表面与胶体化学—绪论

绪论 第一节胶体与界面 一 分散体系一种或几种物质以细分状态分散于另一物质中形成的体系称为分散体系 粗分散体系和胶体分散体系被分散的不连续相 分散相 与连续相间 分散介质 有相界面 根据被分散物和分散介质的聚集状态对分散体系分类 以气体为分散介质时分散相为液态物质 如雾 气溶胶 分散相为固态物质 如烟或尘 气溶胶 以液体为分散介质时分散相为气体的分散体系称为泡沫 如灭火泡沫 分散相为不相容液体的分散体系称为乳状液 如牛奶 豆浆 原油 分散相为普通显微镜下可见的固体粒子的分散体系称为悬浮体 水悬浮体 如泥浆 有机悬浮体 如油漆 分散相为普通显微镜下不可见的固体粒子的分散体系称为溶胶 水溶胶 如金溶胶 有机溶胶 水溶胶和水悬浮体的分散介质为水或水溶液 有机溶胶和有机悬浮体的分散介质为有机液体 不特别说明 溶胶为水溶胶 悬浮体为水悬浮体 以固体为分散介质时分散相为气体形成的分散体系为气凝胶或固体泡沫 如泡沫塑料 分散相为液体形成的分散体系为凝胶或固体乳状液 如珍珠 分散相为固体 如合金和有色玻璃 二 胶体分散相粒子在至少一个尺度上的大小在10 6 10 9m范围内高度分散的分散体系称为胶体分散体系 分散相粒子为胶体 胶体粒子可由一种分子组成 如大分子化合物 也可由多个分子组成 如胶束 胶体化学研究的三个领域 分子胶体 亲液胶体 缔合胶体 表面活性剂胶束溶液 粗分散体系和溶胶 憎液溶胶 亲液溶胶与憎液溶胶 1 亲液溶胶 被分散的物质与水或其它溶剂具有很强的亲合力的胶体分散体系 如蛋白质水溶液 淀粉水溶液 聚乙二醇水溶液等一些高分子溶液 所以亲液溶胶常常又称为高分子溶液 2 憎液溶胶 被分散的物质与水或其它溶剂具有的憎水特性的胶体分散体系 如金溶胶 AgI或Fe OH 3溶胶等常见的胶体体系 线度为10 9 10 6m 线度为10 9 10 6m 扩散慢 扩散慢 不能通过半透膜 不能通过半透膜 真溶液 热力学稳定体系 热力学不稳定体系 稳定原因是溶剂化 稳定原因是粒子带电 均相体系 丁达尔效应弱 多相体系 丁达尔效应强 对电解质稳定性大 少量电解质能使粒子聚沉 粘度大 粘度小 近纯溶剂 溶液具有可逆性 溶胶具有不可逆性 三 界面接触的不相混溶的两相交界之处称为界面 当一相为气相 另一相为凝聚态相 交界面为表面 界面是有一定厚度的 有几个分子大小的厚度 但其厚度值与两相本体尺寸比较可忽略不计 在胶体分散体系中分散相粒子都很小 因而可形成大的界面面积 粒子越小 界面面积越大 体系中界面面积的大小通常可用比表面 积 表示 比表面是指单位质量 通常为1g 或单位体积 通常为1cm3 分散相物质的界面面积 胶体分散体系中分散相比表面的激增 使得在界面上发生的各种物理化学作用 化学反应活性明显增加 四 胶体粒子的形状与大小各种粒子形态定性图如下所示 由左至右 球形 长椭球形 扁椭球形 棒状或针状和平盘形 用两个半径参数描述 控制成核 生长和后处理条件 可得到同一化学组成但形状不同的粒子 在胶体分散体系中 若分散相粒子大小形状完全均一 此种体系称为单分散体系 大多数胶体分散体系的分散相粒子大小和形状不尽相同 这类体系称为多分散体系 表述多分散体系粒子大小分布的方法如下 列表法 作图法 有时不需要特别细致地了解这些内容 而是期望根据有限的测定数据得出粒子的平均大小 数均直径dn 根据一定数量粒子直径的平均值得出的平均直径 面均直径ds 