胶体与界面化学

1、2016.3.3-6.24主要介绍内容主要介绍内容第一章第一章 绪论绪论第二章第二章 胶体分散体系的制备和性质胶体分散体系的制备和性质第三章第三章 界面现象和吸附界面现象和吸附第四章第四章 表面活性剂表面活性剂第五章第五章 乳状液乳状液第六章第六章 凝胶凝胶第七章第七章 常用吸附剂的结构、性能和改进常用吸附剂的结构、性能和改进第一章第一章 绪论绪论1-1 1-1 课程简介课程简介1-2 1-2 学科发展史学科发展史 一、发展历史简介一、发展历史简介 二、发展动力二、发展动力 三、特点三、特点 四、近代胶体与界面化学的研究特点四、近代胶体与界面化学的研究特点 界面化学界面化学也是也是一门古老而又

2、年轻的科学一门古老而又年轻的科学2-1 2-1 概述概述2-2 2-2 胶体系统的制备和净化胶体系统的制备和净化2-3 2-3 溶胶的动力性质溶胶的动力性质2-4 2-4 溶胶的光学性质溶胶的光学性质2-5 2-5 溶胶的电学性质溶胶的电学性质2-6 2-6 胶体的稳定性胶体的稳定性2-7 2-7 胶体分散体系的流变性质胶体分散体系的流变性质2-1 2-1 概述概述22iiiiiiiin An dAf dnnsd 测定胶粒总数后，自吸附实验求得胶粒的平均表面测定胶粒总数后，自吸附实验求得胶粒的平均表面积积 ，再由表面积折算胶粒直径。，再由表面积折算胶粒直径。 A2sAd ) （122siid(

3、f d )表面积平均直径 vd 33iiiiiiiin vn dV =f dn6n63v V =(d )6133vii d =(f d )体积平均直径例图：例图：析出物质浓度析出物质浓度溶解度溶解度S相对过饱和度相对过饱和度RTD=6L简单渗析 将需要净化的溶胶放在羊皮纸或动物膀胱等半透膜制成的容器内，膜外放纯溶剂。 利用浓差因素，多余的电解质离子不断向膜外渗透，经常更换溶剂，就可以净化半透膜容器内的溶胶。 如将装有溶胶的半透膜容器不断旋转，可以加快渗析速度。小结：溶胶的净化小结：溶胶的净化将胶体中的电解质及杂质除去将胶体中的电解质及杂质除去 与粗粒分开与粗粒分开 1. 1. 沉淀沉淀 胶体不

4、沉胶体不沉 2. 2. 过滤过滤 胶体通过胶体通过与分子离子分开与分子离子分开 1. 1. 超离心机超离心机 胶体沉淀胶体沉淀 2. 2. 超过滤超过滤 胶体不通过胶体不通过 3. 3. 渗析作用渗析作用 4. 4. 层析层析.超过滤装置电超过滤 有时为了加快过滤速度，在半透膜两边安放电极，施以一定电压，使电渗析和超过滤合并使用，这样可以降低超过滤压力。 负值负值0RTD=6rN0RTD=6N3430M=（）N当胶团形状为长椭球体时，流体力学半径当胶团形状为长椭球体时，流体力学半径与椭球体长短轴存在如下关系与椭球体长短轴存在如下关系:32kT1203RTtxNr0RTD=6N122xDt120

5、3RTtxNr122xDt 0RTD=6N 吊杆液面悬浮液称盘容器砝码h t1 t 2t 3(开始间隔开始间隔1015S ,以后每以后每隔隔2030S,最后每隔最后每隔5min)P1 P2 P32=kr202()9rg量出量出h h，测量悬浮液温度，测量悬浮液温度可知可知21r=r -r0时该区间的质量分数该区间的质量分数222120212( )limrppt d pF rrrrdt （推导过程复旦物化实验）（推导过程复旦物化实验） d pd td pd t-t22dpd t22dpd t-t 22d pdt iihtiir 求（用用202()9rg）222120212( )limrppt d

6、 pF rrrrdt 分数分数 F（r） r 2.4 溶胶的光学性质溶胶的光学性质一、Tyndall效应效应二、光散射现象光散射现象三、经典光散射理论经典光散射理论 Rayleigh散射定律 乳光计原理 浊度 其他光散射理论 溶胶的颜色四、超显微镜与粒子大小的近似测定四、超显微镜与粒子大小的近似测定 超显微镜的特点 超显微镜的类型322221202212424()2NnnIInn322221202212424()2NnnIInn1122ININ323121rrII322221202241224()2NVnnIInnl10ltI /IetI0Il/e/IIt1044米氏于米氏于1908年提出的，

7、年提出的，有关有关在介质之中的颜料在介质之中的颜料粒子粒子对光散射的理论。对光散射的理论。 （1）溶胶对光的选择吸收）溶胶对光的选择吸收 主要取决于化学结构主要取决于化学结构 当入射光频率与分子的当入射光频率与分子的固有频率固有频率相同时，（即相同时，（即光光子的能量子的能量与与使分子使分子从从基态基态跃迁到跃迁到较高能态所需的能量较高能态所需的能量相相同时）则同时）则一部分光一部分光将被吸收。而能量较高和较低的将被吸收。而能量较高和较低的光子不被光子不被吸收吸收。 例：例：AgCl 不吸收可见光不吸收可见光白色白色 AgBr、AgI 只吸收蓝光只吸收蓝光呈黄色和深黄色（补色）呈黄色和深黄色（

8、补色）一般：一般： 粒子较小时，吸收占优势，粒子较小时，吸收占优势，长波长长波长光光不易不易被吸被吸 收，溶胶显红色。收，溶胶显红色。 相反：粒子较大时，散射增强，溶胶显蓝色。相反：粒子较大时，散射增强，溶胶显蓝色。另外：另外： 溶胶的颜色还与分散相、分散介质的性质、光的溶胶的颜色还与分散相、分散介质的性质、光的 强弱等有关；强弱等有关； 314m =r3 34m=rn3133mr=()4n 2.5 溶胶的电学性质溶胶的电学性质一、 电动现象（2）电渗（3）流动电势（4）沉降电势(1) 电泳Tiselius电泳仪 界面移动电泳仪显微电泳仪区带电泳 2.5 溶胶的电学性质溶胶的电学性质二、固体表

