胶体与表面化学课件.ppt

胶体与表面化学 东北石油大学石油工程学院 章节结构 第五章表面活性剂 第四章界面现象和吸附 第三章凝胶 第二章胶体的制备和性质 第一章绪论 第六章乳状液 要求 主要是通过本课程的学习 使学生掌握胶体与表面化学原理在石油工程中的应用 用胶体化学理论解释油田开发中的一些现象 用胶体与表面化学原理解决油田开发中所遇到的一些问题 教学目的 本课程为石油工程专业的必修课 其目的是使学生掌握胶体与表面化学的基本原理和基本理论 为其它专业课的学习奠定坚实的理论基础 难点 胶体的电学性质 DLVO理论 表面活性剂的Gibbs吸附方程及应用 Langmuir等温吸附式及应用 HLB值的计算与应用 教学重点 胶体的制备方法及原理 胶体的性质 胶体稳定性 表面现象及应用 吸附作用原理及应用 表面活性剂的性质和分类 表面活性剂在油田中的应用 第一章绪论 东北石油大学石油工程学院 一 基本概念 无机化学 有机化学 物理化学 化学 分析化学 一 基本概念 相 界面 表面 比表面S0 S V对于立方体 S0 6L2 L3 6 L对于球体 S0 3 R胶体化学 表面化学 二 胶体体系 粘土 水分层小实验 二 胶体体系 1 胶体体系定义及体系的分类 2 特点 1 特有的分散程度 2 多相不均匀性 3 热力学不稳定性 3 常见胶体体系 气 固 液三相除气 气外 形成8种胶体体系 4 分类 分散介质 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体系 不属于胶体 A 气 固溶胶如 烟 含尘的空气B 气 液溶胶如 雾 云 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 A 液 固溶胶如 油漆 AgI溶胶B 液 液溶胶如 牛奶 原油乳状液C 液 气溶胶如 泡沫 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 A 固 固溶胶如 有色玻璃 合金B 固 液溶胶如 珍珠C 固 气溶胶如 泡沫塑料 沸石分子筛 三 胶体与石油工程的关系 1 油田的发现2 钻井钻井液完井 固井3 采油 油气水 多孔介质与液相的相互作用 一次采油二次采油三次采油压裂4 增产增注措施酸化 防蜡防砂5 油水井的正常维护化学堵水稠油降粘破乳6 油气集输乳化 三 胶体与石油工程的关系 四 胶体化学的发展史 古老而年轻的科学 史前 陶器 汉朝 纤维造纸 后汉 墨的发明 豆腐制作 古埃及 木材浸水膨胀来破裂山岩 瑞典 化学家Scheele于1777年木炭吸附气体实验 俄罗斯 1809年化学家 土粒的电泳 英国 1829年Brown发现了Brown运动 一八六一年以前 四 胶体化学的发展史 1861年 英国科学家Graham系统研究 ThomasGraham实验 I 一些物质 如氯化钠等无机盐 可以透过半透膜 溶液蒸干后 溶质以晶体形式析出 晶体II 如氢氧化铁 蛋白质等 其溶液不能透过半透膜 蒸干后 以粘稠形式出现 胶体 1861年 ThomasGraham实验 实验现象 1 糖 无机盐 尿素等溶液 扩散快 易从羊皮纸渗析出来 2 明胶 氢氧化铝 硅酸等 扩散慢 不能或难以渗析出来 若将待测溶液蒸去水分后 前者 扩散快者 易于成晶体析出 后者 扩散慢者 大多成无定型的胶状物 Graham首先提出这种胶状物为 胶体 其溶液叫作 溶胶 ThomasGraham实验 胶体化学的发展中的飞跃 1907年 近现代 德国化学家Ostwald创办了 胶体化学和工业杂志 纳米材料的应用 为胶体化学的发展提供了新的方向 五 胶体化学研究的对象 研究对象 溶胶 凝胶 乳状液 表面活性剂 界面现象等等 人们不仅要研究这些体系的基本性质 而且要研究与其基本性质相联系的许多实际问题 例如 1 明矾为什么能净水 2 肥皂为什么能去污 3 向高空抛撒的粉剂为什么能人工降雨 4 鱼汤为什么能 冻 起来 5 含水原油如何脱水 现代应用 胶体化学的应用领域 1 分析化学中的吸附指示剂 离子交换 沉淀物的可滤性等 2 物理化学中的成核作用 过饱和液 3 生物科学中的电泳 膜现象 4 化学制造中的催化剂 洗涤剂 润滑剂 粘结剂等 5 环境科学中的气溶胶 泡沫和污水处理 6 材料科学中的陶瓷 水泥塑料等 7 石油科学 重中之重 六 胶体与表面化学的发展 1 自然科学带动胶体与表面化学的提高 现代物理化学理论 解决胶体化学中的基本理论问题 