胶体界面化学(华东理工大学)-2
华东理工大学研究报告生课程
研—504
材料科学中电化学过程及方法
化学生物学
现代仪器分析
研—505
线性与非线性规划
线性与非线性规划
高等分析化学
研—506
测控系统软件设计方法/机械制造过程
工程测试与信号处理/
过程测试与信号处理/
研—507
机械工程CAD/CAT
工业水处理/
工业水处理/
研—509
物理中的数学方法
物理中的数学方法
2018
周
教室
8:00 —9: 35 第 1、2 节
9: 55—11: 30 第 3、 4 节
1: 30— 3: 05 第 5、6 节
3: 25 — 5: 00 第 7、8 节
晚6: 00开始
研—501
基础数学专题选讲
研—503
废水治理理论/能源与坏境
废水治理理论/计算流体力学
胶体与界面/过程开发方法
教室
8 :00—9: 35 第 1、2 节
9:50 — 11:35 第 3、4 节
1 : 30 — 3: 05 第 5、6 节
3: 25— 5: 00 第 7、8 节
晚6: 00开始
研—501
基础英语15班 ＜ 六-203)「
基础英语22班 ＜六-203)
研—503
基础英语16班 ＜ 六-204)
基础英语23班 ＜六-204)
/计算机控制与接口技术寸
研—504
高分子合金
基础英语3班 ＜六-205)
基础英语9班 ＜六-204)
研—505
/现代计算机系统结构
/现代计算机系统结构
基础英语10班 ＜六-205)
研—506
胶体界面化学(华东理工大学)-8
3 静电稳定胶体的稳定机制 —— DLVO理论
戎
宗
3胶体的破坏
明
3高分子稳定胶体的稳定机制
版
权 所
有
(1) 颗粒间的范德华引力 主要由静电作用 诱导作用 色散作 用和电子云间的斥力构成 可近似用 兰纳-琼斯位能函数式表示
戎
宗
σ 12 σ 6 ε p = 4ε − r r
由Hamaker结果
戎
版
A R UA = − ⋅ 12 H 0
权 所
• Keeson力
2 2 µ12 µ2 UK = − 3 kTr 6 2 α1µ2 + α 2 µ12 UD = − r6 3 h ν 1ν 2 α1α 2 UL = − ⋅ 6 2 r ν1 +ν 2
有
胶粒间的长程van der Waals引力
戎
UR =
2 64n0 kTν 0
宗
κ∝ n01/2
κ
exp(− 2dκ )
κ∝z
UR ∝ exp(-2d)
R O1
h
dh H0 O2
权 所
R 1−
h2 R2
H
由几何关系
(
i 环间斥力能增量
有
)
1/ 2
两球形胶粒双电层重叠时的斥力位能
1/ 2 H − H0 = R − (R 2 − h 2 ) 2
有
位阻效应
高分子能够保护胶体的机制主要是 位阻效应 在颗粒表面的高分子 形成了厚度为δ 的保护层 它们阻 止了颗粒的聚结
Ep c
O
b
a
版
权 所
h
明
加入高分子物质后 总位 能曲线EvdW的变化 高分子在保护层中的密度 a>b>c>d
华东理工大学材料科学与工程学院
华东理工大学材料科学与工程学院攻读材料加工工程专业学位硕士生培养方案Materials Processing Engineering080503材料加工工程专业建于1993 年，1993 年开始招收硕士生，现有教授8人，副教授6人。
本专业设有高分子材料系、无机材料系、材料科学与工程研究所、材料实验中心，拥有材料加工、材料结构分析等多种设备，主要研究有：材料成型加工、反应性加工、聚合物合金、材料结构与性能、非金属材料深加工技术、导电材料等。
一、培养目标学位获得者应具有材料成型加工、反应性加工、聚合物合金、材料结构与性能关系、材料深加工技术、导电材料、新材料开发与应用等方面的基础理论和专业知识，深入了解材料在高、新技术上的应用和发展动向，能够创造新地研究和解决与本学科有关的理论和实际问题，具有进行材料加工工程研究能力，新材料的研究和开发项目组织才能，熟练掌握一门外国语。
二、主要研究方向1．材料成型加工工艺与技术研究成型加工工艺条件与材料结构、形态和性能的关系，运用计算机模拟和优化加工工艺，对材料或制件进行改性和高性能化。
2．反应性加工跟踪研究快速反应过程动力学、结构形态的发展、流变行为等，优化配方和加工工艺条件，以制备高性能的材料或制件。
3．聚合物合金研究多组份、多相聚合物材料优化技术和方法，制备高性能聚合物合金。
4．材料结构与性能研究研究晶态或非晶态材料结构、织构与材料宏观物理性能间的相互关系，实现定量或半定量化。
5．非金属材料深加工技术研究淬火、退火等深加工技术对非金属材料结构、织构和性能的影响，通过深加工技术以实现材料物理性能的改善。
6．导电材料加工研制与开发具有导电性的多功能的高分子材料，研究导电高分子材料的加工技术，以满足新产品的应用要求。
三、学制和学分全日制攻读硕士学位的研究生，学习年限一般为2. 5年。
课程学习应在前4个单元内完成，其中专业必修与选修课在前2个学习单元内完成。
学位论文工作时间不少于1. 5年。
华东理工大学(已有10试题)