9、面带电的原因1、Helmholz平板型模型2、Gouy和Chapman扩散双电层模型3、Stern双电层模型：带电粒子的大小、形状；粒带电粒子的大小、形状；粒子表面电荷的数目；介质中电解质的种类、离子强度，子表面电荷的数目；介质中电解质的种类、离子强度，pHpH值和粘度；电泳的温度和外加电压等。值和粘度；电泳的温度和外加电压等。生物化学上分离各种氨基酸和蛋白质生物化学上分离各种氨基酸和蛋白质纸上电泳纸上电泳医学中应用（适合于混合物分离及组分医学中应用（适合于混合物分离及组分含量的测定）含量的测定）显微电泳：显微镜下直接观察粒子的电泳速度显微电泳：显微镜下直接观察粒子的电泳速度工业上工业上“静电

10、除尘静电除尘” 烟雾气溶胶的电泳现象烟雾气溶胶的电泳现象陶瓷工业上：利用电泳使粘土与杂质分离陶瓷工业上：利用电泳使粘土与杂质分离电泳电镀。电泳电镀。提赛留斯电泳仪的纵、横剖面图如图所示。提赛留斯电泳仪的纵、横剖面图如图所示。 应用应用：电渗方法有许多实际应用，如溶胶净化、海电渗方法有许多实际应用，如溶胶净化、海水淡化、泥炭和染料的干燥等。水淡化、泥炭和染料的干燥等。 难过滤浆液（粘土浆、纸浆等）脱水；难过滤浆液（粘土浆、纸浆等）脱水； 砖厂切砖时：用金属丝切砖坯，为防止粘土砖厂切砖时：用金属丝切砖坯，为防止粘土附于金属丝上，可将切砖用的金属丝连于附于金属丝上，可将切砖用的金属丝连于负极负极，砖

11、，砖坯连于坯连于正极正极，因电渗可使一层水膜附于金属丝表面，因电渗可使一层水膜附于金属丝表面，起润滑剂作用。起润滑剂作用。2、电渗、电渗 若在多孔膜（或毛细管）的两端施加一定电若在多孔膜（或毛细管）的两端施加一定电压，压，液体液体将通过多孔膜而定向移动叫将通过多孔膜而定向移动叫电渗电渗。 在在U U型管型管1,21,2中盛电解质中盛电解质溶液，将电极溶液，将电极5,65,6接通直流接通直流电后，可从有刻度的毛细电后，可从有刻度的毛细管管4 4中，准确地读出液面的中，准确地读出液面的变化。变化。 图中，图中，3 3为多孔膜。为多孔膜。 如果多孔膜吸附阴离子，如果多孔膜吸附阴离子，则介质带正电，通

12、电时向阴则介质带正电，通电时向阴极移动；反之，多孔膜吸附极移动；反之，多孔膜吸附阳离子，带负电的介质向阳阳离子，带负电的介质向阳极移动。极移动。 在外力的作用下，迫使液体通过多孔膜（或毛细管）在外力的作用下，迫使液体通过多孔膜（或毛细管）定向流动，多孔隔膜两端所产生的电势差叫流动电位定向流动，多孔隔膜两端所产生的电势差叫流动电位电渗逆过程。电渗逆过程。 因为管壁会吸附某种离子，使固体表面带电，电荷从固体到液体有个分布梯度。 在用泵输送原油或易燃化工原料时，要使管道接地或加入油溶性电解质，增加介质电导，防止流动电势可能引发的事故。 当外力迫使扩散层移动时，流动层与固体表面之间会产生电势差，当流速

13、很快时，有时会产生电火花。 在重力场的作用下，带电的分散相粒子，在分散介质中迅速沉降时，使底层与表面层的粒子浓度悬殊，从而产生电势差，这就是沉降电势（电泳的逆过程）（电泳的逆过程）。 贮油罐中的油内常会有水滴，水滴的沉降会形成很高的电势差，有时会引发事故。通常在油中加入有机电解质，增加介质电导，降低沉降电势。 4 4、沉降电势、沉降电势四种电动现象之间的关系D大相带正电，大相带正电，D小相带负电小相带负电 1、 Helmholz平板型模型（双电层电容器模型）平板型模型（双电层电容器模型） 02、Gouy和Chapman扩散双电层模型 3、Stern双电层模型 注：一些复杂的大分子物质，若形成复

14、杂混合物，注：一些复杂的大分子物质，若形成复杂混合物，难于用胶团结构式表示。难于用胶团结构式表示。6= DE 球形胶粒4= DE 棒 形 胶 粒VEV4DI （ml/s）电渗一定时间流过毛细管的液体体积）电渗一定时间流过毛细管的液体体积（单位时间流量）。（单位时间流量）。I：通过两电极间电流。：通过两电极间电流。 1941年德查金年德查金Darjaguin、朗道、朗道Landaw;1948年年维韦维韦Verwey、奥弗比克、奥弗比克Overbeek分别提出了带电胶体分别提出了带电胶体粒子稳定理论，简称粒子稳定理论，简称DLVO理论。理论。DLVO理论认为：理论认为： 溶胶在一定条件下是稳定存在

15、，还是聚沉取决于溶胶在一定条件下是稳定存在，还是聚沉取决于粒子间相互吸引力和静电斥力。若斥力大于吸引力，粒子间相互吸引力和静电斥力。若斥力大于吸引力，则溶胶稳定；若斥力小于吸引力，则溶胶不稳定。则溶胶稳定；若斥力小于吸引力，则溶胶不稳定。(1) 胶粒间相互吸引（胶粒间相互吸引（Van der Waals力）力） 吸引力与胶粒间的距离的吸引力与胶粒间的距离的3次方成反比。次方成反比。 胶粒间相互作用能胶粒间相互作用能 吸引能吸引能 （设为负）（设为负）排斥能排斥能（设为正）（设为正） 和胶粒间距离的关系和胶粒间距离的关系 聚沉值与外加电解质反离子价数之间关系：聚沉值与外加电解质反离子价数之间关系

