膠體與表面化學(xué)

膠體與表面化學(xué)第一頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五章節(jié)結(jié)構(gòu)第五章表面活性劑第四章界面現(xiàn)象和吸附第三章凝膠第二章膠體的制備和性質(zhì)第一章緒論第六章乳狀液第二頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五〖要求〗主要是通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握膠體與表面化學(xué)原理在石油工程中的應(yīng)用，用膠體化學(xué)理論解釋油田開發(fā)中的一些現(xiàn)象，用膠體與表面化學(xué)原理解決油田開發(fā)中所遇到的一些問題?！冀虒W(xué)目的〗本課程為石油工程專業(yè)的必修課，其目的是使學(xué)生掌握膠體與表面化學(xué)的基本原理和基本理論，為其它專業(yè)課的學(xué)習(xí)奠定堅實的理論基礎(chǔ)。第三頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五〖難點〗膠體的電學(xué)性質(zhì)、DLVO理論，表面活性劑的Gibbs吸附方程及應(yīng)用，Langmuir等溫吸附式及應(yīng)用；HLB值的計算與應(yīng)用〖教學(xué)重點〗

膠體的制備方法及原理；膠體的性質(zhì)；膠體穩(wěn)定性；表面現(xiàn)象及應(yīng)用；吸附作用原理及應(yīng)用；表面活性劑的性質(zhì)和分類；表面活性劑在油田中的應(yīng)用。第四頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五第一章緒論東北石油大學(xué)石油工程學(xué)院第五頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五一、基本概念無機化學(xué)有機化學(xué)物理化學(xué)化學(xué)分析化學(xué)第六頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五一、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

對于立方體：S0=6L2/L3=6/L

對于球體：S0=3/R第七頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五一、基本概念膠體化學(xué)：是研究膠體體系的科學(xué)。它是物理化學(xué)的一個重要分支。隨著膠體化學(xué)的發(fā)展，它已經(jīng)成為一門獨立的學(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。第八頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五二、膠體體系1、定義：分散相粒子半徑在1~100nm的分散體系。名稱粒子大小特性粗分散體系大于0.1微米熱力學(xué)不穩(wěn)定，動力學(xué)也不穩(wěn)定，不擴散，不滲析，在顯微鏡下可見膠體10-9m～10-7m熱力學(xué)不穩(wěn)定，但動力學(xué)穩(wěn)定，擴散慢，不滲析，能通過濾紙，在超顯微鏡下可見分子分散體系<10-9m熱力學(xué)穩(wěn)定的均相體系，能透過半透膜，在超顯微鏡下不可見第九頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五2、特點（1）特有的分散程度

粒子的大小在10-9~10-7m之間，因而擴散較慢，不能透過半透膜，滲透壓低但有較強的動力穩(wěn)定性和乳光現(xiàn)象。（2）多相不均勻性

具有納米級的粒子是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

因為粒子小，比表面大，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，即小粒子會自動聚結(jié)成大粒子。第十頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五3、膠體體系

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（超強吸水劑）固固合金、寶石第十一頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五4、分類分散介質(zhì)第十二頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五氣溶膠將氣體作為分散介質(zhì)所形成的溶膠。當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，因為不同的氣體混合后是單相均一體系，不屬于膠體范圍.A.氣-固溶膠如:煙，含塵的空氣

B.氣-液溶膠如:霧，云第十三頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五液溶膠將液體作為分散介質(zhì)所形成的溶膠。當分散相為不同狀態(tài)時，則形成不同的液溶膠：A.液-固溶膠如油漆，AgI溶膠B.液-液溶膠如牛奶，石油原油等乳狀液C.液-氣溶膠如泡沫第十四頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五固溶膠將固體作為分散介質(zhì)所形成的溶膠。當分散相為不同狀態(tài)時，則形成不同的固溶膠：A.固-固溶膠如:有色玻璃，不完全互溶的合金B(yǎng).固-液溶膠如:珍珠，某些寶石C.固-氣溶膠如:泡沫塑料，沸石分子篩第十五頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五5、說明（1）膠體是物質(zhì)存在的一種狀態(tài)，不是一種特殊的物質(zhì)。（2）膠體體系是兩相或多相的不均勻分散體系。（3）高分子溶液在某些方面有類似與膠體的性質(zhì)，但已成為新學(xué)科——高分子物理化學(xué)。第十六頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五三、膠體與石油工程的關(guān)系1、油田的發(fā)現(xiàn)2、鉆井鉆井液完井、固井3、采油：油氣水、多孔介質(zhì)與液相的相互作用。一次采油二次采油三次采油壓裂4、增產(chǎn)增注措施酸化第十七頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五防臘防砂5、油水井的正常維護化學(xué)堵水稠油降粘破乳6、油氣集輸乳化三、膠體與石油工程的關(guān)系第十八頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五四、膠體化學(xué)的發(fā)展史古老而年輕的科學(xué)史

