胶体化学课程一般在物理化学教学中的探索和实践

关于物理化学课程中胶体化学教学的探索与实践化学与工程学院曹廷杰2014600114胶体化学课程一般在物理化学教学中占的篇幅不大，但其重要性是不可忽略的。学生在校学习期间懂得一些胶体化学的基本知识和理论，对于将来的工作和进一步研究都是十分必要。因为胶体化学这门学科有它的特殊规律，对于国民经济的发展有着重要的作用，涉及的面十分广泛。石油开采、纺织印染、机械润滑、矿物浮选、食品加工、以及农药的使用、肥料的吸收、人工降雨、工业催比、水的净化等等，无不与之密切有关。例如为提髙能源的利用，如何将储藏在地下的原油最大限度地开采出来，是世界上普遍关心的大问题，因为石油是存在在地下岩石或砂层的细孔中，油井经过一定时期就采不出油了，此时期仅能采出油井储油量的30％左右，其余粘附在细孔壁上出不来，为了提髙采收率，必须进行二次和三次采油，如把溶有表面活性剂的水加入地层，因为它能较好地润湿砂石的表面，就可把细孔壁上的油层剝脱而顶替出来，大大地提髙采收率。又如当前环境科学中一个重要的课题是水的净化，水中的污染物往往是以胶体形式存在，因此水的净化就涉及到如何破坏胶体的问题。目前生物科学迅速发展，在研究生命过程时，细胞膜的性质与功能都与表面化学有关。由上所述可知，胶体化学涉及国计民生的许多方面，以及环境，生命等重要科学领域，因此学生在学习期间应当掌握必要的胶体化学知识。由于我国胶体化学科研力量较为薄弱，教学和科研工作有待于进一步发展，胶体化学的重要性还不完全为人们所了解，加之在物理化学课程中胶体化学的讲授一般安排在最后—章，往往到学期末，教学时数紧张，胶体化学讲授的学时常被削减，甚至被挤掉。从目前的现状看来，学生对胶体化学的知识掌握得太少，有的甚至完全不了解胶体化学，在实际工作中碰到一些经常出现的胶体化学问题，往往不知所措。根据这种情况，对于胶体化学课程的内容要给予足够的重视，这种重视要反映在物理化学课程中胶体化学内容的安排和学时的分配，在48学时的物理化学课程中，胶体化学只有10学时，确实太少。搞好胶体化学教学首先要保证足够的讲课时数，把胶体化学教学看作可有可无，甚至随意挤掉的做法是完全错误的。胶体化学涉及到物质表面的各种现象与胶体分散体系的各种性质，内容极为广泛。因此搞好胶体化学教学必须精选教材，认真地组织好课堂教学，在讲授中既要有系统的理论概述，又要突出重点，并注意与实际应用的联系，以及理论与实际的新发展，使学生了解胶体化学，从而对胶体化学发生兴趣。我们认为搞好胶体化学教学应该注意以下几个问题—明确胶体化学与物理化学的关系胶体化学原为物理化学的一部分，近几十年来已发展成为一门独立的学科，但它与物理化学关系又很密切。物理化学和胶体化学是属于同一范畴，二者的区别在于其研究对象的不同。物理化学主要研究大块相和分子、离子分散体系，而胶体化学的研究对象，其质点大小是介于大块物体和分子、离子之间的分散体系，即质范围内的高度分散的体系。因此，物理化学与胶体化学联系起来，对物质全部分散态的研究才能完成。让学生充分地了解这一联系与区别，才能掌握胶体化学的特点。阐明表面的性质和规律，以及高度分散的胶体体系的特性，是胶体化学教学的主要内容。以讲授表面现象的内容为例，应使学生理解表面现象是自然界普遍存在的一种现象。在表面上的分子因为它们的吸引力未能完全饱和，所以能量大于内部分子，由这一性质即可引出表面自由能的概念，胶体的比表面积很大，所以体系能量也大，根据能量最低的原则，在表面上会发生各种吸附离子或分子的现象以降低表面自由能。这些现象表现出一定的规律性.这样既可以使学生对表面现象有—个较全面的、扼要的了解。观状态和有关的吸附理论，又可以介绍许多具体知识。例如结合溶液表面吸附的规律，可以使学生理解有关表面活性剂的特性与用途，这样由点及面步步深入，才能讲得透彻、讲明特征。