胶体与表面化学(6)
胶体与表面化学的应用研究
胶体与表面化学的应用研究胶体和表面化学是相互关联的两个领域，它们在材料科学、生物学、化学工程、环境科学等领域具有广泛的应用。
本文将简要介绍胶体和表面化学的基本概念，以及它们的应用研究。
一、胶体学胶体是指颗粒大小在1-1000纳米的分散体系，其中颗粒的表面性质对胶体的物理、化学和生物性质起着重要作用。
胶体的稳定性是由电荷、分子相互作用力、表面活性剂等因素决定的。
胶体学研究的主要内容包括胶体的结构、稳定性、能量行为和相互作用等方面。
胶体稳定性研究是胶体学的重要内容之一，它直接关系到胶体的物理、化学、生物性质以及工业应用。
胶体学的应用研究包括材料制备、涂料、油墨、化妆品、医学用品等领域。
例如，在医学上，胶体作为一种新型药物提供了一种新的途径用于药物传递和释放。
二、表面化学表面化学是研究物质表面和界面的化学性质及其影响的学科，其研究对象通常包括气-固、液-固、液-液以及固-固等不同表面和界面类型。
表面化学的主要研究内容包括表面的内部结构、表面分子的排布、表面物质的吸附等。
表面化学在材料领域有广泛的应用，例如，表面处理技术在材料加工中是不可或缺的一部分。
表面化学在催化、油泥清洗、电子材料制备、纤维素制备以及设备清洗等方面具有重要作用。
新型表面活性剂的开发和应用也是表面化学的研究重点之一。
三、在化妆品制造中，胶体和表面化学被广泛应用。
胶体在染发剂、护肤品和化妆品中被用作乳液稳定剂。
表面化学理论则可用来解释化妆品与皮肤表面相互作用的基础。
此外，研究表面分子的吸附和排布规律，对理解某些彩妆产品的性质和特性也很重要。
然而，胶体和表面化学的应用远不仅止于此，更广阔的前景在于其在生物医学、能源开发、环境保护等方面的应用。
例如，在生物医学上，胶体学为癌症、肾脏疾病等提供了一种有效的药物释放途径。
在能源开发方面，如何设计和改进太阳能电池的阳极，使其更高效转换太阳能到电能，是表面化学最热门的研究方向之一。
在环境保护中，胶体科学和表面化学已成为处理废水和空气污染的有力手段，例如胶体沥青用于道路的铺装，可有效减少空气中有害颗粒的含量等。
物理化学(第二版)第六章 胶体和界面化学
比表面（specific surface area）与分散度
比表面－－通常用来表示物质分散的程度，有两 种常用的表示方法： 一种是单位质量的固体所具有的表面积； 另一种是单位体积固体所具有的表面积。
S SV V
S SW W
式中，W 和V分别为固体的质量和体积，S为其表面 积。目前常用的测定表面积的方法有BET法和色谱法。 分散度－－把物质分散成细小微粒的程度称为分散 度。物质分割得越小，分散度越高，比表面也越大。
r
弯曲液体表面上的蒸汽压
液体(T , pl ) === 饱和蒸汽( T , pg )
Gm (l) Gm (g)
Gm (g) Gm (l) dpg dpl pg T pl T
Vm (l)dpl Vm (g)dpg RTd ln pg
弯曲液体表面的附加压力
p凸 p0 p
（3）在凹面上：
p凹 p0 p
附加压力与曲率半径的关系
（忽略重力的影响）反抗压力 pi 移动活塞液滴体积增加 dV，对液 体所做的功为 pidV ; 液滴克服 pe 的压力增大体积 dV 对环境做 功 pedV，同时表面积增大dA付出表面功 σdA 。
比表面与分散度
把边长为1cm的立方体逐渐分割成小立方体的情况： 边长l/m 1×10-2 1×10-3 1×10-5 1×10-7 1×10-9 立方体数 1 103 109 1015 1021 比表面S/（m2/m3） 6 ×102 6 ×103 6 ×105 6 ×107 6 ×109
从表上可以看出，当将边长为10-2m的立方体分 割成10-9m的小立方体时，比表面增长了一千万倍。 可见达到nm级的超细微粒具有巨大的比表面积， 因而具有许多独特的表面效应，成为新材料和多相催 化方面的研究热点。
胶体与表面化学
胶体与表面化学胶体是一种由分子间短距离相互作用形成的悬浮系统，涉及分子、原子、基团、团聚体和结晶体的共存交互作用，它的基本特征是粒子的形状和构型的多样性。
胶体与表面化学学科紧密相关，涉及胶体系统中的复合和表面性质，以及其中物理和化学因素对表面性质和复合性质的影响。