华东理工大学化工学院物理化学1991——1992，1994，1996——2007（1997——2003有答案）化工原理1993——2007，2010（2010为回忆版）化工原理（综）1999网络与数据库2003——2006自动控制原理1998控制原理2000——2007运筹学2000——2006高分子化学和物理1998——2007有机化学（含实验）1996——2007硅酸盐物理化学(含实验)1998——2007细胞生物学（含细胞遗传学）2000——2005化学制药与工艺学1999精细化学品化学及精细有机单元反应2000——2002分析化学1998--2002，2007催化原理2000高分子材料成型加工2004工业水处理2000计算主意2000，2003化学与分子工程学院物理化学1991——1992，1994，1996——2007（1997——2003有答案）综合化学1998——2006有机化学（含实验）1996——2007化工原理1993——2007，2010（2010为回忆版）化工原理（综）1999普通生物化学1996——2004第1 页/共9 页生物化学1996——2002，2005——2007，2010（2010为回忆版）化学制药与工艺学1999精细化学品化学及精细有机单元反应2000——2002分析化学1998--2002，2007无机化学1998——2004，2007催化原理2000高分子材料成型加工2004工业水处理2000计算主意2000，2003生物工程学院微生物学1996——2007普通生物化学1996——2004生物化学1996——2002，2005——2007，2010（2010为回忆版）综合化学1998——2006化工原理1993——2007，2010（2010为回忆版）化工原理（综）1999食品工艺学2000——2006化学与生物综合2007化学制药与工艺学1999精细化学品化学及精细有机单元反应2000——2002分析化学1998，2000——2002，2006食品工程2000——2002药物化学2000——2002催化原理2000高分子材料成型加工2004工程经济学2000工业水处理2000计算主意2000，2003机械与动力工程学院机械原理1998——2006机械设计2002——2006机械零件2000——2002机械发明基础2001——2002，2004金属机械性能2002材料力学1998——2007，2010（2010为回忆版）微机技术1997，2000——2004，2006——2007微机原理1998——2007微机原理及接口2002——2006化工原理1993——2007，2010（2010为回忆版）化工原理（综）1999物理化学1991——1992，1994，1996——2007（1997——2003有答案）高分子化学和物理1998——2007理论力学1999——2002自动控制原理1998控制原理2000——2007数据结构与操作系统2007系统软件(含操作系统)1998——2006数据结构与程序设计1996——2002网络与数据库2003——2006计算机应用基础2000——2002泵与压缩机2000——2002工程材料2002——2004工程热力学1996——2004，2007化工容器设计2000——2002金属学2000——2002流体力学（2）2002普通物理2002第3 页/共9 页物理2000宝石学2000催化原理2000高分子材料成型加工2004工程经济学2000工业水处理2000计算主意2000，2003材料科学与工程学院高分子化学和物理1998——2007综合化学1998——2006硅酸盐物理化学(含实验)1998——2007化工原理1993——2007，2010（2010为回忆版）化工原理（综）1999材料科学基础2002——2007物理化学1991——1992，1994，1996——2007（1997——2003有答案）普通生物化学1996——2004生物化学1996——2002，2005——2007，2010（2010为回忆版）化学制药与工艺学1999精细化学品化学及精细有机单元反应2000——2002分析化学1998--2002，2007宝石学2000高分子材料成型加工2004工程经济学2000工业水处理2000计算主意2000，2003信息科学与工程学院信号与系统(含数字信号处理)2002——2007微机技术1997，2000——2004，2006——2007微机原理1998——2007微机原理及接口2002——2006自动控制原理1998控制原理2000——2007数据结构与操作系统2007系统软件(含操作系统)1998——2006数据结构与程序设计1996——2002网络与数据库2003——2006计算机应用基础2000——2002测量及调节仪表2000——2002模拟电子技术和数字电子技术2000——2002工程经济学2000计算主意2000，2003资源与环境工程学院物理化学1991——1992，1994，1996——2007（1997——2003有答案）环境化学2002——2006化工原理1993——2007，2010（2010为回忆版）化工原理（综）1999化学制药与工艺学1999精细化学品化学及精细有机单元反应2000——2002分析化学1998--2002，2007传热学2002——2005环境分析与监测2002环境工程（含环境检测）1999——2002煤化学及工艺学2000，2002宝石学2000催化原理2000第5 页/共9 