胶体与表面化学1-5
物化第11章 胶体与表面化学
例：室温时小水滴，r =1mm时， p≈200Pa (1.5mmHg) r =10-5mm时， p≈145p ∴ 当颗粒半径可用mm描述时，可忽略p；当颗粒 半径小至不可用mm描述时(超细粉，纳米材料)， 由于p值巨大，会使液、固体许多性质发生巨变， 与正常液、固体不同。
§11－3 Young-Laplace方程的应用
若等温下将固体变成纳 米颗粒，则
l s p可忽略 Tmo
(s, r) > (l)
∴ s将熔化。表明Tmo不是纳 米颗粒的熔点， Tm < Tmo ，表明小颗粒更易熔化。
(s) = (l)
定量计算： 自学
四、亚稳相平衡 (Metastable phase equilibrium)
亚稳相： 过饱和蒸汽 过热液体 (A) (B) (C)
sln xBo B(s)
若将B(s)变成纳米材料(作 表面功)，则 r↓ B(s) ↑,
B(s, r) > B(sln)
∴ B(s)将溶解。即xBo对纳 米颗粒而言是不饱和浓度。 xB > xBo，表明小颗粒更易溶解。
p可忽略
B(s) = B(sln)
定量计算
2 sl M B ln o RT Br xB xB
§11－5 溶液表面
液体自动降低表面能 纯液体：A↓ 溶液
A↓
↓：通过自发改变表面情况(∵ sln的与浓度有关)
一、溶液的表面张力和表面吸附现象 (Surface tension of solution and adsorption at solution surface)
1.溶液表面张力与浓度的关系：
即
l dpv Vm 2 1 o pv r RT d r p r
第二章(表面化学和胶体化学)PPT课件
可见光波长：
400 ～ 700 nm
在真溶液中，溶质颗粒太小（<10-9 m）,
光的散射极弱，看不到丁达尔效应。阳光从狭
缝射进室内形成光柱也是丁达尔效应。
（2） 动力学性质（布朗运动）
在超显微镜下观察胶体溶液，可以看到胶体
粒子的发光点在介质中间不停地作不规则的运
动，称布朗运动。
-
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布朗运动产生的原因： 分散质粒子本身处于不断的热运动中。 分散剂分子对分散质粒子的不断撞击。
① 离子选择性吸附 ② 离子交换吸附：
吸附和解吸的关系： 动态平衡
-
17
制备As2S3溶胶
2H3AsO3 + 3H2S = As2S3 + 6H2O
H2S发生电离：H 2 S
H ++H S -
As2S3 选择吸附HS- 而带负电荷。
-
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如：去离子水的制备（阴、阳离子交换树脂）
2 R -S O 3 H +C a 2 + (R -S O 3 )2 C a +2 H + 2 R -N (C H 3)3 O H + S O 4 2 - [R -N (C H 3)3 ]2S O 4 + 2 O H -
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一克水分散成半径 1 × 10-9 m的小水 滴，需要做功220J，增加的能量可将这 一克水的温度升高50℃。
同一体系，其分散度越大，其表面 能越大。
-
10
表面能
W•S
σ: 恒温恒压下增加单位表面
积所引起的系统能量增量
表面张力
σ: 与表面相切，垂直作用
于单位长度边界线上的力。
-
11
润湿和润湿角
基础化学 第五章 胶体
dS＜0，对固体物质同样适用*。
高度分散的溶胶比表面大，所以表面能也大， 它们有自动聚积成大的颗粒而减小表面积的趋势， 称为聚结不稳定。属于热力学不稳定体系。
高分子化合物溶液的分散相粒子大小在胶体范围 内，属于胶体溶液。其分散相是以单个分子分散在介 质中，为均相分散系。是热力学稳定系统。
1×10-3 2.4×108 3×103 3×103 2.2×10-2
1×10-5 2.4×1014 3×105 3×105 2.2×100
1×10-7 2.4×1020 3×107 3×107 2.2×102
系统表面能和表面积的关系为*：dG表=dS S ---系统表面积， ---比表面自由能， 若dG表＜0，则dS＜0，
基础化学 第五章 胶体
研究内容：
涉及物理学中的光学、电学、流体力学和流变 学，同时还涉及表面化学、电化学。
从应用来说，遍及生命现象（血液、骨组织、 细胞膜）、材料（陶瓷、水泥、纤维、塑料、多孔 吸附剂、有色玻璃以及微米与纳米材料）、食品 （牛奶、啤酒、面包）、能源（油、气的地质勘探、 钻井、采油、储运，石油炼制、油品回收、乳化和 破乳等）、环境（烟雾、除尘、污水处理）等各领 域。因此，虽然历史上曾称为胶体化学，现在则将 这一学科称为胶体科学。
1.分散度(degree of dispersion)
分散相在分散介质中比表面(specific surface
area) 来表示。
比表面 (S0)：是指单位体积物质所具有的表面积。
S0 = S/V S-----总表面积
(5-1) V -----体积
总表面积越大，分散度越大，比表面也越大*。
溶胶的性质
