胶体基本理论-胶体体系概述

《表面活性剂、胶体与界面化学基础》

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线上考核、互动、评价：50%期末考试：50%基本理论界面和分散体系胶体体系概述胶体的基本性质表面活性剂结构和定义

表面张力和表面特性表面活性剂在界面的吸附表面活性剂溶液性质乳状液HLB值、PIT理论

学习目标：了解胶体历史，掌握胶体的定义胶体发展简史：

胶体科学的形成，早期可追朔到陶瓷制造、造纸以及豆腐、墨汁、颜料等生活文化的制作。1856年，Faraday首次由氯化金水溶液还原制得红宝石色的金溶胶；1809年，俄国化学家Peйcc发现土粒的电泳现象；1829年，英国植物学家Brown观察到花粉的布朗运动；1861年，英国科学家托马斯·格雷姆ThomasGraham系统研究多种物质的扩散过程，首先提出了胶体的概念。他发现如蛋白、阿拉伯树胶、明胶等不能通过半透膜；用滲析方法制备出普鲁士蓝水溶胶；1869年，发现了Tyndall效应【丁达尔效应】,可区别溶胶及溶液。1903年，德国科学家Zsigmondy发明了超显微镜，肯定溶胶的一个根本问题—体系的多相性，从而明确了胶体化学是界面化学。1907年，德国化学家Ostwald创办《胶体化学和工业杂志》—胶体化学正式成为一门独立的学科。1941年，前苏联的德查金(DerjaguinBV)和朗道(LandauLD)以及1948年荷兰的维韦(WerweyEJW）和奥佛比克(OverbeekJTG)胶体稳定性的DLWO理论。从70年代起，对高分子稳定胶体的研究逐渐成为热点，其中以斯喀金(ScheutjensJM)和费里(FleerGJ)以及德让(deGennesPG)等的统计力学理论引人注目，但有待继续完善。胶体化学之父——格雷哈姆

近年来，随着实验测试手段的不断提高，如超离心机、光散射、X射线、多种电子显微镜、红外线以及多种能谱等的应用，使得胶体和表面化学在微观方面的研究发展很快。广泛应用：

胶体的应用范围遍及生命现象(血液、各种凝胶、细胞膜)、材料(泡沫塑料、水泥、陶瓷、橡胶)、食品(牛奶、慢头、面包各种饮料中香料的乳化、乳制品、冰激凌)、能源(稠油乳化开采、乳化及破乳、油品的降粘降凝输送等)、环境(烟雾、水净化、污水处理、除尘)、日用品(洗涤剂、化妆品)等各领域。

胶体定义：分散质微粒的直径大小在1nm-100nm（10-9-10-7m)之间的分散系叫做胶体注：胶体的分散质又称胶粒。

胶体不是一类物质，而是几乎任何物质都可能形成的一种分散状态。如：NaCl溶于水形成溶液，如果分散在酒精中则可形成胶体。分散系溶液胶体浊液分散质微粒直径分散质微粒能否透过滤纸能否透过半透膜稳定性<1nm1~100nm

>100nm单个分子或离子分子集合体或有机高分子

大量分子集合体能能

不能能不能

不能稳定较稳定

不稳定

三种分散系的比较

胶体与界面化学是研究：界面现象及除小分子分散体系以外的多相分散体系物理化学性质的科学，其内容涉及各种界面现象、表面层结构与性质，各种分散体系的形成与性质。

胶体与界面化学是一门古老的科学。他的历史比较一致的看法是从1862年开始的，创始人是英国科学家托马斯·格雷姆（ThomasGraham），他系统研究过许多物质的扩散速度，并首先提出晶体和胶体

的概念，制定了许多名词用来形容他所发现的事实，如溶胶（sol）、凝胶（gel）、胶溶（peptizatiion）、渗析(dialysis)、离浆（syneresis）。尽管在这一时期积累了大量的经验和知识，但是胶体化学真正为人们所重视并获得较大的发展是从1903年开始的，这时席格蒙迪（Zsigmondy德）发明了超显微镜，肯定了溶胶的一个根本问题——体系的多相性，从而明确了胶体化学是界面化学。