表面化学是一门重要的学科，既涉及结构、性质和反应，也涉及物质表面的形成和变化。
物质的表面是其与外部环境的接触界面，表面化学的演化及其变化会飞溅到它与外部环境的互动中，从而带来外部环境的改变。
物质的表面化学可以根据其不同的表面性质来划分，主要包括润湿性、疏水性、亲水性、多层性等性质，可以将这些表面性质用于液体-固体界面物理及化学反应，特别是表面吸附、表面活性剂以及表面改性。
胶体系统中的表面是由胶体分子组成的，它们分为溶液表面和固体表面两种，它们之间具有许多不同的性质。
研究胶体表面的最佳方法是观察固态表面，它以典型的凹凸形式呈现，可以表示胶体分子的空间构型，以及胶体分子的动态行为。
此外，研究表面也可以利用物理表面分析技术，例如扫描电镜，光学显微镜，透射电子显微镜，等离子质谱，X射线表征，原子力显微镜，等工具，来进行表面分析，从而更好地理解表面介质。
表面特性是决定胶体系统性能的重要因素，研究胶体表面特性，可以更深入地理解胶体的物理和化学性质，促进胶体的发展。
比如研究胶体的性质，表明表面张力与胶体系统的智能性能有着紧密的关系，也可以更好地控制胶体系统的可靠性。
具备表面阴离子亲水性及不同层次结构，以及结合胶体分子自组装及激发态动力学等特性，能够极大地增强胶体系统的稳定性。
胶体和表面化学共同发展，研究表面与胶体之间的关系，有助于开发高性能的胶体材料，提高有机胶体的稳定性，发展新型表面活性剂，消除环境污染、维护整个生态系统的平衡。
胶体与表面化学把这些性质有机地结合在一起，使物质具有独特的物理和化学性质，从而创造出新的应用领域。
总的来说，胶体与表面化学是相互补充的，这两个领域紧密联系，胶体系统中的复合性质和表面性质，以及它们之间的化学和物理因素，都可以使胶体科学得以进一步发展，它们是促进物质改变和发展的关键因素，为各种胶体产品的应用创造性地提供有益的信息。
第06章--胶体和界面化学--习题及答案
第06章--胶体和界面化学--习题及答案第六章胶体和界面化学P2866-1298.2K时水在湿空气中的表面张力为71.97某10-3Nm-1,其表面张力温度系数为-1.57某10-6Nm-1K-1；试求在恒温恒压下.系统体积不变时可逆增加2cm2的表面积时,该过程的热、功、ΔG及ΔS解：ΔS=-TA,pΔA=3.14某10-10JK-1,Q=TΔS=9.36某10-8JW’=-σΔA=1.44某10-5J,ΔG=W’=1.44某10-5J6-2有一完全浮在空气中的肥皂泡，若其直径2.0某10-3m，已知肥皂溶液表面张力0.7Nm-1，则肥皂泡内所受的附加压力是多少解：Δp=4σ/r=2.8kPa6-3303K时,乙醇的密度为780kgm-3;乙醇与其蒸气压平衡时的表面张力为2.189某10-2Nm-1;试计算在内径为0.2mm的毛细管中它能上升的高度。
解：h=2σ/(ρgr)=0.057m6-4氧化铝瓷件上需要披银。
当烧至1000℃时，液态银能否润湿氧化铝表面？已知1000℃时（g-Al2O3）(g-Ag)、(Ag-Al2O3)分别为1000某10-3Nm-1,920某10-3Nm-1,1770某10-3Nm-1。
解：COSθ=[σ（g-Al2O3）-σ(Ag-Al2O3)]/σ(g-Ag)=-0.837,θ=147度,不润湿。
6-520℃时水和汞的表面张力系数分别为7.28某10-2Nm-1,0.483Nm-1,汞-水界面张力为0.375Nm-1，试判断水能否在汞的表面上铺展开来。
解：σ（汞）>σ(水)+σ(汞-水),能铺展6-6将正丁醇(Mr=74)蒸气骤冷至0℃,发现其过饱和度p某/p某0=4时能自动凝结为液滴,若273K时正丁醇表面张力=0.0261Nm-1;密度ρ=1000kgm-3;试计算在此过饱和度所凝结成液滴的半径及液滴所含分子数。
[1.23某10-9m,63]解：r=[ρRTln(pr/p0)/(2σMr)]=1.23某10-9m,N=4πr3ρNA/(3Mr)=636-7某晶体相对分子质量是80,在300K其密度为0.9kgdm;若晶体与溶液间界-3面张力为0.2Nm-1。
胶体表面与化学PPT课件
动态润湿法
通过测量液体在固体表面的动态接触线移动 速度，评估表面的润湿性。
05
CATALOGUE
