膠體化學(xué)理論膠體化學(xué)市公開課金獎市賽課一等獎?wù)n件

1、膠體化學(xué)及其應(yīng)用第一篇：理論膠體化學(xué)第1頁第一篇 理論膠體化學(xué)第一章 膠體化學(xué)概論 1.1 分散體系與膠體 1.2 膠體化學(xué)研究內(nèi)容及意義 1.3 膠體化學(xué)廣泛應(yīng)用第二章 膠體體系基本性質(zhì) 2.1 膠體動力學(xué)性質(zhì) 2.2 膠體光學(xué)性質(zhì) 2.3 膠體電學(xué)性質(zhì) 2.4 膠體穩(wěn)定與聚沉第2頁第一篇 理論膠體化學(xué)第三章 界面現(xiàn)象與表面活性 3.1 表面張力 3.2 彎曲界面一些現(xiàn)象 3.3 固體表面上氣體吸附 3.4 液體表面上吸附 3.5 固體在溶液中吸附 3.6 表面活性劑第四章 高分子溶液與凝膠 4.1 高分子溶液 4.2 凝膠第五章 膠體體系制備與凈化 5.1 膠體體系制備 5.2 溶膠凈化第

2、3頁第六章 吸附劑 6.1 吸附劑結(jié)構(gòu)特點和性能參數(shù)6.2 活性炭6.3 硅膠6.4 活性氧化鋁6.5 粘土6.6 吸附樹脂6.7 硅藻土6.8 分子篩 第二篇：應(yīng)用膠體化學(xué)第4頁第七章 固體顆粒和固液分散體系7.1 膠體制備7.2 顆粒平均粒徑與粒度分布7.3 鉆井液7.4 水泥漿7.5 陶瓷7.6 顏料、涂料和油墨7.7 牙膏磨料7.8 塑料和橡膠中填料7.9 水和污水處理7.10 浮選7.11 造紙 第二篇：應(yīng)用膠體化學(xué)第5頁第八章 乳狀液與表面活性劑 8.1 乳化與破乳技術(shù)8.2 乳狀液性質(zhì)測定8.3 化裝品8.4 食品8.5 紡織與染整8.7 農(nóng)藥8.8 原油乳化與脫水8.9 瀝青乳

3、狀液8.10 微乳液與三次采油8.11 乳液聚合8.12 洗滌用具8.13 液膜分離第6頁第九章 表面改性 9.1 玻璃纖維表面處理9.2 填料表面改性9.3 改性硅膠9.4 活性炭改性9.5 粘土表面改性9.6 顏料表面改性 第二篇：應(yīng)用膠體化學(xué)第7頁第十章 微膠囊 10.1 基本概念10.2 微膠囊功效10.3 微囊化方法和步驟10.4 性能測試10.5 醫(yī)藥工業(yè)方面應(yīng)用10.6 食品工業(yè)10.7 農(nóng)業(yè)上應(yīng)用10.8 染料與顏料包封舉例 第二篇：應(yīng)用膠體化學(xué)第8頁第一章 膠體化學(xué)概論 比如： 云 牛奶 珍珠 把一個或幾個物質(zhì)分散在另一個物質(zhì)中就組成份散體系。 其中，被分散物質(zhì)稱為分散相 (

4、dispersed phase)， 另一個物質(zhì)稱為分散介質(zhì) (dispersing medium)。 1.1 分散體系與膠體第9頁 分散系分散系 ：一個或幾個物質(zhì)以一定分散程度分散在另一個物質(zhì)中所形成體系，稱為分散體系。被分散物質(zhì)稱為分散質(zhì)。另一個物質(zhì)稱為分散劑。最簡單分散體系總是由兩相組成，比如大氣層中塵埃、水滴稱為分散質(zhì)，空氣稱為分散劑，又如工業(yè)廢水中雜質(zhì)、泥砂等是分散質(zhì)，水是分散劑。如此可見，分散質(zhì)是不連續(xù)相，分散劑是連續(xù)相。 分散系 = 分散質(zhì) + 分散劑 比如： 云霧 水滴 空氣 汽水 CO2 水 礦石 金屬化合物 巖石 溶液 溶質(zhì) 溶劑第10頁 按分散相粒子直徑大小，通常有三種分散

5、系統(tǒng) 1、分子分散系統(tǒng)溶液分散相與分散介質(zhì)以分子或離子形式彼此混溶，沒有界面，是均勻單相，分子直徑在1 nm 以下 。穩(wěn)定、均勻、透明，能透過濾紙和半透膜，對光散射弱 2、膠體分散系統(tǒng)溶膠，高分子分散體系分散相粒子直徑在1 nm100 nm之間，目測是均勻，但實際是多相不均勻系統(tǒng)。穩(wěn)定，能透過濾紙但不能透過半透膜 高分子溶液（單相）：對光散射弱； 溶膠（多相）：對光散射強 第11頁 分散系3、粗分散系統(tǒng)懸濁液和乳狀液當(dāng)分散相粒子直徑大于100 nm，目測是混濁不均勻系統(tǒng)，放置后會沉淀或分層。多相：包含懸濁液和乳狀液。不穩(wěn)定，不能透過濾紙和半透膜，無光散射第12頁 膠體分類 本世紀(jì)初，人們依據(jù)膠

6、體系統(tǒng)性質(zhì)把膠體區(qū)分為兩類：親液膠體和憎液膠體。如蛋白質(zhì)、明膠等輕易與水形成膠體溶液叫作親液膠體，而那些本質(zhì)上不溶于介質(zhì)物質(zhì)必須經(jīng)過適當(dāng)處理后，才能夠?qū)⑺稚⒃谀撤N介質(zhì)中，叫作憎液膠體。比如金溶膠、硫砷溶膠等等，都是經(jīng)典憎液膠體。第13頁膠體分類 依據(jù)膠體系統(tǒng)性質(zhì)分類：（1）憎液溶膠 系統(tǒng)含有很大相界面，很高表面Gibbs自由能，很不穩(wěn)定，極易被破壞而聚沉 簡稱溶膠，由難溶物分散在分散介質(zhì)中所形成，粒子都是由很大數(shù)目分子構(gòu)成，大小不等 聚沉之后往往不能恢復(fù)原態(tài)，因而是熱力學(xué)中不穩(wěn)定和不可逆系統(tǒng)。 本章主要討論憎液溶膠第14頁（2）親液溶膠 大（高）分子化合物溶液通常屬于親液溶膠 它是分子溶液，

7、但其分子大小已經(jīng)抵達膠體范圍，所以含有膠體一些特征（比如：擴散慢，不透過半透膜，有Tyndall效應(yīng)等等） 若設(shè)法去除大分子溶液溶劑使它沉淀，重新再加入溶劑后大分子化合物又能夠自動再分散，因而它是熱力學(xué)中穩(wěn)定、可逆系統(tǒng)。 第15頁膠體分類 若依據(jù)分散相和分散介質(zhì)聚集狀態(tài)進行分類 1. 液溶膠 將液體作為分散介質(zhì)所形成溶膠。當(dāng)分散相為不一樣狀態(tài)時，則形成不一樣液溶膠：. 液-固溶膠 如油漆，AgI 溶膠. 液-液溶膠 如牛奶，石油原油等乳狀液. 液-氣溶膠 如泡沫第16頁 若依據(jù)分散相和分散介質(zhì)聚集狀態(tài)進行分類 2. 固溶膠 將固體作為分散介質(zhì)所形成溶膠。當(dāng)分散相為不一樣狀態(tài)時，則形成不一樣固溶

