膠體與界面化學(xué)

1.膠體科學(xué)：是研究微觀不均相體系的科學(xué)，凡是固、液、氣相中含有固、液、氣微粒的體系（氣-氣體系除外），均屬膠體科學(xué)研究的范圍，微粒的大小在1nm至100nm以至1000nm之間。2.界面化學(xué)：是研究物質(zhì)在多相體系中表面（或界面）的特征和在表面發(fā)生的物理和化學(xué)過程及其規(guī)律。3.界面：是物質(zhì)相與相之間交界的區(qū)域，其中把氣液、氣固界面成為表面。4.膠體：一種尺寸在1-100nm以至1000nm的分散體，它既不是大塊固體，又不是分子分散的液體，而是具有兩相的為不均勻的分散體系。5.表面和膠體現(xiàn)象實例：a.作為膠體或表面活性材料而制造的產(chǎn)品。b.表面和膠體現(xiàn)象的直接應(yīng)用。c.天然和合成材料的純化和改進的用途。d.生理應(yīng)用6.膠體的特點：A.最大比表面：比表面是指單位體積物體所具有的表面積，即1cm3物體分散后所具有的面積m2/cm3。有時比表面積指單位質(zhì)量物體所具有的表面積，即m2/g.B.最強烈的尺寸效應(yīng)（物質(zhì)類型的尺寸依賴性）。7.膠體結(jié)構(gòu)（或類型）：A.膠體：對不同的分散體系，取決于分散相和分散介質(zhì)的性質(zhì)。B.締合膠體：由許多分子聚集或聯(lián)合組成，在動力學(xué)和熱力學(xué)的驅(qū)動力下締合，產(chǎn)生體系可能是分子溶液和真正的膠體體系。C.親液膠體：容易與水形成膠體的溶液。D.網(wǎng)狀膠體：兩種互相貫穿的網(wǎng)狀物組成，很難準確說明哪一個是分散相，哪一個是連續(xù)相。8.簡單膠體：只含某類特定的分散相和連續(xù)相的膠體；復(fù)雜或復(fù)合膠體：含多類膠體，如溶膠、乳液、締合膠體、大分子物質(zhì)和連續(xù)相。9.凝結(jié)物：膠體粒子的聚集體，具有相對緊密的結(jié)構(gòu)形成，是由于膠體體系不能保持它的分散狀態(tài)所引起的。凝結(jié)作用：形成凝結(jié)物的過程。10.分層：從連續(xù)相中將凝結(jié)物或絮凝物分離，其中聚集體的密度要小于連續(xù)相。11.絮凝物：少量膠體粒子的聚集物，與凝結(jié)物相似，但通常具有相當疏散開放的結(jié)構(gòu)，絮凝物有時候是可逆的，用最小限度的能量使其恢復(fù)到分散狀態(tài)。2021/10/10星期日112.膠體的分類：A.Ostwald分類法，按尺寸分：類型粒子大小特征粗分散（懸液、乳液）>100nm不能穿過濾紙，無擴散能力，不能穿過滲析膜，在顯微鏡下可見。膠體分散（溶膠、微乳液）1-100nm能穿過濾紙，稍有擴散能力，不能穿過滲析膜，在顯微鏡下不可見，超顯微鏡下可分辨。分子分散<1nm能穿過濾紙，擴散能力強，能穿過滲析膜，在顯微鏡及超顯微鏡下均不可見。B.Perin和Freundlich分類法：憎液膠體親液膠體電解質(zhì)的存在必要的穩(wěn)定因素非必要的穩(wěn)定因素對電解質(zhì)的穩(wěn)定性低很高聚沉的可逆性不可逆可逆電鏡下可見可見不可見粘度與溶劑差別小比溶劑大許多滲透壓小顯著粒子具有的電荷固定，不易變電荷隨PH而變C.熱力學(xué)分類法：熱力學(xué)聚結(jié)過程典型體系狹義膠體體系，納米分散體系不穩(wěn)定不可逆溶膠、泡沫、懸浮液、乳狀液、氣溶膠締合體系穩(wěn)定可逆膠束、微乳液高分子溶液穩(wěn)定可逆淀粉/水、明膠水、橡膠/己烷等2021/10/10星期日212.絮凝作用：在膠?；驊腋◇w內(nèi)加入極少量的可溶性的高分子化合物，不導(dǎo)致溶膠迅速沉淀，沉淀為疏松的棉絮狀。13.沉降：與分層相似，只是聚集體密度比液體大，而沉積在底部。14.單分散：所有粒子在膠體體系中有大致相同的尺寸（尺寸分布寬）。15.凝聚法：將單個原子或分子結(jié)合為膠體大小的聚集體，是形成小于10nm顆粒最佳方法。16.分散體系的凝聚形成法：1）物理法：改變?nèi)軇┗驕囟?