章緒論物理化學(xué):（用物理模型、數(shù)學(xué)概念化的手段研究化學(xué)）#化學(xué)：無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)、分析化學(xué)無機(jī)化學(xué):（元素化學(xué)，研究無機(jī)物的制備、合成與性能）如：出0有機(jī)化學(xué):（生命化學(xué)，研究C、0、P、S等少量元素形成的 種類極多的化合物，就簡單元素的復(fù)雜化學(xué)。）小分子：如：丿1大分子：甲烷淀粉殺蟲劑：醫(yī)藥：液晶：I物理：量子間的相互作用化學(xué)：是量子間結(jié)合與排列。熱力學(xué)：狀態(tài)一一狀態(tài)：能量轉(zhuǎn)化的過程，幾千種狀態(tài)方程。動(dòng)力學(xué)：物質(zhì)間反應(yīng)速度的問題（有時(shí)熱力學(xué)分支極多：能進(jìn)行但動(dòng)力學(xué)不能進(jìn)行）電化學(xué)：電池：Fe+HCI FeCl2+H2|電子轉(zhuǎn)移 一形成電池（Li+）高能電池 _F

2、e2+，F(xiàn)e3+ （提純難99.99%99.9999%）Q膠體與表面化學(xué)：氣液固按不同形式混合，泥土在水中分層，納米材料, 牙膏，原油，化妝品。理論化學(xué):（非實(shí)驗(yàn)的推算來解釋或預(yù)測化合物的各種現(xiàn)象。）女口：用計(jì)算機(jī)模擬模型推算是否可以達(dá)到預(yù)期目的，在校正一合成。分析化學(xué)：（研究物質(zhì)的組成、含量、結(jié)構(gòu)和形態(tài)等 化學(xué)信息的分析方法一門科學(xué)）女口：三聚氰胺事件 一 分析手段差一蛋白質(zhì)含量（N）一、基本概念相：體系中物理化學(xué)性質(zhì)完全相同的均勻部分界面：相與相的交接面表面：一相為氣相的界面比表面：單位體積或重量物體的表面積。S0=S/V對(duì)于立方體：S0=6L2/L3=6/L對(duì)于球體 ：S0=3/R膠體化

3、學(xué)：是研究膠體體系的科學(xué)。它是物理化學(xué)的一 個(gè)重要分支。隨著膠體化學(xué)的發(fā)展，它已經(jīng)成為一門獨(dú) 立的學(xué)科。表面化學(xué)：研究發(fā)生在表面或界面上的物理和化學(xué)現(xiàn)象 的一門科學(xué)。是膠體化學(xué)的分支。（原油催化裂化）二、膠體體系1、分類及定義： 分散相粒子半徑在1 100 nm 的分散 體系。2、特點(diǎn)（1）特有的分散程度一一多相項(xiàng)多分散體粒子的大小在10-910-7 m之間，擴(kuò)散較慢，不能透 過半透膜。（2）多相不均勻性由許多離子或分子聚結(jié)而成，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有的保持了 該難溶鹽的原有晶體結(jié)構(gòu)，而且粒子大小不一，與介質(zhì)之 間有明顯的相界面，比表面很大。（3）熱力學(xué)不穩(wěn)定性小實(shí)驗(yàn)：泥土置于水中沉降因?yàn)榱Ｗ有?，比表?/p>

4、大，表面自由能高，是熱力學(xué)不 穩(wěn)定體系，有自發(fā)降低表面自由能的趨勢，即小粒子會(huì)自 動(dòng)聚結(jié)成大粒子。3、膠體常見體系氣、固、液三相除氣-氣外，形成8種膠體體系分散介質(zhì)分散相狀態(tài)氣液云霧氣固煙，高空灰塵液氣泡沫液液乳狀液液固墨汁、金溶膠固氣泡沫塑料、固液水凝膠（超強(qiáng)吸水劑）固固合金、寶石沙塵暴：表面積大，吸附細(xì)菌病毒，凈化空氣。 水凝膠：（尿不濕）1:300充氣鉆井液：氣+液+固乳化鉆井液：液+液+固乳化氣相鉆井液：氣+液+液4、膠體分類分散介質(zhì)：氣、液、固三種溶膠。分散相：非連續(xù)相； 分散介質(zhì)：連續(xù)相與NaCI不同：吸附大量水分子，降低勢能，形成水化膜氣溶膠：大城市的污濁天氣，氣液固三相分散體。

5、液溶膠：牛奶：蛋白質(zhì)與奶油分散于水，分散劑，天然活性劑 氨基酸類。油漆：染料+樹脂（固化）+分散相（輕質(zhì)油）+ 土類（提 高粘度）金屬漆（光亮、防腐）：金屬顆粒，重金屬離子吸光/卜生旳性需要。固溶膠：無機(jī)染料：透明性差有色玻璃：YL有機(jī)染料：分子團(tuán)隊(duì)分散于玻璃，透明。廠分子團(tuán)隊(duì)于另一種金屬匚分子互溶，Si-C強(qiáng)度極高大于金剛石合金：Y沸石分子篩：石分子篩是結(jié)晶 鋁硅酸金屬鹽 的水合物。 沸石分子篩 活化后，水分子被除去，余下的原子形成 籠形結(jié)構(gòu)，孔徑為 310Å （0.1 nm ）。5、說明（1）膠體是物質(zhì)存在的一種狀態(tài)，不是特殊物質(zhì)。Au ,Ag自然狀態(tài)下存在于其他物質(zhì)中（Fe）（