8、膠：. 固-固溶膠 如有色玻璃，不完全互溶合金. 固-液溶膠 如珍珠，一些寶石. 固-氣溶膠 如泡沫塑料，沸石分子篩膠體分類第17頁膠體分類 若依據(jù)分散相和分散介質(zhì)聚集狀態(tài)進行分類 3. 氣溶膠 將氣體作為分散介質(zhì)所形成溶膠。當(dāng)分散相為固體或液體時，形成氣-固或氣-液溶膠，但沒有氣-氣溶膠，因為不一樣氣體混合后是單相均一系統(tǒng)，不屬于膠體范圍。. 氣-固溶膠 如煙，含塵空氣. 氣-液溶膠 如霧，云第18頁膠體分類 若依據(jù)分散相和分散介質(zhì)聚集狀態(tài)進行分類 第19頁憎液溶膠特征（1）特有分散程度 粒子大小在1100 nm之間，因而擴散較慢，不能透過半透膜，滲透壓低但有較強動力穩(wěn)定性 和乳光現(xiàn)象。（2

9、）多相不均勻性 含有納米級粒子是由許多離子或分子聚結(jié)而成，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有保持了該難溶鹽原有晶體結(jié)構(gòu)，而且粒子大小不一，與介質(zhì)之間有顯著相界面，比表面很大。（3）易聚結(jié)不穩(wěn)定性 因為粒子小，比表面大，表面自由能高，是熱力學(xué)不穩(wěn)定系統(tǒng)，有自發(fā)降低表面自由能趨勢，即小粒子會自動聚結(jié)成大粒子。第20頁膠團結(jié)構(gòu) 形成憎液溶膠必要條件是： （1）分散相溶解度要??； （2）還必須有穩(wěn)定劑存在，不然膠粒易聚結(jié)而 聚沉。 第21頁膠團結(jié)構(gòu) 膠粒結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，先有一定量難溶物分子聚結(jié)形成膠粒中心，稱為膠核； 然后膠核選擇性吸附穩(wěn)定劑中一個離子，形成緊密吸附層；因為正、負(fù)電荷相吸，在緊密層外形成反號離子包圍圈，從而形

10、成了帶與緊密層相同電荷膠粒； 膠粒與擴散層中反號離子，形成一個電中性膠團。 膠核吸附離子是有選擇性，首先吸附與膠核中相同某種離子，用同離子效應(yīng)使膠核不易溶解第22頁膠團結(jié)構(gòu)例1：AgNO3 + KIKNO3 + AgI (AgI)m n I (n-x)K+x xK+ 膠核膠粒膠團膠團圖示式： 膠核 膠粒(帶負(fù)電) 膠團(電中性)膠團結(jié)構(gòu)表示式 ： 過量 KI 作穩(wěn)定劑 第23頁膠團結(jié)構(gòu)例2：AgNO3 + KI KNO3 + AgI (AgI)m n Ag+ (n-x)NO3x+ x NO3 膠核膠粒膠團 膠團圖示式：過量 AgNO3 作穩(wěn)定劑 膠團結(jié)構(gòu)表示式： 膠核 膠粒(帶正電) 膠團(電

11、中性)第24頁膠粒形狀 作為憎液溶膠基本質(zhì)點膠粒并非都是球形，而膠粒形狀對膠體性質(zhì)有主要影響。 質(zhì)點為球形，流動性很好；若為帶狀，則流動性較差，易產(chǎn)生觸變現(xiàn)象。 在溶膠中膠粒是獨立運動單位，通常所說溶膠帶電系指膠粒而言 膠團沒有固定直徑和質(zhì)量，同一個溶膠值也不是一個固定數(shù)值 第25頁膠團形狀比如：（1）聚苯乙烯膠乳是球形質(zhì)點（2） V2O5 溶膠是帶狀質(zhì)點（3） Fe(OH)3 溶膠是絲狀質(zhì)點球形質(zhì)點 帶狀質(zhì)點 絲狀質(zhì)點第26頁 膠體體系特點 膠體是物質(zhì)存在一個特殊狀態(tài)，而不是一個特殊物質(zhì)。任何一個物質(zhì)在一定條件下能夠制備成真溶液，而在另一條件下又能夠制備成膠體溶液。比如晶體氯化鈉它在水中溶解

12、成為真溶液。若用適當(dāng)方法使它分散于苯或醚中，則形成膠體溶液。一樣，硫磺分散在乙醇中為真溶液，若分散在水中則成為硫磺水溶液。 第27頁膠體系統(tǒng)特點（1）它是多相不均勻體系，分散相與分散介質(zhì)之間存在著物理界面。膠體粒子是由大量原子或分子組成，膠團量能夠是幾萬到幾百萬。（2）它與真溶液不一樣，它在熱力學(xué)上是不穩(wěn)定系統(tǒng)，有自動聚結(jié)傾向；（3）因為膠粒無規(guī)則熱運動使膠體表現(xiàn)出反聚沉動力學(xué)穩(wěn)定性。 總之高度分散多相性，動力學(xué)穩(wěn)定性和熱力學(xué)不穩(wěn)性是膠體體系三大特征，也是膠體其它特征依據(jù)。第28頁膠體化學(xué)研究內(nèi)容膠體化學(xué)是研究膠體分散體系和粗分散體系性質(zhì)一門科學(xué)，主要包含三個領(lǐng)域：1、分子膠體 分子膠體是指高

13、聚物溶液，也叫親液膠體。聚合物在溶液中呈分子無規(guī)線團狀態(tài)存在。這些線團尺寸絕大部分符合上述膠體顆粒尺寸。不過它們同溶劑之間沒有清楚界面。 整個體系是熱力學(xué)穩(wěn)定體系。盡管該體系當(dāng)前已屬于高聚物科學(xué)研究領(lǐng)域，但因為它許多性質(zhì)同膠體化學(xué)相關(guān)，所以它仍作為膠體化學(xué)一個方面來進行研究。第29頁膠體化學(xué)研究內(nèi)容 2、溶膠 在此我們是指分散質(zhì)同分散劑有顯著界面體系，習(xí)慣上也叫憎液膠體。它是熱力學(xué)不穩(wěn)定體系。是膠體化學(xué)主要研究對象。 普通膠體溶液與高分子化合物溶液有著許多共同特征。但它們之間也存在著本質(zhì)區(qū)分，高分子溶液都是熱力學(xué)穩(wěn)定均相體系，而膠體溶液和懸浮液都是熱力學(xué)不穩(wěn)定體系。 第30頁膠體化學(xué)研究內(nèi)容

14、3、締合膠體 表面活性劑在溶液中濃度高于某一數(shù)值后，多個表面活性劑分子形成膠束在膠束中還能夠溶進一些特定性質(zhì)物質(zhì)，形成所謂微乳液或液晶。這種體系叫做締合膠體。締合膠體在形成過程中因為使整個體系界面能降低而成為熱力學(xué)穩(wěn)定體系。這個體系當(dāng)前含有主要實用意義。 第31頁膠體化學(xué)研究內(nèi)容 應(yīng)用膠體化學(xué)主要研究內(nèi)容：制備分散體系、穩(wěn)定分散體系和破壞分散體系，還要研究利用分散體系各種性質(zhì)如電性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)、光學(xué)性質(zhì)和流變學(xué)性質(zhì)等。 有些場所我們希望得到穩(wěn)定分散體系，比如油漆、牙膏、噴霧型藥劑形成一定大小液珠，食品和化裝品也要求制成穩(wěn)定乳狀液，但在另一個場所則希望破壞分散體穩(wěn)定性，比如沉淀分離、天空大霧，原

