胶体与表面化学知识点整理

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1、胶体化学知识点整理绪论及前沿1.胶体特点之一是具有很大的表面积，分散直径1-100nm2.胶体是具有高度分散性的分散体系。（是物质存在的一种特殊状态，而不是一种特殊物质，不是物质的本性。）3.胶体化学研究对象是胶溶胶和高分子溶液。4.胶体的分类：按分散介质可分为：气溶胶：云雾，青烟、高空灰尘液溶胶：泡沫，乳状液，金溶胶、墨汁、牙膏固溶胶：泡沫塑料、沸石、冰淇淋，珍珠、水凝胶、红宝石、合金5. 智能界面材料：是指具有感知环境（包括内环境和外环境刺激后，能够采取一定的措施进行适度响应的材料。6. 植物叶表面的自清洁性以荷叶为典型代表的，故称“荷叶效应”。德国生物学家Barthlott对近300种植

2、物叶的表面进行研究，认为这种自清洁性的特征是由粗糙表面上的微米结构的乳突以及表面疏水的蜡状物质的存在共同引起。7.自清洁性：表面具有超疏水性，与水接触角大于150度；强的抗污染能力，即表面的污染物可以被滚落的水 滴带走而不留下任何的痕迹。8. 非洲纳米布沙漠甲虫Stenocara，地区特点少雨多雾，英国牛津大学的Parker发现其特殊的集水能力。其翅膀凹凸不平，有隆起的山峰和低洼的山谷构成，山峰亲水，山谷疏水，利用亲水和疏水的翅膀沙漠甲虫在起雾时倒立而获得水。第一章 溶胶与纳米粒子的制备一溶胶的制备与净化1.溶胶制备的一般条件：（1）分散相在介质中的溶解度必须极小（2）必须有稳定剂存在2.胶体

3、的制备方法：凝聚法、分散法。（1）凝聚法：用物理或化学方法使分子或离子聚集成胶体粒子，又包括还原法氧化法水解法复分解法。（2）分散法：又分为机械分散；电分散法：用来制备金属（Au Hg Ag）水溶胶；超声波分散：制备乳状液；胶溶法：在某些新生成的沉淀中，加入电解质，或置于某温度下使沉淀重新分散成溶胶。3.凝聚法的原理：形成晶核、晶核成长。4.溶液的净化分为：渗析、渗透和反渗透。5.单分散是指溶胶胶粒尺寸、形状和组成皆相同的溶胶。有了单分散溶胶可以做以下工作稳定性研究、光散射研究、流变学研究、标准颗粒和生物膜研究。单分散溶胶制备方式。例如：金属盐溶液水解法金属络合物高温水解法微乳液法（它由表面活

4、性剂、助表面活性剂、有机溶剂、水4部分组成）溶胶-凝胶转变法。6.胶体晶体：由一种或多种单分散的胶体粒子组装并规整排列的二维或三维有序结构成为胶体晶体。由于天然蛋白石是由单分散的二氧化硅球型粒子密堆积而成的胶体晶体，故胶体晶体又称合成蛋白石。胶体晶体的制备方法：沉降自组装、诱导蒸发自组装和狭缝过滤自组装等。胶体晶体的应用：光子晶体、传感器和制备有序大孔材料的模板。7.超细颗粒的特性及制备方法：表面积大易形成团聚体熔点低磁性强光吸收强热导性好。物理方法：气象沉积法、机械粉碎法；化学方法：化学气象沉积法、沉淀法、化学环境法、溶液-凝胶法、溶剂蒸发法。第二章 胶体的基本性质一溶胶的运动性质1.溶胶的

5、运动：扩散、布朗运动、沉降。扩散：过程为自发过程，式中dm/dt表示单位时间通过截面A扩散的物质数量，D为扩散系数，单位为m2/s，D越大，质点的扩散能力越大。浓度梯度越大，质点扩散越快；就质点而言，半径越小，扩散能力越强，扩散速度越快。布朗运动：本质是分子的热运动现象：分子处于不停的无规则运动中由于布朗运动是无规则的，因此就单个粒子而言，它们向各方向运动的几率是相等的。在浓度高的区域，单位体积的粒子较周围多，造成该区域“出多进少”，使浓度降低，这就表现为扩散。扩散是布朗运动的宏观表现，而布朗运动是扩散的微观基础沉降 介质中的微粒受到两种力：重力和扩散力。溶胶是高度分散体系，胶粒一方面受到重力

