胶体与界面化学学习总结.pdf

膠體與介面化學學習總結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 Tyndall 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