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1、胶体与表面化学复习思考题一、 凝胶1. 什么是凝胶？有何特征（两个不同）？ 外界条件(如温度、外力、电解质或化学反应)的变化使体系由溶液或溶胶转变为一种特殊的半固体状态，即凝胶。（又称冻胶）其一，凝胶与溶胶(或溶液)有很大的不同。溶胶或溶液中的胶体质点或大分子是独立的运动单位，可以自由行动，因而溶胶具有良好的流动性。凝胶则不然，分散相质点互相连接，在整个体系内形成结构，液体包在其中，随着凝胶的形成，体系不仅失去流动性，而且显示出固体的力学性质， 如具有一定的弹性、 强度、 屈服值等。其二，凝胶和真正的固体又不完全一样，它由固液两相组成，属于胶体分散体系，共结构强度往往有限， 易于遭受变化。改变
2、条件，如改变温度、介质成分或外加作用力等，往往能使结构破坏，发生不可逆变形，结果产生流动。由此可见，凝胶是分散体系的一种特殊形式，共性质介于固体和液体之间。 2. 举例说明什么是弹性和非弹性凝胶？由柔性的线性大分子物质，如洋菜吸附水蒸气先为单分子层吸附，然后转变为多分子层吸附，硫化橡胶在苯蒸气中的吸附则是从一开始即为多分子层吸附。这类凝胶的干胶在水中加热溶解后，在冷却过程中便胶凝成凝胶。如明胶、纤维素等，在水或水蒸气中都发生吸附。不同的吸附体系，其吸附等温线的形状不同，弹性凝胶的吸附与解析通常会形成较窄的滞后圈。 由刚性质点（如SiO2、TiO2，V2O5、Fe2O3等）溶胶所形成的凝胶属于非
3、弹性凝胶，亦称刚性凝胶。大多数的无机凝胶， 因质点本身和骨架具有刚性，活动性很小，故凝胶吸收或释出液体时自身体积变化很小，属于非膨胀型。通常此类凝胶具有多孔性结构，液体只要能润湿，均能被其吸收，即吸收作用无选择。这类凝胶脱水干燥后再置水中加热一般不形成原来的凝胶，更不能形成产生此凝胶的溶胶，因此这类凝胶也称为不可逆凝胶。3. 试述凝胶形成的基本推荐？ 降低溶解度，使被分散的物质从溶液中以“胶体分散状态”析出。析出的质点即不沉降，也不能自由行动，而是构成骨架，在整个溶液中形成连续的网状结构。4. 凝胶形成的方法有哪几种？改变温度 转换溶剂 加电解质 进行化学反应5. 凝胶的结构分为哪4种类型？A
4、 球形质点相互联结，由质点联成的链排成三维的网架Ti02、Si02等凝胶。B 棒状或片状质点搭成网架，如V205凝胶、白土凝胶等。C 线型大分子构成的凝胶，在骨架中一部分分子链有序排列，构成微晶区，如明胶凝胶、棉花纤维等。D 线型大分子因化学交联而形成凝胶，如硫化橡胶以及含有微量：二乙烯苯的聚苯乙烯都属于此种情形。6. 溶胶凝胶转变时有哪些现象？转变温度（大分子溶液转变为凝胶时，无严格恒定的转变温度，它往往与冷却快慢有关，并且凝点(胶凝温度)常比熔点(液化温度)低两者相差可达(10-20)度或更大些。） 热效应（ 大分子溶液形成凝胶时常常放热，这可视为结晶作用的潜热） 光学效应（溶胶转变为凝胶
5、时，Tyndall效应(光散射)增强，这是由于质点增大、水化程度减弱的缘故） 流动性质（溶胶转变为凝胶后流动性质变化很大，溶胶失去流动性凝胶获得了弹性、屈服值等）电导（溶胶胶凝后，体系的电导无明显变化）凝胶表面的亲水性（溶胶中的质点表面若具有亲水性基团，则胶凝后其表面仍具有亲水性）7. 要制备很浓的明胶溶液而又不使胶凝，应加入什么物质比较好？为什么？（P147）导电和扩散等，还可以是凝胶中的物质和外加溶液间的化学反应，也可以是两种溶液在凝胶中进行化学反应。8. 什么是凝胶的触变作用？简单叙述其机理？由于在外力作用下体系的粘度减小，流动性变大因此这个现象习惯上也称为切稀。机理：颗粒之间搭成架子，