页工程经济学2000工业水处理2000计算主意2000，2003药学院物理化学1991——1992，1994，1996——2007（1997——2003有答案）有机化学（含实验）1996——2007普通生物化学1996——2004生物化学1996——2002，2005——2007，2010（2010为回忆版）药理学1999化学制药与工艺学1999精细化学品化学及精细有机单元反应2000——2002分析化学1998--2002，2007药物化学2000——2002植物保护2004——2006化学与生物综合2007催化原理2000理学院高等代数1996——2002，2004——2007数学分析1996——2007量子力学1998——2001，2003——2006普通物理2002物理2000艺术设计与传媒学院设计基础2002——2007设计史论2004——2007设计史概（含设计史、设计原理）2002——2003命题设计2002商学院经济学及经济学说史2003——2006（2005有答案）经济学说史（含当代经济学流派）1998——2002（2000——2002有答案）西方经济学1998——2002（2000——2002有答案）国际经济学2002——2006管理学原理2000——2007（2000——2005有答案）企业管理1998，2002国际经济学2006运筹学2000——2006会计学2001——2002财务与会计基础2004——2006管理信息系统2000——2001经济管理基础理论2003——2005（2003——2004有答案）化工原理1993——2007，2010（2010为回忆版）化工原理（综）1999数据结构与操作系统2007系统软件(含操作系统)1998——2006数据结构与程序设计1996——2002网络与数据库2003——2006计算机应用基础2000——2002高等代数1996——2002，2004——2007工程经济学2000社会与公共管理学院环境法学2004——2006法学理论综合2005——2006社会学理论与主意2005——2007第7 页/共9 页社会调查研究主意1998，2000——2002社会研究主意2004——2005社会学概论1998——2004西方社会学史1998——2007政治学原理2004——2007政治学概论2005西方政治制度2004——2005西方社会思想史2000公共管理学2007行政管理学2004——2006（2004有答案）公共政策分析2004——2005社会保障与社会学理论2004——2005社会保障理论2006——2007外国语学院二外德语1998——2007二外日语1998——2007二外法语2004，2006——2007基础英语1999——2007（2004有答案）翻译实践（汉英互译）1998——2007汉语（古，现代汉语）和语言学基础（英）2001——2002人文科学研究院马克思主义哲学原理1999——2001，2003——2007哲学综合2007西方哲学史2005——2006政治学原理2004——2007政治学概论2005马克思主义经典原著选读2007马克思主义基本原理2007西方政治思想史2004——2005，2007西方政治制度2004——2005西方社会思想史2000马克思主义发展史1999伦理学原理2005——2006当代社会发展理论2006马克思主义发展史2003马克思主义社会发展理论2001——2002世界近现代史2005世界近代史2004，2006中国近代史2004，2006中国近现代史2005比较政治制度2006中国社会主义建设2002——2003体育系体育经济学2004——2006体育社会学2004——2006高等教诲研究所教诲学专业基础（全国统考试卷）2007教诲学2004——2006（2004有答案）教诲管理学2006教诲哲学2004科技信息研究所信息管理基础2004——2006第9 页/共9 页。
胶体界面化学(华东理工大学)11
权 3 不能透过半透膜
版 不相同性质
1 溶质和溶剂间有亲和力 自 动溶解
明 2 稳定系统
3 平衡系统 符合相律 有一
宗 定的溶解度 戎 4 均相系统 Tyndall效应弱
5 粘度大
1 分散相和分散介质间没有亲
和力 不溶解 2 不稳定系统 3 不平衡系统 不符合相律
无一定的溶解度 4 多相系统 Tyndall效应强 5 粘度小 和水相似
6 对电解质不敏感
6 对电解质很敏感
高分子的统计平均分子量
• 数均分子量Mn
所有 之和
各种分子量的摩尔分数与其相应的分子量的乘积
∑ ∑∑ ∑∑ Mn =
xi M i =
ni M i = ni
Wi ni
• 重均分子量Mw
版权 之和
各种分子量的质量分数与其相应的分子量的乘积
∑ ∑∑ ∑∑ Mw =
wi M i =
/
η0 c
− 1
=
KM
α η
ni
M
3 i
ni
M
2 i
各种平均分子量大小的比较
有 M n < Mη < M w < M z 所 • 这是普遍性的结论 权 • 小分子量聚合物的存在对Mn的影响大 而对 版 其它较小 分子量大的分子对Mw Mz特别敏
感
明 • 分子量的差异愈大 Mw/Mn的比值愈大 戎宗 定义 分散度 Dn = M w / M n
+ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
k ' ' [η ]3 c3
+ ...
戎宗明 Huggins方程
ηsp = [η]+ k'[η]2 c
胶体界面化学(华东理工大学)-3
表面与胶体化学
课程
σ = [( 207.1)(1.035 × 10−2 )] = 21.10dyn/cm 21.10 − 21.36 Error = × 100 = −1.2% 21.36
4
ρ (g) ≈ 0 [ P] = [− CH 3 ] + [− CH(CH 3 ) − ] + [− COOH ] = 133.3 + 73.8 = 207.1
σm x = 1 − 0.411 × log1 + σW a
戎
EDR C pVm
宗
Schowhorn 1967
明
B σ = A exp − (ηL − ηV )
EDR 则 σ = A′ exp C pVm (η Lm − ηVm )
Riedal 参数 αc 可采用 Miller 的关联式
T ln( pc / 1.01325) α c = 0.90761 + br 1 − Tbr
注 此式中压力单位 故
bar 1 bar = 105 Pa =0.986923atm
版
(1955).
