物理化學(xué)論文

1、物理化學(xué)課程綜述 姓名： 學(xué)號(hào)： 系別：化學(xué)與材料工程系 班級(jí)：表面與膠體化學(xué)綜述摘要：表面與膠體化學(xué)是研究膠體分散體系物理化學(xué)性質(zhì)及界面現(xiàn)象的科學(xué)。雖然原屬物理化學(xué)的一個(gè)分支，但其與生產(chǎn)和生活實(shí)際聯(lián)系之緊密和應(yīng)用之廣泛是化學(xué)學(xué)科中任一分支不能比擬的。 關(guān)鍵詞：膠體與界面 分散體系 膠體 界面 正文：膠體的定義 膠體（英語(yǔ)：colloid）又稱(chēng)（colloidal dispersion）是一種均勻混合物，在膠體中含有兩種不同狀態(tài)的物質(zhì)，一種分散，另一種連續(xù)。分散的一部分是由微小的粒子或所組成，粒子直徑在1nm100nm之間的；膠體是一種分散質(zhì)粒子直徑介于粗和溶液之間的一類(lèi)分散體系，這是一種高度

2、分散的多相不均勻體系。在膠體體系中，膠體質(zhì)點(diǎn)成為一個(gè)相，周?chē)慕橘|(zhì)為另一相。此種質(zhì)點(diǎn)分布于介質(zhì)中的體系稱(chēng)為分散體系：膠體質(zhì)點(diǎn)分散于介質(zhì)中的體系即為膠體分散體系；固體質(zhì)點(diǎn)分散于液體介質(zhì)中的膠體分散體系稱(chēng)為溶膠，例如，三價(jià)鐵鹽稀溶液水解而得的氫氧化鐵溶膠，還有硫化砷溶膠、硫溶膠、金溶膠等等(介質(zhì)不一定必須是水)。氣體為分散介質(zhì)的膠體分散體系稱(chēng)為，例如煙（固體質(zhì)點(diǎn)）和霧（液體質(zhì)點(diǎn)）。（液體質(zhì)點(diǎn)分散在液體介質(zhì)中）、（氣體分散在液體介質(zhì)中）、泥漿等也屬于分散體系，但質(zhì)點(diǎn)較大，穩(wěn)定性差，容易破壞，稱(chēng)為粗分散體系。 從膠體分散體系的熱力學(xué)特點(diǎn)考慮，溶膠是熱力學(xué)不穩(wěn)定的體系，體系中的界面（質(zhì)點(diǎn)與介質(zhì)之間的相界

3、面）總是要減少、膠體質(zhì)點(diǎn)趨向于聚集在一起，有發(fā)生聚沉而使分散體系破壞的傾向（粗分散體系更易如此）。破壞之后，分散體系不能自動(dòng)形成，故溶膠這種膠體稱(chēng)為不可逆膠體，也叫做疏液膠體，取其質(zhì)點(diǎn)與分散介質(zhì)不親合之意。 膠體體系的特點(diǎn) 與大小有關(guān)的性質(zhì)，如擴(kuò)散、沉降、滲透壓、光散射（見(jiàn)）等性質(zhì)，經(jīng)典的膠體體系是熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，是一相（質(zhì)點(diǎn)）分布在另一相(介質(zhì))中的多相分散體系；而高分子質(zhì)點(diǎn)分散在介質(zhì)中的這種膠體體系卻是熱力學(xué)穩(wěn)定的體系，是均相溶液，即高分子溶于溶劑而形成的溶液。如同小分子的溶液一樣,只要溶劑不揮發(fā),高分子溶液就可以永久存在。高分子溶液的溶劑揮發(fā)后，得到高分子化合物；但若把高分子放入溶劑中

4、，則又自動(dòng)溶解而形成溶液。于是就把高分子溶液稱(chēng)為可逆膠體，也叫做親液膠體，以與疏液膠體相對(duì)照、相區(qū)別。 現(xiàn)代的合成，其溶液濃度達(dá)到一定程度后，離子（離子型表面活性劑）或分子(非離子型表面活性劑)即締合成有一定聚集數(shù)的膠團(tuán)，其大小與經(jīng)典膠體質(zhì)點(diǎn)及高分子質(zhì)點(diǎn)相似。具有此種性質(zhì)的肥皂以及離子型表面活性劑一類(lèi)物質(zhì)稱(chēng)為膠體電解質(zhì)。非離子型表面活性劑在溶液中也能形成膠團(tuán)，但非膠體電解質(zhì)，在溶液中不能電離。此類(lèi)由離子或分子締合而成膠團(tuán)的膠體體系即稱(chēng)為締合膠體。與高分子溶液一類(lèi)親液膠體相似，締合膠體是熱力學(xué)穩(wěn)定的膠體體系，也是一種可逆膠體分散介質(zhì)揮發(fā)后剩下的物質(zhì)，仍可自發(fā)地分散于介質(zhì)中（溶解），在一定濃度的溶