6、2）膠體體系是兩相或多相的不均勻分散體系。 空氣垂直分布差異飛機(jī)起降、高空燃油不同（3）高分子溶液在某些方面有，但已成為新學(xué)科一一 高分子物理化學(xué)。不屬于膠體范疇。聚合物（大分子）：M10000 r： 1100 nm性質(zhì)類似 于膠體，但與溶液無界面。三、膠體與石油工程的關(guān)系1、油田的發(fā)現(xiàn)勘探：地磁變化、飛機(jī)遙感、聲波傳導(dǎo)?；剑焊鶕?jù)地表C-H成分探測（Pt絲能強(qiáng)烈吸附C-H）2、 鉆井鉆井液=完井、固井鉆井液性能；固井液：硅酸鹽水泥=凝膠=晶體（水泥石）要求水泥特性：抗溫（徐家圍子氣井）：150180C；強(qiáng)度：固含量（套外漏氣著火，井塌） 三峽大壩：快速，速凝。海底：4C,冬天不施工，（低溫早

7、強(qiáng)水泥）3、采油：油氣水、多孔介質(zhì)與液相的相互作用。一次采油一：二次采油三次采油中石油在伊拉克的 魯邁拉油田：300 口井12000萬噸大慶 ：30000 口井 =-4000萬噸海上潛力大于陸上：中海油南海油田1500m以上，越南，印尼，文萊：8000萬噸 三采（大慶）：10萬噸HPAM 1000萬噸油。廠壓裂4、增產(chǎn)增注措施 Y酸化王繼剛講師石油工程 負(fù)責(zé)國內(nèi)外資料的調(diào)研、室內(nèi)合成 壓裂：各種凍膠 泵入地層 傳輸能量 破巖一 充入陶粒、支撐砂 一人造滲流通道 壓裂液性能：濾失量、配伍性、不易陳砂、凍膠易水化（進(jìn) 得去，出得來）、攜帶能量。堵水：由于無效水循環(huán)，含水上升，堵水調(diào)剖（凍膠、凝膠、

8、泡沫）稠油降粘：化學(xué)降粘 一乳化劑（分散到水中呈乳狀液）以往電加熱（遼河著火）6#酸化：近井地帶污染（鉆井、固井、射孔）加酸（溶蝕）一骨架砂破壞 一*加入緩速劑（表活劑） 石蠟、膠質(zhì)、瀝青質(zhì) *含量逐漸升高污染 *加入甲苯_防臘防砂5、油水井的正常維護(hù)j化學(xué)堵水j稠油降粘臘：大慶蠟多（凝固點(diǎn)3845）:熱洗、化學(xué)清蠟、電 化學(xué)防蠟：聚乙烯：不讓晶核長大，吸附蠟晶，長不大析不出劑YgP-20:在油管或抽油桿表面的強(qiáng)吸附劑砂：稠油 一 汽吞吐 f粘度高一 攜砂（砂埋、砂卡） 人造井壁 一凝膠 一近井地帶固砂。廠破乳6油氣集輸 Y- 乳化油水分離：電脫：平行板電容，油不帶電，水帶電（離子） 重力沉降

9、：大慶60年代以前，遼河不可用 波場；空化作用油氣分離：高效破乳劑：污水處理：低溫輸送:四、膠體化學(xué)的發(fā)展史1861年，英國科學(xué)家Graham系統(tǒng)研究，區(qū)分晶體和#膠體的概念，提出名詞，如：膠體、溶膠、凝膠、膠 溶、滲析等。2、工農(nóng)業(yè)飛躍發(fā)展對(duì)膠體表面化學(xué)提出新要求：廠新產(chǎn)品開發(fā)：單分散溶膠制備，超細(xì)顆粒；Y 老產(chǎn)品升級(jí)：洗滌劑、化妝品、染料；舊工藝更新：三采、血液流變學(xué)、正電荷溶膠。五、膠體化學(xué)研究的對(duì)象研究對(duì)象：溶膠、凝膠、乳狀液、表面活性劑、界 面現(xiàn)象等等。解決問題：明磯凈水(2 )肥皂去污(3) 人工降雨(4) 魚湯結(jié)“凍”(5 )原油脫水(6 )除草保熵六、膠體與表面化學(xué)的發(fā)展1自然

10、科學(xué)帶動(dòng)膠體與表面化學(xué)的提高：廠現(xiàn)代物理化學(xué)，解決膠體化學(xué)中的基本理論問題； S（新相）電弧氣變固：PtAgAu原子聚并（控制長大條件）更換溶劑:利用物質(zhì)在不同溶劑中溶解度差別來制備溶膠 的方法（兩種溶劑要能完全互溶）?；瘜W(xué)凝聚法：通過各種化學(xué)反應(yīng)使生成物呈過飽和狀態(tài)，使 初生成的難溶物微粒結(jié)合成膠粒，在少量穩(wěn)定劑存在下形成溶 膠，這種穩(wěn)定劑一般是過量的反應(yīng)物。氧化法H2S還原法單寧酸:水解法三、凝聚法的原理物質(zhì)在凝聚過程中，決定粒子大小的因素是什么 ？一個(gè)核心：控制哪些因素可以獲得一定分散度的溶膠。兩個(gè)階段（速度）：第一階段是形成晶核，第二階段是晶 體成長。1形成晶核的速度A+A 一2A （

11、最初的單元聚集體）2、晶體的成長速度：K2：與分子結(jié)晶的能壘有關(guān)D:擴(kuò)散系數(shù)，與碰撞到晶核表面 幾率有關(guān)3、相互制約廣ViV2：成核多 晶體小 分散度大溶膠YVlVVV?成核少一晶體大一沉淀圖：BaS04 （重晶石），濃度大一晶體形態(tài)大小不一復(fù)分解法*相互交接一*凝膠。四、溶膠的凈化1、溶膠凈化的原因：多分散性：（機(jī)械、電、超聲波、凝聚）大小、形狀（棒 柱球餅）、結(jié)構(gòu)都不同。多電解質(zhì)：AgN0 3+KI Agl+K +NOJ（各種離子）2、溶膠凈化方法（1）滲析法主要是利用半透膜（羊皮紙或由火棉膠），將溶膠與純介質(zhì)隔 開，僅能讓小分子或離子通過，而膠粒不能通過。利用濃度差， 多余的電解質(zhì)離子向