6、流动时架子被拆散。之所以存在触变性是因为被拆散的颗粒再搭成架子时需要时间9. 什么是负触变作用？绝大部分为什么体系？与触变作用相反的现象是负触变作用。此体系的基本持点是在外力(切力或切速)作用下体系的粘度升高，但静置一段时间后粘度又恢复原状，出现顺时针方向的滞后团。显然，负触变现象正好与触变性相反是一种具有时间因素的切稠现象。具有负触变性的体系绝大部分为高分子溶液，例如SiO2、钠蒙脱土等悬浮液中加入高分子溶液（如聚丙烯酰胺水解溶液），在一定的条件下出现负触变作用。10. 什么是离浆作用？为什么？离浆就是水凝胶在基本上不改变外形的情况下，分离出其中所包含的一部分液体此液体是大分子稀溶液或稀的溶
7、胶。又称“脱水收缩” “出汗”。作用的原因：是由于溶胶在形成具有网状结构的凝胶后，粒子之间的距离还不是最小的，粒子之间仍继续互相作用，使粒子进步靠近和更完全地定向，从而使凝胶的骨架收缩于是一部分液体被从粒子间挤压出来，产生“出汗”离浆现象。11. 什么是凝胶的有限膨胀和无限膨胀？其膨胀速度符合什么动力学特征？凝胶的膨胀(溶胀)作用，是指凝胶在液体或蒸气中吸收这些液体或蒸气时使自身质量、体积增加的作用。膨胀作用是弹性凝胶所特有的性质。无限膨胀，即开始时凝胶吸收液体而体积增大，但最终完全溶解成溶液，又名溶胀作用。有限膨胀，凝胶吸收定量的液体后并不转变成溶胶，如明胶在冷水中、硫化橡胶在苯中。凝胶的膨
8、胀速度符合一级反应的动力学方程式 式中，S为膨胀度，即凝胶在膨胀时间为t时吸收的液体量；Smax为吸收液体的最大量(平衡态下)；K为膨胀速度常数。12. 试述凝胶膨胀的两个阶段。第一阶段形成溶剂化层。即溶剂分子很快地钻入凝胶中，与凝胶大分子相互作用形成溶剂化层。这个阶段时间很短，速度快，表现出的特征有：1)液体的蒸气压很低 (2)体积收缩 凝胶膨胀时，凝胶的体积增大，但就整个体系说，其增量比吸收的液体体积为小。 (3)伴有放热效应 凝胶膨胀时放出的热叫膨胀热 (4)溶剂熵值降低 由于溶剂化层中液体分子排列有序，故体系的熵值降低。第二阶段液体的渗透和吸收。在这个阶段中液体的吸收量是干胶质量的几倍
9、、几十倍，同时也没有明显的热效应和体积收缩现象。凝胶的体积也大大增加，凝胶干燥时，这部分的液体也容易释出13. 物质在凝胶中扩散速率减慢的原因是什么？扩散物质的分子越大，在凝胶中的扩散速率越慢14.试述凝胶色谱（GPC）技术的基本原理？答：实验表明，扩散物质的分子越大，在凝胶中的扩散速率越慢，例如尺寸大于20 nm的溶胶颗粒在凝胶中几乎不能扩散。当分子大小不同的混合物溶液通过用凝胶颗粒填充的色谱柱时，尺寸越小的分子进入网络的机会越多，在其间停留的时间也越长。反之，尺寸较大的分子进入网络的机会较小，甚至不能进入网络之中，只能停留在凝胶颗粒之间的缝隙中。当以溶剂淋洗色谱柱时，被吸附在色谱柱上的物质
10、将按分子的尺寸，从大到小的顺序依次被淋洗下来，从而达到分离的目的。这正是凝胶色谱(GPC)技术的基本原理。15.试用Ostwald的过程和理论解释Liesegang环现象。P162当高浓度的AgN03溶液由中心向四周扩散时，遇到K2Cr207发生化学反应并生成橙红色的Ag2Cr207沉淀环。第一环沉淀形成后，环外地带的K2Cr2O7浓度变得很低，成为空白区。在此区域内难以满足形成Ag2Cr207沉淀的过饱和条件，所以无沉淀生成。AgN03溶液越过空白区后，重又与K2Cr2O7反应并形成第二个沉淀环，依此类推，但各环的间距逐渐变大，沉淀环也逐渐变宽和变得模糊。16.形成Liesegang环的必要