物理化学界面第9章 表面现象总结
第9章表面现象和胶体化学1 基本概念1.1界面和表面不同物质或同种物质的密切接触的两个相之间的过渡区叫界面，如液态水和冰的接触面，水蒸气和玻璃的接触面等等。
表面是指固体对真空或固体和液体物质与其自身的蒸气相接触的面。
显然，表面包括在界面的概念之内，但通常并没严格区别两者，“表面”和“界面”互相通用。
1.2 表面能、表面函数和表面功表面上的物质微粒比他们处于体相内部时多出的能量叫表面能或总表面能。
由于表面的变化通常在等温等压条件下进行，因此这时的表面能实际上就是表面吉布斯函数。
在等温等压下且组成不变的条件下以可逆方式增加体系的表面积时所做的非体积功叫表面功，它在量值上等于表面吉布斯函数。
1.03 表面张力（比表面能）简单的说，表面张力就是单位面积上的表面能量，即比表面能，因为它与力有相同的量纲，故叫表面张力。
实际上，表面张力是表面层的分子垂直作用在单位长度的线段或边界上且与表面平行或相切的收缩力。
1.04 附加压力弯曲液面下的附加压力是指液面内部承受的压力与外界压力之差，其方向指向曲面球心。
1.5 铺展和铺展系数某一种液滴在另一种不相溶的液体表面上自行展开形成一层液膜的现象叫铺展，也叫展开。
铺展系数就是某液滴B在液体A的表面上铺展时比表面吉布斯函数的变化值，常用符号为S B/A1.6 湿润凡是液体沾湿在固体表面上的现象都叫润湿，其中又分为铺展润湿（液体在固体表面上完全展开），沾湿湿润（液体在固体表面形成平凹透镜）和浸没湿润（固体完全浸渍在液体中），三种湿润程度的差别是：浸没湿润〉铺展湿润〉沾湿湿润1.7 沾湿功和湿润功在定温定压下，将单位面积的固-液界面分开时外界所做的可逆功叫沾湿功。
这一概念对完全不相溶的两种液体间的界面也适用。
结合功是指定温定压下，将单位面积的液柱拉开时外界所做的可逆功，又叫内聚功。
它是同种分子相互吸引能力的量度。
1.08 接触角液体在固体表面达到平衡时，过三相接触点的切线与固-液界面所夹的最大角叫平衡接触角或润湿角，常用符号θ。
胶体与表面化学的简答题
1.什么是气凝胶？有哪些主要特点和用途？当凝胶脱去大部分溶剂，使凝胶中液体含量比固体含量少得多，或凝胶的空间网状结构中充满的介质是气体，外表呈固体状，这即为干凝胶，也称为气凝胶。
气凝胶是一种固体物质形态，世界上密度最小的固体。
气凝胶貌似“弱不禁风”，其实非常坚固耐用。
它可以承受相当于自身质量几千倍的压力，在温度达到1200摄氏度时才会熔化。
此外它的导热性和折射率也很低，绝缘能力比最好的玻璃纤维还要强39倍。
用途：（1）制作火星探险宇航服（2）防弹不怕被炸（3）过滤与催化（4）隔音材料（5）日常生活用品 2.试述凝胶形成的基本条件？①降低溶解度，使被分散的物质从溶液中以“胶体分散状态”析出。
②析出的质点即不沉降，也不能自由行动，而是构成骨架，在整个溶液中形成连续的网状结构。
2.简述光学白度法测定去污力的过程。
将人工制备的污布放在盛有洗涤剂硬水的玻璃瓶中，瓶内还放有橡皮弹子，在机械转动下，人工污布受到擦洗。
在规定温度下洗涤一定时间后，用白度计在一定波长下测定污染棉布试片洗涤前后的光谱反射率，并与空白对照。
4.试述洗涤剂的发展趋势。
液体洗涤剂近几年的新的发展趋势： (1)浓缩化 (2)温和化、安全化(3)专业化 (4)功能化(5)生态化: ①无磷化②表面活性剂生物降解③以氧代氯 5.简述干洗的原理干洗是在有机溶剂中进行洗涤的方法，是利用溶剂的溶解力和表面活性剂的加溶能力去除织物表面的污垢。
3. 脂肪酶在洗涤剂中的主要作用是什么？脂肪酶，人的皮脂污垢如衣领污垢中因含有甘油三脂肪酸酯而很难去除，在食品污垢中也含有甘油三脂肪酸酯类的憎水物质，脂肪酶能将这些污垢分解成甘油和脂肪酸。
4.在洗涤剂中作为柔和剂的SAA主要是什么物质？用作柔和剂的表面活性剂主要是两性表面活性剂 8.用防水剂处理过的纤维为什么能防水？织物防水原理：将纤维织物用防水剂进行处理，可使处理后的纤维不表面变为疏水性，防水织物由于表面的疏水性使织物与水之间的接触角θ>90°，在纤维与纤维间形成的“毛细管”中的液面成凸液面，凸液面的表面张力的合力产生的附加压力△P的方向指向液体内部因此有阻止水通过毛细管渗透下来的作用。
胶体与表面化学第一讲
{[AgI]m· nAg+ · (n-x) NO3-} x+ · x NO3胶核 胶粒 胶团 胶粒带电，但整个胶体分散系是呈电中性的。 胶粒带电，但整个胶体分散系是呈电中性的。在 进行电泳实验时，由于电场的作用， 进行电泳实验时，由于电场的作用，胶团在吸附 层和扩散层的界面之间发生分离， 层和扩散层的界面之间发生分离，带正电的胶粒 向阴极移动，带负电的离子向阳极移动。因此， 向阴极移动，带负电的离子向阳极移动。因此， 胶团在电场作用下的行为跟电解质相似。 胶团在电场作用下的行为跟电解质相似。 吸附层 扩散层
胶粒带同种电荷，相互间产生排斥作用， 胶粒带同种电荷，相互间产生排斥作用， 不易结合成更大的沉淀微粒， 不易结合成更大的沉淀微粒，这是胶体具有稳 定性的主要因素 主要因素。 定性的主要因素。