12、膜外滲透，經(jīng)常更換溶劑，就可以凈化溶膠。 攪拌溶膠或適當(dāng)加熱可加快滲析。（3）超過濾法在半透膜兩端施壓，將膠粒與介質(zhì)分開，達(dá)到凈化的方法稱為 超過濾法。凈化后的膠粒要立即分散到新介質(zhì)中，以免聚結(jié)成塊。若在 半透膜的兩邊施加一定的電場，則為電超過濾法。電滲析與電超過濾法聯(lián)合使用，可降低超過濾的壓力，并可以 較快除去多余的電解質(zhì)。（4）滲透和反滲透滲透是借半透膜將 溶液和溶劑（水）隔開，只允許 溶劑分子 通 過，而膠粒或溶質(zhì)不能通過，稱為滲透。（2）電滲析法為了加快滲析速度，在裝有溶膠的半透膜兩側(cè)接入直流電源， 電解質(zhì)離子在外電場的作用下作定向移動(dòng)，可以提高凈化速度。 這種方法稱為電滲析法。海水淡

13、化：（不同于滲析，溶質(zhì)和離子液不能通過）五、單分散溶膠1、單分散溶膠定義：指膠粒尺寸、形狀和組成皆相同的溶膠。 理論模型 一理想狀態(tài) 一加以邊界條件 一不斷修正（修正系數(shù)）2、應(yīng)用：（1）穩(wěn)定性的研究：DLVO理論前提是單分散的體 系。因此，有了單分散溶膠，就有可能 開拓多分散溶膠穩(wěn) 定性理論的研究。（2）光散射研究：溶膠的光散射研究是以單分散體 系為前提套用于多分散體系的。（3）流變學(xué)研究使微觀流變學(xué)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，豐富宏觀流變學(xué)的內(nèi)涵 。（4）標(biāo)準(zhǔn)粒子可用以校核粒度儀、電子顯微鏡、光散射儀等。3、制備理論模型多分散性原因：新核的生成與晶核的長大同時(shí)進(jìn)行（Vi,V2）, 最終得到的顆粒是由不同

14、時(shí)刻形成的核長大而成的。LaMer的成核擴(kuò)散控制”模型（爆發(fā)式成核理論）：a、控制 溶質(zhì)的過飽和濃度（c-S），使之略高于 成核濃度，短時(shí)間內(nèi)成 核，即爆發(fā)式成核。b、晶核形成后，溶液 濃度迅速低于成核濃 度，不再生成新晶核，但濃度仍略高于飽和濃度（S）,已有的 核以相同的速度長大，形成單分散溶膠。（1）金屬鹽水溶液高溫水解法KCr（SO 4）2（2）金屬絡(luò)合物高溫水解法RhCb聚乙烯醇（3）微乳液法CdS溶膠13#（5）生物膜等研究可確定生物膜的孔徑大小與分布 催化劑：太陽能電池中，Rh（銠）的應(yīng)用。（4）溶膠-凝膠轉(zhuǎn)變法:Fe3O4溶膠#六、超細(xì)顆粒*強(qiáng)大的表面分子數(shù)比例巨大，表面分子配位

15、數(shù)增多剩余力場 各種性質(zhì)（光、電、磁、強(qiáng)度）異常100分子，10分子于表面10億分子10000分子于表面14#1、超細(xì)顆粒的特性2、超細(xì)顆粒的應(yīng)用催化劑：高表面，表面反應(yīng)溫度降低 500C T0O CCdS:對(duì)光的感應(yīng)性特別強(qiáng)。藥物載體：七、納米材料#15（六學(xué)時(shí)）#dx第二節(jié)膠體的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)一、布朗運(yùn)動(dòng)：1定義：1827年植物學(xué)家布朗（Brow n）用顯微鏡觀察到懸浮 在液面上的花粉粉末不斷地作不規(guī)則的運(yùn)動(dòng)。3、 對(duì)布朗運(yùn)動(dòng)的研究得出結(jié)論：粒子越小，布朗運(yùn)動(dòng)越激烈。 其運(yùn)動(dòng)激烈的程度不隨時(shí)間而改變，但隨溫度的升高而增加。4、本質(zhì)：顆粒在分子包圍之中一分子熱運(yùn)動(dòng)撞擊懸浮粒 子粒子大則瞬時(shí)各方向撞

16、擊抵消一-粒子小濃度梯度：膠體粒子濃度隨距離的變化率dc/dx（熵驅(qū)動(dòng)能力）2、Fick第一擴(kuò)散定律dmdtD為擴(kuò)散系數(shù)，物理意義：單位濃度梯度、單位時(shí)間內(nèi)通過單 位橫截面積的質(zhì)量（物質(zhì)的量）。 D越大，膠粒質(zhì)點(diǎn)的擴(kuò)散能 力越大。式中負(fù)號(hào)表示擴(kuò)散發(fā)生在濃度降低的方向（粒子運(yùn)動(dòng)能力的量度，不具加和性。）16撞擊不均勻，各方向沖量不等-5、EinsteinBrown 運(yùn)動(dòng)公式*產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)3、 Einstein第一擴(kuò)散公式Einstein指出，擴(kuò)散系數(shù)D與膠體粒子在介質(zhì)中運(yùn)動(dòng)時(shí)阻12力系數(shù)f之間，有如下關(guān)系:RTNAf#X :平均位移，Na :阿伏伽德羅常數(shù)，R : 8.314Stokes定律：若顆粒