16、：35266()D kTA e Z聚沉值C常数61CZ其它条件相同时其它条件相同时与价数规则一致与价数规则一致 P81(2-43)一、基本概念和术语一、基本概念和术语1、切变速度、切变速度D与切应力与切应力3、粘度的定义、粘度的定义2、牛顿公式、牛顿公式4、粘度的测量、粘度的测量2-7 胶体体系的流变性质二、稀胶体溶液的粘度二、稀胶体溶液的粘度1、分散相浓度影响、分散相浓度影响2、质点形状与质点大小影响、质点形状与质点大小影响3、溶剂化影响、溶剂化影响4、电荷的影响、电荷的影响5、温度影响、温度影响三、浓分散体系的流变性质三、浓分散体系的流变性质四、降摩阻效应四、降摩阻效应一、基本概念和术语一

17、、基本概念和术语1、切变速度、切变速度D与切应力与切应力例：分析液体流动情况例：分析液体流动情况 在流速较慢的河里，河道各处的水流方向虽在流速较慢的河里，河道各处的水流方向虽然一致，但速度不相同，中心处水流最快，越靠然一致，但速度不相同，中心处水流最快，越靠河岸，水流越慢。河岸，水流越慢。 因此：因此：在流速不太快时，可把流动的液体看作是许多相互在流速不太快时，可把流动的液体看作是许多相互平行移动的液层。平行移动的液层。由于各层的速度不同，便形成了由于各层的速度不同，便形成了速度梯度速度梯度。即。即（切（切变速度）变速度）D因为有速度梯度存在，较慢的液层阻滞着较快液层因为有速度梯度存在，较慢的

18、液层阻滞着较快液层的运动，因此产生的运动，因此产生流动阻力流动阻力。为使液层能维持一定的速度梯度流动，必须对它施为使液层能维持一定的速度梯度流动，必须对它施加一个与阻力相等的反向力。加一个与阻力相等的反向力。 层流层流条件下，切应力与切变速度关系（成正比）条件下，切应力与切变速度关系（成正比） （2、牛顿公式：、牛顿公式：dDdx D 常 数粘度粘度表示物质流动时分子间内摩擦力的大小表示物质流动时分子间内摩擦力的大小:流体的粘度毛细管法：测定液体在毛细管中的流出时间；毛细管法：测定液体在毛细管中的流出时间； （粘度低于（粘度低于100P，1P=0.1 PaS) )转筒法：测流体与同心轴圆柱体相

19、对转动情况；转筒法：测流体与同心轴圆柱体相对转动情况； （粘度大于（粘度大于10000P)落球法：测圆球在流体里下落速度。落球法：测圆球在流体里下落速度。 （粘度（粘度1010000P) 4r pt8（单位PaS ）r、l:毛细管半径、长度；毛细管半径、长度；V：t时间内流体流过毛细管体时间内流体流过毛细管体积；积；P：毛细管两端压差：毛细管两端压差Pg h一般操作时：用已知粘度的液体测出粘度计的毛细管一般操作时：用已知粘度的液体测出粘度计的毛细管常数；然后在相同条件下测未知粘度的液体的粘度。常数；然后在相同条件下测未知粘度的液体的粘度。000tt毛细管粘度计分：毛细管粘度计分：乌氏粘度计：测

20、高聚物乌氏粘度计：测高聚物奥氏粘度计：测低分子量（粘度很小）水、乙醇奥氏粘度计：测低分子量（粘度很小）水、乙醇4r pt82、质点形状与质点大小影响、质点形状与质点大小影响3、溶剂化影响、溶剂化影响4、电荷的影响、电荷的影响5、温度影响、温度影响二、稀胶体溶液的粘度二、稀胶体溶液的粘度1、分散相浓度影响、分散相浓度影响r=1(2.5 216J) J：分子长短轴之比J变大变大r变大变大r=1(2.5 21 6J) 2、塑性体系、塑性体系(Plastic fluid) 表现出可塑性表现出可塑性D关系关系为直线，但不通过质点。为直线，但不通过质点。 当当y时体系才流动时体系才流动 y：屈服值（使塑形

21、体开始流动所需加的临界：屈服值（使塑形体开始流动所需加的临界 切应力）切应力）y塑DDy k k越大，流体越稠越大，流体越稠一、填空题一、填空题5、关于胶体稳定性的 DLVO理论认为，胶团之间的吸引力势能产生于 ；而排斥力势能产生于 。 1、溶胶系统所具有的三个基本特点是 ； ； 。 2、在超显微镜下看到的光点是 ，比实际胶体的体积大数倍之多，能真正观测胶体颗粒的大小与形状的是 。3、溶胶的动力性质包括 ； ； 。4、用 和 反应制备 溶胶，当 过量时，胶团结构式为 。当 过量时，胶团结构式为 ，在电泳实验中该溶胶的颗粒向 移动。6、当用等体积的 溶液制备AgBr溶胶，其胶体结构为 ，请标出胶

22、核，胶粒，胶团。上述溶胶在 中，聚沉值最大的是 。 7、 在外加电场作用下，胶粒在分散介质中的移动称为 。 8、胶体系统的光学性质表现为 ，电学性质表现为 。 9、在胶体的制备中常常需要渗析等方法进行净化，其目的主要是 。 10、 高分子化合物可作为溶胶的聚沉剂。其产生聚沉的三种效应分别为 ；引起憎液溶胶产生聚沉的最主要因素是 。 1、下列亲液溶胶与憎液溶胶具有的共同特性中不正确的是（ ） A. 分散相粒子半径为： B. 在介质中扩散慢 C. 不透过半透膜 D. 具有很大相界面 2、丁达尔现象是光照射到溶胶粒子上发生的 ( )现象。 A. 反射 B. 折射 C. 散射 D. 透射 3、某溶胶在

23、重力场中沉降达平衡时，应有( ) A. 各不同高度处的浓度相等 B. 各不同高度处粒子大小相等 C. 沉降速率与扩散速率相等 D. 不同大小粒子的沉降速度相等 4、某带负电的溶胶中加入下列电解质，其中聚沉值最大的是 ( )；聚沉能力最强的是( ) 。 A. B. C. D.5、下列哪一种不属于电动现象？ A. 电泳 B. 电渗 C. 电导 D. 流动电势 6、在电泳实验中，观察到胶粒向阳极移动，表明（ ） A. 胶粒带正电荷 B. 胶团的扩散层带负电荷 C. 胶体的扩散层带正电荷 D. 电位向对于溶液本体为正值。 7、溶胶的基本特性之一是 ( ) A. 热力学上和动力学上皆属稳定的系统 B.