例 在陶瓷工业上常遇到因陶土里混有 Fe2O3而影响产品质量的问题。解决方法 而影响产品质量的问题。 之一是把这些陶土和水放在一起搅拌， 之一是把这些陶土和水放在一起搅拌，使 粒子大小在1nm~100nm之间，然后插入 之间， 粒子大小在 之间 两根电极，接通直流电源， 两根电极，接通直流电源，这时阳极聚 带负电荷的胶粒（粒子陶土） 积 带负电荷的胶粒（粒子陶土）， 带正电荷的胶粒（ 阴极聚积 带正电荷的胶粒（Fe2O3) ，理由 是
3、 电泳现象 电学性质 、 电泳现象(电学性质 电学性质) 在外加电场作用下, 在外加电场作用下 胶体粒子在分散剂里 阴极或阳极) 的现象, 向电极 (阴极或阳极 作定向移动的现象 阴极或阳极 作定向移动的现象 叫做电泳
Fe(OH)3胶体向阴极 移动——带正电荷 带正电荷 移动 阴极
阳极
+
原因：粒子胶体微粒带同种电荷，当胶粒带正 原因：粒子胶体微粒带同种电荷， 电荷时向阴极运动， 电荷时向阴极运动，当胶粒带负电荷时 向阳极运动。 向阳极运动。 胶体的胶粒有的带电， 电泳现象 现象； 胶体的胶粒有的带电，有电泳现象；有的不带 没有电泳现象。 电，没有电泳现象。
第5章胶体溶液和表面现象
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二 高分子化合物溶液的特点
• 1、稳定性大
– 稳定的主要因素是在溶液中水化能力很强，高 分子化合物能通过氢键与水形成一层很厚的水 化膜。
• 2、粘度大 • 3、溶解的可逆性
– 高分子化合物从溶剂中分离出来以后，再加入 原来的溶剂，又能得到原来状态的真溶液。胶 体溶液一旦聚沉以后，再加入原来的分散剂不 能再形成胶体溶液。
乳化剂：能增加乳浊液稳定性的物质。 乳化作用：乳化剂使乳浊液稳定的作用。
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乳浊液
类型:水包油（O/W）：水是分散剂，油 是分散质。如：牛奶 油包水（W/O）：油是分散剂，水是分散质。 如：原油 乳化剂决定乳浊液的类型。
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亲水乳化剂有钾肥皂、钠肥皂、十二烷基磺酸 钠、蛋白质、动物胶等； 亲油乳化剂有钙、镁、锌二价金属肥皂，高级 醇类、石墨、碳黑等。
第五章 胶体溶液和表面现象
第一节 胶体溶液
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分散系的分类
胶体分散系包括溶胶、高分子溶液。
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一、胶体溶液的性质
• （一）溶剂的光学性质——丁铎尔(Tyndall)效应
– 如果将一束强光射入胶体溶液，在光束的垂直方向 上可以看到一条发亮的光柱，这种现象称为丁达尔 效应，又称乳光效应。
• 一高分子化合物的概念
• （一）定义：高分子化合物（又称大分子 化合物）是指相对分子质量在一万以上， 甚至高达几百万的物质。
•
（二）分类：天然高分子化合物和合成高 分子化合物。
• （三）特点
表面化学-胶体化学
表面化学-胶体化学表面化学-胶体化学表面化学是研究物质表面的性质和现象的一门学科，而胶体化学则是表面化学的一个重要分支，研究胶体溶液中物质的性质和行为。
胶体化学的研究内容涉及到胶体的形成、稳定性、表面性质、胶体颗粒的相互作用以及胶体溶液的性质等。
本文将介绍表面化学和胶体化学的基本概念、研究方法以及应用领域。
表面化学最早起源于对溶液表面现象的研究，如水的表面张力、液滴的形成和液体的湿润性等。
表面化学研究的对象是固体和液体的界面以及液体和气体的界面，主要涉及到界面上的吸附现象、界面能和界面活性物质等。
固体-液体界面上的吸附现象包括离子吸附、分子吸附和表面电荷等，而液体-气体界面上的吸附现象则涉及到液滴形成和表面张力等。
胶体化学研究的是胶体溶液中胶体颗粒的性质和行为。
胶体是一种介于溶液和悬浮液之间的物质，其特点是颗粒很小，约为1纳米到1微米大小，并且能够在溶液中均匀分散。
胶体的稳定性是胶体化学研究的重要内容，稳定性的源于胶体颗粒表面的电荷，正负电荷的平衡使得颗粒之间相互排斥，从而保持胶体溶液的稳定性。
此外，胶体溶液中还包含着胶体的吸附、吸附剂的选择、界面张力、胶体性质的测定以及胶体与其他物质的相互作用等方面的研究内容。
表面化学和胶体化学的研究方法主要包括物理化学方法和化学方法两种。
物理化学方法包括表面张力测定、界面能测定、电化学方法、X射线衍射、电子显微镜等。
而化学方法包括有机合成、溶胶-凝胶法、聚合法、共沉淀法等多种方法。
表面化学和胶体化学在许多领域中都有重要的应用。
在光学领域中，胶体颗粒可以通过改变其尺寸和组成来调控其光学性质，从而应用于光学传感器、太阳能电池、红外吸收材料等。
在材料科学领域中，胶体颗粒可以通过自组装形成多孔材料和有序结构，具有较大的比表面积和孔径，被广泛用于催化剂、分离膜和储能材料等。
此外，表面化学和胶体化学还在生物医学、环境污染治理、油水分离、食品加工等领域发挥着重要的作用。
综上所述，表面化学和胶体化学是研究物质表面性质和胶体溶液行为的学科，涉及到物质界面的吸附现象、界面能、表面张力等。
胶体与表面化学课程大纲及重点
