胶体与界面化学学习总结 (2).pdf

膠體與介面化學學習總結 膠體與介面化學是研究介面現象及除小分子分散體系以 外的多相分散體系物理化學性質的科學 其內容涉及各種 介面現象 表面層結構與性質 各種分散體系的形成與性 質 膠體是一種尺寸在1 100nm以至1000nm的分散體系 膠 體的分類可按以下幾方面分類 按分散相和介質之間的親 和性分類可分為親液溶膠跟憎液溶膠 按分散相和介質聚 集狀態分類可分為液溶膠 固溶膠以及氣溶膠 其中液溶 膠又可分為液 固溶膠 液 液溶膠 液 氣溶膠 固溶膠可分為固 固溶膠 固 液溶膠以及固 氣溶膠 氣溶膠可分為氣 固溶膠 氣 液溶膠 膠體粒子具有很強的表面能 膠體的特點 納米粒子的特點 巨大的比表面 最強烈的尺寸效應 例如熔點變化 力學性能 電學性質 以及光學效應 膠體具有以下基本性質 膠體的運動性質 膠體具有布 朗運動 粒子越小 布朗運動越激烈 其運動激烈的程度不隨時間 而改變 但隨溫度的升高而增加 真溶液與膠體溶液運動 兩者運動的本質均是熱運動 不同的是真溶液是單個分子 的熱運動 而膠體溶液中的膠粒的熱運動是多個分子熱運 041002119 041002119 動的衝擊的結果 多相分散系統中的物質粒子 由於受自 身的重力作用而下沉的過程 稱之為沉降 分散相中的粒 子 受兩種作用的影響 一是重力場的作用 另一種則是 布朗運動所產生的擴散作用 這是兩個相反的作用 擴散 與沉降綜合作用的結果 形成了下部濃 上部稀的濃度梯 度 若擴散速率等於沉降速率 則系統達到沉降平衡 這 是一種動態平衡 此時 粒子可以上下移動 但粒子分佈 的濃度梯度仍然不變 2膠體的光學性質 Tyndall效應與光散射 當一束光透過溶膠時 在與光束側 面可以看到溶膠中有明亮的光線軌跡 這種現象稱為Tyndal l效應或Tyndall現象 其他分散體系也會產生一點散射光 但遠不如溶膠顯著 Tyndall效應實際上已成為判別溶膠與 分子溶液的最簡便的方法 分子溶液十分均勻 這種散射 光因相互干涉而完全抵消 看不到散射光 溶膠是多相不 均勻體系 在膠粒和介質分子上產生的散射光不能完全抵 消 因而能觀察到散射現象 2膠體的電學性質 膠體具有電泳 電滲 流動電勢 沉 降電勢等性質 膠體是帶電的粒子 膠粒在形成過程中 膠核優先吸附 某種離子 使膠粒帶電 離子型固體電解質形成溶膠時 由於正 負離子溶解量不同 使膠粒帶電 例如 將AgI製 備溶膠時 由於Ag 較小 活動能力強 比I 容易脫離晶格而進入溶液 使膠粒帶負電 可電離的大分 子溶膠 由於大分子本身發生電離 而使膠粒帶電 由於 膠粒帶電 而溶膠是電中性的 則介質帶與膠粒相反的電 荷 在外電場作用下 膠粒和介質分別向帶相反電荷的電 極移動 就產生了電泳和電滲的電動現象 這是因電而動 膠體由於具有巨大的表面能 因此是熱力學不穩定體系 但在某些條件下 也能穩定的存在一段時間 膠體的穩 定是相對的 暫時的和有條件的 而不穩定則是絕對的 影響溶膠穩定性的因素 溶膠的動力穩定因素 膠粒帶電 的穩定作用以及溶劑化的穩定作用 溶膠的聚沉 憎液溶 膠中分散相微粒互相聚結構 顆粒變大 進而發生沉澱的現象 加熱 輻射或加入電解質皆可導致 溶膠的聚沉 可分為 