6、吸引而下降，另一方面由于布朗运动促使浓度趋于均一。当这两种效应相反的力相等时，粒子的分布达到平衡，粒子的浓度随高度不同有一定的梯度，如图所示。这种平衡称为沉降平衡。二、溶胶的光学性质1.光散射（1）丁达尔效应：以一束强光射入溶胶后，在入射光的垂直方向可以看到一道明亮的光带，被称为丁达尔效应光本质是电磁波，当光波作用到介质中小于光波波长的粒子上时，粒子中的电子被迫振动（其振动频率与入射光波的频率相同）,成为二次波源，向各个方向发射电磁波，这就是散射光波也就是我们看到的散射光。丁达尔效应可以认为是胶粒对光的散射作用的宏观表现。（2）Rayleigh散射定律 c为单位体积中质点数，v为单个粒子的体积

7、（其线 性大小应远小于入射光波长），为入射光波长， n1、n2分别为分散介质和分散相的折射率散射光强度与入射光波长的四次方成反比。入射光波长愈短愈显著。，散射所以可见光中，蓝、紫色光散射作用强。分散相与分散介质的折射率相差愈显著，则散射作用亦愈显著。若n1=n2 则无散射现象散射光强度与单位体积中的粒子数成正比。散射光强度与粒子体积的平方成正比。在低分子溶液中，散射光极弱，因此利用丁道尔现象可以鉴别溶胶和真溶液。（3）溶胶的颜色：溶胶产生各种颜色的主要原因是溶胶中的质点对可见光产生选择性吸收若溶胶对可见光的各部分吸收很弱，且大致相同，则溶胶无色若溶胶能较强的选择性吸收某一波长的光，则透过光该波

8、长的光变弱，就会呈现该波长光的补色光质点对光的吸收主要取决于其化学结构每种分子都有其自己的特征吸收波长，若特征波长在可见光波长范围内，则该物质显色三溶胶的电学性质1.电动现象及其应用（1）电泳：胶粒颗粒带电，在外电场的作用下，向正极移动，后来发现，任何溶胶中的胶粒都有这样的现象，带负电的胶粒向正极移动，带负电的胶粒向负极移动，这种现象被称为电泳。（2）电渗析：水在外加电场的作用下，通过黏土颗粒间的毛细通道向负极移动的现象称为电渗析。（3）沉降电位，在无外加电场作用下，若使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。这种现象是电泳的逆过程。贮油

9、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）流动电位若用压力将液体挤过毛细管网或由粉末压成的多孔塞，则在毛细管网或多孔塞的两端会产生电位差，此之谓流动电位，此现象为电渗析的逆过程。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。2.质点表面的电荷的来源：电离、离子吸附、晶格取代、非水介质中质点带电的原因。四胶体的流变性1.浓分散体系的流变性质：牛顿体、塑性体、假塑体、胀流体和触变流体。牛顿体D-关系为直线，且通过原点。即在任意小的外力作用下，液体就能发生

10、流动。对于牛顿液体单用粘度就足以表征其流变特性。另外，从D-直线关系可见，直线的斜率越小，液体的黏度越大。塑性体也叫Bingham体。其流变曲线也是直线，但不经过原点，而是与切力轴交在y 处亦即只有当 y时，体系才流动，y 称为屈服值。假塑体无屈服值，其流变曲线通过原点，表观粘度随切力增加而下降，亦即搅得越快、显得越稀。胀流体的流变曲线也通过原点，但与假塑体相反，其流变曲线为一凸向切速的曲线。胀流体的表现粘度随切速增加而变大，也就是说，这类体系搅得越快，显得越稠。通常产生胀流体的条件：分散相浓度需相当大、颗粒必须是分散的，而不是聚集的。触变流体：人们把这种摇动变成流体、静置后又变成半固体的性质