胶体与表面化学第一章绪论（2学时）1.1胶体的概念什么是胶体，胶体的分类1.2胶体化学发展简史1.3胶体化学的研究对象表面现象，疏液胶体，缔合胶体，高分子溶液。
重点：胶体、分散系统、分散相、分散介质的概念。
难点：胶体与表面化学在矿物加工工程中的作用及意义。
教学方法建议：启发式教学，引导学生对胶体及表面化学的兴趣。
第二章胶体与纳米材料制备（4学时）2.1胶体的制备胶体制备的条件和方法，凝聚法原理。
2.2胶体的净化渗析、渗透和反渗透。
2.3单分散溶胶单分散溶胶的定义及制备方法。
2.4胶体晶体胶体晶体的定义及制备方法2.5纳米粒子的制备什么是纳米材料，纳米粒子的特性及制备方法重点：胶体的制备、溶胶的净化、胶体晶体的制备。
难点：胶体制备机理。
教学方法建议：用多媒体教学，注重理论联系实际。
第三章胶体系统的基本性质（8学时）3.1溶胶的运动性质扩散、布朗运动、沉降、渗透压和Donnan平衡。
3.2溶胶的光学性质丁道尔效应和溶胶的颜色。
3.3溶胶的电学性质电动现象、双电层结构模型和电动电势（。
电势）3.4溶胶系统的流变性质剪切速度越切应力，牛顿公式，层流与湍流，稀胶体溶液的黏度。
3.5胶体的稳定性溶胶的稳定性、DLVO理论、溶胶的聚沉、高聚物稳定胶体体系理论。
3.6显微镜及其对胶体粒子大小和形状的测定显微镜的类型及基本作用重点：沉降、渗透压、电泳、电渗、。
电势的计算、双电层结构模型、DLVO理论、溶胶的聚沉。
难点：双电层结构模型。
教学方法建议：多媒体教学和板书教学相结合。
第四章表面张力、毛细作用与润湿作用（6学时）4.1表面张力和表面能净吸力和表面张力的概念、影响表面张力的因素、液体表面张力和固体表面张力的测定方法。
4.2液-液界面张力Anntonff规则、Good-Girifalco公式、Fowkes理论和液-液界面张力的测定。
4.3毛细作用与Laplace公式和Kelvin公式毛细作用，Laplace公式和Kelvin公式的应用，曲界面两侧的压力差及与曲率半径的关系，毛细管上升或下降现象，弯曲液面上的饱和蒸气压。
胶体与表面化学
英国：1829年Brown发现了Brown运动
四、胶体化学的发展史
❖ 1861年，英国科学家Graham系统研究。
1861年 溶 液
半透 膜
水 Thomas Graham 实验
I:一些物质，如氯化钠等无 机盐，可以透过半透膜，溶 液蒸干后，溶质以晶体形式 析出。 晶体
II：如氢氧化铁、蛋白质等， 其溶液不能透过半透膜，蒸 干后，以粘稠形式出现。
胶体
Thomas Graham 实验
实验现象
1）糖、无机盐、尿素等溶液，扩散快，易从羊皮纸渗 析出来； 2）明胶、氢氧化铝、硅酸等，扩散慢，不能或难以渗 析出来。
Thomas Graham 实验
若将待测溶液蒸去水分后：
• 前者 (扩散快者)：易于成晶体析出； • 后者 (扩散慢者)：大多成无定型的胶状物；Graham首先 提出这种胶状物为 “胶体”，其溶液叫作 “溶胶” 。
光学性能 流变学性能 纳米材料 润湿、摩擦、粘附 吸附现象 界面电动现象 界面层结构
溶液中的有序分子组合 体、生物膜与仿生膜、 有机无机混合膜、有序 组合体中的理论化学反 应
体系
理论
气溶胶、憎液溶胶、亲液溶胶、 成核理论，DLVO 与 HVO
粗分散体系(悬浮液)、智能流 稳定理论、高分子溶液
体，电磁流变学、单分散溶胶、 理论、胶束理论、光散
六、胶体与表面化学的发展
❖ 1、自然科学带动胶体与表面化学的提高：
☆现代物理化学理论，解决胶体化学中的基本理论问题； ☆现代精密仪器和方法解决胶体化学许多悬而未决的问题； ☆胶体知识应用广泛，丰富了科学内容，促进了对知识的探索。
❖ 2、工农业飞跃发展对胶体表面化学提出新要求：
❖ 5、油水井的正常维护
天津大学胶体与表面化学课件第一章(完整版)
粒径大小、表面分子的形态和空间分布情况。 LEED (Low Energy Electron Diffraction)、 ESCA (Electron Spectroscopy for Chemical Analysis)（XPS、
但是，也有另一类的几何对象——分形，它 不具有整数维数。而是分维（Fractal dimension） 记为D，分维是描述分形定量参数。
2：利用近代仪器研究表面化学
例如: TEM (Transmission Electron Microscope)（0.3 ~0.5 nm） SEM (Scanning Electron Microscope)（6~10 nm） STM（Scanning Tunneling Microscopy) (平行和垂直方向分
天津大学化学系 刘炳泗
第之 间）分散在分散介质中（气体、液体、固体 ）所构成的体系——胶体体系。如果分散介 质为液体的体系称为溶胶（sol）。
Al2O3 sol
Al2O3 sol
特征：
1、以分散相粒子的大小为依据： 1 nm < | 1 ~ 100 nm | > 100 nm
（美籍法国科学家Mandelbrot ） 用统计力学研究高分子等。（ 分子动力学 ）
Effects of Ti-supported Au particle size on the activity for CO oxidation.