15、油在煉制前必須有效地破乳，以除去其中水分等。 第32頁膠體化學(xué)研究意義1. 油田開發(fā)： 鉆井液中顆粒大小控制、絮凝作用；稠油乳化降粘開采 原油脫水與破乳、污水處理、油品降凝、降粘輸送等。2農(nóng)業(yè)：土壤中離子交換、農(nóng)藥乳化與分散等。3生物學(xué)與醫(yī)學(xué)： 生物流變學(xué)、血液學(xué)、電泳、滲透與膜、各種凝膠、病毒 蛋白質(zhì)、制藥與藥理學(xué)等。4日用具生產(chǎn)與使用： 洗滌劑、化裝品、各種飲料中香料乳化、乳制品、 冰激凌、食品、膠囊制品等。5輕工業(yè)： 造紙中表面處理、紡織上漿、織物表面整理、印染、 油漆、制糖與油脂脫色精制、涂料、顏料、粘合劑等。第33頁膠體化學(xué)研究意義6環(huán)壤科學(xué)：氣溶膠、煙霧、水凈化、污水處理、毒氣與毒

16、 劑吸附、人工降雨等。7分析化學(xué)：離子交換、膠束增溶、濁度、吸附指示劑、 脫色等。8材料：水泥、超細(xì)粉材料、單分散膠粒、合金、磁性材料 特種陶瓷、纖維、橡膠與塑料中填料和助劑、液晶等。9海洋科學(xué)：稀有元素吸附提取、污染油膜處理、 海水淡化膜研究等。10.其它：各仲吸附劑制備、測試和使習(xí)；吸附催化利 制備、檢測和應(yīng)用技術(shù)等。第34頁膠體化學(xué)研究意義6環(huán)境科學(xué)：氣溶膠、煙霧、水凈化、污水處理、毒氣與毒 劑吸附、人工降雨等。7分析化學(xué)：離子交換、膠束增溶、濁度、吸附指示劑、 脫色等。8材料：水泥、超細(xì)粉材料、單分散膠粒、合金、磁性材料 特種陶瓷、纖維、橡膠與塑料中填料和助劑、液晶等。9海洋科學(xué)：稀有

17、元素吸附提取、污染油膜處理、 海水淡化膜研究等。10.其它：各種吸附劑制備、測試和使習(xí)；吸附催化劑 制備、檢測和應(yīng)用技術(shù)等。第35頁第二章 膠體基本性質(zhì) 2.1 膠體動力學(xué)性質(zhì) 2.2 膠體光學(xué)性質(zhì) 2.3 膠體電學(xué)性質(zhì) 2.4 膠體穩(wěn)定與聚沉第36頁第二章 膠體基本性質(zhì) 2.1 膠體動力學(xué)性質(zhì) 溶膠中粒子分散在介質(zhì)中呈顯出連續(xù)不停、無規(guī)則運動。粒子熱運動在微觀上表現(xiàn)出來是布朗運動，而在宏觀性質(zhì)上表現(xiàn)出來是擴散和滲透。布朗運動是本質(zhì)擴散與滲透是同一本質(zhì)表現(xiàn)出兩種不一樣現(xiàn)象。布朗運動、擴散、滲透等問題都屬于溶質(zhì)動力學(xué)性質(zhì)。第37頁一、布朗運動 (Brownian motion) 1827 年植物

18、學(xué)家 Brown 用顯微鏡觀察到懸浮在液面上花粉粉末不停地作不規(guī)則運動。 以后又發(fā)覺許多其它物質(zhì)如煤、 化石、金屬等粉末也都有類似現(xiàn)象。人們稱微粒這種運動為Brown運動。 但在很長一段時間里，這種現(xiàn)象本質(zhì)沒有得到說明。 第38頁 19創(chuàng)造了超顯微鏡，為研究Brown運動提供了物質(zhì)條件。 用超顯微鏡能夠觀察到溶膠粒子不停地作不規(guī)則“之”字形運動，從而能夠測出在一定時間內(nèi)粒子平均位移。 經(jīng)過大量觀察，得出結(jié)論：粒子越小，Brown運動越激烈。其運動激烈程度不隨時間而改變，但隨溫度升高而增加。第39頁 19和19Einstein和Smoluchowski分別闡述了Brown運動本質(zhì)。 認(rèn)為Brow

19、n運動是分散介質(zhì)分子以不一樣大小和方向力對膠體粒子不停撞擊而產(chǎn)生。當(dāng)半徑大于5 m，Brown運動消失。 因為受到力不平衡，所以連續(xù)以不一樣方向、不一樣速度作不規(guī)則運動。伴隨粒子增大，撞擊次數(shù)增多，而作用力抵消可能性亦大。第40頁二、擴散和滲透壓 膠粒也有熱運動，所以也含有擴散和滲透壓。只是溶膠濃度較稀，這種現(xiàn)象很不顯著。 如圖所表示，在CDFE桶內(nèi)盛溶膠，在某一截面AB兩側(cè)溶膠濃度不一樣，c1c2 因為分子熱運動和膠粒Brown運動，能夠觀察到膠粒從c1區(qū)向c2區(qū)遷移現(xiàn)象，這就是膠粒擴散作用。第41頁 設(shè)經(jīng)過AB面擴散質(zhì)量為m，則擴散速度為 ，它與濃度梯度和AB截面積A成正比。斐克第一定律（

20、Ficks first law） 如圖所表示，設(shè)任一平行于AB面截面上濃度是均勻，但水平方向自左至右濃度變稀，梯度為 。第42頁斐克第一定律（Ficks first law）這就是斐克第一定律。 式中負(fù)號表示擴散發(fā)生在濃度降低方向， 0。 用公式表示為： 式中D為擴散系數(shù)，其物理意義為：單位濃度梯度、單位時間內(nèi)經(jīng)過單位截面積A質(zhì)量。第43頁斐克第一定律（一）擴散系數(shù)上式百分比系數(shù)D稱為擴散系數(shù)，在一定溫度和壓力下是一個與濃度無關(guān)，僅決定于物性常數(shù)。擴散系數(shù)愈大，質(zhì)點擴散能力愈大。此式即為EinsteinStokes方程.式中 粒子密度；介質(zhì)粘度。普通、可查表得到。 NA為阿伏加德羅常數(shù)。用試驗

21、測得粒子擴散系數(shù)D便可求出其膠團質(zhì)量M。它表明擴散系數(shù)D受溫度T、粘度及粒子大小r影響，粒子愈大擴散系數(shù)愈小。第44頁擴散系數(shù)應(yīng)用用試驗測得粒子擴散系數(shù)D便可求出其膠團質(zhì)量M第45頁（二） 擴散系數(shù)測定測定擴散系數(shù)試驗方法通常有以下兩種2、多孔塞法 該法是將兩種液體用一塊孔徑為515m燒結(jié)玻璃板分隔開，濃度較大者放在上面并保持?jǐn)噭驙顟B(tài)。燒結(jié)玻璃板孔中液體基本上是不流動，也不受外部液體干擾，所以溶質(zhì)經(jīng)過燒結(jié)玻璃板遷移全靠擴散過程。在一定時間內(nèi)經(jīng)過該邊界層(燒結(jié)板)擴散量，可用任何分析方法確定。 1、自由界面法 為了研究粒子自由擴散，必須首先在適當(dāng)擴散池中在溶液與溶劑之間(或在兩種不一樣濃度溶液之