11、叫做触变性。关于触变性产生的原因，解释很多。比较流行的看法是，针状或片状质点较之球形质点更易于表现触变性，这是由于它们的边角和末端问的相互吸引易于搭成架子。流动时结构被拆散，但被拆散的质点要靠Brown运动使边角相碰才能重建结构，这个过程需要时间，因此表现出触变性。2.稀胶体溶液的粘度 影响粘度的因素：分散相浓度的影响温度的影响质点形状的影响黏度和质点大小的关系电荷对黏度的影响粒子溶剂化对粘度的影响分散体系的多分散性五胶体的稳定性（一）溶胶的稳定性与DLVO理论1.稳定性分为：（1）热力学上为不稳定体系：胶体体系是多相分散体系，有巨大的界面能。（2）动力学上的稳定体系：溶胶粒子较小，布朗运动激

12、烈，因此在重力场中不易沉降，即具有动力学稳定性。（3）聚结稳定性：由于胶团双电层结构的存在，胶粒都带有相同的电荷，相互排斥，故不易聚沉。这是溶胶稳定存在的最重要原因（4）水化膜：在胶团的双电层中反离子都是水化的，因此在胶粒外有一层水化膜，它阻止了胶粒的相互碰撞而导致胶粒结合变大。2.DLVO理论：溶胶在一定条件下是稳定存在还是聚沉，取决于粒子间的相互吸引力和静电斥力。若斥力大于吸引力则溶胶稳定，反之则不稳定。(1) 质点间的范德华吸引能胶粒之间的相互作用可看作是分子作用的加和若两个球形粒子体积相等（2）双电层的排斥能对球形粒子溶胶稳定理论 胶粒之间有相互吸引的能量Va和相互排斥的能量Vr，总作

13、用能 为Va+Vr。如图所示：当粒子相距较大时，主要为吸力，总势能为负值；当靠近到一定距离，双电层重叠，排斥力起主要作用，势能升高。要使粒子聚结必须克服这个势垒。3.影响溶胶稳定性的因素（1）外加电解质的影响；（2）浓度的影响；（3）温度的影响；（4）胶体体系的相互作用。（二）溶胶的聚沉聚沉值：使一定量的溶胶在一定时间内完全聚沉所需电解质的最小浓度。从已知的表值可见，对同一溶胶，外加电解质的离子价数越低，其聚沉值越大。第三章 表面张力与润湿作用Mbacedf一表面张力和表面能（一）1.净吸力：表面的某个分子受力如图所示：液体内部分子所受的力可以彼此抵销，但表面分子受到体相分子的拉力大，受到气相

14、分子的拉力小（因为气相密度低），所以表面分子受到被拉入体相的作用力。故M受到一个垂直于液体表面、指向液体内部的合吸力，通常称为“净吸力”。所以任何表面都有自发缩小的倾向。2.表面张力：表面张力可定义为增加单位面积所消耗的功。=-W可/dA,单位N/m分子间力可以引起净吸力，而净吸力因其表面张力。表面张力永远和液体表面相切，而和净吸力相互垂直。（二）影响表面张力的因素1.物质的本性，表面张力源于净吸力，而净吸力取决于分子间的引力和分子结构，因此，表面张力于物质本性有关。常压下，20时水的表面张力高达72.75mN/m，而非极性分子的正己烷在同温下其表面张力只有18.4mN/m,水银有极大的内聚力

15、，故在室温下所有液体中表面张力最高的物质（Hg=485mN/m）2.相界面性质：通常所说的某种液体的表面张力是指该液体与含有本身蒸气的空气相接触时的测量值。两个液相之间的界面张力是两液体已相互饱和（尽管互溶度可能很小）时，两液体的表面张力之差即1，2=12，这就是Antonoff法则3.温度：温度升高时一般液体的表面张力都降低。因为温度升高时物质膨胀，分子间距增大，故吸引力减弱，降低。4.压力：可见表面张力随压力增大而减小，但压力改变不大时，压力对液体表面张力的影响很小。三弯曲界面的一些现象1.附加压力2.曲界面两侧压力差与曲率半径的关系P=2/R（推导见书本）四弯曲液面上的饱和蒸气压（Pr/Po）=2液-气M/RTr（式中Po为平面液体的饱和蒸气压，Pr为弯曲界面的饱和蒸气压，）此式为Kelvin公式，液珠的蒸汽压大于平面液体的蒸汽压，并且液珠半径越小，蒸汽压越大。