胶体表面化学未来展望
新材料开发
高性能材料
利用胶体表面化学技术，开发具有优异性能的新材料，如高强度 、高韧性、耐高温、耐腐蚀等。
功能材料
探索具有特殊功能的材料，如光电转换、传感、催化等，以满足不 同领域的需求。
通过红外光谱、核磁共振等技术手段鉴别 表面活性剂的类型。
表面活性剂浓度测定
表面活性剂界面行为研究
利用滴定法、分光光度法等方法测定表面 活性剂浓度。
利用显微镜、光谱等技术手段研究表面活 性剂在界面上的行为。
表面吸附研究方法
等温吸附法
在恒温条件下，研究物质在表面的吸附量与浓度之间的关系。
吸附动力学法
研究物质在表面的吸附速率和吸附机理。
03
CATALOGUE
胶体表面化学应用
石油工业
石油开采
利用胶体表面化学原理， 通过改变钻井液的流变性 、稳定性等性质，提高石 油开采效率。
油气分离
利用胶体表面化学原理， 通过改变油水乳液的稳定 性、界面张力等性质，实 现油气高效分离。
石油运输
利用胶体表面化学原理， 通过改变油品的流变性、 粘度等性质，提高石油运 输效率。
X射线光电子能谱法
利用X射线光电子能谱技术测定表面吸附物的组成和结构。
原子力显微镜法
利用原子力显微镜技术观察表面吸附物的形貌和分布。
表面润湿性研究方法
接触角法
通过测量液体在固体表面的接触角大小，评 估表面的润湿性。
滑移长度法
测量液体在固体表面滑动时的滑移长度，评 估表面的润湿性。
滴液法
第6章 表面化学和胶体化学
恒T、P、恒组成、可逆过程，生成dAs新表面 需环境作功：dGT，p=δWr’=σdAs
积分：
dG GT ,P,ni
As
0
T ,P,ni
0
dAs Wr '
得：Wr ' GT , p,ni As Gs
则：σ= Gs/As= Wr’/As
σ：（比）表面Gibbs自由能，表面自由能。 也表示恒T，p，ni下，增加单位面积所必须 对体系作的非体积功，又称比表面功。 单位量纲：J·m-2 J·m-2 = N·m·m-2 = N·m-1
V 4 r3
3
As 4r 2
p p0 ps
p
p dp dAs 8rdr dV 4r2dr
δW ' psdV δW ' dAs
ps
2
r
球面
ps
1 ( r1
1 r2
)
任意曲面
Young-Laplace公式
r
ps
p0
适用范围：
1)适用毛细管直径＜0.5mm情形
2)适用于r为定值的小液滴或液体中小气泡。
(升华，融化，溶解)。形成亚稳（介安）体系
过饱和蒸气 过冷液体 过热液体 过饱和溶液
介安状态（热力学不稳定状态）
p
◆ 过饱和蒸气 降温过程：
pB l
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 消除：如人工降雨，加AgI颗粒
微大小块 B
A
g
TA T
◆ 过冷液体 原因：凝固点下降。如纯净水可到-40℃不结冰。
2．吸附热的确定 ☆ 量热方法：用热量计 ☆ 由克-克公式计算（等量吸附热）
胶体与表面面化学
一、溶胶的胶团结构：1胶粒的结构比较复杂，首先有一定量的难溶物分子聚结形成胶粒的中心称为胶核2胶核选择性的吸附稳定剂中的一种离子，形成紧密的吸附层，由于正负电荷相吸，在紧密层外形成反号离子包围层，从而形成了带有紧密层相同电荷的胶粒3胶粒与扩散层中反号离子形成一个胶团。
二、双电层理论：当固体与液体接触时，可以是固体从溶液中选择性吸附某种离子，也可以是固体分子本身发生电离作用而使离子进入溶液，以致使固液两相分别带有不同符号的电荷，在界面上形成了双电层的结构。
1平板型模型2扩散双电层模型3stem模型。
三、溶胶的聚沉：溶胶的稳定具有条件的，一旦稳定条件被破坏，溶胶中的粒子就合并，长大，最后从介质中沉出。
影响因素：电解质、加热、辐射、溶胶本身。
聚沉值：能引起某一溶胶发生明显聚沉所需加电解质的最小浓度。
四、胶凝：一定浓度的溶胶或大分子化合物的真溶液在放置过程中自动形成胶凝的过程。
性质：1所有新形成的凝胶都含有大量液体，95%以上2凝胶有一定几何外形。
显示出固定的力学性质3由固液两相组成，具有液体的某些性质，不仅分散相是连续的，分散介质也连续。
分类：1弹性凝胶（明胶、琼脂）2非弹性（SiO2、TiO2、V2O5、Fe2O3）。