22、間)形成一個顯著界面。第46頁溶膠滲透壓 因為膠粒不能透過半透膜，而介質(zhì)分子或外加電解質(zhì)離子能夠透過半透膜，所以有從化學(xué)勢高一方向化學(xué)勢低一方自發(fā)滲透趨勢。 溶膠滲透壓能夠借用稀溶液滲透壓公式計算： 因為憎液溶膠不穩(wěn)定，濃度不能太大，所以測出滲透壓及其它依數(shù)性質(zhì)都很小。 不過親液溶膠或膠體電解質(zhì)溶液，能夠配制高濃度溶液，用滲透壓法能夠求它們摩爾質(zhì)量。第47頁三、沉降和沉降平衡 溶膠是高度分散系統(tǒng)，膠粒一方面受到重力吸引而下降，其次由于Brown運動促使?jié)舛融呌诰弧?當(dāng)這兩種效應(yīng)相反力相等時，粒子分布到達平衡，粒子濃度隨高度不一樣有一定梯度，如圖所表示。 這種平衡稱為沉降平衡。第48頁以恒定速

23、度沉降時經(jīng)過沉降速度測定，能夠求得粒子大小 沉降時粒子所受阻力為 為摩擦系數(shù)對于球形粒子 第49頁2.2 溶膠光學(xué)性質(zhì)Tyndall 效應(yīng)和 Rayleigh 公式 超顯微鏡基本原理和粒子大小測定第50頁一、Tyndall效應(yīng)和Rayleigh公式 Tyndall效應(yīng)已成為判別溶膠與分子溶液最簡便方法。 1869年Tyndall發(fā)覺，若令一束會聚光經(jīng)過溶膠，從側(cè)面能夠看到一個發(fā)光圓錐體，這就是Tyndall效應(yīng)。 其它分散體系也會產(chǎn)生一點散射光，但遠不如溶膠顯著。 Tyndall效應(yīng)另一特點是，不一樣方向觀察到 光柱有不一樣顏色第51頁Tyndall效應(yīng)光源光源Fe(OH)3溶膠第52頁光散射

24、現(xiàn)象 當(dāng)光束經(jīng)過分散系統(tǒng)時，一部分自由地經(jīng)過，一部分被吸收、反射或散射。可見光波長約在400700 nm之間。 （1）當(dāng)光束經(jīng)過粗分散系統(tǒng)，因為粒子大于入射光波長，主要發(fā)生反射，使系統(tǒng)展現(xiàn)混濁。 （2）當(dāng)光束經(jīng)過膠體溶液，因為膠粒直徑小于可見光波長，主要發(fā)生散射，能夠看見乳白色光柱。 （3）當(dāng)光束經(jīng)過分子溶液，因為溶液十分均勻，散射光因相互干涉而完全抵消，看不見散射光。溶液透明第53頁光散射本質(zhì) 光是一個電磁波，照射溶膠時，分子中電子分布發(fā)生位移而產(chǎn)生偶極子，這種偶極子向各個方向發(fā)射與入射光頻率相同光，這就是散射光。 分子溶液十分均勻，這種散射光因相互干涉而完全抵消，看不到散射光。 溶膠是多相

25、不均勻系統(tǒng)，在膠粒和介質(zhì)分子上產(chǎn)生散射光不能完全抵消，因而能觀察到散射現(xiàn)象。 假如溶膠對可見光中某一波長光有較強選擇性吸收，則透過光中該波長段將變?nèi)酰@時透射光將呈該波長光補色光。 第54頁Rayleigh公式 Rayleigh研究了大量光散射現(xiàn)象，對于粒子半徑在47 nm以下溶膠，導(dǎo)出了散射光總能量計算公式，稱為Rayleigh公式：式中：A 入射光振幅， 單位體積中粒子數(shù) 入射光波長， 每個粒子體積 分散相折射率， 分散介質(zhì)折射率第55頁Rayleigh公式 從Rayleigh公式可得出以下結(jié)論：1、 散射光總能量與入射光波長四次方成反比。入 射光波長愈短，散射愈顯著。所以可見光中，藍、

26、紫色光散射作用強。2、分散相與分散介質(zhì)折射率相差愈顯著，則散射 作用亦愈顯著。3、散射光強度與單位體積中粒子數(shù)成正比。第56頁乳光計原理 當(dāng)分散相和分散介質(zhì)等條件都相同時，Rayleigh公式可改寫成：當(dāng)入射光波長不變， 若有兩個濃度相同溶膠設(shè)粒子為球形，代入上式可得：第57頁乳光計原理 若膠體粒子大小相同，而濃度不一樣 假如已知一個溶液散射光強度和粒子半徑(或濃度)，測定未知溶液散射光強度，就能夠知道其粒徑(或濃度)，這就是乳光計。 乳光計原理與比色計相同，所不一樣者在于乳光計中光源是從側(cè)面照射溶膠，所以觀察到是散射光強度。 第58頁濁度計原理濁度物理意義：濁度計用處： 當(dāng)光源、波長、粒子大

27、小相同時，溶膠濃度不一樣，其透射光強度亦不一樣，由濁度計算濃度。 濁度定義為： 透射光強度 入射光強度 樣品池長度 濁度當(dāng)?shù)?9頁二、超顯微鏡基本原理和粒子大小測定 普通顯微鏡分辨率不高，只能分辨出半徑在200 nm以上粒子，所以看不到膠體粒子。 超顯微鏡分辨率高，能夠研究半徑為5150 nm粒子。 超顯微鏡觀察不是膠粒本身，而是觀察膠粒發(fā)出散射光。是用普通顯微鏡來觀察Tyndall效應(yīng)。 超顯微鏡是當(dāng)前研究憎液溶膠非常有用伎倆之一第60頁狹縫式超顯微鏡超顯微鏡類型 1. 狹縫式 照射光從碳弧光源射出，經(jīng)可調(diào)狹縫由透鏡會聚，從側(cè)面射到盛膠體溶液樣品池中 超顯微鏡目鏡看到是膠粒散射光。顯微鏡可調(diào)

28、狹縫碳弧電源膠體假如溶液中沒有膠粒，視野將是一片黑暗。第61頁配有心形聚光器顯微鏡超顯微鏡類型 2. 有心形聚光器 目鏡在黑暗背景上看到是膠粒發(fā)出散射光膠體心形聚光器 這種超顯微鏡有一個心形腔，上部視野涂黑，強烈照射光通入心形腔后不能直接射入目鏡，而是在腔壁上幾經(jīng)反射，改變方向，最終從側(cè)面會聚在試樣上顯微鏡第62頁 從超顯微鏡能夠取得哪些有用信息？（1） 能夠測定球狀膠粒平均半徑。（2） 間接推測膠粒形狀和不對稱性。比如，球狀 粒子不閃光，不對稱粒子在向光面改變時有 閃光現(xiàn)象。（3） 判斷粒子分散均勻程度。粒子大小不一樣，散 射光強度也不一樣。（4） 觀察膠粒Brown運動 、電泳、沉降和凝聚

29、等 現(xiàn)象。第63頁2.3 溶膠電學(xué)性質(zhì) 電動現(xiàn)象電滲沉降電勢和流動電勢 電泳第64頁電動現(xiàn)象 （1）吸附 膠粒在形成過程中，膠核優(yōu)先吸附某種離子，使膠粒帶電。 比如：在AgI溶膠制備過程中，假如AgNO3過量，則膠核優(yōu)先吸附Ag+離子，使膠粒帶正電；假如KI過量，則優(yōu)先吸附I -離子，膠粒帶負(fù)電。在固體表面帶電離子稱為定位離子 固體表面上產(chǎn)生定位離子原因以下：第65頁電動現(xiàn)象 固體表面上產(chǎn)生定位離子原因以下： （2）電離 對于可能發(fā)生電離大分子溶膠而言，則膠粒帶電主要是其本身發(fā)生電離引發(fā) 比如蛋白質(zhì)分子，當(dāng)它羧基或胺基在水中解離時，整個大分子就帶負(fù)電或正電荷。當(dāng)介質(zhì)pH較低時，蛋白質(zhì)分子帶正電