24、热力学上和动力学上皆属不稳定的系统 C. 热力学上稳定和动力学上不稳定的系统 D. 热力学上不稳定而动力学上稳定的系统 8、大分子溶液与憎液溶胶的主要性质上区别在于后者( ) A. 有渗透压 B. 扩散慢 C. 有电泳现象 D. 是热力学上的不稳定系统 9、关于胶体稳定性的DLVO理论，有一些基本论述下列各说 法中，哪点与该理论不符？ A. 胶体间的排斥作用是其互相接近时因双电层重叠而产生的 电排斥力 B. 胶体间的吸引作用本质上是范德华作用，即是三种偶极子 的长程相互作用。 C. 胶体的稳定性取决于胶粒间吸引力与排斥力的相对大小 D. 加入电解质，可以使胶粒的排斥作用增大 10、 ，在外电场

25、作用下，发生电泳现象 的是（ ） A. B. C. D. 三、问答题三、问答题 1、为什么说胶体系统具有热力学不稳定性和动力学稳定性？2、胶体具有聚结稳定性的主要原因是什么？3、什么是布朗运动？为什么粗分散系统和真溶液观察不到布朗运动？ 4、在两个充满0.001molL-1 KCl溶液的容器之间是一个AgCl多孔塞，多孔塞两边接以直流电，试问溶液将向何方移动。当以0.1molL-1 KCl来代替0.001molL-1 KCl 时，加以相同的电压，液体的流动是加快还时减慢，如果以AgNO3代替KCl，结果又将如何？ 5、 胶体系统的主要特征是什么？ 6、丁达尔效应的实质及生产条件各是什么？ 7、

26、胶体系统能在一定程度上稳定存在的主要原因是什么？ 8、结合憎液溶胶和高分子溶液稳定的主要原因，解释何为聚沉作用？何为盐析作用？ 9、解释一些现象： （1）黄河三角洲的形成。 （2）为什么晴朗的天空呈蓝色？ （3）为什么使用不同型号的墨水，会使钢笔堵塞。 （4）卤水点豆腐的原理。 （5）在贮油罐中或用泵输送原油或易燃化工原料时， 为什么要使管道接地或加入油溶性电解质?参考答案参考答案 一、填空题一、填空题1、多相性；高分散性；热力学不稳定性。 2、粒子的散色光；电子显微镜 3、布朗运动；扩散作用；沉降作用 。4、 ； ；向负极移动。 5、远程范德华力；双电层重叠所引起的静电斥力势能与渗透性斥力势

27、能 6、 胶核 ； 胶粒 胶团 ；7、电泳 8、丁达尔效应； 电泳，电渗，流动电势，沉降电势。 9、除去制备过程中过剩的电解质，以利于溶胶的稳定性 。10、搭桥效应，脱水效应，电中和效应；外加中解质 1. D； 2. C； 3. C； 4. A； B 5. C； 6. C； 7. D； 8. D； 9. D； 10. C。 三、问答题三、问答题 1、为什么说胶体系统具有热力学不稳定性和动力学稳定性？、为什么说胶体系统具有热力学不稳定性和动力学稳定性？ 物系具有热力学稳定性热力学稳定性是指系统处于热力学平衡态。处于热力学平衡态的标志是看在特定条件下，系统的某些热力学特征函数是否处于极值的状态。例

28、如：例如：在隔离系统中，熵值达到极大时，为平衡态；在等温，等压 条件下，系统的吉布斯函数达到最小为平衡态。胶体系统是一个多相的高分散系统，表面吉布斯函数值很高，因此是热力学不稳态定系统，具有热力学不稳定性。 动力稳定性动力稳定性是指系统中的粒子能够克服重力场的影响而不下沉的性质，影响动力稳定性的主要因素是分散度，胶体系统的粒子小，分散度高，因而具有较强的布朗运动，能够克服重力保持均匀分散，所以说胶体系统具有动力稳定性。 2、胶体具有聚结稳定性的主要原因是什么？、胶体具有聚结稳定性的主要原因是什么？ 聚结稳定性是指溶胶中的粒子发生相互碰撞时不会聚结成大粒子沉淀下来的现象，溶胶具有聚结稳定性的主要

29、原因有三点： 是它的动力稳定性，即因为溶胶粒子强烈的布朗运动； 是溶胶粒子具有的扩散双电子层结构，使其在相互接近时，所具有 的静电性斥力与渗透性力； 是溶胶粒子周围的溶剂化层的作用，使胶体粒子外部包有一层溶剂 化外壳而阻止其接近发生聚沉。 其中最主要的因素是胶体粒子的双电子层结构所引起的排斥势能的作 用。 3、 什么是布朗运动？为什么粗分散系统和真溶液观察不到布朗运动？什么是布朗运动？为什么粗分散系统和真溶液观察不到布朗运动？ 处于胶体范围的分散相粒子在分散介质中进行着永不停息的无规则的运动，这种现象是由植物学家布朗首先发现的，故称为布朗运动。 布朗运动的本质是分子的热运动，由于胶体粒子不断受

30、到不同方向，不同速率的介质分子的不平衡力的冲击，所以时刻以不同方向，不同速率做不规则的运动。 真溶液的分散相为分子，粒子太小，在显微镜下观察来看，每一瞬间在各个方向所受撞击的几率应当相等，合力为零。 而粗分散系统因其质量太大，难于发生位移，故也观察不到布朗运动。 4、在两个充满、在两个充满0.001molL-1 KCl溶液的容器之间是一个溶液的容器之间是一个AgCl多孔塞，多孔多孔塞，多孔塞两边接以直流电，试问溶液将向何方移动。当以塞两边接以直流电，试问溶液将向何方移动。当以0.1molL-1 KCl来代替来代替0.001molL-1 KCl 时，加以相同的电压，液体的流动是加快还时减慢，如时