权
可得到一系列热力学图表
所
有
σ = pc2 / 3Tc1 / 3Q (1 − Tr )11 / 9
a×104 8.5 8.5 3.1 19 1.7 0.034 0.0025
对应状态原理的计算公式
对应状态原理最早由 Van der Waals 1883 根据著名的 van der Waals 方程提出 1939 年 Pitzer 对其作了统计解释 对应状态原理不仅可以计算压缩因子 等温焓差 等温熵差和液体粘度等性质 同样也可 用以计算液体的表面张力 对比参数 将 van der Waals 方程应用于临界点 可得 van der Waals 参数与临界参数间的关系
材料表界面(华东理工大学)-4
V2 = k2θ
在等温下达到平衡时有
V1= V2
k1 p
即
k1 P (1-θ) =k2θ
k 2 k1 p
令
b
k1 k2
Langmuir吸附等温式
Langmuir吸附公式： =
bp 1+ bp
（1）低压或吸附很弱时，bp《1,则 θ=bp,即θ与p成直线关系，符合 Herry定律； （2）高压或吸附很强时，bp》1,
V1 k 1 p (1 )
2
脱附时两个离子都可以脱附，解吸速度为：
V 2 k 2
平衡时V1=V2，所以
1
2
1
1
b2 p2
Langmuir吸附等温式
1
1
即
b2 p2
1 1
(3 -1 4 )
1 b2 p2
式中b=k1/k2,低压下，b1/2p1/2《1,
上式简化为：
3.3.3 BET多分子层吸附理论
第一类曲线： Langmuir型，可用单分子 层吸附来解释。如上所述， BET公式中n=1即成为 Langmuir公式。
（1）当Q1》Qn时，单分子层的吸附作用力很大，表面吸附位的 反应活性高，吸附大多不可逆，被认为是化学吸附。如金属与 氧气、氢气或一氧化碳的表面反应体系。 （2）当固体具有超微孔和极微孔时，外表面积比孔内表面积小很 多。微孔的吸附势很大，在低压区，吸附曲线就迅速上升，发 生微孔吸附，在平坦区，发生外表面吸附。
1szyszkowski公式110???acabdcd??1?ln00?????acb???11012????????acabrtccrtct?111??acacacrtb0????2szyszkowski公式cbaln???bcdd??lnrtbcrtt?????????ln10bb???ttcrtcrtcln112???????????bcrt????ln12?cbaln???szyszkowski公式rtrtb???????12rtb????0bb???33333固固气表面吸附气表面吸附331吸附等温线吸附量可用单位质量吸附剂所吸附气体的量或体积来表示即
华东理工分析化学课后答案
(2)分离极性物质，选用极性固定液，这时试样中各组分主要按极性顺序分离， 极性小的先流出色谱柱，极性大的后流出色谱柱。
(3)分离非极性和极性混合物时，一般选用极性固定液，这时非极性组分先出峰， 极性组分(或易被极化的组分)后出峰。
故:(1)不变化,(2)增加,(3)不改变,(4)减小
5.试以塔板高度H做指标,讨论气相色谱操作条件的选择.
解:提示:主要从速率理论(van Deemer equation)来解释,同时考虑 流速的影响,选择最佳载气流速.P13-24。 （1）选择流动相最佳流速。 （2）当流速较小时，可以选择相对分子质量较大的载气（如 N2,Ar)，而当流速较大时，应该选择相对分子质量较小的载气 （如H2,He),同时还应该考虑载气对不同检测器的适应性。 （3）柱温不能高于固定液的最高使用温度，以免引起固定液的 挥发流失。在使最难分离组分能尽可能好的分离的前提下，尽 可能采用较低的温度，但以保留时间适宜，峰形不拖尾为度。
当流速较小时，分子扩散 (B 项 ) 就成为色谱峰扩张的主要因素，此时应采用相对分 子质量较大的载气 (N2 ， Ar ) ，使组分在载气中有较小 的扩散系数。而当流速较大 时，传质项 (C 项 ) 为控制因素，宜采用相对分子质量较小的载气 (H2 ,He ) ，此时组 分在载气中有较大的扩散系数，可减小气相传质阻力，提高柱效。
7. 当下述参数改变时: (1)增大分配比,(2) 流动相速度 增加, (3)减小相比, (4) 提高柱温,是否会使色谱峰变 窄?为什么?
答:(1)保留时间延长,峰形变宽 (2)保留时间缩短,峰形变窄 (3)保留时间延长,峰形变宽 (4)保留时间缩短,峰形变窄
《界面与胶体化学》本科课程习题解答
mg / 2rf 72.16 mN m 1 , CCl 4 26.69 mN m 1
（b） 不能用两式相除消去 f，因此并非仪器常数，而是与液体特性有关的校正值。
5. 在一边半径为 110-3 m，另一边半径为 110-2 m 的 U 形管中加入某种液体（20°C） ，两边毛细管 的液柱高度差h=1.910-2m。已知该液体的密度=950 kgm-3。求液体的表面张力，设该液体完全 润湿玻璃。 解： gh1 2 / r1 ， gh2 2 / r2
4.