30、，pH較高時，則帶負(fù)電荷 當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)分子所帶凈電荷為零時，這時介質(zhì)pH稱為蛋白質(zhì)等電點。在等電點時蛋白質(zhì)分子移動已不受電場影響，它不穩(wěn)定且易發(fā)生凝聚。 第66頁電動現(xiàn)象 固體表面上產(chǎn)生定位離子原因以下： （3）同晶置換 黏土礦物中如高嶺土，主要由鋁氧四面體和硅氧四面體組成，而與周圍4個氧電荷不平衡，要由等正離子來平衡電荷。 這些正離子在介質(zhì)中會電離并擴散，所以使黏土微粒帶負(fù)電。假如被同晶置換，則黏土微粒帶負(fù)電更多。第67頁電動現(xiàn)象 固體表面上產(chǎn)生定位離子原因以下： （4）溶解量不均衡 離子型固體物質(zhì)如AgI，在水中會有微量溶解，所以水中會有少許銀離子和碘離子。 比如：將AgI制備溶膠時，因為Ag

31、+ 較小，活動能力強，擴散快，比I - 輕易脫離晶格而進入溶液，使AgI 膠粒帶負(fù)電。電泳、電滲，流動電勢和沉降電勢均屬于電動現(xiàn)象 第68頁電泳（electrophoresis） 影響電泳原因有：帶電粒子大小、形狀；粒子表面電荷數(shù)目；介質(zhì)中電解質(zhì)種類、離子強度，pH值和黏度；電泳溫度和外加電壓等。 帶電膠?；虼蠓肿釉谕饧与妶鲎饔孟孪驇喾措姾呻姌O作定向移動現(xiàn)象稱為電泳。 從電泳現(xiàn)象能夠取得膠?；虼蠓肿咏Y(jié)構(gòu)、大小和形狀等相關(guān)信息。 測定電泳儀器和方法很多，主要有三類，即顯微電泳、界面移動電泳和區(qū)域電泳。 第69頁界面移動電泳儀 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。 試驗開始時

32、，打開底部活塞，使溶膠進入U型管，當(dāng)液面略高于左、右兩活塞時即關(guān)上，并把多出溶膠吸走。在管中加入分散介質(zhì)，使兩臂液面等高。第70頁界面移動電泳儀 小心打開活塞 ，接通電源，觀察液面改變。若是無色溶膠，必須用紫外吸收等光學(xué)方法讀出液面改變。 依據(jù)通電時間和液面升高或下降刻度計算電泳速度。 另外要選擇適當(dāng)介質(zhì)，使電泳過程中保持液面清楚。 第71頁顯微電泳儀 該方法簡單、快速，膠體用量少，能夠在膠粒所處環(huán)境中測定電泳速度和電動電位。但只能測定顯微鏡可分辨膠粒，普通在200 nm以上。 裝置中用鉑黑電極，觀察管用玻璃毛細(xì)管。電泳池是封閉，電泳和電滲同時進行 物鏡觀察位置選在靜止層處（即電滲流動與反流動

33、剛好相消），這時觀察到膠粒運動速度能夠代表真正電泳速度。第72頁顯微電泳儀第73頁 區(qū)帶電泳試驗簡便、易行，樣品用量少，分離效率高，是分析和分離蛋白質(zhì)基本方法。 慣用區(qū)帶電泳有：紙上電泳，圓盤電泳和板上電泳等。區(qū)帶電泳 將惰性固體或凝膠作為支持物，兩端接正、負(fù)電極，在其上面進行電泳，從而將電泳速度不一樣各組成份離。 第74頁 a.紙上電泳 區(qū)帶電泳用濾紙作為支持物電泳稱為紙上電泳。 先將一厚濾紙條用一定pH緩沖溶液浸濕，在濾紙中央滴少許待測溶液，兩端浸在含緩沖溶液和電極容器中 通電后，各組分因電泳速度不一樣以譜帶形式分開。將紙條干燥后浸入染料溶液中著色，再進行分析。第75頁 a.紙上電泳 區(qū)帶

34、電泳 在生物化學(xué)中慣用電泳法分離和區(qū)分各種氨基酸和蛋白質(zhì)。 在醫(yī)學(xué)中利用血清在紙上電泳，在紙上可得到不一樣蛋白質(zhì)前進次序，反應(yīng)了其運動速度，以及從譜帶寬度反應(yīng)其中不一樣蛋白質(zhì)含量差異 第76頁 a.紙上電泳 區(qū)帶電泳健康人和肝硬變患者血清蛋白電泳圖 健康人肝硬變患者第77頁 a.紙上電泳 區(qū)帶電泳 人體血清（左）和血漿（右）電泳圖 第78頁 b. 凝膠電泳 用淀粉凝膠、瓊膠或聚丙烯酰胺等凝膠作為載體，則稱為凝膠電泳。 將凝膠裝在玻管中，電泳后各組分在管中形成圓盤狀，稱為圓盤電泳 凝膠電泳分辨率極高。比如，紙上電泳只能將血清分成五個組分，而用聚丙烯酰胺凝膠作圓盤電泳可將血清分成25個組分。區(qū)帶電

35、泳第79頁區(qū)帶電泳假如將凝膠鋪在玻板上進行電泳稱為平板電泳 C.板上電泳 自20世紀(jì)80年代以來發(fā)展起來毛細(xì)管電泳則是最快分析化學(xué)研究領(lǐng)域之一。 第80頁 在外加電場作用下，帶電介質(zhì)經(jīng)過多孔性物質(zhì)或半徑為110 nm毛細(xì)管作定向移動，這種現(xiàn)象稱為電滲。 外加電解質(zhì)對電滲速度影響顯著，伴隨電解質(zhì)濃度增加，電滲速度降低，甚至?xí)淖冸姖B方向。 電滲方法有許多實際應(yīng)用，如溶膠凈化、海水淡化、泥炭和染料干燥等。電滲（electro-osmosis)第81頁 在U型管1,2中盛電解質(zhì)溶液，將電極5,6接通直流電后，可從有刻度毛細(xì)管 4中，準(zhǔn)確地讀出液面改變。 圖中，3為多孔膜，能夠用濾紙、玻璃或棉花等組成

36、；也能夠用氧化鋁、碳酸鋇、AgI等物質(zhì)組成。 假如多孔膜吸附陰離子，則介質(zhì)帶正電，通電時向陰極移動；反之，多孔膜吸附陽離子，帶負(fù)電介質(zhì)向陽極移動。第82頁沉降電勢和流動電勢 在重力場作用下，帶電分散相粒子，在分散介質(zhì)中快速沉降時，使底層與表面層粒子濃度懸殊，從而產(chǎn)生電勢差，這就是沉降電勢。 貯油罐中油內(nèi)常會有水滴，水滴沉降會形成很高電勢差，有時會引發(fā)事故。通常在油中加入有機電解質(zhì)，增加介質(zhì)電導(dǎo)，降低沉降電勢。 第83頁 含有離子液體在加壓或重力等外力作用下，流經(jīng)多孔膜或毛細(xì)管時會產(chǎn)生電勢差。沉降電勢和流動電勢 這種因液體流動而產(chǎn)生電勢稱為流動電勢。第84頁沉降電勢和流動電勢 因為管壁會吸附某種