形成条件：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析出的质点既不沉降也不自由行动，而是构成骨架，通过整个溶液形成连续的网状结构。
形成方法：1改变温度2转化溶剂3加入电解质4化学反应。
不溶物形成凝胶的条件：1在产生不溶物的同时生成大量小晶粒2晶粒的形状以不对称为好，有利于搭成骨架。
五、膨胀：凝胶在液体或蒸汽中吸收液体和蒸汽使自身体积或重量增加的现象。
机理：一阶段：溶剂化层：溶剂分子很快出入凝胶中，与凝胶分子相互作用形成溶剂化层。
特征：1液体蒸汽压很低2体积收缩3热效应4熵值降低。
二阶段：溶剂分子的渗透和吸收。
六、硅酸铝凝胶制备（共沉淀法）：酸性硫酸铝溶液+水玻璃溶液——硅铝溶胶—硅铝凝胶小球—老化—铝盐活化a—水洗—表面活性剂浸渍b—干燥—烘焙。
《表面与胶体化学》课件
胶体在食品工业中的应用
胶体在食品工业中广泛应用于增稠、 稳定和乳化等方面。
胶体还可以作为食品的稳定剂，保持 食品的稳定性和一致性，如冰淇淋、 奶昔和饮料等。
胶体可以作为食品的增稠剂，提供更 好的口感和质地，如酸奶、果酱和调 味酱等。
胶体的稳定性
取决于胶体粒子间的相互作用力，包 括静电作用、范德华力、空间位阻等 。
聚沉现象
当胶体粒子间的相互作用力减弱或消 除时，胶体将失去稳定性，发生聚沉 ，出现沉淀或凝胶现象。
影响因素
电解质浓度、温度、pH值等对胶体 稳定性产生影响，可引发聚沉。
胶体的光学性质
总结词 丁达尔效应
瑞利散射 实验方法
物理吸附
由于范德华力引起的吸附，吸附力较弱，吸 附热较小。
表面吸附的应用
催化剂、电极材料、光电子器件等。
表面润湿性
表面润湿性定义
液体在固体表面铺展的能力称为润湿性。
润湿性的影响因素
表面张力、接触角和表面粗糙度等。
润湿性的应用
涂料、油墨、农药等。
2023
PART 03
胶体化学基础
REPORTING
2023
REPORTING
《表面与胶体化学》 PPT课件
2023
目录
• 表面与胶体化学概述 • 表面化学基础 • 胶体化学基础 • 表面与胶体化学在生活中的应用 • 表面与胶体化学的未来发展
2023
PART 01
表面与胶体化学概述
REPORTING
表面与胶体化学的定义
表面与胶体化学是一门研究物 质表面现象和胶体分散体系的 科学。
六 土壤胶体表面化学
教学目标 与要求
主要研究内容：土壤胶体的表面结构、表面性 质和表面上发生的化学及物理化学反应；是一种 微观研究领域。
土壤粘粒的巨大表面使土壤具有高的表面活性，
其表面所带的电荷则是土壤具有一系列化学性质
的根本原因，也是土壤与纯砂粒主要不同之处。
土壤化学的核心内容是土壤胶体的表面化学。
第一节 土壤胶体的表面类型与构造
六、交换性阳离子的有效度
交换性阳离子对植物都是有效性的，但有效程度却不一样， 主要受下列因素的影响。 （一）离子饱和度 (degree of ion saturation)
土壤吸咐某种交换性阳离子的数量，占土壤交换性阳离子
总量的百分数。离子饱和度愈高，其有效性愈高。 土壤阳离子交换与离子饱和度 土壤 A CEC[cmol(+)/kg] 8 交换性钙[cmol(+)/kg] 6 饱和度(%) 75
或部分置换，或在酸性条件下解吸。
（二）影响阳离子专性吸附的因素
1、pH：金属离子水解和专性吸附反应均释放H+，pH升
合(化)，产生可离解的水合基(—OH2)或羟基(—OH)，它们与溶
液中过渡金属离子(M2+、MOH+)作用而生成稳定性高的表面络合 物，这种吸附称为专性吸附(Specific adsorption)。 不同于胶体对碱金属和碱土金属离子的静电吸附。
过渡金属（ⅠB 、ⅡB 族等），水合热较大，在水
溶液中呈水合离子形态，并较易水解成羟基阳离子： M2+＋H2O→M（H2O）2+→MOH+＋H+ 水解阳离子电荷减少，致使其向吸附胶体表面靠近 的能障降低，有利于与表面的相互作用。 若过渡金属呈M2+离子态被专性吸附，形成单配
胶体和表面化学必会的题目及解答
胶体化学研究胶体体系的科学。
是重要的化学学科分支之一。
表面活性剂使表面张力在稀溶液范围内随浓度的增加而急剧下降，表面张力降至一定程度后（此时溶液浓度仍很稀）便下降很慢，或基本不再下降，这种物质被称为表面活性剂。
