胶体与表面化学第四版重点

胶体和表面化学（第四版）

1.绪论

分散系统：一种物质以细分散状态分散在另一种物质中构成的系统。

分散相：分散系统中被分散的不连续相。

分散介质：分散系统中的连续相。

比表面：单位质量分散相物质所具有的面积。

缔合胶体：多个分子的缔合体构成胶体分散相。

胶体体系：分散相粒子至少在一个尺度上的大小处在1-100nm 范围内的分散系统。

溶胶：把分散介质是液体的胶体系统称为液溶胶，介质是水为水溶胶；介质是固体为固溶胶。

2.胶体和纳米粒子的制备

胶体制备：分散法（机械、电分散、超声波、胶溶）、凝聚法（还原、氧化、水解、复分解）晶核-晶体成长

条件：1）分散相在介质中的溶解度必须极小；2）必须有稳定剂的存在

净化：1）渗析：利用羊皮纸或火棉胶制成的半透膜，将溶胶和纯分散介质隔开。

2）超过滤：利用半透膜代替普通滤纸在压差下过滤溶胶的方法。

3）渗透：借半透膜将溶液和溶剂隔开，此膜只允许溶剂分子通过，胶粒和溶质不能通过。

反渗透：渗透平衡时在浓相一侧施加外压，则浓相中的溶剂分子向稀相迁移。

单分散溶胶：特定条件下制取的胶粒尺寸、形状和组成皆相同的溶胶。

胶体晶体：由一种或多种单分散胶体粒子组装并规整排列的二维或三维类似于晶体的有序结构。 光子晶体：在各个方向能阻止一定频率范围的光传播。

纳米粒子特性：比表面积大；易形成聚团；熔点低；磁性强；光吸收强；热导性能好

制备：气相、液相、固相

纳米气泡：在液体中或固液界面上存在的纳米尺度的气泡。

3.胶体系统的基本性质(N A =6.5*1023mol -1，R=8.314，T=273K)

运动 扩散：扩散系数：爱因斯坦第一扩散公式：r 61πη⋅=A N RT D 爱因斯坦布朗运动：r

3t t 2πη⋅==A N RT D X 沉降：大气压随高度分布：RT

M gh -p p ln 0h =

光学 散射现象：当质点大小在胶体范围内时。反射：质点直径远大于入射光波长。

丁道尔现象：以一束强烈的光线射入溶胶后，在入射光的垂直方向可以看到一道明亮的光带。

Rayleigh 散射：022

1222122423)2(c 24I n n n n v I ⋅+-⋅=λπ 电学 电动现象：电泳：带负电的胶粒向正极移动，带正电的胶粒向负极移动。

电渗析：水在外加电场作用下，通过黏土颗粒间的毛细通道向负极移动的现象。

沉降电势：在无外加电场作用下，使分散相粒子在分散介质中快速沉降，则在沉降管两端产生电势差。 流动电势：用压力将液体挤过毛细管网或由粉末压成的多孔塞，在毛细管网两端产生电势差。

质点荷电原因：电离；离子吸附；晶格取代

双电层结构：胶粒表面带电时，在液相中必有和表面电荷数量相等且符号相反的离子存在，这些离子称为反离子。反离子一方面受静电引力作用向胶体表面靠近，另一方面受分子热运动及扩散作用有在整个液体中均匀分布的趋势。结果使反离子在胶粒表面区域的液相中形成平衡，越靠近界面反离子浓度越高，越远离界面反离子浓度越低。胶粒表面电荷和周围介质中的反离子构成双电层。胶粒表面和液体内部的电势差

称为表面电势。

特性吸附：溶液中含有高价反离子或表面活性剂离子时，质点对它们发生强的选择性吸附。

ζ电势：DE

v πηζ4= 流变 切应力：使液层维持一定的速度梯度流动，就必须对它施加一个和阻力相等的反向力，在单位液层面积上所需施加的力。

牛顿公式：D ητ=

黏度影响：浓度大，黏度大；温度高，黏度小；质点轴比大，黏度大；质点大，黏度大；带电，黏度大。 流变性质：牛顿体；塑性体；假塑体；涨流体；触变流型

稳定性 1）热力学不稳定：多相分散系统，有巨大的界面能；2）动力学稳定：高度分散系统，颗粒小，布朗运动强烈；3)细小胶粒长时间不团聚，系统聚集稳定性高。

聚沉作用：无机电解质使胶体沉淀。

聚集：使小粒子电动电位减小，相互聚集成大粒子的过程。

絮凝作用：高分子化合物使胶体沉淀。

加入电解质，电解质中和扩散层反离子电荷符号相同的那些离子把反离子压入吸附层，ζ电势降低。 聚沉值：能引起某一溶胶发生明显聚沉所需外加电解质的最小浓度。

敏化作用：向胶体中加入低于能使其稳定所需的聚合物数量时，聚合物不仅不能使胶体稳定，而且能使体系的临界聚沉浓度降低。 数均直径：i i n d f d ∑=；面均直径：2/12s )(i i d f d ∑=；体均直径：3/13

v )(i i d f d ∑= 4.表面张力、毛细作用和润湿作用

净吸力：分子收到一个垂直于液体表面，指向液体内部的合吸力。

表面张力：增加单位面积所消耗的功。dA dG σ=（比表面自由能、吉布斯自由能）（T 升高，P 增大，张力减小）。 测定：毛细上升法：θρσcos 2ghr =；环法：f R F πσ4=；气泡最大压力法：2

ghr ρσ= 毛细作用：液体在自身表面张力和界面张力作用下沿干净玻璃毛细管上升的现象。

Laplace 公式：)11(2

1R R p +=∆σ；1）液滴越小，内外压差越大，凸液面下方压力大于液面上方；2）液面是凹的，下方液相压力小于液面上方压力；3）液面平的，压差零。

毛细上升现象：液体能很到的润湿毛细管壁，毛细管内的液面呈凹面，凹液面下方压力比同样高度平面液体压力低，因此，液体将被压入毛细管内使液面上升，直到静压pgh 和曲界面两侧压力差p ∆相等达到平衡。

饱和蒸汽压：Kelvin 公式：r

RT M p p r ρσ液气-02ln = 为什么自然界液滴气泡总是球形的，气泡更易破裂？

答，球面表面积最小，其表面功和吉布斯自由能最小；内外有温差和压差，气泡表面液体蒸发导致气泡破裂。

天空为什么下雨？人工降雨依据？抛粉剂作用？

答：天空有水蒸气，地表温度相对较高，空气中水蒸气上升到相对冷的高空，凝结大到一定程度，受重力影响掉下来。高空的水蒸气压力虽然对平液面已经过饱和了，但对于要形成的小水滴来说尚未饱和，小水滴难以形成，凝结核心使凝聚水滴初始曲率半径增大，对应的蒸汽压可以小于高空中已有的水蒸气压力，水蒸气迅速凝集。形成水凝结核心。

为什么产生液体过热现象？加入沸石消将过热？

答：半径极小的气泡其内蒸汽压远小于外压，这意味着外界压迫下小气泡难以形成，致使液体不易沸腾而成为过热液体，多空的沸石已有曲率半径较大的气泡存在，因此泡内压力不致很小，达到沸腾温度时液体沸腾不致过热。

两块玻璃板之间有水为什么不易拉开： 拉普拉斯方程：R

p 2σ=∆存在附加压力，R 越小，玻璃板间和空气间压差越大。