前：陶器漢朝：纖維造紙后漢：墨的發(fā)明、豆腐制作古埃及：木材浸水膨脹來破裂山巖瑞典：化學(xué)家Scheele于1777年木炭吸附氣體實驗俄羅斯：1809年化學(xué)家Рейсс土粒的電泳現(xiàn)象英國：1829年Brown發(fā)現(xiàn)了Brown運動一八六一年以前第十九頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五四、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。溶液水半透膜ThomasGraham實驗ResultsI:一些物質(zhì)，如氯化鈉等無機鹽，可以透過半透膜，溶液蒸干后，溶質(zhì)以晶體形式析出。晶體II：如氫氧化鐵、蛋白質(zhì)等，其溶液不能透過半透膜，蒸干后，以粘稠形式出現(xiàn)。膠體1861年第二十頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五ThomasGraham實驗實驗現(xiàn)象1）糖、無機鹽、尿素等溶液，擴散快，易從羊皮紙滲析出來；2）明膠、氫氧化鋁、硅酸等，擴散慢，不能或難以滲析出來。第二十一頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五若將待測溶液蒸去水分后：前者(擴散快者)：易于成晶體析出；后者(擴散慢者)：大多成無定型的膠狀物；Graham首先提出這種膠狀物為“膠體”，其溶液叫作“溶膠”。ThomasGraham實驗第二十二頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五四、膠體化學(xué)的發(fā)展史