17、為球形，可確定阻力系數(shù)f為:T :溫度， ：粘度 r :半徑 t :時(shí)間f = 6 r#、膠粒的擴(kuò)散1、定義：由于分子的熱運(yùn)動(dòng)和膠粒的布朗運(yùn)動(dòng)，有濃度梯度Stokes工程：粘滯流體力學(xué)，定律；數(shù)學(xué)：向量分析；原理;物理：光學(xué)，效應(yīng);17存在時(shí)，可以觀察到膠粒從 高濃度區(qū)向低濃度區(qū)定向遷移的現(xiàn) 象，這就是膠粒的擴(kuò)散作用。地質(zhì)學(xué)：地球重力場研究#測D求r，4、公式的相關(guān)研究孔片法：自由交界法:光子相關(guān)譜法：|是測量 亞微米及納米級(jí)顆粒尺寸的一種有效 方法。此方法通過對(duì)懸浮顆粒的隨機(jī)漲落光散射信號(hào)進(jìn)行相關(guān)分 析，并利用各種算法反演求得懸浮顆粒的粒徑等信息。一般用超 純水作顆粒物的載體介質(zhì)。計(jì)算球形膠

18、粒半徑小 RT 1 DNA 6二 r流體力學(xué)半徑 一平均半徑。計(jì)算非球形膠粒的軸比值:b:利用，算出實(shí)際f。c： f/f。一推算 a/b;f/f=1為球體，比值越大，膠粒越不對(duì)稱。估算最大溶劑化量C）動(dòng)力穩(wěn)定性依據(jù)電動(dòng)性質(zhì)（電泳）、擴(kuò)散系數(shù) D，測量溶劑化量。布朗運(yùn)動(dòng)與擴(kuò)散的關(guān)系：擴(kuò)散是布朗運(yùn)動(dòng)的宏觀表現(xiàn)，而布朗運(yùn)動(dòng)是擴(kuò)散的微觀基礎(chǔ)。四、沉降平衡沉降：懸浮在液態(tài)介質(zhì)中的密度比介質(zhì)大的粒子 受重力 作用下沉的現(xiàn)象。沉降平衡：各高度上的粒子濃度不隨時(shí)間的變化而變化 的狀態(tài)。（一）大氣分布18#a：其他方法測M（分子量，摩爾質(zhì)量）求出等效球體的等效半徑r，再由Stokes定律 f = 6二r求出f。

19、滬巴汽丄NA 6二 r#建立等式后：得出方程（二）膠體粒子分布Pl = n2用濃度代大氣壓力：即VW _o)gM摩爾質(zhì)量： M二Na沃h：濃度為為ni和n2層間距離V正比于V正比于或:2(- g體系穩(wěn)定性弱；+體系穩(wěn)定性弱。-Mgh/RTFh =保可寫成:V反比于體系穩(wěn)定性強(qiáng)；所以，配制鉆井液時(shí)加入增稠劑，可提高鉆井液的穩(wěn)定性。T?3pr3(r伽利略：兩個(gè)鐵球?qū)嶒?yàn)。應(yīng)用：落球粘度計(jì)，（早期測壓裂液粘度的工具）體 系粒子直徑/ nm粒子濃度降低一半時(shí)的高度氧氣0.275 km高度分散的金溶膠1.86215cm粗分散金溶膠1862 x 105cm藤黃懸浮體2302 x 103cm圖：2-9,不同粒

20、子濃度下降一半時(shí)所需的高度:（三）在重力作用下的沉降實(shí)驗(yàn)室測壓裂液懸砂能力,1、沉降速度稠油分離，遼河稠油：p （0.980.99）運(yùn)動(dòng)之初：mgf,仁6 n n r v*有一定向下加速度分離乳狀液 T T*最后mg=f*及平衡。;膨脹系數(shù)不一202、沉降分析一一稱重法21或:In 2 X1已知t1、t2時(shí)刻粒子位置3、超離心機(jī)中粒子沉降f粗粒子：由v （沉降）與r關(guān)系測r求v。理由：.膠體（懸浮體）：多分散體系（ri,匕，rn）;無 法求v （沉降），但可求粒度分布（某一大小粒子所占 質(zhì)量分?jǐn)?shù)），即沉降分析。步驟：（1） 由沉降天平測不同時(shí)間，盤上凈沉降量，做 P t曲線;（2）做（1）圖的

21、不同點(diǎn)截距得Q-r積分分布曲線；（3）做微分分布曲線，既得不同半徑r所占比例。（四）離心力場中的沉降1、溶膠：1100nm，重力場v （沉降）極小忽略動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性。離心機(jī)：轉(zhuǎn)速 3000r/min （50r/s） w =100 n，x=0.2m 離心加速度：w 2x= （50X 2n ） 2X 0.2=1.974X 104 （m/s2） 是g的2000倍。2 2In x = 2r (r - r o)w 営右)x19h9h?(r - r 0)w2 仆-tjX1、X2，可求 r#（四學(xué)時(shí)）佃24年，瑞典Swedberg,發(fā)明超離心機(jī) k 1016萬轉(zhuǎn)/min是g的100萬倍#第三節(jié)溶膠的光學(xué)性質(zhì)、

22、光散射現(xiàn)象實(shí)質(zhì)意義r無色：吸收非可見光溶液一束光有色：吸收一部分可見光溶膠:一部分通過吸收：化學(xué)組成反射：T質(zhì)點(diǎn)散射：7大小I光：具有波粒二象性，E=hv (布拉德常數(shù)*頻率)每種物質(zhì)的電子具有各種能級(jí)二、Tyndall 效應(yīng)1、Tyndall 效應(yīng)定義實(shí)例：探照燈、電影機(jī)Tyndall效應(yīng)是膠粒對(duì)光散射作用的 宏觀表現(xiàn)；散射是在光前 進(jìn)方向之外也能觀察到光的現(xiàn)象。本質(zhì)：光是電磁波 一分子中的電子躍遷 一*產(chǎn)生受迫震 動(dòng)(偶極子)像小天線一樣向各個(gè)方向發(fā)射與入射光頻率相同的光一散射光。分子散射光因相互干涉一抵了看不到散射光溶膠一多相不均勻一射光不能完全抵消粗粒子 一r大 一主要以反射光為主 一