3固体表面吸附是固体表面对其他物质的捕获，任何表面都有自发降低表面能的倾向，由于固体表面难于收缩，所以只能靠降低界面张力的办法来降低表面能，这就是固体表面产生吸附作用的根本原因。
润湿是用一种流体取代固体表面上存在的另一种流体的过程。
固体表面改性通过物理或化学的方法，使固体表面性质发生改变的过程。
吸附剂能够通过物理的或化学的作用，吸附其它物质的物质。
乳状液的变型乳状液的变型也叫反相，是指O/W型（W/O型）乳状液变成W/O型（O/W型）乳状液的现象。
触变作用凝胶振动时，网状结构受到破坏，线状粒子互相离散，系统出现流动性；静置时，线状粒子又重新交联形成网状结构。
净吸力在气液界面，液体表面分子受到体相分子的拉力大，受到气相分子的拉力小，所以表面分子受到一个垂直于液体表面、指向液体内部的合吸力，称为"净吸力"。
Krafft 点离子型表面活性剂在水中的溶解度随着温度的变化而变化。
当温度升高至某一点时，表面活性剂的溶解度急剧升高，该温度称为krafft点。
浊点加热非离子型表面活性剂的透明水溶液，其在水溶液中的溶解度随温度上升而降低，在升至一定温度值时出现浑浊，这个温度被称之为该表面活性剂的浊点。
表面张力表面张力是为增加单位面积所消耗的功。
临界胶束浓度：在表面活性剂溶液中，开始大量形成胶束的表面活性剂浓度。
起泡剂在气液分散体系中，使泡沫稳定的表面活性剂，称为起泡剂。
凝胶一定浓度的溶胶体系，在一定的条件下失去流动性而形成的半固体物质。
高分子溶液分散相是高分子物质的分散体系。
比表面积对于粉末或多孔性物质，1g固体所占有的总表面积为该物质的比表面。
增溶作用指难溶和不溶有机物在表面活性剂胶束水溶液中溶解度增大的现象离浆作用水凝胶在基本上不改变原来形状的情况下，分离出所包含的一部分液体，使构成凝胶网络的颗粒相互收缩靠近，排列得更加有序。
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
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
胶体与表面化学的基础概念
胶体与表面化学的基础概念胶体是指具有二态分散相（分散相与连续相成分不同）的混合物，由于分子尺寸在10-9~10-7m之间，彼此间相互作用均衡，不能通透光线，但又不会沉淀。
表面化学则是研究物质表面特性及其相互作用的科学。
胶体与表面化学是紧密相关的分支学科，本文将简单介绍胶体与表面化学的基础概念及其在生活、工业等领域的应用。
一、溶液与悬浮液溶液是指固体、液体或气体分子在溶剂中均匀混合而成的混合物，一般都是透明的，没有悬浮在其中的颗粒。
而悬浮液则是一种由较大的颗粒在溶剂中悬浮形成的混合物，常常是混浊或浑浊的。
溶液和悬浮液之间的区别在于，溶解的粒子能形成较为稳定的静电作用力或化学键，而悬浮液中的粒子不能形成这些相互作用力或键。
与悬浮液相比，溶液稳定性更高，能够长期存储。
二、胶体的定义及分类胶体比溶液和悬浮液之间的粒子要小，但比分子要大，其直径一般在1至1000纳米之间。
由于粒子体积小，布朗运动强，粒子表面强烈极化，胶体不断地扩散，所以具有明显的色散性。
此外，由于颗粒表面与连续相之间的相互作用力较强，所以胶体的稳定性较高，不易析出。
根据胶体内分散相与连续相之间的相互作用类型，可将其分为以下几种：1. 粒子均匀分布在水或有机溶剂中的溶胶，形成的胶体为“溶胶胶体”；2. 在两种不相容的液体界面上生长，形成的胶体为“界面胶体”；3. 以气体分子为分散相，水或液体常温下为连续相，形成的胶体为“气溶胶”。
三、表面现象的定义与分类表面现象是指在液面或液体比较靠近固体表面的区域内，由于分子间作用力发生变化，使液体在这一区域内的性质与其他地方不同。
表面现象一般包括以下三种：1. 表面张力：液体分子与空气之间作用力引起的压强差。
表面张力越大，液体表面上，原子与分子的吸附作用越强，液面不容易被破坏。
2. 润湿性：在固体表面和液体之间形成的接触角。
若液体完全覆盖固体表面，接触角为零，该液体具有良好的润湿性。
3. 泡沫：在界面上由于表面张力与流体运动引起的大量气体聚集形成的团块。
胶体表面化学
胶体表面化学胶体表面化学是研究胶体溶液中表面现象的一门学科。
