膠體與表面化學-緒論概要課件

1、2022/10/15 膠體與表面化學 緒 論2022/10/11 膠體與表面化學 緒 膠體化學之父2022/10/15 什么是膠體？Thomas Graham, (1805-1869) 糖、無機鹽、尿素等溶液，擴散快，易從羊皮紙滲析出來； 明膠、氫氧化鋁、硅酸等，擴散慢，不能或難以滲析出來。易于成晶體析出；大多成無定型的膠狀物；Graham首先提出這種膠狀物為 “膠體（colloid）”，其溶液叫作 “溶膠” 。 膠體化學之父2022/10/11 什么是膠體？Thomas 2022/10/15 什么是膠體？1905年，俄國化學家維伊曼用了200多種物質做相關實驗，得出如下結論：“任何物質既可制

2、成晶體狀態(tài)，又可制成膠體狀態(tài)，晶體和膠體是一種物質的兩種不同狀態(tài)”。例如：典型的晶體 NaCl 在水中形成真溶液；但在苯或酒精中則可形成溶膠2022/10/11 什么是膠體？1905年，俄國化學家維伊2022/10/15 什么是膠體？結論：所謂 “膠體”，只是物質存在的一種（分散）狀態(tài)，而不是一種特殊類型的物質。維伊曼實驗糾正了Graham把物質分為晶體和膠體兩類的觀點。一個實際上錯誤的概念引出介觀領域一個重要科學分枝。2022/10/11 什么是膠體？結論：一個實際上錯誤的概念2022/10/15 什么是膠體？分散體系把一種或幾種物質以一定的分散度分散在在另一種物質中所構成的系統(tǒng)分散相以顆粒

3、分散狀態(tài)存在的不連續(xù)相稱為分散相。分散相一般是不連續(xù)的分散介質分散其他物質的物質分散介質。分散介質一般都是連續(xù)的2022/10/11 什么是膠體？分散把一種或幾種物質以一定2022/10/15 什么是膠體？土中的鹽類形成真溶液泥沙+渾濁的小土粒（底部）既不下沉、也不溶解的極為微小的土壤顆粒稱為膠體顆粒2022/10/11 什么是膠體？土中的鹽類形成真溶液泥沙+2022/10/15 什么是膠體？顆粒線度大于0.1um，粒子不能通過濾紙，不擴散，在普通顯微鏡下可見顆粒線度1nm- 0.1um，粒子能通過濾紙，擴散極慢，在普通顯微鏡下不可見，在超微顯微鏡下可見顆粒線度小與1nm，粒子能通過濾紙，擴散

4、很快，在超微顯微鏡下看不見。分子或離子分散體系（溶液）膠體分散體系粗分散體系2022/10/11 什么是膠體？顆粒線度大于0.1um，粒2022/10/15 什么是膠體？Wolfgang Ostwald 被忽視尺寸的世界 膠體是一種尺寸在1nm100nm的分散系，他既不是大塊固體又不是分子分散的液體，而是具有兩相的微不均勻體系 膠體的界限多少是有些人為的。 2022/10/11 什么是膠體？Wolfgang Ostw 什么是膠體？（IUPAC）國際純粹化學與應用化學聯(lián)合會膠體分散體系是指一種或幾種物質以一定的分散度分散在另一種物質中形成的體系，分散相質點的某一線度為1-100nm的分散體系。不

5、用質點重量或質點中的原子數(shù)來定義膠體大小的范圍，而采用線度。要求我們重視的是質點尺寸而非化學組成（有機/無機），樣品來源（生物/礦物）或物理狀態(tài)（一相/多相） 什么是膠體？（IUPAC）國際純粹化學與應用化學聯(lián)合會膠 膠體的分類 膠體的分類 膠體的分類分散介質分散相氣液固氣/云霧煙，高空灰塵液泡沫乳狀液墨汁，牙膏固泡沫塑料冰淇淋珍珠、水凝膠紅寶石、合金氣 溶 膠液 溶 膠固 溶 膠 膠體的分類分散介質分散相氣液固氣/云霧煙，高空灰塵液泡沫乳2022/10/15 膠體的分類親液膠體容易與水形成膠體溶液稱為親液膠體。熱力學穩(wěn)定，可逆。按照膠體的穩(wěn)定性憎液膠體本質不溶于介質的物質必須經(jīng)過適當處理后才

