胶体化学-复习要点

1、 胶体化学Colloid ChemistryNanjing University of Technology1.胶体体系的重要特点之一是具有很大的表面积。通常规定胶体颗粒的大小为1-100nm（直径）2.胶体是物质存在的一种特殊状态，而不是一种特殊物质，不是物质的本性。胶体化学研究对象是溶胶（也称憎液溶胶）和高分子溶液（也称亲液溶胶）。气溶胶：云雾，青烟、高空灰尘液溶胶：泡沫，乳状液，金溶胶、墨汁、牙膏固溶胶：泡沫塑料、沸石、冰淇淋，珍珠、水凝胶、红宝石、合金第一章一、胶体的定义一、胶体的定义1100nm100nm胶体体系粗分散体系真溶液直径为10nm的球形质点，当质点总体积为1cm3时，其面

2、积为600m21861年，英国科学家Thomas Graham提出胶体（colloid）概念扩散慢；不能透过半透膜分散系分散系: 把一种或几种物质分散在另一种物质中所形成把一种或几种物质分散在另一种物质中所形成分散相分散相(dispersed phase): 被分散的物质被分散的物质分散介质分散介质(dispersing medium): 容纳分散相的连续介质容纳分散相的连续介质 胶体和晶体胶体和晶体不是不同的两类物质不是不同的两类物质，而是，而是物质的物质的两两种不同的存在状态。种不同的存在状态。胶体是一种高度分散的系统胶体是一种高度分散的系统胶体的定义胶体的定义（1）分子分散体系）分子分散

3、体系-真溶液真溶液 分散相与分散介质以分子或离子形式彼此分散相与分散介质以分子或离子形式彼此混溶，没有界面，是混溶，没有界面，是均匀的单相均匀的单相，分子半径大，分子半径大小在小在10-9 m以下以下 。通常把这种体系称为。通常把这种体系称为真溶液真溶液，如如CuSO4溶液。溶液。（2）胶体分散体系）胶体分散体系 分散相粒子的半径在分散相粒子的半径在1 nm100 nm之间的体系。之间的体系。目测是均匀的，但实际是目测是均匀的，但实际是多相不均匀体系多相不均匀体系。也有的。也有的将将1 nm 1000 nm之间的粒子归入胶体范畴。之间的粒子归入胶体范畴。（3）粗分散体系）粗分散体系当分散相粒子

4、大于当分散相粒子大于1000 nm，目测是，目测是混浊不均混浊不均匀体系匀体系，放置后会沉淀或分层，如黄河水。，放置后会沉淀或分层，如黄河水。胶体的定义(1915 Ostwald):胶体是一种尺寸在1100nm以至1000nm的分散体。分散体系的分类分散体系的分类-分散相的尺寸分散相的尺寸根据分散相粒子大小分类根据分散相粒子大小分类分散相粒分散相粒子大小子大小分散系类型分散系类型分散相粒子分散相粒子性质性质实例实例1nm溶液溶液小分子或离小分子或离子子均相、稳定系统、均相、稳定系统、分散相粒子扩散分散相粒子扩散快快NaCl水溶水溶液等液等1100nm胶胶体体分分散散系系溶胶溶胶胶粒胶粒多相、热

5、力学不多相、热力学不稳定系统、有相稳定系统、有相对稳定性、分散对稳定性、分散相粒子扩散较慢相粒子扩散较慢Fe(OH)3溶胶等溶胶等高分子高分子溶液溶液高分子高分子均相、稳定系统、均相、稳定系统、分散相粒子扩散分散相粒子扩散慢慢蛋白质溶蛋白质溶液等液等100nm粗分散系粗分散系粗分散粒子粗分散粒子非均相、不稳定非均相、不稳定系统、易聚沉或系统、易聚沉或分层分层泥浆、乳泥浆、乳汁等汁等胶体的特点-纳米粒子的特点 (1) 巨大的比表面，界面现象重要例如：巨大的表面和表面能使胶体体系具有很强的吸附能力，可以制造各种吸附剂和催化剂。 (2) 最强烈的尺寸效应（a）熔点变化，例如：12nm的TiO2在室温