31、，加以相同的电压，液体的流动是加快还时减慢，如果以果以AgNO3代替代替KCl，结果又将如何？，结果又将如何？ 吸附了Cl-离子的AgCl多孔塞带负电，则溶液带正电，将向负极移动； 增加电介质的浓度，将压缩扩散层，使电势降低，液体的流动减慢； 以AgNO3 来代替KCl，则溶液带负电，向正极流动。 5、 胶体系统的主要特征是什么？胶体系统的主要特征是什么？ 高分散度和多分散性、多相不均匀性和热力学不稳定性是胶体的主要特征。 6、丁达而效应的实质及生产条件各是什么？、丁达而效应的实质及生产条件各是什么？ 丁达尔效应的实质是分散粒子对光的散射作用。只有当入射光波长大于分散粒子尺寸时才会产生丁达尔效

32、应。 7、胶体系统能在一定程度上稳定存在的主要原因是什么？（与、胶体系统能在一定程度上稳定存在的主要原因是什么？（与2类似）类似） （1）溶胶的动力稳定性。胶粒因布朗运动而克服重力的作用，从而保）溶胶的动力稳定性。胶粒因布朗运动而克服重力的作用，从而保持溶胶的稳定。持溶胶的稳定。 （2）胶粒带电的稳定作用。静电斥力的存在使得胶粒难以相互靠近，）胶粒带电的稳定作用。静电斥力的存在使得胶粒难以相互靠近，增加了溶胶的稳定性。增加了溶胶的稳定性。 （3）溶剂化的稳定作用。因分散相粒子周围的溶剂化，而形成具有一）溶剂化的稳定作用。因分散相粒子周围的溶剂化，而形成具有一定弹性的溶剂化外壳，增加了胶粒相互接

33、近时的机械阻力，使溶胶难以聚定弹性的溶剂化外壳，增加了胶粒相互接近时的机械阻力，使溶胶难以聚沉。沉。 8、结合憎液溶胶和高分子溶液稳定的主要原因，解释何为聚沉作用？何、结合憎液溶胶和高分子溶液稳定的主要原因，解释何为聚沉作用？何为盐析作用？为盐析作用？ 憎液溶胶是热力学不稳定系统，能暂时稳定的主要原因是胶粒带电，而高分子溶液是热力学稳定系统，稳定的主要原因是溶剂化作用。 当加入少量电解质： 对于胶体，因异电离子压缩扩散层使电位降低，到达临界电位时，溶胶的稳定性被破坏，发生聚沉，这就是胶体的聚沉作用。 对于高分子溶液，加入少量电解质（超过等电点）。使原来高度水化的高分子化合物去水化，其稳定性才会

34、被破坏而发生聚沉，这是高分子溶液的盐析。 9、解释一些现象：、解释一些现象： （1）黄河三角洲的形成。）黄河三角洲的形成。 江河中含有大量带负电的SiO2溶胶，而海水中含有的电解质NaCl， 河 水与海水相遇时，使其中胶粒聚沉，聚沉物逐渐累积便 形成了三角洲。 （2）为什么晴朗的天空呈蔚蓝色？）为什么晴朗的天空呈蔚蓝色？ 分散在大气层中的烟、雾、粉尘等其粒子半径在101000nm之间，构 成胶体分散系统，即气溶胶。当可见光照射到大气层时，由于可见光中的 蓝色光的波长相对于红、橙、黄、绿各单色光的波长较短。按瑞利公式， 散射光的强度与入射光的波长的四次方成反比。故由于大气层这个气溶胶 系统对蓝色

35、光的强烈的散射作用，使我们观测到的晴朗的天空是蔚蓝色。 （3）为什么使用不同型号的墨水，会使钢笔堵塞。）为什么使用不同型号的墨水，会使钢笔堵塞。 钢笔的墨水属于胶体分散溶液，不同型号的墨水由于生产厂家使用的原 料和配方不同，因此会带有不同类型的电荷，若混合使用不同型号的墨 水，会发生聚沉使钢笔堵塞。 9、解释一些现象：、解释一些现象：（4）卤水点豆腐的原理。）卤水点豆腐的原理。 豆腐浆是含有蛋白质的负溶胶系统。“点浆”是向豆腐浆中加入 MgCl2，CaSO4 等电解质（俗称卤水），电解质中阳离子Mg2+, Ca2+使蛋白 质溶胶发生盐析作用。 （5）在贮油罐中或用泵输送原油或易燃化工原料时，为

36、什么要使管道接地）在贮油罐中或用泵输送原油或易燃化工原料时，为什么要使管道接地 或加入油溶性电解质或加入油溶性电解质? 用管道泵输送燃料油时，在流动过程中会产生流动电势，高压下易产生 火花。因此必须采取严格的防护措施，如油管接地同时加入油溶性电解质（如四异戊基苦味酸胺，二异丙基水杨酸钙），增加介质的电导，减少流动 电势。 若贮油罐中的燃料油含有水滴时，水滴的沉降形成较大的沉降电势，可 能达到较大的数值。通常采用的办法也是加入油溶性有机类电解质，增加 介质的电导率，降低沉降电势。 例例1、将、将1g水分散成半径为水分散成半径为 m的小水滴（视为球的小水滴（视为球形），其表面积增加了多少倍？形），

37、其表面积增加了多少倍？解：对大水滴解：对大水滴 对小水滴对小水滴 9102/32242144cm4.84 10m43SAr66123213111726103 1043.010 m433.010 m6.2104.84sssArrrAA例：在金属线框中间系一线圈，一例：在金属线框中间系一线圈，一起浸入肥皂液中，然后取出，上面起浸入肥皂液中，然后取出，上面形成一液膜。形成一液膜。 由于以线圈为边界的两边表面张由于以线圈为边界的两边表面张力大小相等方向相反，所以线圈成力大小相等方向相反，所以线圈成任意形状可在液膜上移动。任意形状可在液膜上移动。 如果刺破线圈中央的液膜，线如果刺破线圈中央的液膜，线圈内

38、侧张力消失，外侧表面张力立圈内侧张力消失，外侧表面张力立即将线圈绷成一个圆形，清楚的显即将线圈绷成一个圆形，清楚的显示出表面张力的存在。示出表面张力的存在。净吸力的存在：使任何表面都自动缩小的倾向，净吸力的存在：使任何表面都自动缩小的倾向，也是液体有表面张力原因。也是液体有表面张力原因。前述：前述：液体表面的分子受到指向液体内部的合液体表面的分子受到指向液体内部的合力力净吸力净吸力结论结论：分子间作用力分子间作用力 引起净吸力净吸力 引起表面张力表面张力 小结：小结：表面张力产生的原因表面张力产生的原因Vm2/3 =k（Tc-T-6.0） 式中式中Vm为摩尔体积，为摩尔体积，k为为普适常数普适

