第一讲绪论、胶体的制备与性质

1、界面化学界面化学 主讲主讲: :王业飞王业飞 第一讲本课程使用教材：胶体与表面化学第二版，沈钟、王果庭编著， 化学工业出版社，1997年9月。参考教材：1.表面化学，顾惕人、朱步瑶、李外郎等编著， 科学出版社，1999年。2.应用胶体化学，侯万国、孙德军、张春光编著， 科学出版社，1998年。3.表面活性剂物理化学，赵国玺编著， 北京大学出版社，1984年1月。一、什么是胶体 二、胶体与表面化学研究的内容 三、胶体化学发展简史 绪 论一、什么是胶体胶体科学：研究分散相为微小颗粒分散体系的科学。胶体溶液：分子或离子分散体系，分子直径100nm 胶体：分子直径1100nm（10-910-7m ）

2、一、什么是胶体胶体的种存在形式分散介质分散介质分散相分散相气态气态液态液态固态固态气态气态？云雾云雾青烟高空灰尘青烟高空灰尘液态液态泡沫泡沫乳状液乳状液金溶胶牙膏金溶胶牙膏固态固态冰激凌冰激凌泡沫塑料泡沫塑料水凝胶水凝胶合金红宝石合金红宝石分散介质为液体的胶体体系称为液溶胶或溶胶(sol)；水溶胶；固溶胶；气溶胶。按分散介质和分散相的不同，胶体可以表现为多种种不同的形式。多相体系2或2以上物质存在的特殊状态。 一般经常研究的为溶胶(憎液胶体)：具有大的表面积，居于多相的不稳定体系。 此外还有一类：高分子溶液(亲液胶体)。一、什么是胶体 二、胶体与表面化学研究的内容 三、胶体化学发展简史 绪 论

3、二、胶体与表面化学研究的内容研研 究究 内内 容容 胶体化学胶体化学 表面化学表面化学 胶体体系特点：具有大表面，表面现象多。 可以说表面化学是胶体化学的一个分支。胶体（溶胶、泡沫、乳状液）高分子溶液表面活性剂溶液吸附、润湿等表面现象表面活性剂溶液二、胶体与表面化学研究的内容现代胶体科学的研究内容 研究对象研究内容体 系理 论分散体系分散体系的形成与稳定光学性能流变性能纳米材料气溶胶憎液胶体亲液胶体粗分散体系(乳状液、泡沫）智能流体，电流变液磁流变体单分散、单一形状颗粒纳米颗粒的有续排列气溶胶理论成核理论，DLVO理论高聚物溶液理论光吸收与光散射理论理论与现象流变学颗粒相互作用理论二、胶体与表

4、面化学研究的内容现代胶体科学的研究内容 研究对象研究内容体 系理 论界面现象吸附现象界面电现象界面层结构液-固界面气-液界面液-液界面液-固界面各种吸附理论双电层理论界面光谱学与显微术能谱,扫描探针显微镜,激光拉曼等方法研究,界面分子定向,界面化学反应,界面力研究有序组合体溶液中有序分子组合体生物膜与仿生膜有机无机混合膜有序组合体中的物理化学反应胶束、微乳液、泡囊等BLM膜,LB膜,脂质体,液晶,分形体等夹心结构,溶胶-凝胶膜等分子间相互作用力(氢键,范德华力,分子形状,弯曲能,相图)液晶理论,类脂体与蛋白质的相互作用,分形理论增溶现象,胶束催化,定向合成一、什么是胶体 二、胶体与表面化学研究

5、的内容 三、胶体化学发展简史 绪 论三、胶体化学发展简史胶体化学是一门古老而年轻的学科；1861年英国科学家Thomas Graham创始；早期研究的油墨、土粒的电泳、花粉的布朗运动。随着实验技术的不断发展，胶体化学正跃进了一大步。我国1954年，北大院士傅鹰建立胶体化学教研室南京大学戴安邦院士筹建胶体化学专业。1983年首届胶体与界面化学学术会议，2007年第11届，首次承办世界胶体科学会议（第12届）。2006北京三、胶体化学发展简史胶体化学的应用 1.油田开发：钻井液（稳定、絮凝、解卡、消泡）；稠油乳化 降粘开采；原油脱水与破乳；污水处理；微乳液与三次采油2.农 业：土壤中的离子交换；农

6、药乳化与分散3.生物学和医学：生物流变学；血液学；渗透与膜；病毒、蛋白 质；制药与药理学4.日用品：洗涤剂、化妆品、乳制品、胶囊制品5.轻工业：表面处理、陶瓷、涂料6.环境科学：水净化、人工降雨7.分析化学：离子交换，胶束增溶8.材 料：水泥、合金、液晶9.海洋科学：海水淡化膜第一章 胶体的制备与性质 一、分散法 二、凝聚法 三、单分散溶胶 四、超细颗粒 五、颗粒粒度分布及其测定 胶胶体体的的制制备备分散法 胶体的制备胶体的制备 凝聚法超 声 波 分 散 法 研 磨 胶 溶 法 化 学 凝 聚 法 物 理 凝 聚 法 第一章 胶体的制备与性质一、分散法1.研磨 使用球磨机和胶体磨。 如硫磺、水