水的表面张力与温度关系为/mNm-1 = 75.64-0.14t/C，计算水在 298.16K 时的 GS、SS 与 HS。 解： G ( ) 75.64 0.14 ( 298.16 273.15) 72.14 (mN m 1 )
t ( ) 0.14 ， S 0.14 T p t p T p T p
4.
25°C 时应用毛细管半径为 0.40mm 的滴重法仪器先后测定水和四氯化碳的表面张力，测得 20 滴 水重 0.3020g，30 滴 CCl4 重 0.1502g。 (a). 利用校正因子 f 计算表面张力； (b). 如用水先“校正”此仪器，并认为校正因子相同而消去，水的表面张力可取 72.14mNm-1， 用此法计算的 CCl4 表面张力值油多大误差？这个方法是否可行，试讨论之。 解：已知毛细管半径 r 0.040 cm ，其它有关数据为：
6L2/100。 (a) (b) 小立方体的面积比原立方体的面积小 6L2 /(6 L2 / 100) 100 倍； 小立方体的总面积为 1000 (6 L2 / 100) 60 L2 ，比原来大 10 倍。
胶体与界面化学导论
• 水在玻璃上能铺展，水银在玻璃上却形成 液滴？为什么？
• 活性碳为什么可以做防毒面具？冰箱除臭 剂？
• 为什么在参观面粉厂时,不能穿带铁钉 鞋? • 土壤为什么能将水份保存起来? • 如何抑制沙漠地带水的蒸发? • 木制家具和油画为什么会自动裂损? • 鸭子为什么会浮在水中? • 夏天牛奶为什么容易变质? • 洗衣粉为什么有去污作用? • 明矾为什么能净水 • 肥皂为什么能去污？
二、胶体化学研究的三个领域
• 分子胶体（亲液溶胶） • 缔合胶体（表面活性剂胶束溶液） • 粗分散体系和溶胶（憎液溶胶）
胶体分散体系分类 • 液溶胶： 分散介质为液体
灭火泡沫（G→L）； 牛奶 （L→L）； 墨 水（S→L） • 固溶胶：分散介质为固体 ◆ 泡沫塑料（G→S）； 珍珠（L→S）； 有色玻璃（S→S） • 气溶剂：分散介质为气体 雾（L→G） ； 烟尘（S→G）
课程学习的目的和学习方式
●“学生取得化学学位之后，很可能不知道什么 是胶体化学”——美国著名胶体化学家 ●“我们没有专门学过胶体化学，然而现在却整 天同它打交道”——许多工程技术人员的感受 ●实施网络环境下的教学方式
●
●
学生参与学习过程的问题讨论，主动获取知识 采用文献导读的方式，学生从网络获取更多的信 息， 并提高获取知识的能力
NO8：第四章：界面电化学（1）溶胶的电 学性质与胶团结构（2）界面双电层与电动 电位（3）界面电化学的研究方法介绍（4） 电动现象及其应用 NO9：第五章：溶胶的稳定性（1）溶胶的 稳定性与DLVO理论（2）溶胶的聚沉（3） 影响溶胶聚沉的各种因素与规则 NO10：高分子溶液介绍；聚电解质的应用 举例—絮凝剂（2）乳状液介绍；乳状液的 应用与前景了解高分子溶液和乳状液及其应 用 NO11：课程考试 教学方式：教学方式：课堂讲授+ 讨论
《界面与胶体化学》本科课程习题解答
4
4
4
a 25.80 21.02 a 40b b 0.1195 （文献值 22.66） 。 30C 时， 25.80 0.1195 30 22.22 mN m 1 ；
2.
