胶体与表面化学第四版重点

胶体与表面化学（第四版）1.绪论分散系统：一种物质以细分散状态分散在另一种物质中构成的系统。分散相：分散系统中被分散的不连续相。分散介质：分散系统中的连续相。比表面：单位质量分散相物质所具有的面积。缔合胶体：多个分子的缔合体构成胶体分散相。胶体体系：分散相粒子至少在一个尺度上的大小处在1-100nm范围内的分散系统。溶胶：把分散介质是液体的胶体系统称为液溶胶，介质是水为水溶胶；介质是固体为固溶胶。2.胶体与纳米粒子的制备胶体制备：分散法（机械、电分散、超声波、胶溶）、凝聚法（还原、氧化、水解、复分解）晶核-晶体成长条件：1）分散相在介质中的溶解度必须极小；2）必须有稳定剂的存在净化：1）渗析：利用羊皮纸或火棉胶制成的半透膜，将溶胶与纯分散介质隔开。2）超过滤：利用半透膜代替普通滤纸在压差下过滤溶胶的方法。3）渗透：借半透膜将溶液和溶剂隔开，此膜只允许溶剂分子通过，胶粒和溶质不能通过。反渗透：渗透平衡时在浓相一侧施加外压，则浓相中的溶剂分子向稀相迁移。单分散溶胶：特定条件下制取的胶粒尺寸、形状和组成皆相同的溶胶。胶体晶体：由一种或多种单分散胶体粒子组装并规整排列的二维或三维类似于晶体的有序结构。光子晶体：在各个方向能阻止一定频率范围的光传播。纳米粒子特性：比表面积大；易形成聚团；熔点低；磁性强；光吸收强；热导性能好制备：气相、液相、固相纳米气泡：在液体中或固液界面上存在的纳米尺度的气泡。3.胶体系统的基本性质(NA=6.5*1023mol-1，R=8.314，T=273K)运动扩散：扩散系数：爱因斯坦第一扩散公式：r61ANRTD爱因斯坦布朗运动：r3tt2ANRTDX沉降：大气压随高度分布：RTMgh-ppln0h光学散射现象：当质点大小在胶体范围内时。反射：质点直径远大于入射光波长。丁道尔现象：以一束强烈的光线射入溶胶后，在入射光的垂直方向可以看到一道明亮的光带。Rayleigh散射：0221222122423)2(c24InnnnvI电学电动现象：电泳：带负电的胶粒向正极移动，带正电的胶粒向负极移动。电渗析：水在外加电场作用下，通过黏土颗粒间的毛细通道向负极移动的现象。沉降电势：在无外加电场作用下，使分散相粒子在分散介质中快速沉降，则在沉降管两端产生电势差。流动电势：用压力将液体挤过毛细管网或由粉末压成的多孔塞，在毛细管网两端产生电势差。质点荷电原因：电离；离子吸附；晶格取代双电层结构：胶粒表面带电时，在液相中必有与表面电荷数量相等且符号相反的离子存在，这些离子称为反离子。反离子一方面受静电引力作用向胶体表面靠近，另一方面受分子热运动及扩散作用有在整个液体中均匀分布的趋势。结果使反离子在胶粒表面区域的液相中形成平衡，越靠近界面反离子浓度越高，越远离界面反离子浓度越低。胶粒表面电荷与周围介质中的反离子构成双电层。胶粒表面与液体内部的电势差称为表面电势。特性吸附：溶液中含有高价反离子或表面活性剂离子时，质点对它们发生强的选择性吸附。电势：DEv4流变切应力：使液层维持一定的速度梯度流动，就必须对它施加一个与阻力相等的反向力，在单位液层面积上所需施加的力。牛顿公式：D黏度影响：浓度大，黏度大；温度高，黏度小；质点轴比大，黏度大；质点大，黏度大；带电，黏度大。流变性质：牛顿体；塑性体；假塑体；涨流体；触变流型稳定性1）热力学不稳定：多相分散系统，有巨大的界面能；2）动力学稳定：高度分散系统，颗粒小，布朗运动强烈；3)细小胶粒长时间不团聚，系统聚集稳定性高。聚沉作用：无机电解质使胶体沉淀。聚集：使小粒子电动电位减小，相互聚集成大粒子的过程。絮凝作用：高分子化合物使胶体沉淀。加入电解质，电解质中与扩散层反离子电荷符号相同的那些离子把反离子压入吸附层，电势降低。聚沉值：能引起某一溶胶发生明显聚沉所需外加电解质的最小浓度。敏化作用：向胶体中加入低于能使其稳定所需的聚合物数量时，聚合物不仅不能使胶体稳定，而且能使体系的临界聚沉浓度降低。