胶体与表面化学
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❖ A. 固-固溶胶 如:有色玻璃，合金
❖ B. 固-液溶胶 如:珍珠
❖ C. 固-气溶胶 如:泡沫塑料，沸石分子筛
三、胶体与石油工程的关系
❖ 1、油田的发现
❖2、钻井 钻井液 完井、固井
❖ 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
压裂
❖ 4、增产增注措施
酸化
三、胶体与石油工程的关系
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。
〖教学重点〗 胶体的制备方法及原理；胶体的性质；胶
体稳定性；表面现象及应用；吸附作用原理及 应用；表面活性剂的性质和分类；表面活性剂 在油田中的应用。
〖难点〗 胶体的电学性质、DLVO理论，表面活性剂的
Gibbs吸附方程及应用，Langmuir等温吸附式及 应用；HLB值的计算与应用
第一章 绪论
章节结构
第一章 绪论 第二章 胶体的制备和性质 第三章 凝胶 第四章 界面现象和吸附
第五章 表面活性剂 第六章 乳状液
〖教学目的〗本课程为石油工程专业的必修课，其目 的是使学生掌握胶体与表面化学的基本 原理和基本理论，为其它专业课的学习 奠定坚实的理论基础。
〖要
求〗主要是通过本课程的学习，使学生掌握 胶体与表面化学原理在石油工程中的应 用，用胶体化学理论解释油田开发中的 一些现象，用胶体与表面化学原理解决 油田开发中所遇到的一些问题。
东北石油大学石油工程学院
一、基本概念
化学
无机化学 有机化学 物理化学 分析化学
一、基本概念
❖ 相、界面、表面、比表面 S0=S/V
对于立方体：S0=6L2/L3=6/L 对于球体 ：S0=3/R
❖ 胶体化学、表面化学
二、胶体体系
粘土---水分层小实验
二、胶体体系
❖ 1、胶体体系定义及体系的分类
❖ A. 气-固溶胶
如 :烟，含尘的空气
❖ B. 气-液溶胶 如 :雾，云
液溶胶
❖ 将液体作为分散介质所形成的溶胶。当分散相为不同状态
时，则形成不同的液溶胶： ❖ A.液-固溶胶
如：油漆，AgI溶胶 ❖ B.液-液溶胶
如：牛奶，原油乳状液 ❖ C.液-气溶胶
如：泡沫
固溶胶
❖ 将固体作为分散介质所形成的溶胶。当分散相为不同状态 时，则形成不同的固溶胶：
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：
2、特 点
（1）特有的分散程度 （2）多相不均匀性
（3）热力学不稳定性
3、常见胶体体系
❖ 气、固、液三相除气－气外，形成8种胶体体系
4、分 类
分散介质
气溶胶
❖ 将气体作为分散介质所形成的溶胶。当分散相为固体
或液体时，形成气-固或气-液溶胶，但没有气-气溶胶， 因为不同的气体混合后是单相均一体系，不属于胶体。
❖ 人们不仅要研究这些体系的基本性质，而且要研究与 其基本性质相联系的许多实际问题。例如： (1)明矾为什么能净水？
(2)肥皂为什么能去污？
(3)向高空抛撒的粉剂为什么能人工降雨？
(4)鱼汤为什么能“冻”起来？
(5)含水原油如何脱水？
现代应用
研究对象 分散体系
界面现象
有序组合 体
研究内容 分散体系的形成与稳定
胶体化学的发展中的飞跃
1903年 超显微镜的 发明，为胶体化 学的发展，提供 了新的研究手段
1907年 德国化学家 Ostwald创办了 《胶体化学和工 业杂志》。
近现代 纳米材料的 应用，为胶体化 学的发展提供了 新的方向。
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。
纳米颗粒的有序排列
射理论、流变学理论
气-固界面
表面张力理论，表面层
气-液界面
结构、分子定向理论、
液-液界面
各种吸附理论、双电层
液-固界面
理论、界面光谱学与显
微术能谱，扫描探针显
微镜
胶 束、微乳液、泡囊等 BLM 分子间相互作用力、液
膜、LB 膜、液晶、分形体、 晶理论，类脂体与蛋白
夹心结构、溶胶-凝胶膜等 质的相互作用，分形理
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” 。
❖ 5、油水井的正常维护
防蜡 防砂 化学堵水 稠油降粘
❖ 6、油气集输
破乳 乳化
四、胶体化学的发展史
史 前：陶器
汉 朝：纤维造纸
古
一
老
后 汉：墨的发明、豆腐制作
八
而
六
年 轻
古 埃 及：木材浸水膨胀来破裂山岩
的 科
瑞 典：化学家Scheele于1777年木炭
பைடு நூலகம்
学
吸附气体实验
一 年 以 前
俄罗斯：1809年化学家Рейсс土粒的电泳
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
论、增溶现象、胶束催
化、定向合成
胶体化学的应用领域
(1)分析化学中的吸附指示剂，离子交换、沉淀物的可 滤性等 (2)物理化学中的成核作用，过饱和液 (3)生物科学中的电泳、膜现象 (4)化学制造中的催化剂、洗涤剂、润滑剂、粘结剂等 (5)环境科学中的气溶胶、泡沫和污水处理 (6)材料科学中的陶瓷、水泥塑料等 (7)石油科学（重中之重）