6、下就已熔合（正常熔点：18301850 ）（b）力学性能，例如：500oC时所得硬度相当于粗晶块在1100oC烧结所得（c）电学性质：Kubo效应-即粒子保持电学中性类别粒径/nm 起始烧结温度/oC Cu Fe Ag Ni 50502020 200(1083)200300(1593)6080(960)200(1453) （d）光学效应：亲液溶胶亲液溶胶（lyophilic colloid)lyophilic colloid)：一旦将溶剂蒸发，分散相凝聚，再加入溶剂，又可形成溶胶，亲液溶胶是热力学上稳定、自发、可逆的体系。憎液溶胶憎液溶胶lyophobic colloid lyophobic

7、colloid ：半径在1 nm100 nm之间的难溶物固体粒子分散在液体介质中，有很大的相界面，易聚沉，是热力学上的不稳定体系。一旦将介质蒸发掉，再加入介质就无法再形成溶胶，是 一个不可逆体系，如氢氧化铁溶胶、碘化银溶胶等。（3）根据按分散相和介质之间的亲和性分类根据按分散相和介质之间的亲和性分类憎液溶胶的特性憎液溶胶的特性A A 特有的分散程度特有的分散程度 粒子的大小在10-910-7 m之间，因而扩散较慢，不能透过半透膜，渗透压低但有较强的动力稳定性和乳光现象。B B 多相不均匀性多相不均匀性 具有纳米级的粒子是由许多离子或分子聚结而成，结构复杂，有的保持了该难溶盐的原有晶体结构，而且

8、粒子大小不一，与介质之间有明显的相界面，比表面很大。C C 热力学不稳定性热力学不稳定性 因为粒子小，比表面大，表面自由能高，是热力学不稳定体系，有自发降低表面自由能的趋势，即小粒子会自动聚结成大粒子。 形成憎液溶胶的必要条件是： A 分散相的溶解度要小； B 还必须有稳定剂存在，否则胶粒易聚结而聚沉。 胶体化学的研究对象和意义胶体化学的研究对象和意义为什么自然界中液滴、气泡总是圆形的？为什么气泡比液滴更容易破裂？毛细现象为什么会产生？人工降雨依据什么原理？为什么会产生液体过热现象？加入沸石为什么能消除过热现象？ 水在玻璃上能铺展，水银在玻璃上却形成液滴,为什么？活性碳为什么可以做防毒面具？冰

9、箱除臭剂？思考：与胶体界面现象相关的几个问题在参观面粉厂时,不能穿带铁钉的鞋，为什么？土壤为什么能将水份保存起来?如何抑制沙漠地带水的蒸发?洗衣粉为什么有去污作用?明矾为什么能净水?怎样除烟去尘?江河出口处为什么形成三角洲?1-100nm离子、分子离子、分子凝聚凝聚(新相形成新相形成)粗粒子粗粒子分散分散（比表面增加）（比表面增加）胶体分散体系的获得胶体分散体系的获得机械法电分散化法超声分散法胶溶法物理凝聚法化学凝聚法分子模板法1. 溶胶的制备一般原则和方法溶胶的制备一般原则和方法五、胶体的制备和性质五、胶体的制备和性质胶体的制备胶体的制备例如：AgCl (新鲜沉淀） AgCl(溶胶）AgNO