37、離子，使固體表面帶電，電荷從固體到液體有個分布梯度。 在用泵輸送原油或易燃化工原料時，要使管道接地或加入油溶性電解質(zhì)，增加介質(zhì)電導(dǎo)，預(yù)防流動電勢可能引發(fā)事故。 當(dāng)外力迫使擴散層移動時，流動層與固體表面之間會產(chǎn)生電勢差，當(dāng)流速很快時，有時會產(chǎn)生電火花。 第85頁 在四種電動現(xiàn)象中，以電泳和電滲最為主要。經(jīng)過電動現(xiàn)象研究，能夠深入了解膠體粒子結(jié)構(gòu)以及外加電解質(zhì)對溶膠穩(wěn)定性影響。 還有電泳涂漆、高嶺土精煉、天然石油乳狀液中油水分離以及不一樣蛋白質(zhì)分離等。當(dāng)前工業(yè)上靜電除塵，實際上就是煙塵氣溶膠電泳現(xiàn)象。 電泳應(yīng)用：使橡膠乳狀液汁凝結(jié)而使其濃縮，能夠使橡膠電鍍在金屬、布匹或木材上，這么鍍出橡膠輕易硫化

38、，能夠得到拉力很強產(chǎn)品。 第86頁 當(dāng)固體與液體接觸時，能夠是固體從溶液中選擇性吸附某種離子，也能夠是固體分子本身發(fā)生電離作用而使離子進入溶液，以致使固液兩相分別帶有不一樣符號電荷，在界面上形成了雙電層結(jié)構(gòu)。 早在1879年，Helmholz提出了平板型模型；雙電層理論和 電勢 19Gouy和19Chapman修正了平板型模型，提出了擴散雙電層模型；以后Stern又提出了Stern模型。第87頁平板型模型 Helmholtz認(rèn)為固體表面電荷與溶液中反號離子組成平行兩層，如同一個平板電容器。整個雙電層厚度為 固體與液體總電位差即等于熱力學(xué)電勢0 ，在雙電層內(nèi)，熱力學(xué)電勢呈直線下降。 在電場作用下

39、，帶電質(zhì)點和反離子分別向相反方向運動。 這模型過于簡單，因為離子熱運動，不可能形成平板電容器+Helmholtz雙電層模型-第88頁擴散雙電層模型 Gouy和Chapman認(rèn)為，因為正、負(fù)離子靜電吸引和熱運動兩種效應(yīng)結(jié)果，溶液中反離子只有一部分緊密地排在固體表面附近，相距約一、二個離子厚度稱為緊密層； 另一部分離子按一定濃度梯度擴散到本體溶液中，離子分布可用Boltzmann公式表示，稱為擴散層。雙電層由緊密層和擴散層組成。移動切動面為AB面第89頁擴散雙電層模型x+擴散層AB緊密層第90頁Stern模型 Stern對擴散雙電層模型作深入修正。 他認(rèn)為吸附在固體表面緊密層約有一、二個分子層厚度

40、，后被稱為Stern層； 由反號離子電性中心組成平面稱為Stern平面。第91頁 因為離子溶劑化作用，膠粒在移動時，緊密層會結(jié)合一定數(shù)量溶劑分子一起移動，所以滑移切動面由比Stern層略右曲線表示。Stern模型 從固體表面到Stern平面，電位從0直線下降為 。第92頁 電勢 帶電固體或膠粒在移動時，移動切動面與液體本體之間電位差稱為 電勢。 在擴散雙電層模型中，切動面AB與溶液本體之間電位差為 電勢； 在Stern模型中，帶有溶劑化層滑移界面與溶液之間電位差稱為 電勢。 只有在帶電質(zhì)點移動時才顯示出 電勢，所以它又被稱為電動電勢。 電勢總是比熱力學(xué)電勢低，外加電解質(zhì)會使 電勢變小甚至改變符

41、號。第93頁 電勢外加電解質(zhì)對 電勢影響第94頁流動電勢示意圖膠粒表面雙電層結(jié)構(gòu)示意圖 第95頁2.4 溶膠穩(wěn)定和聚沉 溶膠穩(wěn)定性 影響聚沉作用一些原因 膠體穩(wěn)定性DLVO理論大意第96頁溶膠穩(wěn)定性 抗聚結(jié)穩(wěn)定性 膠粒之間有相互吸引能量Va和相互 排斥能量Vr，總作用能 為Va+Vr。如圖所表示：動力學(xué)穩(wěn)定性 因為溶膠粒子小，Brown運動激烈，在重力場中不易沉降，使溶膠含有動力穩(wěn)定性 當(dāng)粒子相距較大時，主要為吸力，總勢能為負(fù)值；當(dāng)靠近到一定距離，雙電層重合，排斥力起主要作用，勢能升高。要使粒子聚結(jié)必須克服這個勢壘。粒子間相互作用與其距離關(guān)系曲線第97頁溶膠穩(wěn)定性粒子間相互作用與其距離關(guān)系曲線

42、Va+Vr第98頁溶膠穩(wěn)定性 膠粒表面因吸附某種離子而帶電，而且此種離子及反離子都是溶劑化，這么，在膠粒周圍就形成了一個溶劑化膜（水化膜） 溶劑化層影響 水化膜中水分子是比較定向排列，當(dāng)膠粒彼此靠近時，水化膜就被擠壓變形，而引發(fā)定向排列引力又力圖恢復(fù)原來定向排列，這么就使水化膜表現(xiàn)出彈性，成為膠粒彼此靠近時機械阻力 水化膜中水有較高黏度，這也成為膠粒相互靠近時機械障礙 第99頁影響溶膠聚沉一些原因1、 電解質(zhì)對于溶膠聚沉作用影響聚沉值 使一定量溶膠在一定時間內(nèi)完全聚沉 所需電解質(zhì)最小濃度。從已知表值 可見，對同一溶膠，外加電解質(zhì)反號 離子價數(shù)越低，其聚沉值越大。聚沉能力是聚沉值倒數(shù)。聚沉值越大

43、電解質(zhì)其聚沉能力越?。环粗鄢林翟叫‰娊赓|(zhì)，其聚沉能力越強。第100頁影響溶膠聚沉一些原因電解質(zhì)影響有以下一些規(guī)律：（1）聚沉能力主要決定于與膠粒帶相反電荷離子價數(shù) 異電性離子為一、二、三價電解質(zhì)，其聚沉值百分比約為：相當(dāng)于這表示聚沉值與異電性離子價數(shù)六次方成反比 這一結(jié)論稱為Schulze-Hardy規(guī)則 第101頁影響溶膠聚沉一些原因（2）價數(shù)相同離子聚沉能力也有所不一樣。比如不一樣堿金屬一價陽離子所生成硝酸鹽對負(fù)電性膠粒聚沉能力能夠排成以下次序： 不一樣一價陰離子所形成鉀鹽，對帶正電溶膠聚沉能力則有以下次序： 同價離子聚沉能力這一次序稱為感膠離子序。它與水合離子半徑從小到大次序大致相同

44、。 第102頁影響聚沉作用一些原因（3） 有機化合物離子都有很強聚沉能力，這可能與其含有強吸附能力相關(guān)。（4）電解質(zhì)聚沉作用是正負(fù)離子作用總和 通常相同電性離子價數(shù)愈高，則該電解質(zhì)聚沉能力愈低，這可能與這些相同電性離子吸附作用相關(guān) 第103頁影響溶膠聚沉一些原因（5）不規(guī)則聚沉 在溶膠中加入少許電解質(zhì)能夠使溶膠聚沉，電解質(zhì)濃度稍高，沉淀又重新分散而成溶膠，并使膠粒所帶電荷改變符號。 假如電解質(zhì)濃度再升高，能夠使新形成溶膠再次沉淀。 不規(guī)則聚沉是膠體粒子對高價異號離子強烈吸附結(jié)果。第104頁影響溶膠聚沉一些原因2. 膠粒之間相互作用 將膠粒帶相反電荷溶膠相互混合，也會發(fā)生聚沉。 與加入電解質(zhì)情況