分形理论：
大家知道，普通的几何对象是整数维数，点 是零维，线是一维，面是二维，立方体是三维。
Chemistry, (4th) 1999年 • 5 陈宗淇等编，胶体与界面化学（2002年） • 6.Richard M. Pashley, Marilyn E. Karaman, • Applied Colloid and Surface Chemistry, 2005
胶体与表面化学讲义第一章 基本概念
《胶体与界面化学》讲义第一章基本概念第一节胶体与表面一、胶体与胶体分散体系•目前科学地将颗粒大小在10-6～10-9m这样的物质（不管其聚集状态是气态、液态还是固态）称为胶体。
•胶体与其分散在其中的介质组成分散体系，介质可以是气、液和固体并与胶体颗粒间存在相界面，因此它还是高分散的多相的分散体系。
•胶体分散体系一般是两个组分以上的多组分体系，不过也存在极为罕见的单组分胶体分散体系，这类分散体系是液体，但由于分子的热运动而出现的涨落现象，一些分子会在液态内部聚集成较大的聚集体，这种分散体系称为类胶体（iso-colloid）分散体系。
聚合物或大分子量物质•聚合物或大分子量物质过去也称之为胶体分散体系的物质。
•如蛋白质，纤维素以及各种天然的和人工合成的聚合物，其尺寸也在胶体范围、并具有胶体的某些性质，比如慢扩散性，不透过半透膜，电泳行为等。
•因此过去也把它们作为胶体与表面化学的讲解内容。
但由于其迅速的发展，形成一个庞大的大分子家族，而成为一个独立学科去研究，不过它的某些理论和研究方法确系胶体的理论和研究方法。
二、表面和界面•表面（surface）：是指凝聚相与真空，空气或其蒸气间的交界•界面（interface）：是指凝聚相与其他相间的交界面。
•水的表面张力是水的表面（与空气或蒸汽的交界面）上的表面张力，约为72.8×10-3N/m；水和苯间界面张力为35×10-3N/m；水与汞间界面张力为375×10-3N/m。
•由此可见，界面张力值决定于相邻相的物质。
相边界上“面”的含义•这里所说的“面”是指相边界上的化学概念上的而非数学概念上的面。
数学面只有面积而无厚度，而化学面是有一定厚度的，起码有几个分子大小的厚度。
数学面所示在面上相的性质（如密度、浓度等）发生突变是不可思议的，而化学面中相的性质逐渐变化才是可理解的。
但在描述它时，由于其厚度值与两相本体尺寸比较可忽略不计近似为零。
表面化学和胶体化学
注意：表面自由能与表面张力的代表符相同，均 为σ，量纲相通，但两者的概念不同！！ 表面自由能是单位表面积的能量，标量；
表面张力是单位长度上的力，矢量。 讨论：dU =TdS – pdV +σdAs+Σidni dH =TdS + Vdp +σdAs+Σidni
dA =-SdT –pdV +σdAs+Σidni
s
σ= 58.85×10-3N.m-1， ps= 2 /r =11.77×103kPa
h = 0.02m，ρ=958.1kg· m-3
p静=gh = 958.1×9.8×0.02=0.1878kPa p大气=100kPa
p =100 + 0.1878 + 11.77×103 = 11.87×103kPa pr 2M 1 007127 根据开尔文公式 ln 得： p0 RT r
◆ 过饱和蒸气
降温过程：
p
微小
pB
A：不能凝出微小液滴 pA B：凝出微小液滴 AB：过饱和蒸气 pB＞ pA
l
B 大块
A
g TA T
消除：如人工降雨，加AgI颗粒
◆ 过冷液体
原因：凝固点下降。如纯净水可到-40℃不结冰。
◆过热液体 液体在正常沸腾温度不沸腾，要温度超过正 常沸腾温度才沸腾。 原因：液体表面气化，液体内部的极微小气泡 （新相）不能长大逸出（气泡内为凹液面）。 小气泡受到的压力为： p大气 p = p大气+ ps+ p静 p静=ρgh ps = 2σ/r h 如 r =-10-8m，T = 373.15K时， p
dG =-SdT +Vdp +σdAs+Σidni
胶体与表面化学在实际中的应用(之一)
胶体与表面化学在实际中的应用（之一）1、引言胶体与表面化学是物理化学的一个重要组成部分，是一门应用性极强的学科，它所研究的领域涉及到化学、物理学、材料科学、环境科学、生物化学等，是诸学科的交叉和重叠。