10、KCl3加或 Fe(OH)3（新鲜沉淀） Fe(OH)3 (溶胶）3FeCl加胶溶法胶溶法 是先将新生成沉淀中多余的电解质洗去，再加入适量的电解质作稳定剂，或置于某温度下使沉淀重新分散成溶胶。注意沉淀老化后就不易再发生胶溶。 3. 凝聚法制备溶胶凝聚法制备溶胶凝聚法制备溶胶：处于亚稳态的均相体系析出分散相粒子，其与过饱和溶液中的结晶及过饱和蒸气的凝结类似。（1）凝聚法基本原理）凝聚法基本原理由溶液中析出胶粒由溶液中析出胶粒 形成晶核形成晶核 （nucleation）晶体成长晶体成长晶核生成速度晶核生成速度v1:1= ssccvkc晶核生长速度晶核生长速度v2:2= ()sDvA cck为常数，

11、为常数，c为过饱和溶液浓度；为过饱和溶液浓度；cs为饱和溶解度；为饱和溶解度；D为扩散系数；为扩散系数；A为粒子表面积，为粒子表面积， 为一层结晶的厚度为一层结晶的厚度 （3）化学凝聚法）化学凝聚法 通过各种化学反应形成不溶化合物。例如：A.复分解法 AgNO3（稀）+ KCl（稀） AgCl (溶胶） +KNO3B. 水解法 FeCl3 （稀）+3H2O （热） Fe(OH)3（溶胶）+3HCl C.氧化法 2H2S(稀）+ O2(g) H2O +3S (溶胶） Fe2SiO4 +1/2O2 + 5H2O 2Fe(OH)3(溶胶）+Si(OH)4(溶胶）D. 还原法 2HAuCl4(稀）+

12、3HCHO +11KOH 2Au(溶胶）+3HCOOK + 8KCl + 8H2O 制成胶体后，需要将胶体中多余的电解质及杂质除去，溶胶才能稳定，这就称为溶胶的净化。 用凝聚法制得的溶胶的净化方法： 过滤：胶体粒子小，可通过普通滤纸的孔隙，而粗 粒子不能通过； 沉降：胶体不沉； 离心分离。 4. 溶胶的净化溶胶的净化1 胶体的光学性质胶体的光学性质2 胶体的运动性质胶体的运动性质3 胶体的电学性质胶体的电学性质4 胶体的稳定性胶体的稳定性5 胶体的流变性质胶体的流变性质（二）（二） 胶体的基本性质胶体的基本性质一束光透过胶体，形成光亮的一束光透过胶体，形成光亮的“通路通路”的现象。的现象。丁达

13、尔现象丁达尔现象鉴别胶体的最简便方法鉴别胶体的最简便方法 形成原因：形成原因： 胶体微粒胶体微粒（dd Cs+ Rb+ NH4+ K+ Na+ Li+对一价阴离子： F- Cl- Br- NO3- I-(c) 与胶粒电性相同的离子，一般说来，价数越高，水合半径越小（盐析作用） ，聚沉能力越弱(2) 溶胶的相互聚沉作用溶胶的相互聚沉作用 当两种带相反电荷的溶胶所带电量相等时，当两种带相反电荷的溶胶所带电量相等时， 相互混合也会发生聚沉。相互混合也会发生聚沉。 (3) 高分子化合物的作用高分子化合物的作用 在溶胶中加入少量高分子化合物可使溶胶聚沉，称为敏化作用敏化作用(絮凝作用)。 在溶胶中加入足

14、够多的高分子化合物，则会阻止溶胶的聚沉，称为空间空间保护作用保护作用。表面张力与表面自由能表面张力与表面自由能 对于单组分体系，这种特性主要来自于同一物质在不同相中的密度不同；对于多组分体系，则特性来自于界面层的组成与任一相的组成均不相同。 表面层分子与内部分子相比，它们所处的环境不同。 体相内部分子所受四周邻近相同分子的作用力是对称的，各个方向的力彼此抵销(各向同性)； 但是处在界面层的分子，一方面受到体相内相同物质分子的作用，另一方面受到性质不同的另一相中物质分子的作用，其作用力不能相互抵销，因此，界面层分子由于其处在一不均匀对称的力场会显示出一些独特的性质。界面化学界面化学2022-6-