胶体溶液由两种或两种以上的物质组成，其中一种物质以微粒形式分散在另一种物质中，形成胶体颗粒。
胶体溶液的特点是颗粒的尺寸介于溶液和悬浮液之间，具有较大的比表面积。
胶体表面化学研究的是胶体颗粒表面的性质和胶体溶液中发生的表面现象。
在胶体溶液中，胶体颗粒表面与溶液之间存在着相互作用，这些相互作用决定了胶体溶液的稳定性和性质。
胶体表面化学主要研究以下几个方面的内容。
一、胶体颗粒的表面性质：胶体颗粒表面的性质对胶体溶液的稳定性和流变性质具有重要影响。
胶体颗粒表面的电荷、化学性质和吸附层的形成与胶体溶液的性质息息相关。
例如，胶体颗粒表面的电荷会影响胶体颗粒之间的静电排斥力，进而影响胶体溶液的稳定性。
胶体颗粒表面的化学性质决定了胶体颗粒与其他物质的相互作用，如溶剂的吸附和溶质的吸附等。
二、胶体溶液中的界面活性剂：界面活性剂是一类能够在液体表面降低表面张力并形成胶体的物质。
在胶体溶液中，界面活性剂常用于调控胶体颗粒的表面性质和胶体溶液的稳定性。
界面活性剂分子在胶体颗粒表面吸附形成吸附层，可以改变胶体颗粒之间的相互作用力，使胶体溶液更加稳定。
此外，界面活性剂还可以通过胶体颗粒表面的电荷调控胶体溶液的流变性质，如黏度和流动性等。
三、胶体溶液中的胶束：胶束是由界面活性剂分子在溶液中自组装形成的一种微观结构。
在胶体溶液中，当界面活性剂的浓度超过临界胶束浓度时，界面活性剂分子会自发地聚集形成胶束。
胶束是由亲水头基团和疏水尾基团组成，可以在溶液中稳定分散的胶体颗粒。
胶束的形成对于胶体溶液的稳定性和流变性质具有重要影响。
四、胶体溶液中的胶体凝聚：胶体溶液中的胶体颗粒由于表面相互作用力的存在，会发生凝聚现象。
胶体凝聚是指胶体颗粒之间的相互吸引作用导致胶体颗粒的聚集和沉降。
胶体凝聚的程度取决于胶体颗粒的表面性质、溶液的物理化学条件以及其他添加剂的存在。
胶体凝聚对于胶体溶液的稳定性具有负面影响，会导致胶体溶液失去分散性和流动性。
《胶体与表面化学》课件
展望
展望胶体与表面化学的未来发展趋势和潜在应用。
2 不稳定性现象
探讨胶体不稳定性的原因和影响，如聚集、沉淀和相分离。
胶体凝聚和稳定性机制
1
稳定性机制
2
介绍胶体稳定性的不同机制，如扩散、电化学和ຫໍສະໝຸດ 面改性。3胶体凝聚
描述胶体凝聚的过程和机制，如吸附、 糖胶体和复合胶体。
应用案例
通过实际应用案例展示胶体凝聚和稳定 性机制的重要性。
界面化学概述
1 界面定义
解释界面化学中界面的定义和特性。
2 界面分析
介绍界面分析的各种技术和方法。
界面化学的重要性和应用
1 应用领域
探讨界面化学在实际应用领域的重要性，如 材料科学和生物医学。
2 界面控制
解释如何利用界面化学来控制物质的性质和 相互作用。
总结与展望
结论
总结胶体与表面化学的关键概念和应用领域，并强 调其重要性。
《胶体与表面化学》PPT 课件
本课程将介绍胶体和表面化学的关键概念和应用，从概述到实际应用领域， 帮助您深入了解这个令人着迷的领域。
胶体和表面化学概述
1 胶体
介绍胶体的定义和特性，以及胶体与其他化 学领域的关联。
2 表面化学
介绍表面化学的基本概念和研究领域。
参与者和机制
1 溶剂、溶质和溶剂剂量
讨论溶剂、溶质和溶剂剂量在胶体和表面化学中的作用。
2 表面张力和界面张力
展示表面张力和界面张力的关系，以及它们对界面性质的影响。
胶体状态和特性
1 分散系统
探讨各种胶体分散系统，如溶液、凝胶和乳液等。
2 分散相和连续相
解释分散相和连续相对胶体稳定性和性质的影响。
稳定性和不稳定性
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so
ow
为油水界面与水固界面的夹角。
根据Young方程有：
油
sw
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固
os– ws = ow cos
cos =（ os– ws ）/ ow
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水
§5.2 乳状液
有如下三种情况： a. os > ws， < 900 水能润湿固体， 大部分粒子浸入水中； b.