因此，它的应用领域是极其广泛的，近年Hiemenz就列举了涉及胶体和表面化学的实例：（1）分析深化中的吸附指示剂、离子交换、沉淀物的可滤性、色谱等；（2）物理化学中的成核作用，过饱和及液晶等；（3）生物化学和分子生物学中的电泳、膜现象、蛋白质和核酸等；（4）化学制造中的催化剂、洗涤剂、润滑剂、粘合剂等；（5）环境科学中的气溶胶、泡沫、污水处理等；（6）材料科学中的陶瓷制品、水泥、纤维、塑料等；（7）石油科学中的油器回收、乳化等；（8）日用品中的牛奶、啤酒、雨衣等。
以上均是胶体与表面化学的基本理论在实际中的应用，我从中选取了几个实例，运用所学过的知识，从以下三方面进行了简单的分析。
2、理论应用实际（1）胶体与表面化学在日常生活中的应用眼镜防雾众所周知，当玻璃表面温度低于大气露点或对其呵气，均会有小水滴凝结在玻璃上，亦即所谓“起雾”，它防碍光线透过，显然若能阻止水在表面上形成半球形水滴即可达到防雾目的。
关键词：亲水性，润湿，铺展，表面张力，表面活性剂理论原理：增大铺展系数，使液体在固体表面上自动展开，形成一层薄膜。
实验方法：从表面化学角度说，最基本的方法是提高玻璃表面的亲水性，使其易为水所润湿，形成薄薄的水层，这样便不产生光散射而变得透明，一种最简单的方法是在玻璃（包括透明塑料）表面涂上表面活性剂溶液，由于表面活性剂能大大降低水的表面张力，故使水易于在玻璃表面上铺展，涂表面活性剂的缺点是耐久性差，为提高活性剂对玻璃的粘附性，可将其与含有亲水性的高分子物质（如聚丙烯酸）并用。
雨衣防水关键词：憎水性，接触角，监界表面张理论原理：增大固液界面的接触角θ，使液滴呈球状不润湿固体。
以往的雨衣均为致密的棉织品，将其纤维表面加以防水处理（即令其表面憎水化）使水/布之间的接触角θ变大，如图所示，故水不能自由通过而起防水作用，但空气可以透过，所谓水不能自由通过是指在加压条件下可以透过纤维间隙，目前使用的耐洗性防水剂有吡啶盐型和羟甲基酰胺型等。
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胶体与表面化学 第一章 绪论化学：无机化学、有机化学、物理化学、分析化学 无机化学：（元素化学，研究无机物的制备、合成与性能）如：H 2O有机化学：（生命化学，研究C 、O 、P 、S 等少量元素形成的种类极多的化合物 ，就简单元素的复杂化学。
）小分子：甲烷如：大分子：淀粉 杀虫剂：医药：液晶：物理化学：（用物理模型、数学概念化的手段研究化学）物理：量子间的相互作用 化学：是量子间结合与排列。
热力学：状态——状态：能量转化的过程， 几千种状态方程。
动力学：物质间反应速度的问题（有时热力学分支极多： 能进行但动力学不能进行）电化学：电池：Fe+HCl ——FeCl 2+H 2电子转移 形成电池（Li +） 高能电池 Fe 2+，Fe 3+（提纯难99.99%~99.9999%）胶体与表面化学：气液固按不同形式混合， 泥土在水中分层，纳米材料，牙膏，原油，化妆品。
理论化学：（非实验的推算来解释或预测化合物的各种现象。
）如：用计算机模拟模型推算是否可以达到预期目的，在校正 合成。
分析化学：（研究物质的组成、含量、结构和形态等化学信息的分析方法一门科学）如：三聚氰胺事件分析手段差蛋白质含量（N）一、基本概念相：体系中物理化学性质完全相同的均匀部分界面：相与相的交接面表面：一相为气相的界面比表面：单位体积或重量物体的表面积。
S0=S/V对于立方体：S0=6L2/L3=6/L对于球体：S0=3/R胶体化学：是研究胶体体系的科学。
它是物理化学的一个重要分支。
随着胶体化学的发展，它已经成为一门独立的学科。
表面化学：研究发生在表面或界面上的物理和化学现象的一门科学。
是胶体化学的分支。
（原油催化裂化）二、胶体体系小实验：泥土置于水中沉降。
1、分类及定义：分散相粒子半径在1 ~100 nm 的分散体系。
2、特点（1）特有的分散程度——多相项多分散体粒子的大小在10-9~10-7m之间，扩散较慢，不能透过半透膜。
（2）多相不均匀性由许多离子或分子聚结而成，结构复杂，有的保持了该难溶盐的原有晶体结构，而且粒子大小不一，与介质之间有明显的相界面，比表面很大。
