胶体与界面化学

1.胶体科学：是研究微观不均相体系的科学，凡是固、液、气相中含有固、液、气微粒的体系（气-气体系除外），均属胶体科学研究的范围，微粒的大小在1nm至100nm以至1000nm之间。2.界面化学：是研究物质在多相体系中表面（或界面）的特征和在表面发生的物理和化学过程及其规律。3.界面：是物质相与相之间交界的区域，其中把气液、气固界面成为表面。4.胶体：一种尺寸在1-100nm以至1000nm的分散体，它既不是大块固体，又不是分子分散的液体，而是具有两相的为不均匀的分散体系。5.表面和胶体现象实例：a.作为胶体或表面活性材料而制造的产品。b.表面和胶体现象的直接应用。c.天然和合成材料的纯化和改进的用途。d.生理应用6.胶体的特点：A.最大比表面：比表面是指单位体积物体所具有的表面积，即1cm3物体分散后所具有的面积m2/cm3。有时比表面积指单位质量物体所具有的表面积，即m2/g.B.最强烈的尺寸效应（物质类型的尺寸依赖性）。7.胶体结构（或类型）：A.胶体：对不同的分散体系，取决于分散相和分散介质的性质。B.缔合胶体：由许多分子聚集或联合组成，在动力学和热力学的驱动力下缔合，产生体系可能是分子溶液和真正的胶体体系。C.亲液胶体：容易与水形成胶体的溶液。D.网状胶体：两种互相贯穿的网状物组成，很难准确说明哪一个是分散相，哪一个是连续相。8.简单胶体：只含某类特定的分散相和连续相的胶体；复杂或复合胶体：含多类胶体，如溶胶、乳液、缔合胶体、大分子物质和连续相。9.凝结物：胶体粒子的聚集体，具有相对紧密的结构形成，是由于胶体体系不能保持它的分散状态所引起的。凝结作用：形成凝结物的过程。10.分层：从连续相中将凝结物或絮凝物分离，其中聚集体的密度要小于连续相。11.絮凝物：少量胶体粒子的聚集物，与凝结物相似，但通常具有相当疏散开放的结构，絮凝物有时候是可逆的，用最小限度的能量使其恢复到分散状态。2021/10/10星期日112.胶体的分类：A.Ostwald分类法，按尺寸分：类型粒子大小特征粗分散（悬液、乳液）>100nm不能穿过滤纸，无扩散能力，不能穿过渗析膜，在显微镜下可见。胶体分散（溶胶、微乳液）1-100nm能穿过滤纸，稍有扩散能力，不能穿过渗析膜，在显微镜下不可见，超显微镜下可分辨。分子分散<1nm能穿过滤纸，扩散能力强，能穿过渗析膜，在显微镜及超显微镜下均不可见。B.Perin和Freundlich分类法：憎液胶体亲液胶体电解质的存在必要的稳定因素非必要的稳定因素对电解质的稳定性低很高聚沉的可逆性不可逆可逆电镜下可见可见不可见粘度与溶剂差别小比溶剂大许多渗透压小显著粒子具有的电荷固定，不易变电荷随PH而变C.热力学分类法：热力学聚结过程典型体系狭义胶体体系，纳米分散体系不稳定不可逆溶胶、泡沫、悬浮液、乳状液、气溶胶缔合体系稳定可逆胶束、微乳液高分子溶液稳定可逆淀粉/水、明胶水、橡胶/己烷等2021/10/10星期日212.絮凝作用：在胶粒或悬浮体内加入极少量的可溶性的高分子化合物，不导致溶胶迅速沉淀，沉淀为疏松的棉絮状。13.沉降：与分层相似，只是聚集体密度比液体大，而沉积在底部。14.单分散：所有粒子在胶体体系中有大致相同的尺寸（尺寸分布宽）。15.凝聚法：将单个原子或分子结合为胶体大小的聚集体，是形成小于10nm颗粒最佳方法。16.分散体系的凝聚形成法：1）物理法：改变溶剂或温度，可以降低其溶解度，使物体析出。2）化学法：形成不溶化合物。A.