23、散射光微弱22#、Rayleigh散射定律2 2 2 224 cV ( n2 ni )2 丨4(22 )t A E (躍遷能)=E=hv時(shí)吸收光(1) 粗分散體系：r 入；反射，混濁三種現(xiàn)象：(2)膠體溶液：r 入；散射，乳白色光柱(3)分子溶液：r X ;散射光相互干涉抵消, 無散射光 0人n2 2 n1#（1） I與入I與ni n2差值有關(guān)，差越大 一I越大（介質(zhì)與膠粒散射率的差異）當(dāng)ni=n2 （純液體，氣體應(yīng)無散射），但也有微弱的散射Einstein：分子熱運(yùn)動(dòng)引起的局部區(qū)域密度不同一體系內(nèi)成反比；光波越短越易散射。光波：紫外、紫、藍(lán)、青、綠、黃、橙、紅、紅外部折射率的變化 一體系光學(xué)

24、不均勻性。所以散射是普遍現(xiàn)象，只是膠體更強(qiáng)烈。2324四、溶膠的顏色#紫色是人眼的偏見，在可見光比例少（天空藍(lán)）（1）溶膠呈現(xiàn)不同顏色原因#溶膠V有色:日出日落，太陽呈紅色（散射少，透過多）白光照溶膠，側(cè)觀察呈藍(lán)色，正視呈淺紅色。（2）I與c成正比：濁度儀：I t 一粒子多f 一濃度高測定兩分散度相同，濃度不同的溶膠的散射光強(qiáng)度，可知另一溶膠濃度（測污水雜質(zhì)含量）（3）I與V2成正比R大：粗分散體系，無乳光，反射（不適用此公式大于47nm）J R 小:真溶液，散射光極弱，RAgl:AgNO3過量正電；KI過量負(fù)電電泳儀：（1）Tiselius電泳儀：沿aa / bb和cc都可以水平滑移。實(shí)驗(yàn)

25、開始時(shí)，從bb處將上部移開，下面 A，B部分裝上溶膠， 然后將上部移到原處，在C部裝上分散介質(zhì)，在bb處有清 晰界面。接通直流電源，在電泳過程中可以清楚的觀察到界 面的移動(dòng)。（2）界面移動(dòng)電泳儀：首先在漏斗中裝上待測溶膠，U型管下 部活塞內(nèi)徑與管徑相同。實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，打開底部活塞，使溶膠 進(jìn)入U(xiǎn)型管，當(dāng)液面略高于左、右兩活塞時(shí)即關(guān)上，并把多余 溶膠吸走。在管中加入分散介質(zhì)，使兩臂液面等高。小心打開 活塞，接通電源，觀察液面的變化。（3）顯微電泳儀：裝置中用的是鉑黑電極，觀察管用玻璃制成。 電泳池是圭寸閉的，電泳和電滲同時(shí)進(jìn)行。該方法簡單、快 速，膠體用量少，可以在膠粒所處的環(huán)境中測定 電泳速度

26、和電動(dòng)電位。但只能測定顯微鏡可分辨的膠粒,一般在20nm 以上。（4）區(qū)帶電泳A、紙上電泳：將一厚濾紙條在一定pH的溶液中浸泡， 取出后兩端夾上電極，在濾紙中央滴少量待測溶膠，電泳速度 不同的各組分即以不同速度沿紙條運(yùn)動(dòng)。經(jīng)一段時(shí)間后，在紙條上形成距起點(diǎn)不同距離的區(qū)帶，區(qū) 帶數(shù)等于樣品中的組分?jǐn)?shù)。將紙條干燥并加熱，將蛋白質(zhì)各組 分固定在紙條上，再用適當(dāng)方法進(jìn)行分析。B、凝膠電泳：凝膠電泳的分辨率極高。例如,紙上電泳 只能將血清分成五個(gè)組分，而用聚丙烯酰胺凝膠 作的凝膠電泳 可將血清分成25個(gè)組分。#應(yīng)用：鉆井液的Z電位:分離、檢測氨基酸:3、流動(dòng)電勢：這種因帶電介質(zhì)流動(dòng)而產(chǎn)生的電勢稱為流動(dòng)電勢

27、4、沉降電勢:在重力場的作用下，帶電的分散相粒子，在分散 介質(zhì)中迅速沉降時(shí)，使底層與表面層的粒子濃度懸 殊，從而產(chǎn)生電勢差，這就是沉降電勢。28#電泳電鍍:#、質(zhì)點(diǎn)表面電荷的來源#1電離:廠當(dāng)PH 等電點(diǎn)：荷負(fù)電蛋白質(zhì)(-COOH ; -NH2)Y當(dāng)PH =等電點(diǎn)：不帶電靜電除塵：實(shí)際為煙霧氣溶膠電泳現(xiàn)象。帶塵粒的氣溶膠在高壓直流電場(3060KV下因電機(jī)放電而使 氣體電離, 塵粒吸附陰離子帶電而正極(集塵極)移動(dòng)，放電下 落，效率99%但成本高。2、電滲析(1) 定義：在外加電場作用下，帶電的介質(zhì)通過多孔膜或毛細(xì)管 作定向移動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為電滲析應(yīng)用當(dāng)PHV等電點(diǎn)：荷正電2、離子吸附當(dāng)Ag