45、不一樣是，當(dāng)兩種溶膠用量恰能使其所帶電荷量相等時，才會完全聚沉，不然會不完全聚沉，甚至不聚沉。 產(chǎn)生相互聚沉現(xiàn)象原因是：能夠把溶膠粒子看成是一個巨大離子，所以溶膠混合類似于加入電解質(zhì)一個特殊情況。 第105頁影響溶膠聚沉一些原因2. 膠粒之間相互作用 在憎液溶膠中加入一些大分子溶液，加入量不一樣，會出現(xiàn)兩種情況： 當(dāng)加入大分子溶液量足夠多時，會保護溶膠不聚沉，慣用金值來表示大分子溶液對金溶膠保護能力。 齊格蒙第提出金值含義：金值越小，表明高分子保護劑能力越強。 為了保護10 cm3 0.006%金溶膠，在加入1 cm310% NaCl溶液后不致聚沉，所需高分子最少質(zhì)量稱為金值，普通用mg表示。

46、第106頁影響溶膠聚沉一些原因2. 膠粒之間相互作用 在加入少許大分子溶液時，會促使溶膠聚沉，這種現(xiàn)象稱為敏化作用； 當(dāng)加入大分子物質(zhì)量不足時，憎液溶膠膠粒粘附在大分子上，大分子起了一個橋梁作用，把膠粒聯(lián)絡(luò)在一起，使之更輕易聚沉。 比如，對SiO2進行重量分析時，在SiO2溶膠中加入少許明膠，使SiO2 膠粒粘附在明膠上，便于聚沉后過濾，降低損失，使分析更準(zhǔn)確。第107頁不一樣膠體相互作用第108頁膠體穩(wěn)定性DLVO理論大意 在20世紀(jì)四十年代，前蘇聯(lián)學(xué)者Deijaguin和Landau與荷蘭學(xué)者Verwey和Overbeek分別提出了關(guān)于各種形狀粒子之間在不一樣情況下相互吸引能與雙電層排斥能

47、計算方法。他們處理問題方法與結(jié)論有大致共同之處，所以以他們姓名第一個字母簡稱為DLVO理論。 DLVO理論給出了計算膠體質(zhì)點間排斥能及吸引能方法，并據(jù)此對憎液膠體穩(wěn)定性進行了定量處理，得出了聚沉值與反號離子電價之間關(guān)系式，從理論上說明了Schulze-Hardy 規(guī)則 第109頁 理論膠體化學(xué)之 表面化學(xué)第110頁第三章 表面化學(xué)3.1 表面張力及表面Gibbs自由能3.2 彎曲表面下附加壓力和蒸氣壓3.3 溶液表面吸附3.4 液-液界面性質(zhì)3.5 膜3.6 液-固界面潤濕作用3.7 表面活性劑及其作用3.8 固體表面吸附3.9 氣-固相表面催化反應(yīng)第111頁表面和界面 (surface an

48、d interface) 界面是指兩相接觸約幾個分子厚度過渡區(qū)，若其中一相為氣體，這種界面通常稱為表面。 常見界面有：氣-液界面，氣-固界面，液-液界面，液-固界面，固-固界面。 嚴(yán)格講表面應(yīng)是液體和固體與其飽和蒸氣之間界面，但習(xí)慣上把液體或固體與空氣界面稱為液體或固體表面。第112頁1.氣-液界面空氣氣-液界面第113頁2.氣-固界面氣-固界面第114頁3.液-液界面液-液界面第115頁玻璃板液-固界面4.液-固界面第116頁5.固-固界面鐵管Cr鍍層固-固界面第117頁界面現(xiàn)象本質(zhì) 對于單組分系統(tǒng)，這種特征主要來自于同一物質(zhì)在不一樣相中密度不一樣；對于多組分系統(tǒng)，則特征來自于界面層組成與任

49、一相組成均不相同。 表面層分子與內(nèi)部分子相比所處環(huán)境不一樣 體相內(nèi)部分子所受四面鄰近相同分子作用力是對稱，各個方向力彼此抵銷； 但是處在界面層分子，一方面受到體相內(nèi)相同物質(zhì)分子作用，其次受到性質(zhì)不一樣另一相中物質(zhì)分子作用，其作用力未必能相互抵銷，所以，界面層會顯示出一些獨特性質(zhì)。第118頁 最簡單例子是液體及其蒸氣組成表面。 液體內(nèi)部分子所受力能夠彼此抵銷，但表面分子受到體相分子拉力大，受到氣相分子拉力小（因為氣相密度低），所以表面分子受到被拉入體相作用力。 這種作用力使表面有自動收縮到最小趨勢，并使表面層顯示出一些獨特征質(zhì)，如表面張力、表面吸附、毛細(xì)現(xiàn)象、過飽和狀態(tài)等。第119頁界面現(xiàn)象本質(zhì)

50、第120頁比表面（specific surface area） 比表面通慣用來表示物質(zhì)分散程度，有兩種慣用表示方法：一個是單位質(zhì)量固體所含有表面積；另一個是單位體積固體所含有表面積。即：式中，m 和 V 分別為固體質(zhì)量和體積，As為其表面積。當(dāng)前慣用測定表面積方法有BET法和色譜法。第121頁分散度與比表面 把物質(zhì)分散成細(xì)小微粒程度稱為分散度。把一定大小物質(zhì)分割得越小，則分散度越高，比表面也越大。 比如，把邊長為1 cm立方體1 cm3 ，逐步分割成小立方體時，比表面將以幾何級數(shù)增加。 分散程度越高，比表面越大，表面能也越高 可見到達nm級超細(xì)微粒，含有巨大比表面積，因而含有許多獨特表面效應(yīng)，

51、成為新材料和多相催化方面研究熱點。第122頁3.1 表面張力及表面Gibbs自由能表面張力*表面熱力學(xué)基本公式*界面張力與溫度關(guān)系溶液表面張力與溶液濃度關(guān)系第123頁表面張力（surface tension） 因為表面層分子受力不均衡，液滴趨向于呈球形，水銀珠和荷葉上水珠也收縮為球形。 液體表面最基本特征是趨向于收縮 將一含有一個活動邊框金屬線框架放在肥皂液中，然后取出懸掛，活動邊在下面。 因為金屬框上肥皂膜表面張力作用，可滑動邊會被向上拉，直至頂部。 從液膜自動收縮試驗，能夠更加好地認(rèn)識這一現(xiàn)象 第124頁第125頁 假如在活動邊框上掛一重物，使重物質(zhì)量W2與邊框質(zhì)量W1所產(chǎn)生重力F與總表面

52、張力大小相等方向相反，則金屬絲不再滑動。 這時 l 是滑動邊長度，因膜有兩個面，所以邊界總長度為2l， 就是作用于單位邊界上表面張力。第126頁表面張力 在兩相(尤其是氣-液)界面上，處處存在著一個張力，這種力垂直與表面邊界，指向液體方向并與表面相切。 把作用于單位邊界限上這種力稱為表面張力，用 g 或 表示。表面張力單位是：第127頁溶液表面張力與溶液濃度關(guān)系非表面活性物質(zhì) 水表面張力因加入溶質(zhì)形成溶液而改變。 能使水表面張力顯著升高溶質(zhì)稱為非表面活性物質(zhì)。如無機鹽和不揮發(fā)酸、堿等。 這些物質(zhì)離子有較強水合作用，趨向于把水分子拖入水中，非表面活性物質(zhì)在表面濃度低于在本體濃度。 假如要增加單位