正丁酸 20°C 时的密度为 0.9559 gcm-3 ，其临界性质分别为 Tc=615.70K ， pc=4.064106Pa ， Vc=0.2917m3kmol-1，沸点 Tb=436.42K，试分别用等张比容法和对应状态原理计算其 20°C 时的 表面张力并比较两者的结果（实验值为 26.63dym/cm） 。
2Vm p p 得： p r exp 0.999 ， p r 0.999 3178 3175 Pa ， r 100% 0.1% 。 p RTr
p
第三章
1. 半径为 0.1mm 的毛细管垂直插入油-水二液层中，设油与水的密度分别为 0.8gcm-3 与 1.00 gcm-3， 玻璃-水-油的接触角为 40°，水相的液面上升高度（h）为 4.00cm，计算此油-水的界面张力。 解： grh / 2 cos (1 0.8) 980 0.01 4.00 5.12mN m 1
3 （a）由比表面定义， A A 3 , r 解： 3.18 10 8 m sp V r 4.35 2.17 10 6
（b）NaCl 在乙醇中的过饱和度为 6.71%，即 sr / s0 1.0671 ， 且 NaCl Na Cl ，故 m+n = 2，则 RTr ln( sr / s0 ) 189.2 mN m 1 SL
2O
mg / 2rf 72.16 mN m 1 , CCl 4 26.69 mN m 1
材料表界面(华东理工大学)-1
表面时内能的变化:
dU=dQR dWR
• 系统功包括膨胀功和表面功:
(2 5)
dWR pdV σdA
•由热力学第二定律，dQR=TdS，得：
dU TdS PdV σdA
(2 6)
2.2 表面张力的热力学定义
• 根据焓：H=U+pV,
材料表界面
危大福 管 涌 杨云霞
联系方法：
材料学院 实验一楼309室
电话：64253343
Email： dfwei@
考核方式
• 平时成绩： 30％ （包括考勤15％和课堂练习、
作业等15％）
• 期末考试： 70％
课程内容
• • • • • • • • 绪论 液体表面 固体表面 固液表面 表面活性剂 高分子材料的表面张力 聚合物的表面改性 复合材料的界面
织物软化剂
表界面现象的直接应用 天然和合成材料的纯化或改性 生理应用 润滑、粘接、泡沫、润湿和防水 三次采油、制糖、烧结 呼吸、关节润滑、液体输送中的毛 细现象、动脉硬化
1.3表界面研究的重要性
• • • •
登月计划失败例 ； MDF水泥； 复合材料偶联剂； 纳米材料；
1.3表界面研究的重要性
登月计划失败例
实验思想和方法的建立过程。利用高度受控的
系统，他成功测量了每一个反应步骤的速率和
反应动能，这些数据又被用于更有实际应用价 值的反应过程的计算。这就是埃特尔的方法学 不仅对基础研究，而且对工业模型的建立也极 为重要的原因。
1.3表界面研究的重要性
表、界面现象一览表
分类 作为表面活性剂 材料制造的产品 表、界面现象 肥皂和洗涤剂（表面活性剂） 乳化剂和稳定剂（非表面活性剂） 除草剂和杀虫剂
华东理工大学精品课程课件-高分子材料助剂、促进剂
硫化促进剂的结构分类表
名称 1.胍类 代表性结构 名称 代表性结构
R NCS R' S n M (M为金属离子)
RNH R'NH
N
C NH
3. 二硫代氨基甲 酸盐类
4.黄原酸盐类
2.噻唑类
S
CSH
[ (R''O)CS ]n M (M为金属离子) S
N
R CSN R'
5.次磺酰胺类
S
7.醛胺类
脂肪醛和氨或胺类的缩合物
R R1
S N C
R,R1—烷基，芳基
S
Me
Me—金属离子 n—金属离子价
式中R为甲基、乙基、丁基、苯基，即为通常各种商品促进剂。
盐类中锌盐应用最广，其次为铅盐，再次为铜、铋、镍盐。 至于钾、钠盐则多用于胶乳中。
几种二硫代氨基甲酸盐
名 称 二甲基二硫代氨基甲基锌 （促进剂PZ）
CH3 CH3 N
R
R NC(S)nCN S S R'
6.秋兰姆类
R'
促进剂的作用机理
MSH + ZnO MSZnSM + S8 Ⅰ
（ ）
(1)
MS MS Zn++ Zn R Sx Sy
+ +
Sx Sx
Sy Sy
SM (Ⅱ) R + M SH Ⅲ 慢
(2)
RH (橡胶)
（ ）
N SC S 极慢 极慢 (Ⅳ) R
R
Sx Sy + SM （Ⅹ） （Ⅸ） RH 快
R CSN
次磺酰胺类
R'
S [CBS,OBS]
(1928)
第12章胶体化学2ppt课件
外加电场引 起相对运动
电渗
（固相不动，液体移动）
相对运动产 生电位差
流动电势
说明：溶胶粒子和分散介质带有不同性质的电荷 溶胶粒子为什么带电？ 溶胶粒子周围的分散介质中，反离子（与胶粒所带电荷 符号相反的离子）是如何分布的？ 电解质是如何影响电动现象的？ ——双电层理论
9
2. 扩散双电层理论
溶胶粒子带电原因： ①离子吸附：固体表面从溶液中有选择性地吸附某种离 子而带电。如AgI溶胶：
界面法移动法电泳装置
实验测出在一定时间内界面 移动的距离，可求得粒子的电 泳速度