15、26表面功（表面功（surface work）dWA式中 为比例系数，它在数值上等于当T，P及组成恒定的条件下，增加单位表面积时所必须对体系做的可逆非膨胀功。 由于表面层分子的受力情况与本体中不同，因此如果要把分子从内部移到界面，或可逆的增加表面积，就必须克服体系内部分子之间的作用力，对体系做功。 温度、压力和组成恒定时，可逆使表面积增加dA所需要对体系作的功，称为表面功。用公式表示为：2022-6-26表面自由能表面自由能(surface free energy)BBBBBBBBBBBBdddddddddddddddddnAPVTSGdnAVPTSFdnAPVSTHdnAVPSTUB,)(n

16、VSAUB,)(nPSAHB,)(nVTAFB,)(nPTAG由此可得： 考虑了表面功，热力学基本公式中应相应增加 dA一项，即：2022-6-26表面自由能表面自由能(surface free energy) 广义的表面自由能定义： 狭义的表面自由能定义： 保持温度、压力和组成不变，每增加单位表面积时，Gibbs自由能的增加值称为表面Gibbs自由能，或简称表面自由能或表面能，用符号 或 表示，单位为Jm-2。B, ,()p T nGA 保持相应的特征变量不变，每增加单位表面积时，相应热力学函数的增值。2022-6-26表面张力（表面张力（surface tension） 在两相(特别是气-

17、液)界面上，处处存在着一种张力，它垂直于表面的边界，指向液体方向并与表面相切。 将一含有一个活动边框的金属线框架放在肥皂液中，然后取出悬挂，活动边在下面。由于金属框上的肥皂膜的表面张力作用，可滑动的边会被向上拉，直至顶部。 把作用于单位边界线上的这种力称为表面张力，用 表示，单位是Nm-1。2022-6-26表面张力（表面张力（surface tension） 如果在活动边框上挂一重物，使重物质量W2与边框质量W1所产生的重力F（F=（W1+W2）g）与总的表面张力大小相等方向相反，则金属丝不再滑动。 这时 2Fl l是滑动边的长度，因膜有两个面，所以边界总长度为2l， 就是作用于单位边界上的

18、表面张力。2022-6-26影响表面张力的因素影响表面张力的因素（1）分子间相互作用力的影响（2）温度的影响 温度升高，表面张力下降。（3）压力的影响 表面张力一般随压力的增加而下降。因为压力增加，气相密度增加，表面分子受力不均匀性略有好转。另外，若是气相中有别的物质，则压力增加，促使表面吸附增加，气体溶解度增加，也使表面张力下降。 对纯液体或纯固体，表面张力决定于分子间形成的化学键能的大小，一般化学键越强，表面张力越大。(金属键) (离子键) (极性共价键) (非极性共价键)两种液体间的界面张力，界于两种液体表面张力之间。2022-6-26压力的影响压力的影响压力与表面张力关系的实验研究不易

19、进行，一般说来，压力对表面张力的影响可以从下面三个方面考虑 p增加，两相间密度差减少，减小p增加，气体在液体表面上的吸附使表面能降低（吸附放热），因此减小p增加，气体在液体中的溶解度增大，表面能降低以上三种情况均表明， p增加，减小2022-6-26压力的影响压力的影响但从有关公式可知,(1 31)T pT ApA,T pT AVpA上式表明，p增加，增加实验结果是，在某些情况下p增加，减小。这可用气体吸附或溶解来解释，但在另一些情况下，p增加，增加。显然，这与上述解释相反。可见，压力对表面张力的影响相当复杂，这是因为增加压力必须引入第二组分（如惰性气体），而第二组分又往往会通过吸附或溶解来影