乳状液的稳定
添加少量的添加剂就能使乳状液比较稳定的存在，解 释这种现象的理论就是乳状液的稳定理论，它大致有以 下几个方面：
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§5.2 乳状液
降低界面张力： 乳状液系统的相界面面积比构成它的纯液体要大得多， 是不稳定分散系统。加入少量表面活性剂，表面活性剂在 两相界面产生正吸附，明显降低界面张力，使表面吉布斯 函数降低，稳定性增加。
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§5.2 乳状液
破乳常用方法
用不能形成牢固膜的表面活性物质代替原来的乳化 剂。例如，异戊醇，表面活性强而碳氢链短，不能 形成牢 固的界面膜。
加入能与乳化剂发生反应的物质，将它变成无乳化 作用的物质。例如，油酸钠可使乳状液稳定，加无机 酸，可使油酸钠变为不具有乳化作用的油酸。 加入类型相反的乳化剂，如向O/W型的乳状液，加入 W/O型乳化剂
os < ws， > 900
油能润湿固体，
大部分固体粒子在油中。
so ow sw
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os
固 油 水
固
水
ow
ws
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§5.2 乳状液
c. os = ws， = 900 ， 粒子在油水之间。
os
油
ow
固
水
ws
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§5.2 乳状液
乳状液类型的鉴别
鉴别乳状液是O/W型，还是W/O型的方法主要有： 染色法：将油溶性染料滴入乳状液，振荡 后在显微镜下观察， 若内相被染色，则为O/W型；
若外相染色，则为W/O型。
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(也可用水溶性染料做试 验)。
12
§5.2 乳状液
稀释法：取少量乳状液滴入水中或油中，若乳状液在水 中能稀释，即为O/W型；在油中能稀释，即为W/O型。 导电法：因为水导电性强于油，O/W型乳状液的导电性能 远好于W/O型乳状液， 通过测电导可区别两者。（但若乳 状液中有离子型乳化剂，也有较好导电性。）
若在时间 t 内，粒子沉降高度为 h ，因为 v = h / t ，代入（1），得粒子半径：
h
9η h r 2 ρ ρ0 g t
1/2
2
所以对于不同半径的粒子下降同样高度， 需用不同的时间。 沉降分析可使用左图所示沉降天平来进 行。通过悬挂在分散系统中的托盘及扭力天 平，可测出不同时间 t 的沉降量 P 。以 P 对 t 作图，可得沉降曲线如下：
微乳液的组成 W＋O＋表面活性剂 ＋助表面活性剂
油 水
助剂主要是中等长度碳氢链的醇，起调节主表面活性剂 临界堆积参数的作用。即助剂的亲水基较小，插入表面 活性剂定向单层后，形成混合膜，使混合界面膜的临界 堆积参数变大，更有利于微乳液的形成。
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§5.2 乳状液
微乳液的制备
油 水
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§5.2 乳状液
容易被油润湿的炭黑、石墨粉等，可作为W/O型乳状液 的稳定剂。
水
油2015-6ຫໍສະໝຸດ 625§5.2 乳状液
乳状液的去乳化
定义：使乳状液破坏的过程称为破乳或去乳化。 其过程分为两步：
第一，分散相小液滴絮凝成团；
第二，凝聚，即分散相结合成更大的液滴，在重力场 下自动分层。 乳状液稳定存在的主要原因是乳化剂的存在，所以， 要破乳就要消除或削弱乳化剂的保护能力。
HLB值可以从手册查出，也可以估算
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§5.2 乳状液
形成定向楔的界面
乳化剂分子的一端极性基团亲水，一端非极性基团亲 油，在界面层中,―大头”向外，“小头” 密集钉在分散相 小液滴上 , 使它表面积最小 , 界面吉布斯函数最低，界面膜 更牢固。 一价碱金属皂类，形状是： 亲水端为大头，作 油 水
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胶体与表面化学（六）
第五章 粗分散体系
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2
§5.1 悬浮液
定义: 不溶性固体粒子分散在液体中所形成的粗分散系统 称为悬浮液
悬浮液
d >1000nm
胶体系统
1000 nm > d >1 nm
分子分散系统
d < 1 nm
它的粒子线度 >1000 nm 。它不存在布朗运动，不产生扩 散与渗透现象，容易沉降析出。光学性质方面，散射光强度十 分微弱。 但是它仍有很大相界面，能选择性吸附溶液中某种离子而 带电。某些高分子化合物对悬浮液也有保护作用。所以它能暂 时稳定存在。
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为乳化剂时，容易形成O/W型 乳状液：
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§5.2 乳状液
二价碱金属皂类，极性基团为 小头， 作为乳化剂，容 水 油
易形成W/O型乳状液：