还原法：金属溶胶；B.氧化法，C.水解法：金属氯化物；D.复分解法：盐类溶胶。3）利用有序分子组合体法[1.降低形成新相的表面能；2.使已形成的新相不再长大]A.单分子膜法：a.原位生成法：单分子膜下先吸附离子然后生成微粒；b.吸附法：单分子膜下吸附溶液中已形成的亲水颗粒；c.混合膜法：在低表面压时，使憎水颗粒钻到单分子膜中。B.反胶束法：在反胶束中进行各种形成微粒的反应。C.泡囊法：将颗粒放在溶剂中，采用涂层法，使球形双分子膜变成平面双分子膜，而纳米颗粒则在夹层中有序排列。D.自组装：改变PH值与电荷等，使附着在基底上的分子与溶液中的分子或颗粒相吸。17.从溶液中析出颗粒分两个阶段：1）形成晶核阶段；2）晶核成长阶段18.过饱和度：浓度与溶解度之间的差异，溶解度越小，越容易形成胶体。19.新相形成的热力学：在某一过饱和度时，有一对应得临界半径，此时△G最大，达到此半径时，晶核就析出。20.分散体系的分散形成法：1）机械法：研磨、球磨、振动磨、胶体磨、空气磨。磨时加入分散剂和稳定剂；2）电分散法：将需分散金属制成两个电极，浸在冷的分散介质中，调节电解池中电解质的浓度，电压和电极间距离可以将金属氧化成分子、原子而后絮凝。3）超声分散；4）胶溶法：先将胶体聚沉物中的多余电解质洗去，然后加入少量稳定剂使之分散。2021/10/10星期日321.单分散、单一形状纳米颗粒的获得：1）单分散颗粒的获得：a.Lamer的“成核扩散控制”模型。即在第一批晶核出现后，c要小于S，才能不出现第二批晶核。b.在（c-S）很小时，引入小晶种——晶核法；c.在（c-S）很小时，缓慢生长。d.单分散銠纳米颗粒的制备，这是一种在金属纳米颗粒制备时常用的方法。2）溶胶-凝胶法：将两种反应组分分别制成溶胶，两种溶胶混合后进行反应，混合溶胶在一定条件下（如温度、PH值等）下缓慢蒸发出水分，转变成凝胶。在凝胶中加入适当添加剂，使溶剂蒸发过程中保持凝胶内部的应力均匀或利用超临界干燥法，可以使溶剂脱去而形成纳米级的均匀分散颗粒。3）浓度一致法：即同时从两个注射器加入反应液体，在容器中反应，产生沉淀。此法的优点是在整个反应过程中保持（c-S）一致。最好是在流动的反应器中进行，即反应后晶核立即流走。4）分级沉淀法：重力沉降法和离心沉降法。5）电泳分级法：高度分散尺寸量子化的半导体颗粒还可以利用溶胶电泳将制的胶体样品按颗粒大小分级而制出。6）单一形状颗粒的形成。22.分散体的制备与纯化：1）与粗粒分开：a.沉淀：胶体不沉；2）与分子离子分开：b.过滤：胶体通过；c.超离心机：胶体沉淀；d.超过滤：胶体不通过；e.渗析作用；f.层析法：吸附交换多余的有害粒子；g.粒子浮选法：将含有表面活性剂的气泡通过溶胶以除去多余的高价粒子。23.分散体系的不稳定因素：1）热力学因素：胶体是热力学不稳定体系，其原因是分子间的范德华引力。2）动力学因素：布朗运动使颗粒相撞，加速加速其聚集过程。24.分散体系的稳定因素：延长稳定时间，克服和消除不稳定因素，使△G为正，并使扩散系数D变小，则体系稳定。具体方法：1）降低温度；2）增加粘度；3）使之带电；4）降低表面能，增加表面活性以及与介质相容性；5）利用高分子或保护胶体，以形成表面结构层，加强位阻因素。25.延迟效应：有效的吸引作用在“长”距离的情况下被降低了即被延迟。总作用能在小距离和大距离时，主要由引力势控制，而在中等距离时，双电层斥力势可能起主导作用，取决于这两项的相对大小。