，可以降低其溶解度，使物體析出。2）化學(xué)法：形成不溶化合物。A.還原法：金屬溶膠；B.氧化法，C.水解法：金屬氯化物；D.復(fù)分解法：鹽類溶膠。3）利用有序分子組合體法[1.降低形成新相的表面能；2.使已形成的新相不再長大]A.單分子膜法：a.原位生成法：單分子膜下先吸附離子然后生成微粒；b.吸附法：單分子膜下吸附溶液中已形成的親水顆粒；c.混合膜法：在低表面壓時，使憎水顆粒鉆到單分子膜中。B.反膠束法：在反膠束中進行各種形成微粒的反應(yīng)。C.泡囊法：將顆粒放在溶劑中，采用涂層法，使球形雙分子膜變成平面雙分子膜，而納米顆粒則在夾層中有序排列。D.自組裝：改變PH值與電荷等，使附著在基底上的分子與溶液中的分子或顆粒相吸。17.從溶液中析出顆粒分兩個階段：1）形成晶核階段；2）晶核成長階段18.過飽和度：濃度與溶解度之間的差異，溶解度越小，越容易形成膠體。19.新相形成的熱力學(xué)：在某一過飽和度時，有一對應(yīng)得臨界半徑，此時△G最大，達到此半徑時，晶核就析出。20.分散體系的分散形成法：1）機械法：研磨、球磨、振動磨、膠體磨、空氣磨。磨時加入分散劑和穩(wěn)定劑；2）電分散法：將需分散金屬制成兩個電極，浸在冷的分散介質(zhì)中，調(diào)節(jié)電解池中電解質(zhì)的濃度，電壓和電極間距離可以將金屬氧化成分子、原子而后絮凝。3）超聲分散；4）膠溶法：先將膠體聚沉物中的多余電解質(zhì)洗去，然后加入少量穩(wěn)定劑使之分散。2021/10/10星期日321.單分散、單一形狀納米顆粒的獲得：1）單分散顆粒的獲得：a.Lamer的“成核擴散控制”模型。即在第一批晶核出現(xiàn)后，c要小于S，才能不出現(xiàn)第二批晶核。b.在（c-S）很小時，引入小晶種——晶核法；c.在（c-S）很小時，緩慢生長。d.單分散銠納米顆粒的制備，這是一種在金屬納米顆粒制備時常用的方法。2）溶膠-凝膠法：將兩種反應(yīng)組分分別制成溶膠，兩種溶膠混合后進行反應(yīng)，混合溶膠在一定條件下（如溫度、PH值等）下緩慢蒸發(fā)出水分，轉(zhuǎn)變成凝膠。在凝膠中加入適當添加劑，使溶劑蒸發(fā)過程中保持凝膠內(nèi)部的應(yīng)力均勻或利用超臨界干燥法，可以使溶劑脫去而形成納米級的均勻分散顆粒。3）濃度一致法：即同時從兩個注射器加入反應(yīng)液體，在容器中反應(yīng)，產(chǎn)生沉淀。此法的優(yōu)點是在整個反應(yīng)過程中保持（c-S）一致。最好是在流動的反應(yīng)器中進行，即反應(yīng)后晶核立即流走。4）分級沉淀法：重力沉降法和離心沉降法。5）電泳分級法：高度分散尺寸量子化的半導(dǎo)體顆粒還可以利用溶膠電泳將制的膠體樣品按顆粒大小分級而制出。6）單一形狀顆粒的形成。22.分散體的制備與純化：1）與粗粒分開：a.沉淀：膠體不沉；2）與分子離子分開：b.過濾：膠體通過；c.超離心機：膠體沉淀；d.超過濾：膠體不通過；e.滲析作用；f.層析法：吸附交換多余的有害粒子；g.粒子浮選法：將含有表面活性劑的氣泡通過溶膠以除去多余的高價粒子。23.分散體系的不穩(wěn)定因素：1）熱力學(xué)因素：膠體是熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，其原因是分子間的范德華引力。2）動力學(xué)因素：布朗運動使顆粒相撞，加速加速其聚集過程。24.分散體系的穩(wěn)定因素：延長穩(wěn)定時間，克服和消除不穩(wěn)定因素，使△G為正，并使擴散系數(shù)D變小，則體系穩(wěn)定。具體方法：1）降低溫度；2）增加粘度；3）使之帶電；4）降低表面能，增加表面活性以及與介質(zhì)相容性；5）利用高分子或保護膠體，以形成表面結(jié)構(gòu)層，加強位阻因素。25.延遲效應(yīng)：有效的吸引作用在“長”距離的情況下被降低了即被延遲。總作用能在小距離和大距離時，主要由引力勢控制，而在中等距離時，雙電層斥力勢可能起主導(dǎo)作用，取決于這兩項的相對大小。