数均直径：iindfd；面均直径：2/12s)(iidfd；体均直径：3/13v)(iidfd4.表面张力、毛细作用与润湿作用净吸力：分子收到一个垂直于液体表面，指向液体内部的合吸力。表面张力：增加单位面积所消耗的功。dAdG（比表面自由能、吉布斯自由能）（T升高，P增大，张力减小）。测定：毛细上升法：cos2ghr；环法：fRF4；气泡最大压力法：2ghr毛细作用：液体在自身表面张力和界面张力作用下沿干净玻璃毛细管上升的现象。Laplace公式：)11(21RRp；1）液滴越小，内外压差越大，凸液面下方压力大于液面上方；2）液面是凹的，下方液相压力小于液面上方压力；3）液面平的，压差零。毛细上升现象：液体能很到的润湿毛细管壁，毛细管内的液面呈凹面，凹液面下方压力比同样高度平面液体压力低，因此，液体将被压入毛细管内使液面上升，直到静压pgh与曲界面两侧压力差p相等达到平衡。饱和蒸汽压：Kelvin公式：rRTMppr液气-02ln为什么自然界液滴气泡总是球形的，气泡更易破裂？答，球面表面积最小，其表面功和吉布斯自由能最小；内外有温差和压差，气泡表面液体蒸发导致气泡破裂。天空为什么下雨？人工降雨依据？抛粉剂作用？答：天空有水蒸气，地表温度相对较高，空气中水蒸气上升到相对冷的高空，凝结大到一定程度，受重力影响掉下来。高空的水蒸气压力虽然对平液面已经过饱和了，但对于要形成的小水滴来说尚未饱和，小水滴难以形成，凝结核心使凝聚水滴初始曲率半径增大，对应的蒸汽压可以小于高空中已有的水蒸气压力，水蒸气迅速凝集。形成水凝结核心。为什么产生液体过热现象？加入沸石消将过热？答：半径极小的气泡其内蒸汽压远小于外压，这意味着外界压迫下小气泡难以形成，致使液体不易沸腾而成为过热液体，多空的沸石已有曲率半径较大的气泡存在，因此泡内压力不致很小，达到沸腾温度时液体沸腾不致过热。两块玻璃板之间有水为什么不易拉开：拉普拉斯方程：Rp2存在附加压力，R越小，玻璃板间与空气间压差越大。液体润湿固体：WaG------固气液气固液；G0液体润湿固体条件润湿热：液体浸润固体时，由于固液分子间的相互作用必然放出热量。黏附功：0cos1-）（液气Wa；浸润功：0cos-液气IW；铺展系数：01-cos-）（液气S5.表面活性剂溶液表面活性剂：一种在很低浓度既能大大降低溶剂表面张力，改变体系的表面状态的化学物质。结构：亲水基+亲油基（足够长）；分类：非离子+离子（阴离子、阳离子、两性离子）Krafft点：离子型表面活性剂在低温时溶解度较低，随着温度的升高其溶解度缓慢增加，达到某一温度后溶解度迅速增加。浊点：非离子型表面活性剂的溶解度随温度的升高而降低，到某一温度后溶液发生浑浊。HLB：反映表面活性剂分子中两种结构基的大小和力量平衡后的相互关系。非离子：HLB=（亲水基质量%）/5；离子型：HLB=（亲油的基团数）（亲水的基团数）-7CMC：溶液表面张力随表面活性剂浓度增加而急剧下降，浓度大到一定值后表面张力几乎不改变。胶束：为使体系能量达到最低，分子中长链的亲油基通过分子间的吸引力相互缔合在一起，自身相互抱团，亲水基朝向水中与水分子结合，在较浓溶液中形成的聚集体在表面活性剂中。CMC测定：表面张力法；电导法（CMC后浓度增加电导下降）；折光指数法；染料增溶变色法。影响因素：1)亲水基相同，亲油基中C越长CMC越小；2）烷烃基相同，非离子CMC离子CMC，亲水基无影响；3）亲水基支化程度高，CMC大；4）含氟表面活性CMC小；5）无机盐离子价数越高，CMC越低；6）醇CH链越长，浓度越大，CMC降低越多。反胶束：表面活性剂在非水溶液中形成的聚集体。囊泡（人工合成）/脂质体（天然磷脂）：两亲分子形成的封闭双层结构Gibbs吸附公式：dcdRTc-；意义：表面层中单位面积上溶质的量比溶液内部多出的量。正吸附：溶质在表面层中的浓度大于在溶液内部的浓度。