7、、表面活性剂制得疏水胶体分散体，是一种农药，可防治农作物的红蜘蛛等，硫磺的粒度越小，药效越好。分散法在工业上有应用。2.超声波分散法 广泛用于实验室制备乳化液。 如右图在电极上加高频高压交流电，使石英片发生同频机械振荡，此高频机械波经变压器油传入试管内后，即产生相同频率的疏密交替波，对分散相产生很大的撕碎力，从而使分散相均匀分散。图1-1 超声波乳化分散原理图1-石英片；2-电极；3-变压器油；4-盛分散体系的试管一、分散法3.胶溶法 如许多不溶性沉淀，当加入少量某种可溶性物质或洗去体系中过多的电解质时，能自动地分散变成胶体。这种使沉淀变成胶体的方法叫做胶溶法。所加可溶性物质叫胶溶剂，这个过程

8、叫胶溶作用。 如：新生成的Fe(OH)3沉淀 +稀FeCl3 Fe(OH)3溶胶(棕红色)。 原因：沉淀颗粒吸附Fe3+离子带正电荷。 如：新生成的Fe(OH)3沉淀 +适量稀FeCl3 Fe(OH)3溶胶。 原因：加入的胶溶剂能和颗粒表面分子发生反应，生成可溶性化合物。 如：AlCl3+MgCl2中加入稀氨水，形成混合金属氢氧化物沉淀(MMH)，用水洗涤沉淀，并放置一定时间，沉淀即可胶溶。吸附法吸附法 表面溶解法表面溶解法 沉淀洗涤法沉淀洗涤法 胶溶法的表现形式二、凝聚法 由分子或离子分散聚集成胶体粒子的方法。如过饱和溶液或过饱和蒸汽在适当条件下，分离出新相从而形成胶体的方法。它可以获得高分

9、散的溶胶。1. 化学凝聚法 二、凝聚法 由分子或离子分散聚集成胶体粒子的方法。如过饱和溶液或过饱和蒸汽在适当条件下，分离出新相从而形成胶体的方法。它可以获得高分散的溶胶。2. 物理凝聚法 物理凝聚 溶液结晶即先形成晶核，晶核成长为晶体。晶核的生成速度V1 ，晶核的成长速度V2。若V1V2，则溶液中形成大量晶核，所得粒子的分散度较大，有利于形成溶胶。若V2V1，所得晶核极少，而晶核成长速度很快，故粒子得以长大并产生沉淀。三、单分散溶胶 所谓单分散胶体就是颗粒的大小、形状和化学组成完全一致的溶胶，一般制得溶胶均是多分散性的。在合适的条件下，可制得均匀溶胶，为形状和组成一样，但大小分布十分狭窄的溶胶

10、体系。 单 分 散 胶 体 的 应 用 溶胶稳定性研究 光散射研究 流变学研究 其它性能优异的工业应用 基准标准粒子 三、单分散溶胶 单分散胶体的制备影响因素复杂：如试剂纯度和浓度、pH值、老化时间、老化温度、添加剂性质与浓度、搅拌方式、容器清洁程度等，所以实验重演条件苛刻。 单分散胶体制备原则 3.尽量选择晶粒的生长由扩散控制的体系 2.避免颗粒聚结 1.使晶核的形成期与生长期分开 4.储存溶质，在生长过程中缓缓释放，以保持适当的过饱和度 三、单分散溶胶单分散胶体制备原则 1.使晶核的形成期与生长期分开 晶核的生成速度:晶核的成长速度:C 分散相的浓度；S 分散相在介质中的溶解度，(CS)则

11、为过饱和度， (CS)/S为相对过饱和度浓度，K为比例系数。D 扩散系数。三、单分散溶胶单分散胶体制备原则 1.使晶核的形成期与生长期分开 控制过饱和度（C - S） 将晶核的形成期和生长期分开 （1）爆发性生核法 在一段时间内生成大量的核（V1V2），以后不再生成核，只有生长过程（V185nm）2/ 102/ 12/ 10)( 29)()( 29gKthkgvr 粒子半径r与沉降速度v的关系式为：五、颗粒粒度分布及其测定1. 重力沉降法对于多分散体系，沉降曲线是抛物线形状。通过不同时间所对应的点作切线，得到各个时间的切线在纵坐标上的截距w。理论分析证明，时间间隔ti(ti+1-ti)所对应的

12、截距差就为Wi(Wi+1-Wi)是半径为ri微分的重量，沉降的总重量为W，把ti代入上式得出ri，则Wi就为粒径为ri 级分的重量，其百分含量为：100)/(iiWWx 测定过程中不断称量t时间内的沉淀重量w，用沉淀重量w对沉降时间t作图得沉降曲线。 五、颗粒粒度分布及其测定1. 重力沉降法以xi对ri作图，得到粒度微分分布曲线。 以小于和等于某一粒径的粒子百分含量对ri作图，可得到积分分布曲线。五、颗粒粒度分布及其测定2. 离心分析法适用于高分散度体系 通过测定光透过率I 随时间的变化，可得到粒子浓度的变化，根据粒子在离心场中的沉降方式，可推导出下式：niiiiiiiiIkrIkrWf1lg)/(lg)/()( f(wi)为重基频率，表示某一时刻，粒径为ri 颗粒移去的重量与溶液中全部粒子重量之比；ki 为消光分数。五、颗粒粒度分布及其测定2. 离心分析法根据stokes公式，在离心力作用下，沉降时间与粒径的关系为： 12220lg)(05. 1RRrNtR1 旋转轴离液面的距离；R2 旋转轴离光照线的距离；N 转速。 根据ti(ti+1-ti)和相应的lgIi(lgIi+1-lgIi) ，可得出粒径为)2(i1iirrr的级分的百分含量f(wi)，作f(wi)ri图即得粒度分布曲线。这