2021/10/10星期日4THANKYOUSUCCESS2021/10/10星期日5可編輯26.電解質(zhì)對膠體的聚沉規(guī)律:1）外加電解質(zhì)需要達到一定濃度方法能使溶膠發(fā)生明顯聚沉。使溶膠發(fā)生明顯聚沉所需電解質(zhì)的最低濃度稱為“聚沉值”。2）電解質(zhì)使溶膠發(fā)生聚沉，主要起作用的是與膠粒帶相反電荷的離子，稱為“反粒子”。反粒子的價數(shù)越高，聚沉值越小。3）同價反離子的聚沉能力雖相近，但依粒子的大小不同其聚沉能力也略有不同。例如不同的一價陽離子所形成堿金屬硝酸鹽對電負性膠粒的聚沉能力順序：H+>Cs+>Rb+>NH4+>K+>Na+>Li+；不同一價陰離子所成的鉀鹽對帶正電的Fe2O3

溶膠的聚沉能力，則有如下次序：F->Cl->Br->NO3->I-。同價離子聚沉能力的這一次序稱為感膠離子序。4）與膠粒帶有相同電荷的同粒子對溶膠的聚沉也略有影響。當反離子相同時，同離子的價數(shù)越高，聚沉能力越弱，聚沉值大。27.討論膠體穩(wěn)定性時一定要考慮兩個判據(jù)：粒子碰撞的數(shù)量或頻率，以及這些碰撞的有效性。28.空間穩(wěn)定作用的機理：空間穩(wěn)定劑分子上的某一部分，對于分散介質(zhì)一定具有相對較低的溶解性，或者說對于粒子表面一定具有較強的吸附趨勢。其結(jié)果一定是形成較厚的吸附層，可以對離子間緊密接近施加一個能壘，從而改善膠體的穩(wěn)定性。29.體系的臨界絮凝溫度（CFT）：溶劑從“良”到“差”變化的溫度點。30.敏化作用：如果所加大分子物質(zhì)分子保護憎液溶膠所必需的數(shù)量，則少量的大分子物質(zhì)反而使憎液溶膠更容易被電解質(zhì)所聚沉。31.耗盡絮凝：將一個對粒子不吸附或弱吸附的高分子加入到膠體溶液中，可能發(fā)生另一種現(xiàn)象，當兩個粒子靠近時，弱吸附的，或只是單純于粒子之間的高分子鏈被擠出緊密靠近的區(qū)域，留下“裸露”表面而以普通方式相互吸引。32.高分子在分散體上的吸附特點：吸附量大；吸附力大；若固體表面有能與高分子基團生成難溶物的離子或元素，則可能起“錨”的作用；良溶劑時，高分子伸展，吸附層的有效厚度變大，鏈軌決定表面上的覆蓋分數(shù)變小，有利于穩(wěn)定。33.高分子的保護作用：加入少量明膠。2021/10/10星期日634.高分子絮凝劑的特點：1）加入量少時絮凝，量多時保護，與無機絮凝劑相反；2）相對分子量愈大愈好，但如大到不溶于水，則效果變差；3）水溶性高分子帶電，與顆粒靜電相吸，絮凝好；4）受PH值影響大；5）電解質(zhì)幫助吸附。35.架橋理論：有利于吸附的因素，有利于絮凝；當高分子濃度高時，高分子將每個顆粒包住，破壞架橋，使顆粒變得穩(wěn)定。36.高分子的空位絮凝理論：高分子不被顆粒吸附時，顆粒之間產(chǎn)生吸引力，使顆粒產(chǎn)生絮凝，稱為高分子的空間絮凝理論。37.快速凝結(jié)：相當于化學(xué)上的活化能為零的反應(yīng)，凝結(jié)速度完全由擴散動力學(xué)控制。38.臨界凝結(jié)濃度ccc：把體系帶入快速凝結(jié)方式所需的電解質(zhì)濃度。主要由反粒子的化合價決定，與化合價的六次方成反比。39.DLVO理論：溶膠粒子間存在的相互吸引力和相互排斥力是決定膠體溶液穩(wěn)定性的因素。40.膠體的穩(wěn)定性取決于體系相互作用能量曲線的有效形式，即吸引能和排斥能兩相之和與粒子分離距離的函數(shù)。41.表面活性劑的兩個特點（性質(zhì)）：①表面活性劑吸附在表面上具有改變表面張力的能力②當其濃度超過一定值時，表面活性劑在體相溶液中會形成各種有序聚集體，從而使溶液表現(xiàn)出一系列的功能性質(zhì)。42.表面活性劑定義：他們有聚集于界面的特別趨向，或者在非常低的物質(zhì)的量的濃度下在溶液中形成膠體凝聚。43.親水親油平衡值(HLB)指表面活性劑分子中親水基團和親油基團的大小和長度的平衡。