胶体与界面化学

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2020/12/6
前言
•由于实验技术的不断发展（像超离心机、光散 色、X射线、多种电子显微镜、红外线以及各种 能谱等的应用），又使胶体和表面化学在微观研 究中跃进了一大步。
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2020/12/6
前言
界面现象有着广泛的应用。主要有： 1、吸附 如用活性炭脱除有机物；用硅胶或活性氧化铝脱除 水蒸汽；用分子筛分离氮气和氧气；泡沫浮选等。 2、催化作用 在多相催化中使用固体催化剂以加速反应。如 石油工业的催化裂化和催化加氢、胶束催化等。 3、表面膜 如微电子集成电路块中有重要应用的LB膜；在 生物学和医学研究中有重要意义的BL膜和人工膜；能延缓湖 泊水库水分蒸发的天然糖蛋白膜等。 4、新相生成 晶核生成或晶体生长是典型的新相生成，过冷、 过热、过饱和等亚稳现象产生的主要原因也是由于新相生成。
体与 界面现象”的专著在国内外已有多种版本。 本课程主要介绍与界面现象有关的物理化学原理及应用。它 包括各种相界面和表面活性剂的相关特性，界面上的各种物 理化学作用，实验的和理论的研究方法及其重要应用。对于 准备考研的同学，还应将其作为物理化学课程的一部分。
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2020/12/6
界面与胶体化学基础
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2020/12/6
前言
界面现象是自然界普遍存在的现象。胶体指的是具有很大比 表面的分散体系。对胶体和界面现象的研究是物理化学基本 原理的拓展和应用。从历史角度看，界面化学是胶体化学的 一个最重要的分支，两者间关系密切。而随着科学的发展， 现今界面化学已独立成一门科学，有关“界面现象”或“胶
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2020/12/6
前言
1806年，拉普拉斯（P.S.Laplace）导出了弯曲液面两边附加 压力与界面张力和曲率半径的关系.可用该公式解释毛细管现 象。1869年普里（A.Dapre）研究了润湿和黏附 现象，将黏 附功与界面张力联系起来。界面热力学的奠基人吉布斯 （Gibbs）在1878年提出了界面相厚度为零的吉布斯界面模型， 他还导出了联系吸附量和界面张力随体相浓度变化的普遍关 系式即著名的吉布斯吸附等温式。1859年，开尔文（Kelvin） 将界面扩展时伴随的热效应与界面张力随温度的变化联系起 来。后来，他又导出蒸汽压随界面曲率的变化的方程即著名 的开尔文方程。
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2020/12/6
前言
同界面化学一样，胶体化学也是一门古老而又年轻的科学。
有史以前，我们的祖先就会制造陶器；汉朝已能利用纤维造 纸；后汉时又发明了墨；其他像做豆腐、面食以及药物的制 剂等等在我国都有悠久的历史，这些成品及其制作过程都与 胶体化学密切相关。1809年，俄国化学家Scheele发现了土粒 的电泳现象；1829年英国植物学家Brown观察到花粉的布朗 运动。次后，许多人相继制备了各种溶胶，并研究了它们的 性质。
前言
界面化学是一门既古老又年轻的科学，它是研究界面的物理 化学规律及体相与表相的相互影响关系的一门学科。历史上 对界面现象的研究是从力学开始的，早在十九世纪初就形成 了界面张力的概念。而最早提出界面张力概念的是T.Young， 他在1805年指出，体系中两个相接触的均匀流体，从力学的 观点看就象是被一张无限薄的弹性膜所分开，界面张力则存 在于这一弹性膜中。杨还将界面张力概念推广应用于有固体 的体系，导出了联系气—液、固—液、固—气界面张力与接 触角关系的杨氏方程。
胶体化学作为一门学科来说，它的历史比较一致的看法 是从1861年开始的，创始人是英国科学家Thomas Graham， 他系统研究过许多物质的扩散速度，并首先提出晶体和胶体 （colloid）的概念，制定了许多名词用来形容他所发现的
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2020/12/6
前言
事实。现今我们所用的一些名词，如溶胶（sol）、凝胶 （gel）、胶溶（peptization）、渗析（dialysis）、离浆 （syneresis）都是Graham提出的。尽管在这一时期积累 了大量的经验和知识，但胶体化学真正为人们所重视并 获得较大的发展是从1903年开始的。这时 Zsigmondy （德）发明了超显微镜，肯定了溶胶的一个根本问题— —体系的多相性，从而明确了胶体化学是界面化学。 1907年，德国化学家Ostwald创办了第一个胶Baidu Nhomakorabea化学的专 门刊物——《胶体化学和工业杂志》，因而许多人把这 一年视为胶体化学正式成为一门独立学科的一年。接着 Freundlich和Zsigmondy先后出版了他们的名著《毛细管 化学》（1909）和《胶体化学》（1902）。近几十年来，
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2020/12/6
前言
5、泡沫乳状液 如油品乳化、破乳；泡沫灭火等。 6、润湿作用 如喷洒农药、感光乳液配制、电镀工件的润湿 及利用润湿作用 进行浮选等。 此外，在超细粉末和纳米材料的制备和粉末团聚的研究方面， 界面现象都有重要的应用。
由上可见，界面化学所研究的是包括从宏观到微观的相界 面。无论是在科学研究中或是在工业应用上，界面现象均有 着极其广泛的应用。
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2020/12/6
第一章 表面吉布斯自由能和表面张力
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2020/12/6
前言
在1913—1942年期间，美国科学家Langmuir在界面科学领域做 出了杰出的贡献，特别是对吸附、单分子膜的研究尤为突出。 他于1932年获诺贝尔奖，被誉为界面化学的开拓者。
界面化学的统计力学研究是从范德华开始的。1893年，范德 华认识到在界面层中密度实际上是连续变化的。他应用了局部 自由能密度的概念，结合范德华方程，并引入半经验修正，从 理论上研究了决定于分子间力的状态方程参数与界面张力间的 关系。50年代以后，界面现象的统计力学研究经过勃夫 （F.Buff）、寇克伍德（Kirkwood）、哈拉西玛（Harasima） 等的研究工作，取得了实质性的进展。