（3）热力学不稳定性因为粒子小，比表面大，表面自由能高，是热力学不稳定体系，有自发降低表面自由能的趋势，即小粒子会自动聚结成大粒子。
3、胶体常见体系气、固、液三相除气－气外，形成8种胶体体系沙尘暴：表面积大，吸附细菌病毒，净化空气。
水凝胶：（尿不湿）1:300充气钻井液：气+液+固乳化钻井液：液+液+固乳化气相钻井液：气+液+液4、胶体分类分散介质：气、液、固三种溶胶。
分散相：非连续相；分散介质：连续相与NaCl不同：吸附大量水分子，降低势能，形成水化膜气溶胶：大城市的污浊天气，气液固三相分散体。
液溶胶：牛奶：蛋白质与奶油分散于水，分散剂，天然活性剂氨基酸类。
油漆：染料+树脂（固化）+分散相（轻质油）+土类（提高粘度）金属漆（光亮、防腐）：金属颗粒，重金属离子吸光性需要。
固溶胶：无机染料：透明性差有色玻璃：有机染料：分子团队分散于玻璃，透明。
分子团队于另一种金属合金：分子互溶，Si-C 强度极高大于金刚石。
沸石分子筛：石分子筛是结晶铝硅酸金属盐的水合物。
沸石分子筛活化后，水分子被除去，余下的原子形成笼形结构，孔径为3～10Å（0.1nm）。
5、说明（1）胶体是物质存在的一种状态，不是特殊物质。
Au ,Ag自然状态下存在于其他物质中（Fe）（2）胶体体系是两相或多相的不均匀分散体系。
空气垂直分布差异飞机起降、高空燃油不同（3）高分子溶液在某些方面有，但已成为新学科——高分子物理化学。
不属于胶体范畴。
聚合物（大分子）：M>10000 r：1~100nm 性质类似于胶体，但与溶液无界面。
三、胶体与石油工程的关系1、油田的发现勘探：地磁变化、飞机遥感、声波传导。
化探：根据地表C-H成分探测（Pt丝能强烈吸附C-H）2、钻井钻井液完井、固井钻井液性能；要求水泥特性：抗温（徐家围子气井）：150~180℃；强度固含量（套外漏气着火，井塌）三峡大坝：快速，速凝。
海底：4℃，冬天不施工，（低温早强水泥）3、采油：油气水、多孔介质与液相的相互作用。
一次采油二次采油三次采油中石油在伊拉克的鲁迈拉油田：30012000万吨大庆：300004000万吨海上潜力大于陆上：中海油南海油田1500m以上，越南，印尼，文莱：8000万吨三采（大庆）：10万吨1000万吨油。
压裂4、增产增注措施酸化王继刚讲师石油工程负责国内外资料的调研、室内合成压裂：各种冻胶泵入地层传输能量充入陶粒、支撑砂人造渗流通道压裂液性能：滤失量、配伍性、不易陈砂、冻胶易水化（进得去，出得来）、携带能量。
酸化：近井地带污染（钻井、固井、射孔）加酸（溶蚀）骨架砂破坏加入缓速剂（表活剂）石蜡、胶质、沥青质含量逐渐升高污染加入甲苯防腊防砂5、油水井的正常维护化学堵水稠油降粘腊：大庆蜡多（凝固点38~45）：热洗、化学清蜡、电化学防蜡：聚乙烯：不让晶核长大，吸附蜡晶，长不大析不出剂OP-20：在油管或抽油杆表面的强吸附剂砂：稠油蒸汽吞吐粘度高携砂（砂埋、砂卡）人造井壁凝胶近井地带固砂。
堵水：由于无效水循环，含水上升，堵水调剖（冻胶、凝胶、泡沫）稠油降粘：化学降粘乳化剂（分散到水中呈乳状液）以往电加热（辽河着火）破乳6、油气集输乳化油水分离：电脱：平行板电容，油不带电，水带电（离子）重力沉降：大庆60年代以前，辽河不可用波场；空化作用油气分离：高效破乳剂：污水处理：低温输送：四、胶体化学的发展史1861年，英国科学家Graham系统研究，区分晶体和胶体的概念，提出名词，如：胶体、溶胶、凝胶、胶溶、渗析等。
五、胶体化学研究的对象研究对象：：溶胶、凝胶、乳状液、表面活性剂、界面现象等等。
解决问题：(1)明矾净水(2)肥皂去污(3)人工降雨(4)鱼汤结“冻”(5)原油脱水(6)除草保熵六、胶体与表面化学的发展1、自然科学带动胶体与表面化学的提高：☆现代物理化学，解决胶体化学中的基本理论问题；☆现代精密仪器解决胶体化学许多悬而未决的问题；☆胶体应用广泛，丰富了科学内容，促进对知识的探索。
2、工农业飞跃发展对胶体表面化学提出新要求：☆新产品开发：单分散溶胶制备，超细颗粒；☆老产品升级：洗涤剂、化妆品、染料；☆旧工艺更新：三采、血液流变学、正电荷溶胶。
用量子化学研究吸附与催化，用分形理论研究胶粒形状，用统计力学研究高分子。