39、常数，对，对非极性液体， 也可用热力学公式说明BBBddddGS TV PAdn 运用全微分的必要和充分条件得BB, , ,()()T P nA P nSAT 等式左方为正值，表面积增等式左方为正值，表面积增加，熵增加。所以加，熵增加。所以 随随T增增加而下降加而下降。注：对注：对 Cd, Fe, Cu 合金及一些硅酸盐液体，合金及一些硅酸盐液体， T 3、分子间相互作用力的影响 对纯液体或纯固体，表面张力决定于分子间形成的化学键能的大小，一般化学键越强，表面张力越大。 (金属键) (离子键) (极性共价键) (非极性共价键)a. 表面张力与物质的本性有关同温下：固体同温下：固体液体液体气体气

40、体 表面张力：表面张力： FeH2OCH4影响表面张力的因素沸点高或极性大，分子间作用力大，表面张力大。沸点:汞 水 乙醚 氨，表面张力：汞 水 乙醚 氨1、温度2、压力已讲两种液体间的界面张力，界于两种液体表面张力之间b. 表面张力与接触相的性质有关例如，20时 纯水的表面张力 水水-空气空气= 0.07275 N m-1 纯苯的表面张力 苯苯-空气空气= 0.0289 Nm-1 水与苯接触时的界面张力 水水-苯苯= 0.0350 Nm-14、分散度的影响：当物质分散到曲率半径接近分子大小的尺寸时，分散度对表面张力的影响才显得重要。5、运动情况的影响：实验表明，高速旋转的液体，其表面张力会增

41、加。关于弯曲表面现象的例子很多。例如：在三通玻璃管的两端分别吹出大小不同的两个肥皂泡 当开通两边活塞后小泡越缩越小，而大泡越涨越大。过饱和蒸汽:一定温度下，当蒸汽分压超过该温度下的饱和蒸汽压，而蒸汽仍不凝结的现象 。过饱和溶液: 在一定温度、压力下，当溶液中溶质的浓度已超过该温度、压力下的溶质的溶解度，而溶质仍不析出 。 过热液体:在一定压力下，当液体的温度高于该压力下的沸点，而液体仍不沸腾 。过冷液体：在一定压力下，当液体的温度已低于该压力下液体的凝固点，而液体仍不凝固 。说明人工降雨：（1）高空中如果无灰尘，水蒸汽可达相当高的过饱和度而不凝结成水。 原因：高空中的水蒸汽压力虽然对平液面的水

42、来说已是过饱和了，但对 于将要形成的小水滴来说尚未饱和，意味着微小水滴难于形成。 （2）撒入凝结核心AgI小晶粒，使凝聚水滴的初始曲率半径，对应的 蒸汽压可以小于高空中已有的水蒸汽压力，蒸汽将迅速凝成水 滴，形成人工降雨。 2、在沸腾时液体形成的气泡必须经过从无到有，从小到大的过程。最早形成的半径极小的气泡内其蒸汽压远小于外压，意味着在外界压迫下，小气泡难于形成，致使液体不易沸腾而成为过热液体。解释加热液体时，加入沸石或毛细管3、过热较多时，易暴沸。加入沸石，因为多孔沸石中已有曲率半径较大的气泡存在，因此泡内压力不致很小。达沸腾温度时液体即沸腾而不致过热。1、平液面水达沸点时，其饱和蒸汽压等于

43、外压 (1) 将环挂在阻力秤上，转动扭将环挂在阻力秤上，转动扭 力丝，使环上升拉起液体呈力丝，使环上升拉起液体呈 圆柱形（通常不是圆柱形）圆柱形（通常不是圆柱形）（2）当环与液体脱开时，所需）当环与液体脱开时，所需 最大拉力为最大拉力为F。Fmg液体重力液体重力周围表面张力反抗向上拉力周围表面张力反抗向上拉力 液膜内外两面液膜内外两面 圆环周长圆环周长 4FR通常由于拉起的不是圆柱形，故乘以校正因子通常由于拉起的不是圆柱形，故乘以校正因子 4FRfmax2PghrP2r gh只有当只有当Rr时，时，R为最小值，为最小值，最大最大书书P154实验时，若用同一支毛细管和压差计，对两不同实验时，若用

44、同一支毛细管和压差计，对两不同液体测试：液体测试：1122hh例题：例题： 用最大气泡法测量液体表面张力：将毛细管垂直地插用最大气泡法测量液体表面张力：将毛细管垂直地插入液体中，其深度为入液体中，其深度为h 。由上端通入气体，在毛细管下端呈。由上端通入气体，在毛细管下端呈小气泡放出，小气泡内的最大压力可由小气泡放出，小气泡内的最大压力可由 U 型管压力计测出。型管压力计测出。当毛细管中足够细时，管下端出当毛细管中足够细时，管下端出现的弯月形液面，可视为球面的现的弯月形液面，可视为球面的一部分，随着小气泡的变大，气一部分，随着小气泡的变大，气泡的曲率半径将变小，当气泡的泡的曲率半径将变小，当气泡

45、的半径等于毛细管的半径时，液面半径等于毛细管的半径时，液面曲率半径最小。由拉普拉斯公式曲率半径最小。由拉普拉斯公式可知，小气泡所承受的附加压可知，小气泡所承受的附加压力，在数值上应为气泡内外的压力，在数值上应为气泡内外的压力差。力差。已知已知 300K 时，某液体的密度时，某液体的密度 1.6103kgm-3，毛细管，毛细管的半径的半径 r0.001m ，毛细管插入液体中的深度，毛细管插入液体中的深度 h0.01m ，小气泡的最大表压小气泡的最大表压 p(最大最大)207Pa。问该液体在。问该液体在 300k 时的时的表面张力为若干？表面张力为若干？ 一般测量时，若保证毛细管口刚好与液面相接触