大头朝外，小头向内，表面活性剂可紧密 排列，形成厚壁，使乳状液稳定。
例外：一价银肥皂，作为乳化剂形成W/O型乳状液
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§5.2 乳状液
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回顾
悬浮液 不溶性固体粒子分散在液体中所形成的粗分散系统 乳状液 两种不互溶或部分互溶的液体所形成的粗分散系统
O/W; W/O
染色法、电导法、稀释法
乳化剂：表面活性剂、固体粉末
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§5.2 乳状液
若要使固体微粒在分散相周围排列成紧密固体膜， 固体粒子大部分应当在分散介质中。 所以，容易被水润湿的固体，如粘土、Al2O3，可形成 O/W乳状液。
4 3 粒子受到重力： F重 π r ρ ρ0 g 3
当粒子速度 v 时，受到阻力
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F阻 6π η r v
4
§5.1 悬浮液
随着粒子沉降速度加快，阻力增加，在某一速度，重力等 于阻力： 4
3
π r 3 ρ ρ0 g 6 π η r v
2r 2 ρ ρ0 g 此时粒子作匀速运动，沉降速度为： v 9η
I II III
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表面活性剂的HLB值可决定形成 乳状液的类型： HLB 2～6: 形成W/O型乳状液； HLB 12～18:形成O/W型乳状液。
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§5.2 乳状液
附: 乳化剂的选择
可根据HLB值选择乳化剂： HLB，亲油性，< 8 亲油；
HLB，亲水性，> 8 亲水。
HLB 3 ～ 6 7 ～ 9 8 ～ 18 13 ～ 15 15 ～ 18 用途 W/O 乳化剂 润湿剂 O/W 乳化剂 洗涤剂 加溶剂
普通乳状液 外观 质点大小 不透明 微乳液 透明或近乎透明 胶团溶液 一般透明 一般小于0.01μm 稀溶液中为球状，浓 溶液中可呈各种形状 稳定，不分层
大于0.1μm，一般为 0.01-0.1μm，一般为 多分散体系 单分散体系 一般为球状 一般为球状
R t
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9η h r 2 ρ ρ g t 0
1/2
的粒子全部沉降时的沉降量。
8
§5.1 悬浮液
P
② Q = R/P 即为半径大于此 r 的粒子 占全部粒子的质量分数。
R t Q
③ 作Q - r 曲线，即得到粒子积分分布曲 线。如右图。
r
dQ dr
dQ ④ 由Q - r 曲线作 - r 曲线 即得粒子 dr
形成扩散双电层
离子型表面活性剂在水中电离，若正离子在水中的溶解度 大于负离子，则水带正电，油带负电。带电的一端指向水，
正离子在在水中呈扩散状分布，形成扩散双电层。它有较大
的热力学电势及较厚的双电层，使乳状液处于较稳定的状态。
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§5.2 乳状液
界面膜的稳定作用 乳化过程也是分散相液滴表面界面膜的成膜过程，界面膜
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§5.1 悬浮液
P
若粒子为多级分散，即粒子为 多级分散，具有不同的半径时，则 沉降量随时间呈曲线。如( c ) 图。
t (c) 粒子多级分散
求不同半径范围的粒子占全部粒子的质量分数的方法：
P
①选某一时刻 t ，作该时刻的 P - t 曲线的 切线，使它与纵坐标相交，求得截距 R 。 截距对应的值为半径大于
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§5.2 乳状液
破乳常用方法
加热。温度升高，可降低乳化剂在油-水界面的吸 附量，削弱保护膜对乳状液的保护作用，降低介质 的粘度。 物理方法：离心分离，电泳破乳，超声波破乳……
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§5.2 乳状液
微乳状液 定义
两种互不相溶的液体在表面活性剂界面膜的作用下形成 的热力学稳定的、各向同性、透明的均相分散体系。分 散相粒子10-100nm.
的微分分布曲线。它表示不同半径范围的
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r
粒子占全部粒子的质量分数。
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§5.2 乳状液
定义：由两种不互溶或部分互溶的液体所形成的粗
分散系统，称为乳状液。
例：牛奶、炼油厂的废水、乳化农药……。若一为水， 可用“W‖表示；另一相为有机物，如苯、煤油……，习 惯上称之为“油”，可用“O‖表示。 乳状液 水包油，O/W，油分散在水中 油包水，W/O，水分散在油中
1943年，Hoar和Schulman首次报道了一种新的分散体 系：水和油与大量表面活性剂和助表面活性剂（一般为中等 链长的醇）混合能自发形成透明或半透明的体系。这种体系 同样即可以是O/W型，也可以是W/O型。分散相质点为球形 但半径非常小，通常在10-100nm之间。这种体系是热力学 稳定的体系。