20、响表面张力。当第二级分的吸附或溶解对表面张力的影响远远超过压力本身的作用则往往表现为第一种情况，而当吸附或溶解的影响很小时，则又表面为第二种情况。测定液体表面张力的方法1.毛细管上升法 2.环法 3.气泡最大压力法2022-6-264.4 表面自由能和表面张力的微观解释表面自由能和表面张力的微观解释 由于表面相分子处于一合力指向液体内部的不对称力场之中，因此，表面层分子有离开表面层进入体相的趋势。这一点可从液体表面的自动收缩得以证明。这也说明了处于表面层的分子具有比体相内部的分子更高的能量。 换言之，增加液体的表面积就必须把一定数量的内部分子迁移到表面上，要完成这个过程必须借助于外力做功。因此

21、，体系获得的能量便是表面过剩自由能。可见，构成界面的两相性质不同及分子内存在着相互作用力是产生表面自由能的原因。2022-6-26表面自由能和表面张力的微观解释表面自由能和表面张力的微观解释 液体表面为什么会存在张力是一个长期困扰表面化学家的问题，实际上，表面张力同样是分子间存在相互作用力的结果。 从液体表面的特性来看，表面上的分子比体相内部的分子能量更高，而按照分子分布的规律，表面上的分子的密度将小于内部分子。于是表面分子间的距离较大，因此，表面上的分子沿表面方向存在着侧向引力，距离较大时，吸引力占优势。2022-6-264.5 弯曲表面下的附加压力与蒸气压弯曲表面下的附加压力与蒸气压 弯曲

22、表面下的附加压力1.在平面上2.在凸面上3.在凹面上 Young-Laplace公式 Kelvin公式2022-6-26 弯曲表面下的附加压力弯曲表面下的附加压力1.在平面上剖面图液面正面图 研究以AB为直径的一个环作为边界，由于环上每点的两边都存在表面张力，大小相等，方向相反，所以没有附加压力。 设向下的大气压力为Po，向上的反作用力也为Po ，附加压力Ps等于零。Ps = Po - Po =02022-6-26弯曲表面下的附加压力弯曲表面下的附加压力（2）在凸面上：剖面图附加压力示意图 研究以AB为弦长的一个球面上的环作为边界。由于环上每点两边的表面张力都与液面相切，大小相等，但不在同一平

23、面上，所以会产生一个向下的合力。 所有的点产生的总压力为Ps ，称为附加压力。凸面上受的总压力为： Po+ PsPo为大气压力， Ps为附加压力。 2022-6-26弯曲表面下的附加压力弯曲表面下的附加压力（3）在凹面上：剖面图附加压力示意图 研究以AB为弦长的一个球形凹面上的环作为边界。由于环上每点两边的表面张力都与凹形的液面相切，大小相等，但不在同一平面上，所以会产生一个向上的合力。 所有的点产生的总压力为Ps ，称为附加压力。凹面上向下的总压力为：Po-Ps ，所以凹面上所受的压力比平面上小。2022-6-26杨杨- -拉普拉斯公式拉普拉斯公式 1805年Young-Laplace导出了

24、附加压力与曲率半径之间的关系式：特殊式（对球面）：s2RP 根据数学上规定，凸面的曲率半径取正值，凹面的曲率半径取负值。所以，凸面的附加压力指向液体，凹面的附加压力指向气体，即附加压力总是指向球面的球心。一般式：)11(21sRRP2022-6-26Young-Laplace 一般式的推导一般式的推导1. 在任意弯曲液面上取小矩形曲面ABCD(红色面)，其面积为xy。曲面边缘AB和BC弧的曲率半径分别为和 。1R2R2. 作曲面的两个相互垂直的正截面，交线Oz为O点的法线。3. 令曲面沿法线方向移动dz ，使曲面扩大到ABCD(蓝色面)，则x与y各增加dx和dy 。2022-6-26Young