46、，则可忽略液一般测量时，若保证毛细管口刚好与液面相接触，则可忽略液柱压差柱压差 gh。 （1 1）临界表面张力测定法：）临界表面张力测定法：将一系列已知将一系列已知 的液体置于表面张力较小的高分子固体的液体置于表面张力较小的高分子固体表面上，分别测表面上，分别测0cos =1 即时液体对固体完全润湿（铺展）液体对固体完全润湿（铺展）c 物理意义是：当液体的物理意义是：当液体的 比固体的比固体的 小时，该液体能小时，该液体能润湿固体表面；反之，若液体的表面张力大于润湿固体表面；反之，若液体的表面张力大于 时，此时，此液体不润湿固体表面。液体不润湿固体表面。cccc认为该液体对应的认为该液体对应的

47、 为固体的为固体的（2 2）利用高聚物液体或熔体的表面张力与温度的关系（近似）利用高聚物液体或熔体的表面张力与温度的关系（近似） 求固体的表面张力求固体的表面张力（忽略相变对（忽略相变对的影响）的影响） 液体：液体：T T T LPE：线型聚乙烯：线型聚乙烯PIB：聚异丁二烯：聚异丁二烯PDMS：聚二甲基硅氧烷：聚二甲基硅氧烷测高聚物液体或熔体在不同测高聚物液体或熔体在不同T时的时的再外推至相当于固体状再外推至相当于固体状态时的某一态时的某一T T下的表面下的表面张力，即为固体的张力，即为固体的 据结构2lns erMSSRT r（3 3）估算法：）估算法：（a a）根据组成固体的晶格间力估算

48、金属）根据组成固体的晶格间力估算金属例：已知金属晶体的晶体结构，表面上原子的配位数例：已知金属晶体的晶体结构，表面上原子的配位数（每个原子相邻原子数），蒸发能可计算：每个原子的表面（每个原子相邻原子数），蒸发能可计算：每个原子的表面能，能， ) )推算出表面能推算出表面能/m/m2 2( (即即s-l （b） 可根据颗粒大小不同的固体在液体中的可根据颗粒大小不同的固体在液体中的S（溶解度）（溶解度）不同估算不同估算（只有当颗粒极细时，（只有当颗粒极细时，Sr、S的差别才表现出）的差别才表现出） S Sr r：小颗粒的溶解度；：小颗粒的溶解度；S S：大颗粒的溶解度；：大颗粒的溶解度；：固体密度

49、固体密度2、用动态法测定粉末液体体系的润湿角、用动态法测定粉末液体体系的润湿角1、角度测量法、角度测量法（1 1）液滴法：）液滴法： 1：幻灯机：幻灯机 2：固体表面：固体表面上滴加的液滴上滴加的液滴3：凸透镜：凸透镜 4：屏幕通过凸透镜将放大：屏幕通过凸透镜将放大的像投影在的像投影在4上上a. 用量角器直接测出用量角器直接测出b. 计算计算 sinrx222()xrx h22222xrxxhh222rhxh222sinhrrh将上图中将上图中2改成光学玻璃槽改成光学玻璃槽 将欲测液体盛入槽中；将欲测液体盛入槽中；再把欲测固体浸入槽内液体里；再把欲测固体浸入槽内液体里；将小气泡由弯曲毛细管中放

50、出将小气泡由弯曲毛细管中放出使气泡停留在被测固体的表使气泡停留在被测固体的表面下；面下；用光学法测用光学法测。（2）气泡法）气泡法用动态法测定粉末液体体系的润湿角用动态法测定粉末液体体系的润湿角（1）称一定量粉末（样品）装）称一定量粉末（样品）装入下端用微孔板封闭（相当于入下端用微孔板封闭（相当于液体可透过的膜）的玻璃管中，液体可透过的膜）的玻璃管中，压紧至某一刻度；压紧至某一刻度；（3）记录不同时间）记录不同时间t（S）下液体润湿粉末高度）下液体润湿粉末高度h；（2）将测量管垂直放置，并使）将测量管垂直放置，并使下端与液体刚好接触；下端与液体刚好接触；（4）按）按2cos2Crht （Was

51、hburn公式）（C：常数；：常数； ：粉末间空隙的毛细管平均半径，指定体系：粉末间空隙的毛细管平均半径，指定体系 定值；定值； ：液体表面张力；：粘度：液体表面张力；：粘度 h2t成直线关系（直线斜率成直线关系（直线斜率 ） 由斜率、由斜率、 、 可求出可求出 ；rCrcos2CrCrcos（5）在指定粉末的液体系列中，选择最大）在指定粉末的液体系列中，选择最大 作为形式半径作为形式半径 ，由此计算，由此计算 CrcosCr例例P166 T425层析用硅胶层析用硅胶影响测定的各种因素：影响测定的各种因素：滞后（？）滞后（？）原因原因 表面不洁；表面不洁； 表面粗糙；表面粗糙；润湿度润湿度A

52、:前进用前进用;增加表面积时测得润湿角增加表面积时测得润湿角R :后退用后退用;缩小表面积时测得润湿角缩小表面积时测得润湿角接触角滞后接触角滞后= A- R *上海中晨数字技术有限公司的上海中晨数字技术有限公司的JJ2000B2旋转滴界面张力旋转滴界面张力/静静滴接触角测量仪滴接触角测量仪 1、吸附、吸附：固体表面质点和气体分子相互作用的一种现象。：固体表面质点和气体分子相互作用的一种现象。 按作用力情况分成按作用力情况分成物理吸附物理吸附和和化学吸附化学吸附。 吸附质：被吸附剂吸附物质。吸附质：被吸附剂吸附物质。吸附吸附吸附剂：比表面积相当大的物质。吸附剂：比表面积相当大的物质。物理吸附物理

53、吸附比较比较P173表表46化学吸附化学吸附注：物理吸附和化学吸附有时二者可相伴发生。注：物理吸附和化学吸附有时二者可相伴发生。 例：例：P173图图431 物理吸附物理吸附 化学吸附化学吸附吸附力吸附力 范德华力范德华力 化学键力化学键力吸附热吸附热 较小较小(液化热液化热) 较大较大选择性选择性 无选择性无选择性 有选择性有选择性稳定性稳定性 不稳定不稳定,易解吸易解吸 稳定稳定分子层分子层 单分子层或多分子层单分子层或多分子层 单分子层单分子层吸附速率吸附速率 较快较快 较慢较慢 温度影响温度影响 小小 大大物理吸附和化学吸附的比较物理吸附和化学吸附的比较2吸附热：吸附热： 利用吸附热可