28、NO3M量t Ag I吸附Ag*T帶正電 當(dāng)KI過量一Ag吸附I “帶負(fù)電#電場法油水井增產(chǎn)增注*鐵絲切磚：防止粘土附膜吸附于金屬絲表面起:正：升油降水、負(fù)：污物排出磚T正極1于金屬絲：絲，負(fù)極由電滲一層水潤滑劑作用，切出的磚光潔3、晶格取代：4、非水介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)帶電的原因29三、膠團(tuán)結(jié)構(gòu)膠核：組成膠粒核心部分的固態(tài)微粒稱為膠核。（晶體易吸附離子而帶電，故膠核包括表層離子？）膠粒：膠核與吸附層組成“膠?！蹦z團(tuán)：膠粒與擴(kuò)散層中的負(fù)離子組成“膠團(tuán)”溶膠：膠團(tuán)分散于液體介質(zhì)中便是“溶膠”。四、雙電層理論和電動(dòng)電位雙電層的形成:當(dāng)固體與液體 接觸時(shí)，固體可以從溶液中選 擇性吸附某種離子，固體分子本身也可

29、以發(fā)生電離作用而使離子 進(jìn)入溶液，以致使固液兩相帶有不同符號(hào)的電荷，在界面上形成 了雙電層的結(jié)構(gòu)。雙電層的發(fā)展：一百多年來不同學(xué)者 提出了不同的看法。最 早于1879年Helmholz提出平板型模型；1910年Gouy和1913 年Chapman修正了平板型模型，提出了擴(kuò)散雙電層模型；后來 Stern又提出了 Stern模型。1、平板型模型（Helmholz）:說明：隨增大而下降。溶液中 =0,無法解釋溶膠電泳2、（ Gouy Chapman）模型雙電層由緊密層和擴(kuò)散層構(gòu)成。移動(dòng)的切動(dòng)面為 AB面?；瑒?dòng)面：當(dāng)固液兩相發(fā)生相對(duì)移動(dòng)時(shí)呈現(xiàn)在固液交界處的一個(gè)高低不平的曲面，它位于緊密層之外，擴(kuò)散層之

30、中且距固 體表面距分子直徑大小處。兩表面電勢（熱力學(xué)電位）：粒子表面到均勻液相總電位差；：O廠個(gè)電Y位匚 流動(dòng)電勢（匚電位，電動(dòng)電位）：滑動(dòng)面處與溶液內(nèi)部的電位差匚。為一部分進(jìn)滑動(dòng)面內(nèi)離子多：小-進(jìn)滑動(dòng)面內(nèi)離子少 =大意義：解釋了電動(dòng)現(xiàn)象，區(qū)分與。但不能解釋 電位變號(hào),或高于表面電位的問題。理解要點(diǎn)：1：溶液中的反離子受兩個(gè)相互對(duì)抗的力的作用；靜電引力使反 離子趨于表面，熱擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)使反離子均勻分布，反離子的平 衡分布是兩種對(duì)抗作用的總結(jié)果。2:溶液中反離子分為兩部分 （擴(kuò)散雙電層）：a：緊密層、其厚度不隨外界條件變化而變，粒子運(yùn)動(dòng)亦運(yùn)動(dòng)。b擴(kuò)散層、在外電場作用下與膠粒運(yùn)動(dòng)反向，厚度隨外界變化3

31、14、Z電位計(jì)算3、Stern 模型對(duì) Gouy Chapman 1: Stenn層（緊密層）：吸附在固體修正表面的緊密層約1、2個(gè)分子厚；電勢|直線下降。2：擴(kuò)散層：電勢曲線下降，厚度由體相溶液的濃度決定。特性吸附：當(dāng)溶液中含有高價(jià)反離子或表面活性劑離子，質(zhì)點(diǎn)將 對(duì)他們發(fā)生強(qiáng)烈的選擇性吸附。廣反號(hào)：特吸高價(jià)反離子，一申S與卑。相反。I高位：克服靜電斥力吸附大量同號(hào)離子（表活劑離子），使申s高于申。32#（1）吸附高價(jià)反離子便傀反號(hào)（b）吸附同號(hào)離子便升高圖2-53 Stern電位的變化（八學(xué)時(shí)）33第五節(jié)膠體的穩(wěn)定性分散劑（解絮凝劑、降粘劑）34前言：溶膠多相、分散、熱力學(xué)不穩(wěn)定，但卻能穩(wěn)定

32、存在。膠粒帶電聚結(jié)穩(wěn)定性原因：Y溶劑化作用J布朗運(yùn)動(dòng)動(dòng)力穩(wěn)定性一、溶膠的穩(wěn)定性與DLVO原理膠體的穩(wěn)定性：指膠體的某種性質(zhì)（如：分散相濃度、顆粒大小、 體系粘度和密度）有一定程度的不變性。（1）熱力學(xué)穩(wěn)定性：膠體一顆粒微?。?100 nm）比表面積大一表面能大一熱力學(xué)上不穩(wěn)定：穩(wěn)定劑：乳狀液（乳化劑）；Agl （AgN03；KI）（2）動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性：膠體一高度分散一沉降、布朗運(yùn)動(dòng)強(qiáng)一阻邊下沉一穩(wěn)定（耳$ 增粘劑：XC生物聚合物（黃原膠）；HEC（羥乙基纖維素）：聚合物鉆井液的增粘劑；降濾失劑：CM（鈉羧甲基纖維素）：應(yīng)用廣泛，酸奶牙膏。 電離，吸附于粘土表面，水化膜增厚，Z |（3）聚集穩(wěn)定性

33、：膠體一數(shù)量大小膠粒一團(tuán)聚能大一團(tuán)聚成大粒子一分散度降低一穩(wěn)定性差：加入分散劑分散型：單寧類，木質(zhì)素磺酸鹽類I聚合物型：低分子量烯類單體聚合物泥漿稠化原因：（由于 固相含量提高，電解質(zhì)，增粘劑），使 鉆井液中的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)束縛包裹 自由水不能移動(dòng)，使鉆井液中 自由水大量減少，導(dǎo)致變稠。1、改性丹寧：丹寧堿液（NaT）:抗鹽抗溫性差磺甲基單寧（SMT ）:抗溫強(qiáng)、抗鹽差機(jī)理：通過配位鍵（陰離子）吸附在粘土顆粒上，增加負(fù)電荷和水化層，使顆粒間的斥力（靜電、水化膜）增加，削弱或拆散網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。n、t下降。2、鐵鉻木質(zhì)磺酸鹽（FCLS）熱穩(wěn)好（150 C）特點(diǎn)v抗鹽、鈣強(qiáng)I鉻、毒、污染、易發(fā)泡替代品：Ti