11、条件是什么？答：物质在扩散过程中无对流和扰动是形成Liesegang环的必要条件。17.目前高吸水性材料其吸水量约可达自身质量的多少倍？答：吸水量可达到自身质量的5001000倍，最高的达5300倍。18.试述高吸水性凝胶的结构、组成和吸水性能的关系。答：高吸水性材料不仅应含有相当多的亲水基因，而且本身还要不溶于水。超强吸水剂为弹性凝胶，吸水后形成水凝胶：凝胶的种类不同，结构不同，其吸水能也大有不同离子性聚合物的亲水性比非离子性聚合物强。吸水能力强，在离子性聚合物中，离子化程度越高，吸水能力越强。超强吸水剂有很强的吸水能力，但从使用角度考虑，它应不溶解于水。聚丙烯酸类吸水剂有很强的吸水能力，但
12、易水溶，为解决此问题，合成时应加入适量交联剂甲醛(或环氧氯丙烷等)。在制备超强吸水剂时，同种类型凝胶的一般规律是：交联度增加，吸水能力降低；但交联度太低，又可使凝胶吸水时成为无限膨胀。19.什么是高吸油性树脂？其吸油能力主要起源于什么作用力？答：吸油材料是一种用于处理废油的功能性材料。它主要用于原油泄漏、工厂机器渗漏油和食品废油的处理等。20.高吸油树脂的吸油机理是什么？答：机理 吸油树脂通常都是由亲油单体构成的，具有适当交联度的三维网状结构的聚合物，因而树脂内部均有一定的微孔。当树脂与油品接触时，开始油分子向微孔中扩散，当进入一定量的油分子后，高分子链段发生溶剂化(van der Waals
13、力)，当油分子进入足够多时，则高分子链段伸展并发生溶胀。溶胀过程中交联点之间分子链的伸展又会降低其构象熵值，G=H-TS, G增加，这必然引起分子网的弹性收缩力，力图使分子网收缩，最后这两种相反的倾向达到平衡，并表现出一定的吸油率。21.水凝胶中的水、按作用力的强弱可分为哪4种状态？靠氢键与吸水剂相互作用的水亲水基团周围的极化水层网络微孔中的水颗粒间隙和大孔中的水22.水凝胶中的水按作用力的强弱可分为哪4种状态？靠氢键与吸水剂相互作用的水亲水基团周围的极化水层网络微孔中的水颗粒间隙和大孔中的水23.什么是气凝胶？有哪些主要特点和用途？P188气凝胶是指，由胶体粒子或高聚物分子相互聚结构成纳米多
14、孔网络结构，并在孔隙中充满气态介质的高分散固体材料。气凝胶的某些特性 (1)热学性能 气凝胶质轻多孔，孔中充满气体，其导热率很低，即使在真空条件下，其导热率也仅是非多孔玻璃的1500左右。因此，气凝胶可用作冰箱的隔热材料，以代替用氟里昂发制的聚氨酯泡沫。又如在Si02气凝胶材料中掺人遮光剂(如炭黑等)，则导热率更低，是目前隔热性能最好的固态材料。(2)电学性能 实验测得为8kgm3的某Si02气凝胶的为1008，它是目前介电常数最低的块状固体。而其他Si02气凝胶的介电常数也很低(1 2)，且连续可调，因此可望用于高速运算的大规模集成电路的衬底材料。(3)声学性能 Si02气凝胶纵向声传播速率
15、极低，因此是一种理想的声阻抗耦合材料。(4)吸附和催化性能等 气凝胶不仅是好的吸附剂、催化剂载体，还是很好的催化剂二、表面活性剂的洗涤作用 1如何评价洗涤剂性能的优劣答：衣料洗涤剂去污力测定标准(GBT 1317491)，餐具洗涤剂国家标淮(GB 998588) 通用水基清洗剂国家专业标准(ZB 4300286) 金属材料用水基洗涤剂 (HB 522682，航天部标准) 2简述液体污垢去除的过程答：液体油污的去除是通过油污的卷缩机理而实现的。在洗涤之前油污一般以铺展状态存在于物品表面。此时，在固(S)、液(L)、气(G)三相界面上油污的接触角近于00。将物品置于洗涤液后，油污由处于固、油、气三相界面上变为处于固、油、水三相的界面上，其界面张力由原来的G、 和 ，变为 (固水) (固油)和 (油水)于是在洗涤剂的作用下，三个张力发生变化，开始对铺展的油污进行“卷缩”。卷缩同时发生在固、油、水三相界面上，粘附有油污的固体浸入水中时，固、油、水三相平衡时的状态，当加入水溶性洗涤剂后, 由于洗涤剂在固水界面以疏水基吸附于固体表面，亲水基伸入水中的吸附状态在固水界面作定向排列使 下降，在油水界面上以疏水基伸进油相，亲水基伸
