基础化学：第五章-胶体-检验-1

表面能
为什么小水珠易合并成大水珠? 自发
G大 表面积大
表面能大
G小 表面积小
表面能小
界面分子:50 相内分子:50
界面分子:30 相内分子:70
G = G内 + G表 18
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表面能 排骨汤
油层
搅拌 不搅拌
油滴
缩小表面积，减小表面能， 对固体物质同样适用
将体积较大的物质分散成粉末或细雾时, 作功所消耗的能量转变为
比表面能 σ =
dG dA
体系每增加单位表面积 Gibbs自由能的增加
相当于单位面积的表面分子比其处于相内时 所高出的那一部分自由能
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比表面能
ห้องสมุดไป่ตู้
表面能 G表 = σA
表面积
比表面能：与本性、T、p及组成有关
当恒T、P、组成下， σ 不变
比例系数
G表 = σA
0.01 m2
0.0007 J 纯水：0.07 J·m-2 17
Brown运动 z 胶粒质量越小
越剧烈
z 温度越高
动力学稳定性
溶胶的基本性质-动力学性质
凝胶 固体溶胶
实例 雾 烟
果冻 红宝石
玻璃
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胶体 胶体分散系
溶胶 高分子溶液 缔合胶体
胶体分散系 性质
热力学不稳定（大分子溶液外） 动力学稳定 能透过滤纸，不能透过半透膜 分散相粒子扩散慢 超显微镜下可见
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界面
z 相 系统中物理和化学性质相同的组成部分 z 界面 相与相之间的接触面 z 表面 固相或液相与气相的界面 z 界面现象 在相界面上发生的一切物理化
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基础化学 第五章
胶体
胶体 气溶胶
z 生命现象 血液、细胞膜 z 材料 陶瓷、有色玻璃 z 食品 牛奶、啤酒、面包 z 能源 强化采油、乳化 z 环境 烟雾、除尘、水处理
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主要内容
第一节 胶体分散系 第二节 溶胶（重点） 第三节 高分子溶液 第四节 表面活性剂和乳状液
溶胶
胶粒 由数目巨大的原子（或分子、离子） 构成了聚集体
FeCl3＋3 H2O
Fe(OH)3 ＋3 HCl
搅拌
FeCl3＋3 H2O
[Fe(OH)3]m＋ … …
(成千上万) z 高度分散性
z 聚结不稳定性
z 多相性 24
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溶胶的基本性质-光学性质
溶胶的基本性质-光学性质
∵可见光波长: 400~700nm 胶粒直径: 1~100nm < 波长
∴发生光的散射(散射光或乳光) 溶胶和真溶液的明显区别。
溶胶：有明显乳光(一束光锥) 小分子溶液：无乳光 大分子溶液：有微弱乳光
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溶胶的基本性质-光学性质
z 散射光强度随单位体积内溶胶胶粒的增多 而增大
z 直径小于光波波长的胶粒，体积愈大，散 射越强
z 波长越短的光被散射的越多 z 分散相与分散介质的折射率相差越大，散
射光越强
溶胶的基本性质-动力学性质
Brown运动 胶粒受到来自周围各方介质分 子碰撞的合力未被完全抵消而引起的
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溶胶的基本性质-动力学性质 Brown运动
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胶体的发展
托马斯·格雷姆 Thomas Graham
(1805-1869) 英国化学家
z 扩散速度小 z 不能透过半透膜 z 溶剂蒸发后不结晶 z 形成无定形胶状物
¾ 晶体 ¾ 真溶液 ¾ 胶体
晶体和胶体是物质的两种不同的存在状态
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主要内容
第一节 胶体分散系 第二节 溶胶（重点） 第三节 高分子溶液 第四节 表面活性剂和乳状液
分散系
z 分散系 一种或几种物质分散在另一种 （或多种）物质中所形成的体系
z 分散相 被分散的物质 z 分散介质 容纳分散相的连续介质
食盐水溶液，食盐是分散相，水是分散介质
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分散系 < 1 nm 真溶液
1~100 nm 胶体分散系
> 100 nm 粗分散系
z 物质的量较少的为分散相，物质的量较多 的为分散介质
胶体 z 分散相粒子直径1~100 nm高度分散体系
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胶体
z 分散相 液体、气体、固体 小分子、离子、原子的聚集体 Fe(OH)3溶胶 单个的大分子 蛋白质溶液 缔合胶体 z 分散介质 液体、气体、固体
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胶体实例
分散介质 气体 气体 固体 固体
分散相 液体 固体 液体 固体
名称 气溶胶 气溶胶
表面分子比相内分子高出的那 部分能量
合力越大，表面能 越大
增大表面积,需克服拉力,环境作功 表面能
A
B
减少表面积是自发过程 表面能
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比表面能 G = H – TS = U + pV - TS
dG = d(H – TS) = d(U + pV – TS) = dU + d(pV) – d(TS) = -pdV + σdA + TdS + pdV + Vdp - SdT – TdS = σdA + Vdp - SdT
z 一定量的液体自其它形状变为球形的 时候伴随着表面积的缩小
z 液体表面有自动收缩的趋势
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液体及其蒸气组成的表面
界面分子
相内分子
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液体及其蒸气组成的表面
界面
B A
气相 液相
把相内分子A拉到表面变成表面分子B需要 环境 做功，所作的功以位能形式储存
于 表面分子 中
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表面能
表面能
CO
气相
界面
B A
固相
因吸附,使B的合力 ↓
dσ < 0
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表面能
溶胶 多相分散系统 比表面积大 分散相总表面积大 表面能大
聚结不稳定性 热力学不稳定系统
高分子溶液 均相分散系统 分散相和分散介质间没有界面，是热力学稳定 系统
缔合胶体 均相分散系统 由于胶束的形成减少了疏水基与水的接触面积 从而使系统稳定，是热力学稳定系统
A 体系内能
B√ 表面能
C 动能
D 势能
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降低表面能的途径 G表 = σA
σ一定， G表 = σA ΔG表< 0 ΔA <0 表面积缩小的过程是自发过程 (小颗粒变大颗粒)
A一定， G表 = σA ΔG表< 0 Δσ <0 比表面能减少的过程是自发过程(吸附： 物质在表面上富集的现象)
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降低表面能的途径 为什么活性碳会自发吸附毒气?
学现象 z 均相分散系 分散相和分散介质为同一相 z 多相分散系 分散相和分散介质为不同的相
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分散度和比表面
分散度
分散相在介质中分散的程度
比表面S0
单位体积物质所具有的表面积
S0 =
S V
哪组表面 积大？分 散度高？
判断:X物质的表面积愈大,其分散度愈大
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表面能
z 外力影响很小时，液体总是趋向球形