34、（鈦）Zr （鋯）木質(zhì)素磺酸鹽降粘機(jī)理：（1）吸附 k負(fù)電荷、水膜增 斥力增 削弱網(wǎng) n、t下降（2） 具有一定抑制作用，防止底層泥頁巖分散造漿n、t上升3、低分子量烯類單體聚合物X-A40 :聚丙烯酸鈉熱穩(wěn)好 （ 150 C ）不抗鹽、鈣X-B40 :丙烯酸鈉和丙烯磺酸鈉的共聚物熱穩(wěn)好-抗鹽優(yōu)于X-A40XY-27 :兩性復(fù)合離子聚合物。M=2000 :抑制作用強(qiáng)降粘機(jī)理：（1）吸附一 負(fù)電荷、水膜增 一弱網(wǎng)架結(jié)構(gòu)（2）低分子吸附能力高分子， 優(yōu)先吸附 一頂替原已吸附在粘土顆粒上的高分子拆散高分子與粘土網(wǎng)架；降粘劑易可與高分子聚合物發(fā)生交聯(lián)作用阻礙高分子與粘土形成網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。DLVO理論認(rèn)為：

35、溶膠在一定條件下穩(wěn)定存在還是聚沉，取決于 粒子間的相互吸引力和靜電斥力。若斥力大于吸引力則溶膠穩(wěn) 定，反之不穩(wěn)定。膠粒間總相互作用能 距離遠(yuǎn)時(shí)，離子氛未重疊，吸力起作用，總未能為負(fù)； 距離變近，離子氛重疊，斥力起作用，總位能為正；（一定距離時(shí)，總位能最大，峰值E。如越過此峰值，位能下降） 距離很近，EA激增，引力占優(yōu)勢，總位能為負(fù)；（意味膠粒易發(fā)生聚集） 再接近，Er激增，意味著不能無限接近 （重合）結(jié)論：要使膠粒聚集，必須通過能峰Eo,也就是膠體一定時(shí) 間內(nèi)具有“聚集穩(wěn)定性”，Eo是保持膠體分散度不易自行降低的 性質(zhì)。DLVO!論的要點(diǎn)（1）膠團(tuán)之間存在斥力勢能Er和引力勢能Eao引力：Va

36、n der Waals 力I斥力廠重疊后離子的滲透斥力.靜電斥力（2）系統(tǒng)總位能E-= Er+丘。變化決定著系統(tǒng)的穩(wěn)定性， 是距離 x的函數(shù)。（3）電解質(zhì)的加入影響斥力位能，調(diào)解電解質(zhì)濃度，可穩(wěn)定膠 體。（4）膠體的溶劑化作用引起聚結(jié)穩(wěn)定性，也是穩(wěn)定的重要原因， 分散相粒子周圍有水化外殼（水化膜斥力），增加溶膠聚合的機(jī) 械阻力。（5）Brown運(yùn)動(dòng)克服重力場的影響而不下沉， 動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性。、溶膠的聚沉聚沉定義：溶膠的“穩(wěn)定”是有條件的，一旦穩(wěn)定條件被 破壞， 溶膠中的粒子就合并（聚集）長大，最后從介質(zhì)中沉淀 析 出，這種現(xiàn)象為聚沉。1、電解質(zhì)的聚沉作用：廠電解質(zhì)C?。悍措x子一部分壓入吸附層，帶

37、電J，ZJ，曰/，易聚沉。0）Z 4：等電狀態(tài)Z 5：再帶電（Z 5Cs+ （銫）Rb+ （銣）K+Na+Li +F-CBr-N03-l- 反離子相同時(shí)，與溶膠 同性離子也會(huì)影響聚沉值，價(jià)數(shù) 逾高，聚沉能力愈低。 有機(jī)化合物的離子都有很強(qiáng)聚沉能力，與其具強(qiáng)吸附性 有關(guān)。（聚合物、咼分子表面活性劑）2、溶膠的相互聚沉明磯凈水：KAl （S04）2 ?12H2O水解生產(chǎn)正電荷 Al （OH） 3與土壤膠 體聚沉。不同牌號(hào)墨水，利用血液能否聚沉判斷血型。3、大分子對(duì)溶膠的作用明膠定義：水溶性蛋白質(zhì)混合物，皮膚、韌帶、肌腱中的膠原經(jīng)酸或堿部分 水解或在水中煮沸而產(chǎn)生，無色或微黃透明的脆片或粗粉狀，在3

38、540C水中溶脹形成凝膠（含水為自重510倍）。是營養(yǎng)不完全蛋白質(zhì)，缺乏某些必需氨基酸，尤其是色氨酸，廣泛用于食品和制作黏合齊V、感光底片、濾光片等。增液溶膠：分散相與分散介質(zhì)沒有親和力或只有很弱親和力的 溶膠。例如金、氫氧化鐵等分散在水中的溶膠。性質(zhì)比較不穩(wěn)定，必須含有穩(wěn)定劑（保護(hù) 膠體）才能存在，遇著微量電解質(zhì)就會(huì)凝聚而生成沉淀，并且一般不能復(fù)原注：:憎液溶膠：易聚沉，不穩(wěn)定，介質(zhì)蒸發(fā)后加入介質(zhì)不再形成溶膠，”親液溶膠：大分子溶膠，價(jià)值蒸發(fā)后再加入又可形成溶膠，熱力學(xué)穩(wěn)定體系。4、微波對(duì)溶膠穩(wěn)定性的影響微波爐：微波是一種電磁波。 這種電磁波的 能量不僅比通常的無線電波 大 得多，而且還很有