在讲授胶体化学的过程中，可以进一步巩固物理化学课程中得到的—些理论概念，并学会在胶体化学特殊的对象中应用它们，这对学生是一种二要求学生弄清并掌握胶体化学学生在学习胶体化学时，要求弄清并掌握胶体大进展化学中的一些基本概念，这对于深人理解胶体化学的性质与特点是必要的。这些概念包括：胶体，表面自由能，吸附与吸附量，润湿与铺展，表面活性剂，面张力表面压，乳状液，电动现象，扩散双电层，电位，聚沉值，保护作用与絮凝作用，膜平衡等。掌握了这些基本概念，学生对胶体化学内容就有一个基本的理膜，来研究生物解。是指相应于相同量效等，这种单位面积上的表面过剩量就是Ｇｉｂｂｓ吸附量。要弄清这个概念，必须首先了解溶液中溶质分子吸附的现象，还要知道Ｇｉｌ＞ｂ8吸附公式、Ｇｉｂｂｓ明这些概念时，必须使学生准矛盾，就要使课堂讲授确地了解它们的含意，并交待清楚容易混淆的说法。三，在教学中必须强调教学实际—门学科，如果能把胶体化学的基本原理、性质与实际应用结合起来讲授，使学生能理解基本原理，又能了解它的应用，并能学到利用所学原理来解决实际问题的方法。同时再能介绍一些当前实际生活中胶体化学学科的新进展，必将增加学生对胶体化学学习的兴趣。例如在讲授表面活性剂性质及其润湿作用时，可以例举彩色胶片的多层涂布问题。生产彩色胶片需依次将黄、青、红三种感光染料的乳剂分三层均勻地涂在同一片基上，任一层中涂布不匀，彩色胶片即成废品，胶片厂曾因此问题长期未能解决而不能正常进行生产。从胶体化学的角度看，此有关现象是润湿和铺展的问题。由于上层乳剂不能充分润湿下层乳剂，于是上层就出现花斑。根据表面活性剂有强烈降低溶剂表面张力的作用和低表面能液体可在髙表面能的物体上铺展的原理，上述问题奇以解在联系。以此为线索既可以提出分子在界面上的微观状态和有关的吸附理论，又可以介绍许多具体知识。例如结合溶液表面吸附的规律，可以使学生理解有关表面活性剂的特性与用途，这样由点及面步步深入，才能讲得透彻、讲明特征。在讲授胶体化学的过程中，可以进一步巩固物理化学课程中得到的—些理论概念，并学会在胶体化学特殊的对象中应用它们，这对学生是一种很好的训练。学生介绍一些胶体与表面化学的新的科研进展也是十分必要的。例如近年来在固体表面的科研中应用光学，光谱等方法研究干净固体表面和有吸附层的表面的结构与成分方面取得很大进展在表面活性剂的研究中，发现在某体系中可自发地形成稳定性很高的＂微乳状液”此时油和水在一定的范围内可以混溶，而测不出油一水界这种体系在石油开采方面受到很大的重视；特别是在胶体化学与生物科学与医学结合方面，利用人工双分子类脂膜（黑膜）模拟生物细胞膜，来研究生物膜的结构，生物膜的功能；利用细胞，是指相应于相同量电泳，以及血液流变性质的变化来检验某些癌症及心脏病患者的疾病及药物的疗效等，更使学生了解胶体化学的重要性和它应用的广泛性，这也为学生将来去从事胶体化学的科研和实际工作打幵子吸附的现象，还要知道Ｇｉｌ＞ｂ8吸附公式、Ｇｉｂｂｓ分了思路。胶体化学的内容多，但讲课学时少处理好这一必须使学生准矛盾，就要使课堂讲授与自学较好地结合起来，在课堂上主要讲基本概念，基本原理及它们之间相互的联系。突出重点，举出一例加以说明，其它类似的。—要重点讲解，从表面张力、表面功、表面分子的能量高于内部分子等各个角度加以说明。表面张力的测定方法虽然也很重要，但可以让学生自学。对自学的有关内容可以出一些思考题学生考虑，使他们通过自学以培养独立工作能力和寻求解决问题的方法。为此，应给学生指定一些合适的参考书。但目前要做好这点还存在一些问题，因为胶体化学的中。文参考书十分旧而外文书的册数又不多，不能满足学生的需要，因此我们应该呼吁有关单位尽快组织力量多出一些胶体化学方面的参考书供学生使用。目前，在有些大学的物理化学课教学大纲中已开始给胶体化学增加了一些学时数，但要搞好胶体化学教学，清基本内容阐明原理，突出重点，解剖胶体化学的实际问题，以典型带一般＞使学生在掌握胶体化学基本原理的基础上达到举反三的目的，以便在不多的学时内收到较好的学习效果。