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1、胶体化学及其应用,第一篇：理论胶体化学,第一篇 理论胶体化学 第一章 胶体化学概论 1.1 分散体系与胶体 1.2 胶体化学的研究内容及意义 1.3 胶体化学的广泛应用 第二章 胶体体系的基本性质 2.1 胶体的动力学性质 2.2 胶体的光学性质 2.3 胶体的电学性质 2.4 胶体的稳定与聚沉,第一篇 理论胶体化学 第三章 界面现象与表面活性 3.1 表面张力 3.2 弯曲界面的一些现象 3.3 固体表面上的气体吸附 3.4 液体表面上的吸附 3.5 固体在溶液中的吸附 3.6 表面活性剂 第四章 高分子溶液与凝胶 4.1 高分子溶液 4.2 凝胶 第五章 胶体体系的制备与净化 5.1 胶体
2、体系的制备 5.2 溶胶的净化,第六章 吸附剂 6.1 吸附剂的结构特点和性能参数 6.2 活性炭 6.3 硅胶 6.4 活性氧化铝 6.5 粘土 6.6 吸附树脂 6.7 硅藻土 6.8 分子筛,第二篇：应用胶体化学,第七章 固体颗粒和固液分散体系 7.1 胶体的制备 7.2 颗粒的平均粒径与粒度分布 7.3 钻井液 7.4 水泥浆 7.5 陶瓷 7.6 颜料、涂料和油墨 7.7 牙膏磨料 7.8 塑料和橡胶中的填料 7.9 水和污水的处理 7.10 浮选 7.11 造纸,第二篇：应用胶体化学,第八章 乳状液与表面活性剂 8.1 乳化与破乳技术 8.2 乳状液性质测定 8.3 化妆品 8.4
3、 食品 8.5 纺织与染整 8.7 农药 8.8 原油乳化与脱水 8.9 沥青乳状液 8.10 微乳液与三次采油 8.11 乳液聚合 8.12 洗涤用品 8.13 液膜分离,第九章 表面改性 9.1 玻璃纤维的表面处理 9.2 填料表面改性 9.3 改性硅胶 9.4 活性炭改性 9.5 粘土表面改性 9.6 颜料表面改性,第二篇：应用胶体化学,第十章 微胶囊 10.1 基本概念 10.2 微胶囊的功能 10.3 微囊化方法和步骤 10.4 性能测试 10.5 医药工业方面的应用 10.6 食品工业 10.7 农业上的应用 10.8 染料与颜料包封举例,第二篇：应用胶体化学,第一章 胶体化学概论
4、,例如： 云 牛奶 珍珠,把一种或几种物质分散在另一种物质中就构成分散体系。,其中，被分散的物质称为分散相 (dispersed phase)，,另一种物质称为分散介质 (dispersing medium)。,1.1 分散体系与胶体,分散系,分散系 ：一种或几种物质以一定分散程度分散在另一种物质中所形成的体系，称为分散体系。被分散的物质称为分散质。另一种物质称为分散剂。最简单的分散体系总是由两相组成，例如大气层中的尘埃、水滴称为分散质，空气称为分散剂，又如工业废水中的杂质、泥砂等是分散质，水是分散剂。如此可见，分散质是不连续相，分散剂是连续相。 分散系 = 分散质 + 分散剂 例如： 云雾
5、水滴 空气 汽水 CO2 水 矿石 金属化合物 岩石 溶液 溶质 溶剂,按分散相粒子直径的大小，通常有三种分散系统,1、分子分散系统溶液 分散相与分散介质以分子或离子形式彼此混溶，没有界面，是均匀的单相，分子直径在1 nm 以下 。 稳定、均匀、透明，能透过滤纸和半透膜，对光的散射弱,2、胶体分散系统溶胶，高分子分散体系 分散相粒子的直径在1 nm100 nm之间，目测是均匀的，但实际是多相不均匀系统。 稳定，能透过滤纸但不能透过半透膜 高分子溶液（单相）：对光的散射弱； 溶胶（多相）：对光的散射强,分散系,3、粗分散系统悬浊液和乳状液 当分散相粒子直径大于100 nm，目测是混浊不均匀系统，