39、”個(gè)性”，微波一碰到金屬就發(fā)生反射，金屬根本沒有辦 法吸收或傳導(dǎo)它；微波可以穿過玻璃、陶瓷、塑料 等絕緣材料，但不會(huì)消 耗能量；而含有水分的食物，微波不但不能透過，其 能量反而會(huì)被吸收。關(guān)于非熱效應(yīng)”的機(jī)理還有待深入研究。從DLVO理 論看，打破了由DLVO理論建立的平衡（相似于降低化 學(xué)反應(yīng)體系的活性能）在此處是 降低了體系的總位能曲 線的能峰高度，故易于聚結(jié)沉降。（七周半）37第三章凝膠38#剛性凝膠O第一節(jié)概述明膠（水中加熱） 一明膠溶液（濃度大）一放置一段時(shí)間 一“凍”起來魚湯 一 結(jié)凍；果凍；皮凍。脫水、 多孔介質(zhì)不可逆吸水#、凝膠：固體、液體一都是連續(xù)相，多分散體系，是溶膠的COH

40、II特殊存在形式。凍膠：如壓裂液 凝膠固體凝膠:調(diào)劑堵水二、凝膠分類1、彈性凝膠：是由柔性大分子（聚合物）形成的凝膠#凝膠吸水脫水溶膠干燥凝膠 L干膠耳“吸水#具有可遞性，形成的凝膠體系具有彈性。2、非彈性凝膠由剛性質(zhì)點(diǎn)（SiO2,FO2,Fe2C3,V2C5）形成的凝膠一剛性凝膠39第二節(jié) 凝膠的形成一、凝膠的形成條件 降低溶解度，使被分散的物質(zhì)從溶液中以“膠體分散狀態(tài)” 析出 析出的質(zhì)點(diǎn)即不沉降也不運(yùn)動(dòng)而構(gòu)成骨架，整個(gè)溶液中形成 連接的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。二、凝膠的制備方法1、改變溫度：T ； 聚合物溶解度J 質(zhì)點(diǎn)析出 一接觸機(jī)會(huì)增多 形成網(wǎng)架結(jié)構(gòu)凝膠廠溶解度升高高分子：溫度升高水I溶解度降低如：“

41、皮凍”（氨基酸蛋白質(zhì)）：R-NHCHCH2COOH高溫）一 溶解J 部分析出k大分子接觸機(jī)會(huì)增多 一形成氫鍵一微晶一- 形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)一凝膠甲基纖維素”（分子上有很多羥基-OH）: -OH個(gè)數(shù)決定溶于水情況，分子式：溶于水如丙三醇：與水形成氫鍵，把水溶于其中，形成水化膜，溶于水。一旦T 氫鍵破壞化 膜變薄k水分子擴(kuò)散能增強(qiáng)水與大分子脫開一大分子析出。甲基纖維素f S（溶解度） 大分子相 互接觸一-形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)一凝膠“雞蛋”：雞蛋k液體k加熱固體2、加入非溶劑：非溶劑的加入 一使溶質(zhì)S降低 一 從溶液中析離一 凝膠如：果膠一 果凍果膠水溶液 加入酒精（極性比水差） 溶解能力差k果膠質(zhì)點(diǎn)析離k果

42、凍。40Ca（ AC）2（醋酸鈣）一凝膠4、化學(xué)反應(yīng):Ca （AC） 2飽和溶液+加入乙醇*混合溶劑乙醇化學(xué)反應(yīng)生成難溶物定條件下形成微晶一 凝膠分子與Ca （AC） 2爭奪水分子醋酸鈣沉淀顆粒間相互連結(jié)*形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)條件產(chǎn)生不溶物同時(shí)生成大量小顆粒 八顆粒不對(duì)稱為好，利于搭成骨架。固體酒精：酒精的熔點(diǎn)很低，是117.3 C如：硫氰酸鋇反應(yīng)生成硫酸鋇凝膠Ba(SCN)2Mn SO4BaS04R- COON（高級(jí)脂肪酸鈉）R- C00- +NaC小時(shí)R- COONa（溶液）+乙醇R- COONa大分子析出一-C中時(shí)強(qiáng)的吸附作用 一 乙醇分子吸附于R-COONafc分子表面C大時(shí)（高級(jí)脂肪酸鈉在水

43、中電離，但在乙醇中不電離）*形成凝膠（2%及固化） 固體酒精BaS04溶膠BaS04BaS04凝膠（顆粒多來不及沉淀即成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)）3、加入鹽類:鹽類的加入，可改變?nèi)苣z的膠團(tuán)結(jié)構(gòu)，析出成凝膠。如:CaCl2豆腐：豆?jié){+ v*雙電層結(jié)構(gòu)改變一凝膠MgCl2凈化水：KAl （ S04）2加量大。改加入陽離子聚丙烯酰胺，陽離子數(shù)量多，加量小。V2O5+BaCl2 V205 (凝膠)膠凝過程是聚沉的特殊階段KC1鉆井液的聚沉作用：過程中有凝膠階段KC1 /習(xí)轡即a歲小蟲翻丄蘇WL一F 叫小鑒瑩詼.221L檢孔日曲頓流怕“KC1丫和常靜置陸膠備狀結(jié)枷匯卄脫水收縮42（成本略高）凍膠FeCb （濃）+ NH40H Fe （0H）3 凝膠壓裂液：瓜（爾）膠：（田箐膠）植物根提取，聚糖（同位有多羥基）1t聚丙烯酰胺 一10t油提出凍膠采油：HPAM+Cr3+