用不同力学显微镜研究胶粒间作用力及表面分子的形态、用能谱仪研究胶团等。
#（八学时）#第二章胶体的制备和性质第一节胶体的制备和净化思路：溶胶质点小分子溶液质点大小分散法（1nm ~100nm）凝聚法一、胶体制备的一般条件：溶解度（例）：S(乙醇中溶解)+水硫磺的水溶胶FeCl3+H2O+OH-Fe(OH)3形成溶胶稳定剂（例）：胶体制备过程比表面积增大体系表面能增大热力学不稳定体系。
使体系稳定加入稳定剂改变颗粒表面性质降低体系能量。
例：TiO2+树脂+油+金属皂（稳）油漆金属皂：硬脂酸金属盐（Na\Ca\Mg\Al）,在TiO2和油表面吸附，类似于表面活性剂分散油滴形成乳状液。
水+油+乳化剂（稳）乳状液AgNO3+KCl AgCl（其中一种盐类过量）若KCl，AgNO3 过量，在晶体表面上吸附，起到稳定的作用。
二、胶体的制备方法1、分散法：（1）机械分散：选用不同类型的机械设备，磨制出不同分散程度的物质颗粒。
（搅拌磨、振动磨、转筒式球磨、胶体磨、行星球磨、离心磨、分级器）（2）电分散法：电分散法主要用于制备金、银、铂等金属溶胶。
制备过程包括先分散后凝聚两个过程。
以金属做电极直流电电弧金属气化水冷却金属溶胶（3）超声波分散法：这种方法目前只用来制备乳状液。
微波炉：使水分子运动加速，物质变热。
（4）胶溶分散法：在某些新生成的沉淀中，加入电解质或置于某一温度下，使沉淀分散成溶胶。
2、凝聚法：凝聚法：用物理或化学方法使分子或离子聚集成胶体粒子的方法。
物理凝聚：化学凝聚：物理凝聚法：将蒸气状态的物质或溶解状态的物质凝聚为胶体状态的方法。
蒸气骤冷、更换溶剂蒸气骤冷：利用蒸汽凝华成固态小颗粒的方法制备溶胶。
H 2S+O 2S(新相) 气变固：Pt\Ag\Au电弧原子聚并（控制长大条件）更换溶剂：利用物质在不同溶剂中溶解度差别来制备溶胶的方法（两种溶剂要能完全互溶）。
化学凝聚法：通过各种化学反应使生成物呈过饱和状态，使初生成的难溶物微粒结合成胶粒，在少量稳定剂存在下形成溶胶，这种稳定剂一般是过量的反应物。
氧化法 H 2S 还原法 单宁酸： 水解法复分解法三、凝聚法的原理物质在凝聚过程中，决定粒子大小的因素是什么? 一个核心：控制哪些因素可以获得一定分散度的溶胶。
两个阶段（速度）：第一阶段是形成晶核，第二阶段是晶体成长。
1、形成晶核的速度A+A 2A (最初的单元聚集体)2、晶体的成长速度： K 2：与分子结晶的能垒有关D ：扩散系数，与碰撞到晶核表面几率有关 3、相互制约V 1>>V 2：成核多 晶体小 分散度大 溶胶V 1<<V 2： 成核少 晶体大 沉淀图：BaSO 4（重晶石），浓度大 晶体形态大小不一相互交接 凝胶。
四、溶胶的净化1、溶胶净化的原因：多分散性：（机械、电、超声波、凝聚）大小、形状（棒柱球饼）、结构都不同。
多电解质：AgNO3+KI AgI+K++NO3-(各种离子)2、溶胶净化方法（1）渗析法主要是利用半透膜（羊皮纸或由火棉胶），将溶胶与纯介质隔开，仅能让小分子或离子通过，而胶粒不能通过。
利用浓度差，多余的电解质离子向膜外渗透，经常更换溶剂，就可以净化溶胶。
搅拌溶胶或适当加热可加快渗析。
（2）电渗析法为了加快渗析速度，在装有溶胶的半透膜两侧接入直流电源，电解质离子在外电场的作用下作定向移动，可以提高净化速度。
这种方法称为电渗析法。
海水淡化：（3）超过滤法在半透膜两端施压，将胶粒与介质分开，达到净化的方法称为超过滤法。
净化后的胶粒要立即分散到新介质中，以免聚结成块。
若在半透膜的两边施加一定的电场，则为电超过滤法。
电渗析与电超过滤法联合使用，可降低超过滤的压力，并可以较快除去多余的电解质。
（4）渗透和反渗透渗透是借半透膜将溶液和溶剂(水)隔开，只允许溶剂分子通过，而胶粒或溶质不能通过，称为渗透。
（不同于渗析，溶质和离子液不能通过）五、单分散溶胶1、单分散溶胶定义：指胶粒尺寸、形状和组成皆相同的溶胶。
理论模型理想状态加以边界条件不断修正（修正系数）2、应用：（1）稳定性的研究：DLVO理论前提是单分散的体系。
因此，有了单分散溶胶，就有可能开拓多分散溶胶稳定性理论的研究。
(2)光散射研究：溶胶的光散射研究是以单分散体系为前提套用于多分散体系的。