6、放置后会沉淀或分层。 多相：包括悬浊液和乳状液。不稳定，不能透过滤纸和半透膜，无光的散射,胶体分类,本世纪初，人们根据胶体系统的性质把胶体区分为两类：亲液胶体和憎液胶体。如蛋白质、明胶等容易与水形成胶体的溶液叫作亲液胶体，而那些本质上不溶于介质的物质必须经过适当处理后，才可以将它分散在某种介质中，叫作憎液胶体。例如金溶胶、硫砷溶胶等等，都是典型的憎液胶体。,胶体分类,根据胶体系统的性质分类：,（1）憎液溶胶,系统具有很大的相界面，很高的表面Gibbs自由能，很不稳定，极易被破坏而聚沉,简称溶胶，由难溶物分散在分散介质中所形成，粒子都是由很大数目的分子构成，大小不等,聚沉之后往往不能恢复原态，因
7、而是热力学中的不稳定和不可逆系统。,本章主要讨论憎液溶胶,（2）亲液溶胶,大（高）分子化合物的溶液通常属于亲液溶胶,它是分子溶液，但其分子的大小已经到达胶体的范围，因此具有胶体的一些特性（例如：扩散慢，不透过半透膜，有Tyndall效应等等）,若设法去除大分子溶液的溶剂使它沉淀，重新再加入溶剂后大分子化合物又可以自动再分散，因而它是热力学中稳定、可逆的系统。,胶体分类,若根据分散相和分散介质的聚集状态进行分类,1. 液溶胶,将液体作为分散介质所形成的溶胶。当分散 相为不同状态时，则形成不同的液溶胶：,. 液-固溶胶 如油漆，AgI 溶胶,. 液-液溶胶 如牛奶，石油原油等乳状液,. 液-气溶胶
8、 如泡沫,若根据分散相和分散介质的聚集状态进行分类,2. 固溶胶,将固体作为分散介质所形成的溶胶。当分散相为 不同状态时，则形成不同的固溶胶：,. 固-固溶胶 如有色玻璃，不完全互溶的合金,. 固-液溶胶 如珍珠，某些宝石,. 固-气溶胶 如泡沫塑料，沸石分子筛,胶体分类,胶体分类,若根据分散相和分散介质的聚集状态进行分类,3. 气溶胶,将气体作为分散介质所形成的溶胶。当分散相为固体或液体时，形成气-固或气-液溶胶，但没有 气-气溶胶，因为不同的气体混合后是单相均一系统，不属于胶体范围。,. 气-固溶胶 如烟，含尘的空气,. 气-液溶胶 如雾，云,胶体分类,若根据分散相和分散介质的聚集状态进行
9、分类,憎液溶胶的特性,（1）特有的分散程度,粒子的大小在1100 nm之间，因而扩散较慢，不能透过半透膜，渗透压低但有较强的动力稳定性 和乳光现象。,（2）多相不均匀性,具有纳米级的粒子是由许多离子或分子聚结而成，结构复杂，有的保持了该难溶盐的原有晶体结构，而且粒子大小不一，与介质之间有明显的相界面，比表面很大。,（3）易聚结不稳定性,因为粒子小，比表面大，表面自由能高，是热力学不稳定系统，有自发降低表面自由能的趋势，即小粒子会自动聚结成大粒子。,胶团的结构,形成憎液溶胶的必要条件是：,（1）分散相的溶解度要小；,（2）还必须有稳定剂存在，否则胶粒易聚结而 聚沉。,胶团的结构,胶粒的结构比较复
10、杂，先有一定量的难溶物分子聚结形成胶粒的中心，称为胶核；,然后胶核选择性的吸附稳定剂中的一种离子，形成紧密吸附层；由于正、负电荷相吸，在紧密层外形成反号离子的包围圈，从而形成了带与紧密层相同电荷的胶粒；,胶粒与扩散层中的反号离子，形成一个电中性的胶团。,胶核吸附离子是有选择性的，首先吸附与胶核中相同的某种离子，用同离子效应使胶核不易溶解,胶团的结构,例1：AgNO3 + KIKNO3 + AgI,(AgI)m n I (n-x)K+x xK+,胶团的图示式：,胶团的结构表达式 ：,过量的 KI 作稳定剂,胶团的结构,例2：AgNO3 + KI KNO3 + AgI,(AgI)m n Ag+ (
11、n-x)NO3x+ x NO3,胶团的图示式：,过量的 AgNO3 作稳定剂,胶团的结构表达式：,胶粒的形状,作为憎液溶胶基本质点的胶粒并非都是球形，而胶粒的形状对胶体性质有重要影响。,质点为球形的，流动性较好；若为带状的，则流动性较差，易产生触变现象。,在溶胶中胶粒是独立运动单位，通常所说溶胶带电系指胶粒而言,胶团没有固定的直径和质量，同一种溶胶的值也不是一个固定的数值,胶团的形状,例如：（1）聚苯乙烯胶乳是球形质点,（2） V2O5 溶胶是带状的质点,（3） Fe(OH)3 溶胶是丝状的质点,球形质点 带状的质点 丝状的质点,胶体体系的特点,胶体是物质存在的一种特殊状态，而不是一种特殊的物