5、液中形成膠團(tuán)。但是，在一定濃度以下，表面活性離子或分子未發(fā)生締合，體系中尚無(wú)膠團(tuán)質(zhì)點(diǎn)，體系中仍為一般的電解質(zhì)或小分子溶液，不是膠體體系，這是締合膠體與高分子溶液一類(lèi)親液膠體體系的明顯不同之處。 表面化學(xué) 多相(膠體)分散體系中，由于質(zhì)點(diǎn)很小，相與相間的界面面積極大,故有很可觀的界面自由能,體系易于向降低界面自由能的方向發(fā)生變化。根據(jù)界面熱力學(xué)，物質(zhì)分子在界面上的富集必然導(dǎo)致界面自由能的降低,即大的界面自由能的存在使現(xiàn)象得以產(chǎn)生。大面積的體系最易發(fā)生吸附，因此活性炭、硅膠、活性氧化鋁、白土、分子篩等就成了廣義的膠體體系（雖然這些體系與原來(lái)膠體的定義并不相符）?；谕辉?，前述的粗分散體系，如泡

6、沫、乳狀液、泥漿、水煤漿等等也成為膠體化學(xué)的研究對(duì)象。物質(zhì)世界中，界面是無(wú)所不在的，上述體系有著大的表面積或界面積，表面或界面上發(fā)生變化必然影響整個(gè)體系的性質(zhì)。因此研究表（界）面性質(zhì)科學(xué)的表面化學(xué)，是膠體化學(xué)中極其重要和不可分割的一部分，二者常被聯(lián)系在一起而名為膠體和表面化學(xué)。 膠體和表面化學(xué)的應(yīng)用 物質(zhì)世界中的生命現(xiàn)象也與膠體和表面化學(xué)密切相關(guān)，可以說(shuō)生物體即是一種高級(jí)的極其復(fù)雜的膠體體系，其中存在著各式各樣的膠體（親液膠體、締合膠體、乳狀液以及凝膠等）和各種界面 。所以膠體化學(xué)和表面化學(xué)的規(guī)律在生命現(xiàn)象中有重要的作用；而研究膠體化學(xué)和表面化學(xué)的許多方法和原理也常用以研究生命科學(xué)。生物膜的研

7、究即為一典型例子。膠體和表面化學(xué)中關(guān)于表面吸附膜、單（雙）分子膜、膠團(tuán)以及囊泡的研究,就是對(duì)細(xì)胞膜很好的模擬(或半模擬),由此可以了解成膜分子在膜中的定向排列，以及膜在傳質(zhì)、傳能過(guò)程中所起的作用，進(jìn)而探索生命的奧秘。生物體中存在的表面活性物質(zhì),如膽鹽及其與磷脂的混合物,以及肺表面活性劑等，可以稱(chēng)之為生物表面活性劑。在物質(zhì)世界中，無(wú)處不有分散體系，表面和界面也無(wú)所不在，故膠體和表面化學(xué)與其他學(xué)科以及生產(chǎn)有著廣泛而密切的聯(lián)系。大至宇宙、天文、氣象、地理，小至細(xì)胞，皆有膠體和界面存在；在所有工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，幾乎很難找到與膠體和表面化學(xué)無(wú)關(guān)的現(xiàn)象。結(jié)語(yǔ)： 表面與膠體化學(xué)的發(fā)展同步于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，有些方面是超前的。（1）利用現(xiàn)代物理與化學(xué)理論，如量子化學(xué)研究吸附與催化、用分形理論研究膠體表面形貌。（2）應(yīng)用現(xiàn)代精密儀器和方法，如用不同力學(xué)顯微鏡研究膠粒間的力及表面分子或原子的形態(tài)。 參考文獻(xiàn)：1. 作