Fe(OH)3溶胶粒子带正电
2
电势梯度 100V m1 时溶胶粒子与普通离子的运动速度
粒子的种类
H+ OH－ Na+ K+ Cl－ C3H7COO－ C8H17COO－ 溶胶粒子
运动速度 v 106 m s1
--
-
-
-
-
-
-
-
-
+ +
+ +
-- -
- ---
扩散层 斯特恩层(紧密层)
固体表面 斯特恩面 滑动面
φo
表面电势φ0 （热力学电势） 斯特恩电势φ
电势（滑动面
与溶液本体之间 的电位差）
φδ
16
电势的大小，反映了胶粒带电的程度， 电势越大，表明：
✓胶粒带电 ， ✓滑动面与溶液本体之间的电势差 ✓扩散层厚度 电解质的影响： 溶液中电解质浓度增加时，介质中反 离子的浓度加大，将压缩扩散层使其 变薄，把更多的反离子挤进滑动面以
斥力势能
引力势能
27
除胶粒带电是溶胶稳定的主要原因外，溶剂化作用和布朗 运动也是溶胶稳定的有利因素。 所以溶胶稳定的原因： 1)胶粒带电 增加胶粒间的排斥作用； 2)溶剂化作用 形成弹性水化外壳，增加溶胶聚合的阻力 3)Brown运动 使胶粒克服受重力影响而不下沉
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精确测定还应乘以一个经验的液滴形状校正因子 mg = 2πrσf σ = ρVg / 2πrf 形状校正因子 f 可根据液滴的半径和体积计算得到 Harkins-Brown: f = ϕ (r / a ) = θ (r / V 1/ 3 )
Wilkenson: 吴树森-王飞虹
f = 0.9045 − 0.7249(r / V 1 / 3 ) + 0.4293(r / V 1 / 3 )
宗
明
恒速滴重法——结果
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表面与胶体化学 课程
1 根据正己烷-水 甲苯-水 醋酸正戊酯-水的实验数据回归得到 (U0/Ri)⋅(u2/u1) = 19.989+3.110(Re)+0.186(Re)2+1.115(Re)3 2 由溶液的σt与液滴的表面寿命ta的关系 σt∼ ta 推算扩散系数D 由σt外推求平 衡界面张力 3 拟合σt与浓度c的关系 计算Gibbs等温式 动表 界 面张力的意义 由动表 界 面张力可研究溶质从体相扩散到表面层上吸附动力学 当新界面 产生时 次表面层的溶质向表面层扩散的速度一般大于体相向次表面层扩散的速 度 根据 Fick 第一 第二定律 表面上分子吸附的速率为 dn(t) / dt = D [∂c(0,t) / ∂t]z=0 式中表面吸附量 n(t)和次表面层浓度 c(0,t)可由 Gibbs 吸附等温式计算 动表面张力的研究在气体吸收 萃取 乳化和润湿等过程是十分重要的 表面活性剂的吸附速度 主要决定于表面活性剂分子从溶液内部向表面的扩散 在时 分子到达表面的速度可表达为 dn D 2 −21 N 0 = ct dt π 1000 1 1 1 t2 1 N D 2 2 n = 2 ct − ∫ φ( z )d (1 − z )2 0 π 1000 φ(t)为紧靠在吸附膜下面的溶液中溶质随时间变化
吊环法
又称 Du Noüy 法 最先由 Timberg 和 Sondhauss 使用 基本工作由 Harkins 和 Jordan 及 Fread 进行并加以推广 但 Du Noüy 第一个应用扭力天平进行测定 其 基本原理是测量一个浸在液面上的金属环与液面脱离时所需的最大力 可以认为环 脱离液面时的最大力等于表面张力乘以环的周长 由此可得表张力 此法可测定悬 浮体的表面张力 但由于其影响因素较多 Zettle—moyer 等指出 此法对表面活 性剂溶液得不到准确的 可重复的结果 有时误差可达 10 mN/m
戎
宗
明
如果液体不能润湿毛细管 将下降 可导得类似关系式
σ = Rρ ( l) gh 2
则在管内形成凸面
弯月形接近于
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表面与胶体化学 课程
r r − 0.1288 rh + 0.1312 h a2 = r h + 3 2 −L
(
2
3
)
2
Basforth 和 Adams 发展的近似解 Sugden 编制了相应的表格
戎
宗
R’+2r
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表面与胶体化学 课程
在天平上显示的总力 P 为 P = W环 + 2πσ ' R'+2πσ ( R'+2r ) 令 R = R'+ r 净力 F = P − W环 = mg = 4π ( R'+ r )σ ' = 4πRσ ' 同样 由于在吊环脱离液面时 会存在不完全拉脱现象 也要进行校正 一般以 Harkins-Jordan 方法校正 f (σ σ ' ) = f (R 3 / V , R / r ) 详细的校正数据见 贝歇尔著 乳状液理论与实践 p379-380 科学出版社 1978 .