12、质。任何一种物质在一定的条件下可以制备成真溶液，而在另一条件下又可以制备成胶体溶液。例如晶体氯化钠它在水中溶解成为真溶液。若用适当的方法使它分散于苯或醚中，则形成胶体溶液。同样，硫磺分散在乙醇中为真溶液，若分散在水中则成为硫磺水溶液。,胶体系统特点,（1）它是多相不均匀体系，分散相与分散介质之间存在着物理界面。胶体粒子是由大量的原子或分子组成的，胶团量可以是几万到几百万。 （2）它与真溶液不同，它在热力学上是不稳定系统，有自动聚结的倾向； （3）由于胶粒的无规则热运动使胶体表现出反聚沉的动力学稳定性。 总之高度分散的多相性，动力学稳定性和热力学不稳性是胶体体系的三大特性，也是胶体的其他特性的依
13、据。,胶体化学的研究内容,胶体化学是研究胶体分散体系和粗分散体系性质的一门科学，主要包括三个领域： 1、分子胶体 分子胶体是指高聚物的溶液，也叫亲液胶体。聚合物在溶液中呈分子无规线团状态存在。这些线团的尺寸绝大部分符合上述胶体颗粒的尺寸。但是它们同溶剂之间没有清晰的界面。 整个体系是热力学的稳定体系。尽管该体系目前已属于高聚物科学的研究领域，但由于它的许多性质同胶体化学相关，所以它仍作为胶体化学的一个方面来进行研究。,胶体化学的研究内容,2、溶胶 在此我们是指分散质同分散剂有明显界面的体系，习惯上也叫憎液胶体。它是热力学的不稳定体系。是胶体化学重要的研究对象。 一般胶体溶液与高分子化合物溶液有
14、着许多共同的特征。但它们之间也存在着本质的区别，高分子溶液都是热力学稳定的均相体系，而胶体溶液和悬浮液都是热力学不稳定体系。,胶体化学的研究内容,3、缔合胶体 表面活性剂在溶液中的浓度高于某一数值后，多个表面活性剂分子形成胶束在胶束中还可以溶进一些特定性质的物质，形成所谓的微乳液或液晶。这种体系叫做缔合胶体。缔合胶体在形成过程中由于使整个体系界面能降低而成为热力学稳定体系。这个体系目前具有重要的实用意义。,胶体化学的研究内容,应用胶体化学的主要研究内容：制备分散体系、稳定分散体系和破坏分散体系，还要研究利用分散体系的各种性质如电性质、力学性质、光学性质和流变学性质等。 有些场合我们希望得到稳定
15、的分散体系，例如油漆、牙膏、喷雾型药剂形成一定大小的液珠，食品和化妆品也要求制成稳定的乳状液，但在另一种场合则希望破坏分散体的稳定性，例如沉淀的分离、天空大雾，原油在炼制前必须有效地破乳，以除去其中的水分等。,胶体化学的研究意义,1. 油田开发： 钻井液中颗粒大小的控制、絮凝作用；稠油乳化降粘开采 原油脱水与破乳、污水处理、油品的降凝、降粘输送等。 2农业：土壤中的离子交换、农药的乳化与分散等。 3生物学与医学： 生物流变学、血液学、电泳、渗透与膜、各种凝胶、病毒 蛋白质、制药与药理学等。 4日用品的生产与使用： 洗涤剂、化妆品、各种饮料中香料的乳化、乳制品、 冰激凌、食品、胶囊制品等。 5轻
16、工业： 造纸中的表面处理、纺织上浆、织物的表面整理、印染、 油漆、制糖与油脂的脱色精制、涂料、颜料、粘合剂等。,胶体化学的研究意义,6环壤科学：气溶胶、烟雾、水净化、污水处理、毒气与毒 剂的吸附、人工降雨等。 7分析化学：离子交换、胶束增溶、浊度、吸附指示剂、 脱色等。 8材料：水泥、超细粉材料、单分散胶粒、合金、磁性材料 特种陶瓷、纤维、橡胶与塑料中的填料和助剂、液晶等。 9海洋科学：稀有元素的吸附提取、污染油膜的处理、 海水淡化膜研究等。 10.其他：各仲吸附剂的制备、测试和使习；吸附催化利的 制备、检测和应用技术等。,胶体化学的研究意义,6环境科学：气溶胶、烟雾、水净化、污水处理、毒气与毒 剂的吸附、人工降雨等。 7分析化学：离