❖ B. 固-液溶胶 如:珍珠
❖ C. 固-气溶胶 如:泡沫塑料，沸石分子筛
三、胶体与石油工程的关系
❖ 1、油田的发现
❖2、钻井 钻井液 完井、固井
❖ 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
压裂
❖ 4、增产增注措施
酸化
三、胶体与石油工程的关系
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。
〖教学重点〗 胶体的制备方法及原理；胶体的性质；胶
体稳定性；表面现象及应用；吸附作用原理及 应用；表面活性剂的性质和分类；表面活性剂 在油田中的应用。
〖难点〗 胶体的电学性质、DLVO理论，表面活性剂的
Gibbs吸附方程及应用，Langmuir等温吸附式及 应用；HLB值的计算与应用
第一章 绪论
章节结构
第一章 绪论 第二章 胶体的制备和性质 第三章 凝胶 第四章 界面现象和吸附
第五章 表面活性剂 第六章 乳状液
〖教学目的〗本课程为石油工程专业的必修课，其目 的是使学生掌握胶体与表面化学的基本 原理和基本理论，为其它专业课的学习 奠定坚实的理论基础。
〖要
求〗主要是通过本课程的学习，使学生掌握 胶体与表面化学原理在石油工程中的应 用，用胶体化学理论解释油田开发中的 一些现象，用胶体与表面化学原理解决 油田开发中所遇到的一些问题。
东北石油大学石油工程学院
一、基本概念
化学
无机化学 有机化学 物理化学 分析化学
一、基本概念
❖ 相、界面、表面、比表面 S0=S/V
对于立方体：S0=6L2/L3=6/L 对于球体 ：S0=3/R
❖ 胶体化学、表面化学
二、胶体体系
粘土---水分层小实验
二、胶体体系
❖ 1、胶体体系定义及体系的分类
❖ A. 气-固溶胶
如 :烟，含尘的空气
❖ B. 气-液溶胶 如 :雾，云
液溶胶
❖ 将液体作为分散介质所形成的溶胶。当分散相为不同状态
时，则形成不同的液溶胶： ❖ A.液-固溶胶
如：油漆，AgI溶胶 ❖ B.液-液溶胶
如：牛奶，原油乳状液 ❖ C.液-气溶胶
如：泡沫
固溶胶
❖ 将固体作为分散介质所形成的溶胶。当分散相为不同状态 时，则形成不同的固溶胶：
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：
2、特 点
（1）特有的分散程度 （2）多相不均匀性
（3）热力学不稳定性
3、常见胶体体系
❖ 气、固、液三相除气－气外，形成8种胶体体系
4、分 类
分散介质
气溶胶
❖ 将气体作为分散介质所形成的溶胶。当分散相为固体
或液体时，形成气-固或气-液溶胶，但没有气-气溶胶， 因为不同的气体混合后是单相均一体系，不属于胶体。
❖ 人们不仅要研究这些体系的基本性质，而且要研究与 其基本性质相联系的许多实际问题。例如： (1)明矾为什么能净水？
(2)肥皂为什么能去污？
(3)向高空抛撒的粉剂为什么能人工降雨？
(4)鱼汤为什么能“冻”起来？
(5)含水原油如何脱水？
现代应用
研究对象 分散体系
界面现象
有序组合 体
研究内容 分散体系的形成与稳定
胶体化学的发展中的飞跃
1903年 超显微镜的 发明，为胶体化 学的发展，提供 了新的研究手段
1907年 德国化学家 Ostwald创办了 《胶体化学和工 业杂志》。
近现代 纳米材料的 应用，为胶体化 学的发展提供了 新的方向。
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。
纳米颗粒的有序排列
射理论、流变学理论
气-固界面
表面张力理论，表面层
气-液界面
结构、分子定向理论、
液-液界面
各种吸附理论、双电层
液-固界面
理论、界面光谱学与显
微术能谱，扫描探针显
微镜
胶 束、微乳液、泡囊等 BLM 分子间相互作用力、液
膜、LB 膜、液晶、分形体、 晶理论，类脂体与蛋白
夹心结构、溶胶-凝胶膜等 质的相互作用，分形理
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” 。
❖ 5、油水井的正常维护
防蜡 防砂 化学堵水 稠油降粘
❖ 6、油气集输
破乳 乳化
四、胶体化学的发展史
史 前：陶器
汉 朝：纤维造纸
古
一
老
后 汉：墨的发明、豆腐制作
八
而
六
年 轻
古 埃 及：木材浸水膨胀来破裂山岩
的 科
瑞 典：化学家Scheele于1777年木炭
பைடு நூலகம்
学
吸附气体实验
一 年 以 前
俄罗斯：1809年化学家Рейсс土粒的电泳
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
论、增溶现象、胶束催
化、定向合成
胶体化学的应用领域
(1)分析化学中的吸附指示剂，离子交换、沉淀物的可 滤性等 (2)物理化学中的成核作用，过饱和液 (3)生物科学中的电泳、膜现象 (4)化学制造中的催化剂、洗涤剂、润滑剂、粘结剂等 (5)环境科学中的气溶胶、泡沫和污水处理 (6)材料科学中的陶瓷、水泥塑料等 (7)石油科学（重中之重）