2021/10/10星期日4THANKYOUSUCCESS2021/10/10星期日5可编辑26.电解质对胶体的聚沉规律:1）外加电解质需要达到一定浓度方法能使溶胶发生明显聚沉。使溶胶发生明显聚沉所需电解质的最低浓度称为“聚沉值”。2）电解质使溶胶发生聚沉，主要起作用的是与胶粒带相反电荷的离子，称为“反粒子”。反粒子的价数越高，聚沉值越小。3）同价反离子的聚沉能力虽相近，但依粒子的大小不同其聚沉能力也略有不同。例如不同的一价阳离子所形成碱金属硝酸盐对电负性胶粒的聚沉能力顺序：H+>Cs+>Rb+>NH4+>K+>Na+>Li+；不同一价阴离子所成的钾盐对带正电的Fe2O3

溶胶的聚沉能力，则有如下次序：F->Cl->Br->NO3->I-。同价离子聚沉能力的这一次序称为感胶离子序。4）与胶粒带有相同电荷的同粒子对溶胶的聚沉也略有影响。当反离子相同时，同离子的价数越高，聚沉能力越弱，聚沉值大。27.讨论胶体稳定性时一定要考虑两个判据：粒子碰撞的数量或频率，以及这些碰撞的有效性。28.空间稳定作用的机理：空间稳定剂分子上的某一部分，对于分散介质一定具有相对较低的溶解性，或者说对于粒子表面一定具有较强的吸附趋势。其结果一定是形成较厚的吸附层，可以对离子间紧密接近施加一个能垒，从而改善胶体的稳定性。29.体系的临界絮凝温度（CFT）：溶剂从“良”到“差”变化的温度点。30.敏化作用：如果所加大分子物质分子保护憎液溶胶所必需的数量，则少量的大分子物质反而使憎液溶胶更容易被电解质所聚沉。31.耗尽絮凝：将一个对粒子不吸附或弱吸附的高分子加入到胶体溶液中，可能发生另一种现象，当两个粒子靠近时，弱吸附的，或只是单纯于粒子之间的高分子链被挤出紧密靠近的区域，留下“裸露”表面而以普通方式相互吸引。32.高分子在分散体上的吸附特点：吸附量大；吸附力大；若固体表面有能与高分子基团生成难溶物的离子或元素，则可能起“锚”的作用；良溶剂时，高分子伸展，吸附层的有效厚度变大，链轨决定表面上的覆盖分数变小，有利于稳定。33.高分子的保护作用：加入少量明胶。2021/10/10星期日634.高分子絮凝剂的特点：1）加入量少时絮凝，量多时保护，与无机絮凝剂相反；2）相对分子量愈大愈好，但如大到不溶于水，则效果变差；3）水溶性高分子带电，与颗粒静电相吸，絮凝好；4）受PH值影响大；5）电解质帮助吸附。35.架桥理论：有利于吸附的因素，有利于絮凝；当高分子浓度高时，高分子将每个颗粒包住，破坏架桥，使颗粒变得稳定。36.高分子的空位絮凝理论：高分子不被颗粒吸附时，颗粒之间产生吸引力，使颗粒产生絮凝，称为高分子的空间絮凝理论。37.快速凝结：相当于化学上的活化能为零的反应，凝结速度完全由扩散动力学控制。38.临界凝结浓度ccc：把体系带入快速凝结方式所需的电解质浓度。主要由反粒子的化合价决定，与化合价的六次方成反比。39.DLVO理论：溶胶粒子间存在的相互吸引力和相互排斥力是决定胶体溶液稳定性的因素。40.胶体的稳定性取决于体系相互作用能量曲线的有效形式，即吸引能和排斥能两相之和与粒子分离距离的函数。41.表面活性剂的两个特点（性质）：①表面活性剂吸附在表面上具有改变表面张力的能力②当其浓度超过一定值时，表面活性剂在体相溶液中会形成各种有序聚集体，从而使溶液表现出一系列的功能性质。42.表面活性剂定义：他们有聚集于界面的特别趋向，或者在非常低的物质的量的浓度下在溶液中形成胶体凝聚。43.亲水亲油平衡值(HLB)指表面活性剂分子中亲水基团和亲油基团的大小和长度的平衡。