53、表面積，所作功中還必須包含克服靜電引力所消耗功，所以表面張力升高。第128頁溶液表面張力與溶液濃度關(guān)系表面活性物質(zhì) 加入后能使水表面張力顯著降低溶質(zhì)稱為表面活性物質(zhì)。 這種物質(zhì)通常含有親水極性基團和憎水非極性碳鏈或碳環(huán)有機化合物。親水基團進入水中，憎水基團企圖離開水而指向空氣，在界面定向排列。 表面活性物質(zhì)表面濃度大于本體濃度，增加單位面積所需功較純水小。非極性成份愈大，表面活性也愈大。第129頁Traube 規(guī)則 Traube研究發(fā)覺，同一個溶質(zhì)在低濃度時表面張力降低與濃度成正比 表面活性物質(zhì)濃度對溶液表面張力影響，能夠從 曲線中直接看出。 不一樣酸在相同濃度時，每增加一個CH2基，其表面張

54、力降低效應(yīng)平均可增加約3.2倍 第130頁稀溶液 曲線三種類型 曲線 非離子型有機物曲線 非表面活性物質(zhì) 曲線 表面活性劑物質(zhì) 第131頁3.2 彎曲表面上附加壓力和蒸氣壓 彎曲表面上附加壓力 Young-Laplace 公式彎曲表面上蒸氣壓Kelvin 公式第132頁 彎曲表面上附加壓力1.在平面上 對一小面積AB，沿AB四面每點兩邊都存在表面張力，大小相等，方向相反，所以沒有附加壓力 設(shè)向下大氣壓力為po，向上反作用力也為po ，附加壓力ps等于零。第133頁 彎曲表面上附加壓力2. 在凸面上 因為液面是彎曲，則沿AB周界上表面張力不是水平，作用于邊界力將有一指向液體內(nèi)部協(xié)力 全部點產(chǎn)生協(xié)

55、力和為 ps ，稱為附加壓力凸面上受總壓力為：第134頁 彎曲表面上附加壓力3. 在凹面上 因為液面是凹面，沿AB周界上表面張力不能抵消，作用于邊界力有一指向凹面中心協(xié)力 全部點產(chǎn)生協(xié)力和為 ps ，稱為附加壓力凹面上受總壓力為：第135頁 彎曲表面上附加壓力 因為表面張力作用，在彎曲表面下液體與平面不一樣，它受到一個附加壓力，附加壓力方向都指向曲面圓心。 凹面上受總壓力小于平面上壓力凸面上受總壓力大于平面上壓力附加壓力大小與曲率半徑相關(guān) 比如，在毛細(xì)管內(nèi)充滿液體，管端有半徑為R 球狀液滴與之平衡。 外壓為 p0 ，附加壓力為 ps ，液滴所受總壓為：第136頁 1、假如液滴含有不規(guī)則形狀，則

56、在表面上不一樣部位曲面彎曲方向及其曲率不一樣，所具附加壓力方向和大小也不一樣，這種不平衡力，必將迫使液滴展現(xiàn)球形 自由液滴或氣泡通常為何都呈球形 ？ 2、相同體積物質(zhì)，球形表面積最小，則表面總Gibbs自由能最低，所以變成球狀就最穩(wěn)定 第137頁毛細(xì)管現(xiàn)象 因為附加壓力而引發(fā)液面與管外液面有高度差現(xiàn)象稱為毛細(xì)管現(xiàn)象 把毛細(xì)管插入水中，管中水柱表面會呈凹形曲面，致使水柱上升到一定高度。當(dāng)插入汞中時，管內(nèi)汞面呈凸形，管內(nèi)汞面下降。 第138頁毛細(xì)管現(xiàn)象 毛細(xì)管內(nèi)液柱上升（或下降）高度可近似用以下方法計算 當(dāng) 第139頁3.3 溶液表面吸附溶液表面吸附Gibbs 吸附公式*Gibbs 吸附等溫式推導(dǎo)

57、第140頁Gibbs 吸附公式它物理意義是：在單位面積表面層中，所含溶質(zhì)物質(zhì)量與含有相同數(shù)量溶劑本體溶液中所含溶質(zhì)物質(zhì)量之差值。即： 式中G2是溶劑超量為零時溶質(zhì)2在表面超額。a2是溶質(zhì)2活度，dg/da2是在等溫下，表面張力g 隨溶質(zhì)活度改變率。第141頁溶液表面吸附Gibbs吸附公式溶液貌似均勻，實際上表面相濃度與本體不一樣 把物質(zhì)在表面上富集現(xiàn)象稱為表面吸附 表面濃度與本體濃度差異，稱為表面過剩，或表面超量 溶液降低表面自由能方法除了盡可能地縮小表面積外，還可調(diào)整不一樣組分在表面層中數(shù)量 若加入溶質(zhì)能降低表面張力，則溶質(zhì)力圖濃集在表面層上；當(dāng)溶質(zhì)使表面張力升高時，則它在表面層中濃度比在內(nèi)

58、部濃度來得低。 第142頁Gibbs吸附公式 Gibbs用熱力學(xué)方法求得定溫下溶液濃度、表面張力和吸附量之間定量關(guān)系式 1.dg/dc20，增加溶質(zhì)2濃度使表面張力升高，G2為負(fù)值，是負(fù)吸附。表面層中溶質(zhì)濃度低于本體濃度。非表面活性物質(zhì)屬于這種情況。第143頁3.4 液-液界面性質(zhì)液-液界面鋪展單分子表面膜不溶性表面膜表面壓* 曲線與表面不溶膜結(jié)構(gòu)類型不溶性表面膜一些應(yīng)用第144頁3.4 液-液界面性質(zhì) 一個液體能否在另一個不互溶液體上鋪展，取決于兩種液體本身表面張力和兩種液體之間界面張力。 普通說，鋪展后，表面自由能下降，則這種鋪展是自發(fā)。 大多數(shù)表面自由能較低有機物能夠在表面自由能較高水面

59、上鋪展。液-液界面鋪展第145頁 設(shè)液體1，2和氣體間界面張力分別為g1,g, g2,g和g1,2 在三相接界點處，g1,g和g1,2企圖維持液體1不鋪展而g2,g作用是使液體鋪展 假如g2,g(g1,g+g1,2)，則液體1能在液體2上鋪展 反之，則液體1不能在液體2上鋪展第146頁單分子表面膜不溶性表面膜 兩親分子含有表面活性，溶解在水中兩親分子能夠在界面上自動相對集中而形成定向吸附層（親水一端在水層）并降低水表面張力 1765年Franklin就曾用油滴鋪展到水面上，得到厚度約為2.5 nm很薄油層第147頁單分子表面膜不溶性表面膜 又有些人發(fā)覺一些難溶物質(zhì)鋪展在液體表面上所形成膜，確實

60、是只有一個分子厚度，所以這種膜就被稱為單分子層表面膜。 制備時要選擇適當(dāng)溶劑，如對成膜材料有足夠溶解能力，在底液上又有很好鋪展能力，其比主要低于底液，且易于揮發(fā)等。 成膜材料普通是： （1）兩親分子，帶有比較大疏水基團 （2）天然和合成高分子化合物第148頁不溶性表面膜一些應(yīng)用（1）降低水蒸發(fā)速度 （2）測定蛋白質(zhì)分子摩爾質(zhì)量 c 是單位表面上蛋白質(zhì)質(zhì)量 （3）使化學(xué)反應(yīng)平衡位置發(fā)生移動 測定膜電勢能夠推測分子在膜上是怎樣排列 ，能夠了解表面上分布是否均勻等等。 第149頁3.5 膜L-B 膜形成生物膜介紹*自發(fā)單層分散第150頁3.5 膜L-B 膜形成 不溶物單分子膜能夠經(jīng)過簡單方法轉(zhuǎn)移到固