根据多个粒子表面积的平均值得到的平均直径 体均直径dv 跟据多个粒子体积平均值得出体积平均直径 对多分散体系 dv ds dn 三个直径值差别越大 说明粒子大小分布越宽 对单分散体系 三种粒子平均直径相等 大分子化合物的平均分子量因测量的方法不同也有不同形式 数均分子量Mn 渗透压法重均分子量Mw 光散射法Z均分子量Mz 重力沉降或离心沉降法对单分散体系 Mn Mw Mz对多分散体系 Mz Mw Mn Mw Mn偏离1越大 分散性越明显 第二节胶体与界面化学的基本内容 什么是胶体与界面化学胶体与界面化学是研究界面现象及除低分子分散体系以外的多分散体系物理化学性质的科学 胶体化学与界面化学密不可分 对于胶体这样的高分散系统 因其具有很大的相界面 所以界面性质的作用就显得十分突出 二 胶体与界面化学的基本内容1 分散体系的形成与性质2 界面现象3 表面活性剂及分子有序组合体4 高分子溶液 第三节胶体与界面化学与其他学科的关系 分析化学中的吸附指示剂 色谱等物理化学中的成核作用 过饱和 液晶等生物化学和分子生物学中的电泳 膜现象蛋白质和核酸等化学制造中的催化剂 洗涤剂 润滑剂 粘合剂 农药 涂料环境科学中的气溶胶 泡沫 污水处理材料科学中陶瓷制品 水泥等日用品中的牛奶 豆浆等石油工业中的油品回收 第一章溶胶与纳米粒子的制备 第一节溶胶的制备溶胶通常是指分散相粒子很小 一般小于100nm 也有人限定为1000nm 固液分散体系 若粒子再大 则为悬浮液 一 溶胶制备的一般原则和方法制备较为稳定的溶胶必须满足下述基本条件 1 固体分散相粒子要足够小 使其有一定的动力学稳定性 2 分散相在分散介质中溶解度要足够小 形成分散相的反应物浓度低 3 为了使分散相粒子具有抗聚结而保持稳定的性质 必须在体系中有第三种物质存在 使粒子表面形成保护层 外加 反应物 反应产物 胶体体系 分子分散体系 粗分散体系 分散法 凝聚法 分散法 以各种物理的或化学的方法将大的颗粒分散成小的胶体粒子 凝聚法 将溶于介质的中的某些分子或离子聚集成不溶于介质的胶体粒子 二 分散法制备溶胶1 机械粉碎法2 超声分散法3 电分散法4 胶溶法将暂时松散聚集在一起的胶体粒子再一定条件下重新分散的方法 吸附胶溶作用 洗涤沉淀胶溶作用 表面解离胶溶法 三 聚集法制备溶胶1 化学凝聚法应用化学反应形成不溶物 制备溶胶 反应物要过量 可在粒子表面形成双电层 具有聚结稳定性 如Fe OH 3胶体制备 因通常情况下FeCl3过量 因而可形成带正电荷的胶体粒子 如As2S3胶体制备 因HS 为稳定剂 H2S过量 因此胶粒带负电 2 物理凝聚法利用物理的方法使分散相物质分子在分散介质中凝聚 所用的物理方法包括将物质的蒸气通入另一种不能将其溶解和发生化学反应形成可溶物的分散介质中 蒸气凝聚法 将任一物质的溶液在搅拌下逐渐加入不能溶解该物质的另一种液体中 改换介质法 四 溶胶的纯化纯化的目的是提高溶胶的稳定性 并非将一切电解质除去 除去过多的电解质 使胶体稳定 不聚沉 但不能使电解质全部除去 否则胶体在没有带电情况下也会容易聚沉 1 渗析法渗析法的根据是胶体粒子比小分子 离子等杂质大得多 不能通过半透膜 半透膜有羊皮纸 动物的膀胱膜 实验室中常用火棉胶制作的半透膜 2 电渗析法3 超过滤法 第二节单分散溶胶一 单分散溶胶粒子制备原理用化学法和物理法制备的溶胶粒子大多是多分散的 在特定条件下制备的粒子大小 形状 组成均相同的溶胶称为单分散溶胶