现代精密仪器和方法解决胶体化学许多悬而未决的问题 胶体知识应用广泛 丰富了科学内容 促进了对知识的探索 2 工农业飞跃发展对胶体表面化学提出新要求 新产品开发 单分散溶胶制备 超细颗粒 老产品升级 洗涤剂 化妆品 染料 旧工艺更新 三采 血液流变学 正电荷溶胶 1861年ThomasGraham提出 胶体 等胶体化学词汇 标志胶体化学的产生 Colloid源自希腊文的 胶 意为粘稠状的物质 ThomasGraham英国化学家 1805 1869 七 著名学者 傅鹰 物理化学家和化学教育家 中国胶体科学的主要奠基人 他献身科学和教育事业长达半个多世纪 对发展表面化学基础理论和培养化学人才做出了贡献 他倡导在高等院校开展科学研究 创建了我国胶体化学第一个教研室 并培养了第一批研究生 傅鹰字肖鸿 祖籍福建省闽侯县 年 月 日出生于北京 童年时代受到在外务部供职的父亲傅仰贤的薰陶 深感国家频遭外国列强欺侮 是国家贫弱和清廷腐败所致 遂萌发了强国富民的愿望 年他入燕京大学化学系学习 轰轰烈烈的 五四 运动和 新青年 杂志对他有很大的影响 从此发奋苦读 立志走科学救国的道路 年公费赴美国留学 年以后 在密执安 大学研究院获得科学博士学位 时年 岁 七 著名学者 傅鹰是我国少数有突出贡献的物理化学家之一 尤其在胶体和表面化学的研究上有着很深的造诣 他从青年时代起 就对我们祖先制造陶器 发明纸 墨 加工面食等许多最早应用胶体的实例发生浓厚的兴趣 胶体科学是研究物质在一定介质中经高度分散而成的分散体系和表 界 面现象的科学 虽说胶体的应用几乎和人类文明史一样长久 但对它进行系统的理论研究却是进入 世纪以后才开始的 傅鹰正是从 年代初到美国留学时 加入到胶体和表面化学开拓性研究的行列之中 在密执安大学研究院 他师从巴特尔教授 主攻表面现象和吸附作用 旁及多种胶体体系 他潜心研究 勇于探索 取得了系统而有开创性的丰硕成果 受到国际学术界的重视和好评 七 著名学者 戴安邦 男 1901年4月生 江苏丹徒人 1924年毕业于金陵大学化学系 后赴美留学 1931年获哥伦比亚大学博士学位 著名无机化学家 教授 博士生导师 中科院院士 主要研究方向胶体化学配位化学 他在南京大学筹建胶体化学专业 1955年首批大学生毕业 七 著名学者 陈宗淇1932年生 浙江人 教授 1953年毕业于复旦大学化学系 1957年考入北大化学系研究生 1961年毕业后在山东大学化学系工作 1979年升为副教授 1986年为正教授 到青岛化工学院工作 是第一批国务院批准的硕士生导师 自1983年开始 承担国家自然科学基金任务共六项 其中三项为主持 在国内外著名杂志上发表论文百余篇 出版著作有 胶体化学 高教 1985 物理化学与胶体化学实验 1983 高教 胶体化学实验 山大出版社 1987 获1978年 工农泥浆 科学大会奖 1984年 低固相不分散湿浆 石油部科技进步奖 1990年获山东省教委科技进步奖 1992年 分散体系的异常流变性 获山东省科委科技进步奖 1994年再次获省科技进步奖 1995年获国家科技进步奖 享受国务院特殊津贴 七 著名学者 虞宏正 胶体化学 物理化学家和教育家 毕生致力于农科大学的教育和科学研究 为国家培育了几代科学技术人才 还长期从事胶体化学和热力学的研究工作 创建并组织领导了一批科学研究机构 为我国西北地区的农业科学教育事业做出了开拓性工作 七 著名学者 江龙福建人 1933年出生于上海 中国科学院化学研究所研究员 2001年当选中国科学院院士 1953年毕业于南京大学化学系胶体化学专业 1960年研究生毕业于莫斯科苏联科学院物理化学研究所 获副博士学位 长期从事胶体与界面化学研究 早年跟随戴安邦先生从事硅酸聚合理论的研究 研究了关于SiO2溶胶胶凝速度与pH关系的定量理论 并于1982年获国家自然科学二等奖 八十年代初从事代油燃料水煤浆以及强化采油的研究 解决了高浓度分散体系 70 流动与稳定性的一系 列难题 在强化采油工作中 开展了界面流变的研究 自行设计和制造了扭摆界面粘度计 证明了稳定性与界面粘度的密切关系 得到学术界的普遍认可 八十年代以来 在国内倡导并开展有序分子薄膜及生物分子电子器件的研究 在仿生酶膜 仿视觉薄膜 泡囊仿生传感器 DNA生物传感器以及纳米颗粒制备 组装和纳米颗粒生物效应等研究中做了大量创造性工作 其中利用变色泡囊测定大肠杆菌的系列工作发表在J Amer Chem Soc 和Langmuir等国际著名杂志上 得到国际学术界的高度评价 曾任中国化学会第一