胶体主要研究的主要是分散体系。日常生活中涉及或使用的如洗涤剂、食品、药品、化妆品、油脂、涂料都是以胶体与界面化学为基本的理论基础。因为分散体系的广泛存在，胶体与界面科学涉及内容十分广泛，从丁达尔效应、毛细管现象、血液凝固、到泥沙沉降，到空气污染颗粒或灰尘的沉降，都可以用胶体与界面科学的理论解释。一、什么是胶体与界面化学

宏观物质亚微观结构分子原子基本粒子胶体化学物理胶体与界面化学主要是研究胶体分散体系和界面现象的一门科学，是物理化学的重要分支。既要研究胶体化学的问题，有必然涉及表面化学的问题，两者相互联系、相辅相成。物理胶体与界面化学的研究内容分散体系分散体系的形成与稳定光学性能、流变性能智能流体、电磁流变体界面现象有序组合体纳米材料润湿、吸附、界面电现象、界面双电层结构生物膜、仿生膜、溶液中的有序分子组合体★农业★生物学与医学★轻工业★日用品的生产与使用★环境科学★分析化学★材料★海洋科学★天文与气象学★油田开发有人认为，世界上有50%以上的科学家是与胶体与界面打交道，有50%以上的产品属于胶体体系。研究涉及领域

其中，两个根本的问题始终是胶体和界面科学工作者研究的中心

（1）分子间力和界面力的性质问题，主要是弱相互作用。在分散体系中，分散相的相互作用，分散相与分散介质的相互作用，分散相与吸附物的相互作用，分散介质与吸附物的相互作用，以及吸附层中吸附物的相互作用等都受到这种力的作用。

现代胶体科学的研究特点

（2）研究和控制分子集合体的堆积与排列，用现代化的语言说，是研究二级结构以至三级结构的科学，或称超分子结构的科学。

传统化学关注：分子本身的结构，即原子与原子间的排列组合。

现代化学更关注：分子与分子间的排列与结构（二级结构），以及形成的二聚体、三聚体的规律和性质，包括这些聚集体之间的相互作用的规律、排列与结构（三级结构）现代胶体科学的研究特点近代科学的一个主要趋势就是“以小到大”取代“以大到小”的方法来制备各种尖端材料乃至计算机元件。纳米技术、有序分子组合体、超分子化学、分子层次以上的化学等学科应运而生，而胶体科学的理论宝库中有许多这方面的知识.仪器的发展对胶体科学发展起到重要作用:例如：在1960年以前，人们对表面的理解大部分只能用间接的宏观的方法；1970年后，人们能用实验方法直接测出表面组成以及表面键合性质，现代表面分析技术包括：电子衍射谱（LEED）、光电子能谱（PES）、振动光谱（包括反射和吸收红外光谱（RALRA））、电子能量损失谱（EEIS）和高分辨力电子显微镜（HREM）等。现代胶体科学的研究特点胶体的结构

扩散层内离子层胶核外部溶液

胶体构造示意图胶团胶粒扩散层胶核吸附层1、胶体双电层的基本概念

中心称为胶核，其表面选择性地吸附了一层带有同号电荷的离子（可以是胶核的组成物直接电离产生的，也可以是从水中选择吸附的H+或OH-造成的），成为胶体的电位离子。由于电位离子的静电引力，在其周围又吸附了大量的异号离子，胶粒表面的电荷与其周围的离子层构成了胶体的“双电层”。胶核在胶核同周围介质的界面区域就形成所谓双电层，内层是胶核固相的电位离子层，外层是液相中的反离子层。胶核这些异号离子，其中紧靠电位离子的部分被牢固的吸引着，当胶核运动时，它也随着一起运动，形成固定的离子层，称为吸附层。而其它的异号离子，距离电位离子较远，受到的引力较