即表面活性劑分子中一個親水基團的親水能力對親油基團的親油能力的平衡關(guān)系。(低親油強)44.表面活性劑的溶解度性質(zhì)隨憎水尾鏈長度、端基結(jié)構(gòu)、反粒子價數(shù)和溶液環(huán)境變化而變化。45.Krafft溫度:離子型表面活性劑在低溫時溶解度較低，隨著穩(wěn)定升高其溶解度緩慢增加。當達到某一溫度后其溶解度迅速增加，在溶解度-溫度曲線上出現(xiàn)轉(zhuǎn)折。2021/10/10星期日746.表面活性劑的分類方法:⑴表面活性劑的親水基分類：陰離子型、陽離子型、非離子型、兩性型、混合型。⑵疏水基分類：碳氫鏈、聚氧丙烯、氟表面活性劑、硅表面活性劑、含硼表面活性劑。⑶高分子表面活性劑，特點：①具有較高的分子量，滲透能力差，可形成單分子膠束或多分子膠束②溶液粘度高，成膜性好③具有很好的分散、乳化、增稠、穩(wěn)定以及絮凝等性能④大多數(shù)高分子表面活性劑是低毒或無毒，具有環(huán)境友好性⑤降低表面張力的能力較弱，且表面活性隨分子量的升高急劇下降.⑷新型表面活性劑：①雙子型(Geminis)表面活性劑:是兩個單鏈彈頭基在離子頭基處用-CH2-連接而成，與相應(yīng)的單體表面活性劑相比，表面活性高得多，其臨界膠束濃度要低兩個數(shù)量級。特征：a.易吸附在氣液表面，從而更有效的降低表面張力b.極易聚集成膠團CMC值比傳統(tǒng)表面活性劑溶液低c.具有較低的表面活性劑應(yīng)用溫度下限d.具有優(yōu)良的潤濕性，洗滌去污能力強e.與傳統(tǒng)非離子型表面活性劑復(fù)配時產(chǎn)生更大的協(xié)同效應(yīng)，可大幅度降低體系的表面張力f.降低水溶液表面張力的傾向遠大于聚集生成膠團的傾向g.具有很好的耐溫穩(wěn)定性h.具有較好的生物安全性i.粘度變化大②Bola型表面活性劑:是一個疏水鏈兩端各接一個親水基團而成，這類分子有特殊的界面性質(zhì)和聚集行為，熱穩(wěn)定性好，在生物模擬方面有較好的應(yīng)用前景。特征：a.溶液的表面張力，降低水表面張力的能力不是很強b.溶液表面的吸附c.膠團d.臨界膠團溫度較高，Krafft點較低。47.表面活性劑的溶解度性質(zhì)隨憎水尾鏈長度、端基結(jié)構(gòu)、反粒子價數(shù)和溶液環(huán)境變化而變化。Krafft溫度:離子型表面活性劑在低溫時溶解度較低，隨著穩(wěn)定升高其溶解度緩慢增加。當達到某一溫度后其溶解度迅速增加，在溶解度-溫度曲線上出現(xiàn)轉(zhuǎn)折。49.表面活性劑液晶:⑴熱致液晶:其結(jié)構(gòu)和性質(zhì)由體系溫度決定。只是在一定溫度范圍內(nèi)存在,一般是單組分子體系⑵溶致液晶:是化合物和溶劑組成，是由濃度變化而產(chǎn)生的.取決于溶質(zhì)分子與溶劑分子的特殊相互作用。50.膠束又稱膠團，是在溶液內(nèi)部表面活性劑親水的極性基向著水，疏水的碳氫鏈聚集在一起形成疏水內(nèi)核的有序組合體。膠束化過程是放熱過程，降低溫度促進表面活性劑的膠束化。2021/10/10星期日8

51.影響聚集數(shù)大小的因素:①表面活性劑同系物中，隨疏水碳原子數(shù)的增加，聚集數(shù)增加②非離子型表面活性劑疏水基相同時，親水的聚氧乙烯鏈長增加，聚集數(shù)減少③加入無機鹽對非離子型的聚集數(shù)影響不大，而使離子型的膠束聚集數(shù)增加④溫度升高賭離子型表面活性劑的膠束聚集數(shù)影響不大，只是略有降低，而對非離子型的影響很顯著，溫度升高總是使其聚集數(shù)增加。特別是接近其濁點時增加更快。52.臨界膠束濃度:是開始大量形成膠束時的表面活性劑的濃度.以CMC表示。影響因素：憎水基團、親水基團、反粒子的影響.測定:表面張力法、電導(dǎo)法、染料法、光散射法。53.囊泡是由兩親性分子尾對尾結(jié)合形成的閉合雙層膜結(jié)構(gòu)。具有包容性。54.生物降解:是通過活性有機體的生物學(xué)行為來除去或破壞化學(xué)品。其規(guī)律:①疏水基