即表面活性剂分子中一个亲水基团的亲水能力对亲油基团的亲油能力的平衡关系。(低亲油强)44.表面活性剂的溶解度性质随憎水尾链长度、端基结构、反粒子价数和溶液环境变化而变化。45.Krafft温度:离子型表面活性剂在低温时溶解度较低，随着稳定升高其溶解度缓慢增加。当达到某一温度后其溶解度迅速增加，在溶解度-温度曲线上出现转折。2021/10/10星期日746.表面活性剂的分类方法:⑴表面活性剂的亲水基分类：阴离子型、阳离子型、非离子型、两性型、混合型。⑵疏水基分类：碳氢链、聚氧丙烯、氟表面活性剂、硅表面活性剂、含硼表面活性剂。⑶高分子表面活性剂，特点：①具有较高的分子量，渗透能力差，可形成单分子胶束或多分子胶束②溶液粘度高，成膜性好③具有很好的分散、乳化、增稠、稳定以及絮凝等性能④大多数高分子表面活性剂是低毒或无毒，具有环境友好性⑤降低表面张力的能力较弱，且表面活性随分子量的升高急剧下降.⑷新型表面活性剂：①双子型(Geminis)表面活性剂:是两个单链弹头基在离子头基处用-CH2-连接而成，与相应的单体表面活性剂相比，表面活性高得多，其临界胶束浓度要低两个数量级。特征：a.易吸附在气液表面，从而更有效的降低表面张力b.极易聚集成胶团CMC值比传统表面活性剂溶液低c.具有较低的表面活性剂应用温度下限d.具有优良的润湿性，洗涤去污能力强e.与传统非离子型表面活性剂复配时产生更大的协同效应，可大幅度降低体系的表面张力f.降低水溶液表面张力的倾向远大于聚集生成胶团的倾向g.具有很好的耐温稳定性h.具有较好的生物安全性i.粘度变化大②Bola型表面活性剂:是一个疏水链两端各接一个亲水基团而成，这类分子有特殊的界面性质和聚集行为，热稳定性好，在生物模拟方面有较好的应用前景。特征：a.溶液的表面张力，降低水表面张力的能力不是很强b.溶液表面的吸附c.胶团d.临界胶团温度较高，Krafft点较低。47.表面活性剂的溶解度性质随憎水尾链长度、端基结构、反粒子价数和溶液环境变化而变化。Krafft温度:离子型表面活性剂在低温时溶解度较低，随着稳定升高其溶解度缓慢增加。当达到某一温度后其溶解度迅速增加，在溶解度-温度曲线上出现转折。49.表面活性剂液晶:⑴热致液晶:其结构和性质由体系温度决定。只是在一定温度范围内存在,一般是单组分子体系⑵溶致液晶:是化合物和溶剂组成，是由浓度变化而产生的.取决于溶质分子与溶剂分子的特殊相互作用。50.胶束又称胶团，是在溶液内部表面活性剂亲水的极性基向着水，疏水的碳氢链聚集在一起形成疏水内核的有序组合体。胶束化过程是放热过程，降低温度促进表面活性剂的胶束化。2021/10/10星期日8

51.影响聚集数大小的因素:①表面活性剂同系物中，随疏水碳原子数的增加，聚集数增加②非离子型表面活性剂疏水基相同时，亲水的聚氧乙烯链长增加，聚集数减少③加入无机盐对非离子型的聚集数影响不大，而使离子型的胶束聚集数增加④温度升高赌离子型表面活性剂的胶束聚集数影响不大，只是略有降低，而对非离子型的影响很显著，温度升高总是使其聚集数增加。特别是接近其浊点时增加更快。52.临界胶束浓度:是开始大量形成胶束时的表面活性剂的浓度.以CMC表示。影响因素：憎水基团、亲水基团、反粒子的影响.测定:表面张力法、电导法、染料法、光散射法。53.囊泡是由两亲性分子尾对尾结合形成的闭合双层膜结构。具有包容性。54.生物降解:是通过活性有机体的生物学行为来除去或破坏化学品。其规律:①疏水基