吸附层结构：c-曲线特点：1）浓度低时，和c呈线性关系；2）浓度高时，为常数；3）浓度适中，与c为曲线形状cKK1c增溶作用：难溶性和不溶性有机物在表面活性剂胶束水溶液中溶解度增大的现象。胶束催化：浓集作用：通过疏水作用和静电作用反应底物在胶束内浓集。介质效应。洗涤剂：1）好的润湿性能；2）清楚污垢能力；3）使污垢分散或增溶；4）防止污垢再沉积分散：固体粉末均匀的分散在某一种液体中的现象。起泡机理：1）能降低气液界面张力，泡沫体系相对稳定；2）气体液膜上形成双层吸附，亲水基在液膜内形成水化层，液相黏度增高，液膜稳定；3）亲油基相互吸引，使吸附层强度提高；4）离子型表面活性剂因电离使泡沫荷电，它们相互排斥阻碍了它们的接近。消泡机理：表面张力低于气泡液膜表面张力，容易在液膜表面顶走原来的起泡剂，而其本身由于链短又不能形成坚固的吸附膜，产生裂口，泡内气体外泄，泡沫破裂。1）很高的表面活性，可取代泡沫上的起泡剂和泡沫稳定剂；2）破坏液膜弹性，使其失去修复能力；3）降低液膜表面黏度。泡沫抑制剂：存在下，表面扩大或收缩时不能形成局部表面张力的降低，也无表面压升高使液膜局部变薄。活性水驱：表面活性剂浓度小于CMC的活性水作为驱油剂。6.乳状液乳状液：一种多相分散系统，一种液体以极小的液滴形式分散在另一种与其不相混溶的液体中构成。乳化：凡由水和油混合生成乳状液的过程。制备：机械搅拌；胶体磨；超声波乳化器；均化器乳化剂加入：转相乳化法；瞬间成皂法；自然乳化法；界面复合物生成法；轮流加液法乳状液类型鉴别：稀释法；染色法；导电法转相温度（PIT）：在某一特定系统中乳化剂的亲水和亲油性质达到适当的平衡时的温度。乳化剂稳定性的影响因素：1）热力学不稳定；为使乳状液不稳定程度降低，必须降低油水界面张力，加入表面活性剂2）油水界面膜形成（表面活性剂浓度升高，稳定性增大，在界面上吸附形成界面膜，对分散相液滴起保护作用）；3）界面电荷（电荷排斥，稳定性高）；4）黏度（外相黏度大，稳定性高）；5）液滴大小（尺寸范围越窄越稳定）；6）粉末乳化剂（处在内外两相界面上时才能起到乳化作用）破乳方法：化学法；顶替法；电破乳法；加热法；机械法微乳状液：由水、油、表面活性剂和助活性剂等四个组份以适当的比例自发形成的透明或半透明的稳定体系。（热力学稳定系统，超低液面张力）助表面活性剂作用：降低表面张力；增加界面膜流动性；调节表面活性剂HLB值多重乳状液：由分散相和分散介质形成的某种类型的乳状液再分散到分散相介质中形成的多重液-液分散体系。（热力学不稳定）7.吸附作用与吸附剂吸附：不相混溶的两相接触时两体相中的某种或几种组分的浓度与它们在界面相中浓度不同的现象。吸收：某组分在某一相中浓度减少不是因为吸附，而是进入另一相的体相中。吸附剂：有效在吸附质表面发生吸附作用的固体物质。吸附质：发生吸附作用时已被吸附的物质。吸附是放热反应，低温下物理吸附，高温下化学吸附，吸附随压力增大而增大。吸附量：达到平衡时单位质量或单位面积吸附剂上吸附的吸附质的量。吸附等温方程式：Freundlich：nKpV/1n1Langmuir：bpVmbpV1（单分子层吸附；分子间无作用力；吸附剂均匀）BET公式：]/)1(1)[(00ppCppCpVVm（多分子层；二层以上分子间作用；相邻吸附层动态平衡）活性炭吸附D-R公式：22TKkRD毛细凝结：发生在毛细孔中凹液面上的蒸汽凝结。气体分离：用物理或化学方法将混合气体分离成单一组分的气体。吸附分离法:在吸附剂参与下使混合气体依其吸附能力大小使它们有序分离。（位阻、扩散、热力学平衡效应）变温吸附：温度较低时进行吸附，混合气体中因吸附能力不同吸附有先后，吸附平衡后，升高温度开始时吸附弱的先脱附。溶质吸附量（表观吸附量）：mVccmx)(0；mx每克吸附剂上吸附溶质的量。影响：1）Traube规则：吸附量随着炭链增长而有规律