6、能分散與某種介質，叫做憎液膠體。熱力學上不穩(wěn)定體系。高分子（大分子）溶液膠體分散體系或溶膠20世紀50年代2022/10/11 膠體的分類親液膠體按照膠體憎液膠體高分2022/10/15 膠體的分類締合膠體2022/10/11 膠體的分類締合膠體 膠體化學和表面化學的相關性表面現(xiàn)象任何表面在通常情況下實際都是界面。在任何兩相界面上都可以發(fā)生復雜的物理現(xiàn)象或化學現(xiàn)象，總稱為表面現(xiàn)象。表面化學是研究表面現(xiàn)象的一門學科，是膠體化學的一個重要分支。表面張力、表面能、表面現(xiàn)象、表面吸附、單分子膜、表面潤濕等 膠體化學和表面化學的相關性表面現(xiàn)象任何表面在通常情況下實際 膠體化學和表面化學的相關性 例如，把

7、邊長為1cm的立方體1cm3逐漸分割成小立方體時，比表面積增長情況列于下表：邊長l/m 立方體數(shù) 比表面aS/（m2/m3）110-2 1 6 102 110-3 103 6 103 110-5 109 6 105 110-7 1015 6 107 110-9 1021 6 109 膠體化學和表面化學的相關性 例如，把邊長為1cm的立 膠體化學和表面化學的相關性巨大的比表面積使膠體體系具有巨大的界面能，使之具有強烈的表面效應和尺寸效應。 熔點變化：納米金顆粒的熔點為330攝氏度，比普通金的要低700度，而納米銀粉的熔點僅為100度左右，和水的沸點差不多了。 顏色變化：如金屬納米材料的顏色會變成

8、了黑色 導電性變化：金屬納米材料會變?yōu)榻^緣體。 膠體化學和表面化學的相關性巨大的比表面積使膠體體系具有巨大 膠體化學和表面化學的相關性膠體的基本特性： 特有的分散程度、多相性、聚結不穩(wěn)定性膠體的高度分散，致使它有很大的相界面從而有很高的界面能。膠體的許多性質都與界面能有密切關系，因此對界面性質的研究構成膠體化學的重要內容之一。研究表（界）面性質的表面化學是膠體化學中極其重要和不可分割的一部分，二者常被聯(lián)系在一起而命名為膠體和表面化學。 膠體化學和表面化學的相關性膠體的基本特性：膠體的高度分散， 我們身邊的膠體與表面化學 我們身邊的膠體與表面化學 我們身邊的膠體與表面化學 我們身邊的膠體與表面化

9、學 我們身邊的膠體與表面化學 我們身邊的膠體與表面化學 我們身邊的膠體與表面化學 我們身邊的膠體與表面化學 我們身邊的膠體與表面化學 我們身邊的膠體與表面化學 我們身邊的膠體與表面化學 我們身邊的膠體與表面化學 我們身邊的膠體與表面化學 我們身邊的膠體與表面化學 我們身邊的膠體與表面化學 我們身邊的膠體與表面化學膠體與界面化學研究涉及領域農(nóng)業(yè) 生物學與醫(yī)學日用品的生產(chǎn)與使用 輕工業(yè)環(huán)境科學 分析化學材料 海洋科學天文與氣象學 油田開發(fā) 我們身邊的膠體與表面化學膠體與界面化學研究涉及領域農(nóng)業(yè) 膠體化學發(fā)展簡史2022/10/15膠體化學是一門古老而又年輕的科學 膠體化學發(fā)展簡史2022/10/1