表面与胶体化学 课程
表(界)面张力实验测定方法
毛细管上升法
当半径为 R 的毛细管一端垂直插入待测液体中 若液体能润湿毛细管 则在 毛细管内形成凹面 凹面半径 r = R / cosθ 凹面处液体的压力小于平面处 r = 的压力 故毛细管内液面上升 至高度 h 时达到平衡 凹面 1 处液体压力 p1( l) 与气体压力 p1( g) 的关系按 Laplace 公式为
2
f = 1.007 − 1.4789(r / V 1 / 3 ) + 1.829(r / V 1 / 3 )
2
液液界面张力的测定 ( ρ − ρ 2 )Vg σ 12 = 1 2πrf
版 明
r
R’
权P所Fra bibliotek0.3 < r / V 1 / 3 < 1.2
有
0.058 < r / V 1 / 3 < 0.3
r ( l) R ( (ρ (l) − ρ (g) )gh ρ − ρ ( g) )gh = 2 2 cosθ 通常 ρ ( g) << ρ ( l) 上式可简化为 σ = Rρ ( l) gh ( 2 cosθ )
( g) p1( g) + ρ ( g ) gh = p 2
h
σ=
如近似设接触角 θ = 0o
实验中 可采用变通的办法 同内径的毛细管的高度 则 ∆ρgr1r2 ∆h σ= 2( r1 − r2 )
即测量液体在不
理论上毛细管上升法也可测定液液界面张力 若存在接触角的问题 则不适用于界面张力的测定
此 法是测定液体表面张力的一种绝对方法 较早应用这种方法工作的是 Bashford 和 Adamas 这种方法所需仪器简单 测定结果也较精确 一般可达到千 分之几 而且实验条件可严格控制 由于测定时是将毛细管内的弯月面当作球面的 一部分 最好接触角为零 否则由于接触角的滞后作用 难得到准确结果 另外 管内径须洁净 但对毛细孔截面形状要求不严格 碱性溶液对玻璃毛细管有一定的 腐蚀性 因此 此法在实际应用中受到一定的限制
2σ 由于 ∆p = + ∆ρgh + ∑ ∆pi r i 当双毛细管处理时 2σ ∆p1 = + ∆ρ L gh 毛细管 1 r1 2σ ∆p2 = + ∆ρ L gh 毛细管 2 r2
Quagle 装置
版
σ=
权
所
有
我们的改进装置
最大泡压法是 Simon 在 1851 年首先提出 后由 Canter Jaeger 分别从理论何 实用角度加以发展 本质上是一种涉及不断形成气—液界面的准 准动态法 其精确度 可达千分之几 此法的优点是仪器简单 操作方便 可测量非电解质二元液体混合 物 二元有机混合物和高分子溶液的表面张力以及不易接近的液体 缺点是此法是 一种产生新鲜表面准动态法 由于气泡不断生成可能扰动液化气面的平衡 引起液 化气面污染及改变液体表面温度 故不能用来测定到达平衡慢的系统的表面张力
戎
宗
明
当毛细管半径较大时 可采用 Sugden 类似的方法进行
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校正方法
a1 = rh
r / a1
查表
X = a2 / h
ak = hX k
a 2 = hX
a恒定
实验测得的压差值 除了表面张力的贡献外 还有毛细管深入液面下的浸入深 度 液体静压差 的贡献 以及其他性质 如液体粘度等的贡献总和 因此 毛细 管必须正好处于液面上 才能不考虑毛细管浸入深度的影响 为了消除毛细管浸入 深度对实验结果的影响 Quagle 于 1957 年提出了双毛细管实验装置 见下图 将半径不同的两根毛细管同时插至液体相同的深度 分别测定两毛细管出泡时的压 差 但是 由于对毛细管安装要求极高 要完全消除净压力差是非常困难 我们曾 于 1985 年建立了一个双毛细管实验装置 通过螺杆细调活塞浸入液体的体积 来 调节粗 细毛细管的浸入深度 使两者相等 来消除浸入深度的影响
p1( l) = p1( g) − 2σ / r
( l) ( g) 平面 2 处液体压力 p2 则等于气体压力 p2
即
( l) ( g) p2 = p2
由于 1 与 2 处的高度差 对液体和气体分别有
( l) p1( l) + ρ ( l ) gh = p2
1
得 p1( l) − p1( g) + (ρ ( l) − ρ ( g) )gh = 0 利用 r = R / cos θ 得界面张力与上升高度的关 系式
则有
σ = Rρ ( l) gh 2
用实测高度和接触角得到液体的界(表)面张力
版
权
2 (a )
所
R r (b )
有
液面
对于精确的工作 应该对弯月形部分加以校正 在细毛细管内 半圆形 可由下式计算 σ=1 2 r ( h + r / 3) ∆ρg 2σ 定义 毛细管常数 a 2 = ∆ ρg 对弯月形部分的校正有两种形式 1 Rayleigh 级数近似解 在 r«h 时 2 σ =1 2 a ∆ρg
戎
宗
明
(∆p2 − ∆p1 )r1r2 2(r1 − r2 )
滴重法或滴体积法
此法最初的设想是药学家 Tate 在 1864 年提出的 经过 Lohnstein 特别是 Harkins
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和 Brown 的细致工作 发展成为简便 准确的液体表面张力的方法 既可测定气 —液表面张力 又可测定液—液界面张力 精度可达 10‰ 直接测定滴重量的叫 做滴重法 通过测量落滴体积而推算的叫做滴体积法 滴重测定虽可以很准确 但 操作不大方便 现在更多是采用滴体积法 此法乃非平衡法 故对于表面张力有很 长时间效应者 如溶质分子较大的溶液 溶质分子在表面吸附平衡到达较慢 表面 张力到达平衡时间也较长 此法就不甚适用了 当液滴自毛细管中坠落时 其质量 m 与σ间有下列关系