54、判断吸附键强弱利用吸附热可判断吸附键强弱 吸附过程自发吸附过程自发G0；吸附后混乱度降低；吸附后混乱度降低S0 等等T吸附时吸附时:GHTS HGTS0放热放热结论：结论：(1)大多数实验结果也证实了气体在固体上的吸附放热。大多数实验结果也证实了气体在固体上的吸附放热。(2)注意溶液吸附时：注意溶液吸附时：溶质吸附溶质吸附必伴随必伴随溶剂脱附溶剂脱附S0故故S总总不一定小于零不一定小于零,H有可能为正，即吸热有可能为正，即吸热. 积分吸附热积分吸附热Qi吸附热分成吸附热分成 微分吸附热微分吸附热Qd反映吸附过程中某一瞬间反映吸附过程中某一瞬间 热量变化。热量变化。Qi是不同是不同时的时的Qd的

55、平均值。的平均值。()f T PpTTpT一定吸附等温线吸附等温线吸附等压线吸附等压线一定一定P一定 在溶液中在溶液中：C0吸附前溶液浓度吸附前溶液浓度Ct吸附后溶液浓度吸附后溶液浓度x=( C0Ct)V0()tcc Vxmm 每每g吸附剂吸附的吸附质的吸附剂吸附的吸附质的mol数数 吸附气体：吸附气体：1石英弹簧称法（石英弹簧称法（BET质量法）质量法）P1812流动法流动法(质量法）：先饱和吸附，后脱附质量法）：先饱和吸附，后脱附吸附质的饱和蒸气压吸附质的饱和蒸气压0pPA大气压大气压V1、V2为二股为二股N2流速流速V1 通过吸附质的通过吸附质的N2流速流速V2 通过混合器的通过混合器的

56、N2流速流速3连续流动色谱法（低温氮吸附色谱法）连续流动色谱法（低温氮吸附色谱法）P182P184P181一、弗罗因德利希（一、弗罗因德利希（Freundlich）吸附等温式）吸附等温式1Langmuir单分子层吸附理论单分子层吸附理论2Langmuir吸附等温式吸附等温式 3Langmuir吸附等温式的应用吸附等温式的应用 4混合吸附混合吸附 5解离吸附解离吸附 1. BET理论理论 2BET吸附等温式吸附等温式 3BET公式应用公式应用 二、二、Langmuir吸附等温式吸附等温式单分子层吸附理论单分子层吸附理论 （1）吸附为单分子层吸附（认为气体分子碰在已被固体表）吸附为单分子层吸附（认

57、为气体分子碰在已被固体表 面吸附的气体分子上是面吸附的气体分子上是弹性碰撞弹性碰撞（即：气体分子碰撞后跃（即：气体分子碰撞后跃 回气相，且与固体表面无能量交换。）回气相，且与固体表面无能量交换。） 只有碰撞在空白的固体表面上时才被吸附只有碰撞在空白的固体表面上时才被吸附 （2）被吸附在固体表面上的分子相互间无作用力。）被吸附在固体表面上的分子相互间无作用力。 （3）固体表面均匀，各处的吸附能力相等）固体表面均匀，各处的吸附能力相等 （4）吸附平衡为动态平衡。）吸附平衡为动态平衡。T、P、吸附剂及吸附质的性质、吸附剂及吸附质的性质 一、吸附剂、溶质、溶剂的极性及其他性质对吸附一、吸附剂、溶质、溶

58、剂的极性及其他性质对吸附 量的影响量的影响影响自稀溶液中吸附的因素很多，但都是溶质溶影响自稀溶液中吸附的因素很多，但都是溶质溶剂吸附剂三者关系的综合反映。剂吸附剂三者关系的综合反映。 “相似相溶相似相溶”“”“相似相吸相似相吸”是决定吸附量大小是决定吸附量大小的普遍规律：的普遍规律：溶质与溶剂性质接近时溶质溶质与溶剂性质接近时溶质不易不易吸附吸附溶质与吸附剂表面性质接近时溶质与吸附剂表面性质接近时易易被吸附被吸附溶剂与吸附剂表面性质接近时溶剂有强烈的竞争溶剂与吸附剂表面性质接近时溶剂有强烈的竞争吸附能力，溶质吸附能力，溶质不易不易被吸附。被吸附。1、同系物吸附、同系物吸附 （Traube 规则

59、）：规则）： 溶质性质与吸附剂性质越近似易被吸附溶质性质与吸附剂性质越近似易被吸附吸附量随碳链增长而有规律增加。（吸附量随碳链增长而有规律增加。（C原子原子 ,非极性非极性 ）例：例：碳（非极性吸附剂）自水溶液（溶剂）中吸附脂肪碳（非极性吸附剂）自水溶液（溶剂）中吸附脂肪酸（溶质）：顺序：丁酸酸（溶质）：顺序：丁酸丙酸丙酸乙酸乙酸甲酸甲酸 硅胶（极性吸附剂）自甲苯中吸附脂肪酸：硅胶（极性吸附剂）自甲苯中吸附脂肪酸：顺序：乙酸顺序：乙酸丙酸丙酸丁酸丁酸辛酸辛酸原因：原因：非极性吸附剂总是易自极性溶剂中优先吸附非极性组分：非极性吸附剂总是易自极性溶剂中优先吸附非极性组分：极性吸附剂总是易自非极性溶

60、剂中优先吸附极性组分：极性吸附剂总是易自非极性溶剂中优先吸附极性组分（反（反Traube规则）规则）2、溶质的溶解度对的、溶质的溶解度对的吸附量吸附量影响影响溶解度越小的溶质越容易被吸附。因为溶质溶解度越小，溶解度越小的溶质越容易被吸附。因为溶质溶解度越小，溶质与溶剂间相互作用力相对越弱。则被吸附倾向越大。溶质与溶剂间相互作用力相对越弱。则被吸附倾向越大。3、表面张力对、表面张力对吸附量吸附量的影响的影响表面张力越小物质，越易在界面上吸附表面张力越小物质，越易在界面上吸附三、多分子层吸附三、多分子层吸附大多数稀溶液的吸附可用大多数稀溶液的吸附可用langmuir或或Freundlich公式描述