10、1膠體化學是一門古老而又 膠體化學發(fā)展簡史2022/10/15邢夷始制墨，字從黑土，煤煙所成，土之類也 膠體化學發(fā)展簡史2022/10/11邢夷始制墨，字從黑土， 膠體化學發(fā)展簡史2022/10/15 膠體化學發(fā)展簡史2022/10/11 膠體化學發(fā)展簡史2022/10/15 膠體化學發(fā)展簡史2022/10/11 膠體化學發(fā)展簡史2022/10/15乞巧樓前雨乍晴，彎彎新月伴雙星；鄰家少女都相學，斗取金盆卜他生 膠體化學發(fā)展簡史2022/10/11乞巧樓前雨乍晴，彎彎新 膠體化學發(fā)展簡史2022/10/15 膠體化學發(fā)展簡史2022/10/11 膠體化學發(fā)展簡史2022/10/15濕木裂巖 膠

11、體化學發(fā)展簡史2022/10/11濕木裂巖 膠體化學發(fā)展簡史2022/10/151809年俄國物理學家首次發(fā)現(xiàn)電泳現(xiàn)象。 1829年英國植物學家布朗觀察到花粉的布朗運動1859年英國的法拉第制備的紅色金溶膠，維持了70年 膠體化學發(fā)展簡史2022/10/111809年俄國物理學家 膠體化學發(fā)展簡史2022/10/15量子力學應用于化學，使膠體化學的發(fā)展進入了一個新的歷程瑞士科學家齊格蒙第發(fā)明了超顯微鏡，肯定了溶膠的一個根本問題體系的多相性，從而明確了膠體化學是界面化學?，F(xiàn)代科學儀器的發(fā)展為膠體化學的研究提供了新的手段。例如，近年來各種波譜研究，如核磁共振、電子自旋共振、電子能譜、拉曼光譜等的發(fā)

12、展，對吸附在固體表面上分子狀態(tài)的本質，有了更深入的了解。1902年1930年近年來 膠體化學發(fā)展簡史2022/10/11量子力學應用于化學，使 膠體化學發(fā)展簡史2022/10/15（ 1 ）膠體化學是一門與實際應用密切結合的學科，現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為膠體化學的發(fā)展提供了廣闊的前景?？梢灶A期，工農(nóng)業(yè)進一步發(fā)展中將會更廣泛地運用膠體化學的基本原理和研究方法，特別是石油的開采和煉制，油漆、印染和選礦，甚至土壤改良和人工降雨等，都需要膠體化學。另一方面工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實踐中所提出來的問題，又進一步推動著膠體化學學科理論的發(fā)展。 （ 2 ）現(xiàn)代科學儀器的發(fā)展為膠體化學的研究提供了新的手段。例如，近年來各種波譜研究

13、，如紅外、核磁共振（ NMR ）、電子自旋共振（ ESR ）、電子能譜、拉曼光譜以及穆斯堡爾譜等的發(fā)展，對吸附在固體表面上分子狀態(tài)的本質，有了更深入的了解。又如使用激光光散射、超離心技術研究蛋白質大分子的構型，也取得了驚人的成功。 膠體化學發(fā)展簡史2022/10/11（ 1 ）膠體化學是一 膠體化學發(fā)展簡史2022/10/15（ 3 ）近代化學和近代物理上的成就，進一步促進對膠體化學中某些理論的探討。例如以量子力學及固體物理為基礎研究吸附和催化現(xiàn)象；用統(tǒng)計力學和電子計算機技術研究高分子溶液性質、高分子在固體表面上吸附以及聚沉過程；用示蹤原子驗證某些吸附動力學過程、兩維膜的性質。在這些方面都已取得了良好的結果，開拓了膠體化學研究的新領域。 （ 4 ）近二十多年來，生物物理、生物化學和分子生物學的研究，取得了巨大的成就。眾所周知，它們的發(fā)展是吸取了膠體化學的理論和方法的。同時，這些學科的發(fā)展，為膠體化學提供了更廣闊的研究領域和視野，推動了膠體化學的進一步發(fā)展。 膠體化學發(fā)展簡史2022/10/11（ 3 ）近代化學和近 膠體化學的研究對象研究內容分散體系的形成與穩(wěn)定光學性能、流變性能智能流體、電磁流變體納米材料分散體系潤濕、