1907年近現(xiàn)代

1903年超顯微鏡的發(fā)明，為膠體化學(xué)的發(fā)展，提供了新的研究手段。

德國化學(xué)家Ostwald創(chuàng)辦了《膠體化學(xué)和工業(yè)雜志》。

納米材料的應(yīng)用，為膠體化學(xué)的發(fā)展提供了新的方向。第二十三頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五五.膠體化學(xué)研究的對象研究對象：溶膠、高分子溶液、表面活性劑溶液在膠體化學(xué)中，人們不僅要研究這些體系的基本性質(zhì)，而且要研究與其基本性質(zhì)相聯(lián)系的許多實際問題。例如：(1)明礬為什么能凈水？(2)肥皂為什么能去污？(3)向高空拋撒的粉劑為什么能人工降雨？(4)魚湯為什么能“凍”起來？(5)含水原油如何脫水？(6)農(nóng)業(yè)中除草保熵？……所有這些問題，都需要用膠體與表面化學(xué)理論來解釋。第二十四頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五膠體化學(xué)的應(yīng)用膠體化學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域(1)分析化學(xué)中的吸附指示劑，離子交換、沉淀物的可濾性等(2)物理化學(xué)中的成核作用，過飽和液(3)生物科學(xué)中的電泳、膜現(xiàn)象(4)化學(xué)制造中的催化劑、洗滌劑、潤滑劑、粘結(jié)劑等(5)環(huán)境科學(xué)中的氣溶膠、泡沫和污水處理(6)材料科學(xué)中的陶瓷、水泥塑料等(7)石油科學(xué)第二十五頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五現(xiàn)代研究內(nèi)容第二十六頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五六、膠體與表面化學(xué)的發(fā)展膠體與表面化學(xué)是一門應(yīng)用性極強的學(xué)科。近百年來，它的發(fā)展同步于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，有的地方甚至是超前的，究其原因有以下兩方面：★整體自然科學(xué)水平的提高，帶動了膠體化學(xué)素質(zhì)的增幅：☆現(xiàn)代物理和現(xiàn)代化學(xué)理論，解決了膠體化學(xué)中的基本理論問題；?用量子化學(xué)研究吸附與催化，用分形理論研究膠粒形狀，用統(tǒng)計力學(xué)研究高分子等。第二十七頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五六、膠體與表面化學(xué)的發(fā)展☆應(yīng)用現(xiàn)代精密儀器和方法解決膠體化學(xué)中許多懸而未決的問題；?☆膠體化學(xué)理論的應(yīng)用，既豐富了科學(xué)的內(nèi)容，也促進了對膠體與表面化學(xué)更深層次知識的探索。用不同力學(xué)顯微鏡研究膠粒間作用力及表面分子的形態(tài)、用能譜儀研究膠團等。第二十八頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五1861年ThomasGraham提出“膠體”(Colloid)一詞，標志膠體化學(xué)的產(chǎn)生。Colloid源自希臘文的κολλα(膠)，意為粘稠狀的物質(zhì)。ThomasGraham英國化學(xué)家(1805--1869)七、著名學(xué)者第二十九頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五傅鷹（１９０２—１９７９）傅鷹，物理化學(xué)家和化學(xué)教育家。中國膠體科學(xué)的主要奠基人。他獻身科學(xué)和教育事業(yè)長達半個多世紀，對發(fā)展表面化學(xué)基礎(chǔ)理論和培養(yǎng)化學(xué)人才做出了貢獻。他倡導(dǎo)在高等院校開展科學(xué)研究，創(chuàng)建了我國膠體化學(xué)第一個教研室，并培養(yǎng)了第一批研究生。他襟懷坦蕩，為人剛正不阿，是一位忠貞不渝的愛國者，黨和人民的諍友。

傅鷹字肖鴻，祖籍福建省閩侯縣，１９０２年１月１９日出生于北京。童年時代受到在外務(wù)部供職的父親傅仰賢的薰陶，深感國家頻遭外國列強欺侮，是國家貧弱和清廷腐敗所致，遂萌發(fā)了強國富民的愿望。１９１９年他入燕京大學(xué)化學(xué)系學(xué)習(xí)，轟轟烈烈的“五四”運動和《新青年》雜志對他有很大的影響，從此發(fā)奮苦讀，立志走科學(xué)救國的道路。１９２２年公費赴美國留學(xué)，６年以后，在密執(zhí)安（Ｍｉｃｈｉｇａｎ）大學(xué)研究院獲得科學(xué)博士學(xué)位，時年２６歲。

七、著名學(xué)者第三十頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五傅鷹是我國少數(shù)有突出貢獻的物理化學(xué)家之一，尤其在膠體和表面化學(xué)的研究上有著很深的造詣。他從青年時代起，就對我們祖先制造陶器，發(fā)明紙、墨，加工面食等許多最早應(yīng)用膠體的實例發(fā)生濃厚的興趣。膠體科學(xué)是研究物質(zhì)在一定介質(zhì)中經(jīng)高度分散而成的分散體系和表（界）面現(xiàn)象的科學(xué)。雖說膠體的應(yīng)用幾乎和人類文明史一樣長久，但對它進行系統(tǒng)的理論研究卻是進入２０世紀以后才開始的。傅鷹正是從２０年代初到美國留學(xué)時，加入到膠體和表面化學(xué)開拓性研究的行列之中。在密執(zhí)安大學(xué)研究院，他師從巴特爾教授，主攻表面現(xiàn)象和吸附作用，旁及多種膠體體系。他潛心研究，勇于探索，取得了系統(tǒng)而有開創(chuàng)性的豐碩成果，受到國際學(xué)術(shù)界的重視和好評。

在２０年代，他對吸附作用以及影響固體從溶液中吸附的多種因素進行的綜合實驗研究和具有指導(dǎo)意義的理論分析，已成為吸附理論的重要組成部分。七、著名學(xué)者第三十一頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五戴安邦，男，1901年4月生。江蘇丹徒人。1924年畢業(yè)于金陵大學(xué)化學(xué)系。后赴美留學(xué)，