電解質的聚沉作用 溶膠的相互聚沉作用以及高分子化合 物的作用 膠體的流變性質 流變學則是研究物質的變形和流動的 一門科學流動主要表示液體和氣體的性質 流動的難易與 物質本身具有的性質有關 把這種現象稱為粘性 流動也 視為一種非可逆性變形過程 介面指的是接觸的不相混溶的兩相交界處 介面包括 氣 液 液 液 固 液 氣 固 液 固等5種不同介面 通常氣 液和氣 固介面又稱為表面 其中介面又可分為宏觀表面以 及微觀介面如生物膜 表面活性劑的各種類型有序聚集體 膠束 囊泡及脂質體 微乳液等 的微觀介面 介面上 的分子的聚集狀態 排列方式 分子間的相互作用賦予其 介面上獨特的物理化學作用 化學反應和生物化學過程 物理化學作用及化學反應與構成介面的物質組成 化學結 構 表面結構與基團 介面面積大小等因素有關 兩相介面處的分子具有特殊的性質 液體表面的分子受 到指向液體內部的合力作用 液體表面分子比內部分子具 有更高的能量 液體表面的分子有自動向液體內部遷移的 趨勢 表現如下 液體表面自動收縮 使自然形成的液滴 總是傾向於表面積最小的球形或類球形 若欲擴大表面 即使體相分子遷移至表面 需外界對其作功 介面張力指 的是 作用於液體表面上任何部分單位長度直線上的收縮 力 力的方向與該直線垂直與液面相切 影響純物質的介 面張力的因素 1 物質本身的性質 對純液體或純固體 表面張力決定于分 子間形成的化學鍵能的大小 一般化學鍵越強 表面張力 越大 2 與另一相物質有關 純液體的表面張力是指與飽和了其本 身蒸汽的空氣之間的介面張力 3 與溫度有關 對絕大多數液體溫度上升表面張力下降 4 壓力對表面張力的影響 壓力增大 介面張力降低 液體表面張力的測定有以下幾種方法 最大氣泡法 吊 環法 Du Nou Y法 吊片法 毛細管上升法 滴體積 滴重 法以及旋滴 法 許多看似簡單 習一以為常的現象 隱含這表面物理 化學的原理 許多實驗技術方法 建立在理論研究的基礎 上 利用表面現象可以製造表面活性劑等 常用表面活性劑 可分為陽離子表面活性劑 陰離子表面活性劑 兩性表面 活性劑 非離子表面活性劑 生物表面活性劑 表面活性 劑的功能與應用 1增溶作用 表面活性劑在水溶液中達到 臨界膠束濃度後 一些水不溶性或微溶性物質在膠束溶液 中的溶解度可顯著增加並形成透明膠體溶液 這種作用即 增溶作用 增溶作用有以下應用 藥物製劑 脂肪的消化 乳液聚合 開採石油 洗滌劑 2表面活性劑的潤濕作用 表面的一種流體被另一種流體所取代的過程這種借助表面 活性劑來潤濕物體的作用叫潤濕作用 表面活性劑在潤濕 方面的應用 礦物的泡沫浮選 金屬的防銹 織物的防水 防油處理等 3乳化與破乳作用 一種或多種液體以微滴 狀分散到另一種不相混溶的液體中所形成的多相分散體系 稱為乳狀液 這種形成乳狀液的過程稱為乳化 乳化和 破乳的應用 農藥生產 金屬加工 瀝青乳化 食品 化 妝品 原油開採等 表面活性劑的其他應用 起泡和消泡 作用 洗滌和去汙作用 分散和絮凝作用 柔軟平滑作用 抗靜電作用以及殺菌功能等 表面活性劑有序締合體及其應用 表面活性劑在溶液中 是有序組合體 例如 生物體內細胞膜是有序的組合體 應用 如囊泡將檢測與顯示集為一體 是一種典型的生物 分子器