25、-Laplace 一般式的推导一般式的推导5. 增加dA面积所作的功与克服附加压力Ps增加dV所作的功应该相等，即：(A) d)dd(ddsszxyPxyyxVPA4. 移动后曲面面积增加dA和dV为：zxyVxyyxxyyyxxAdddd )d)(d( d2022-6-26Young-Laplace 一般式的推导一般式的推导6. 根据相似三角形原理可得：222111dd /)d/()d(dd /)d/()d(z/RxyRyzRyyz/RxxRxzRxx化简得化简得7. 将dx,dy代入(A)式,得：)11(21sRRP8. 如果是球面，:,21则RR 2sRP2022-6-26Young-L

26、aplace特殊式的推导特殊式的推导(1)在毛细管内充满液体，管端有半径为R 的球状液滴与之平衡。 外压为 p0 ，附加压力为 ps ,液滴所受总压为： p0 + ps 2022-6-26Young-Laplace特殊式的推导特殊式的推导2.对活塞稍加压力，将毛细管内液体压出少许，使液滴体积增加dV，相应地其表面积增加dA。克服附加压力ps环境所作的功与可逆增加表面积的吉布斯自由能增加应该相等。324 d4d3VRVRR代入得：2sRpsddp VA24 d8dARAR R2022-6-26附加压力与毛细管中液面高度的关系附加压力与毛细管中液面高度的关系1.曲率半径R与毛细管半径R的关系： R

27、=R/cosq2.ps=2/R=(rl-rg)gh如果曲面为球面，则R=R。因rlrg所以：ps=2/R=rlgh一般式：2 cosq/R=rgh2022-6-26几种毛细现象几种毛细现象3、1）液体在地层和纺织品中的流动原油和水在地层中的流动属液体在不均匀孔径的毛细管中的流动，当忽略重力作用时，由于不同管径的曲率半径不同，造成两部分液面的附加压力不同（毛细压差）。因此，液体将往附加压力大的方向流动。若要改变其流动方向，必须施加一克服此压力差的力，若采用表面化学方法改变体系表面张力和液面曲率，可以改变体系毛细压差以利于实现所要求的流动。这是三次采油的关键问题之一。2022-6-26几种毛细现象

28、几种毛细现象2）关于泡沫和乳状液的稳定性泡沫和乳状液是由两种不相混溶的流体相形成的的分散体系。泡沫是大量气体分散在少量液体中构成的，而乳状液是一种液体以微小液滴状态分散在另一液相中。泡沫的片膜与片膜之间构成具有不同曲率的连续液体，由于附加压力不同，液体从曲率小、压力大的片膜流向曲率大、压力小的片膜边界，最后导致泡沫排液、泡膜变薄而破裂。这是影响泡膜稳定的重要原因。2022-6-26几种毛细现象几种毛细现象3）压汞法测孔径 水银在一般固体的孔中形成凸液面，欲使水银进入固体孔中须克服毛细压差。即当、已知，通过测定毛细压差可计算固体的孔径。如催化剂的孔径测定。2 cosprq2022-6-26弯曲表

29、面上的蒸汽压弯曲表面上的蒸汽压开尔文公式开尔文公式 对小液滴与蒸汽的平衡，应有相同形式，设气体为理想气体。mmlglg(l)(g)ddTTGGppppmlmg(l)d(g)dVpVplgl,0g,0mlg(l)ddlnppppVpRTpgdlnRTpmm(l)(g) GG液体(T,pl) 饱和蒸汽(T,pg)2022-6-26弯曲表面上的蒸汽压弯曲表面上的蒸汽压开尔文公式开尔文公式g0mllg,0(l)()lnpVppRTpmg02 (l)2 ln()pVMRTpRRr这就是Kelvin公式，式中r为密度，M 为摩尔质量。0llsppp2R2022-6-26弯曲表面上的蒸汽压弯曲表面上的蒸汽压

30、开尔文公式开尔文公式 Kelvin公式也可以表示为两种不同曲率半径的液滴或蒸汽泡的蒸汽压之比，或两种不同大小颗粒的饱和溶液浓度之比。1212112lnRRMppRTr12s12112lnRRMccRTlr对凸面，R取正值，R越小，液滴的蒸汽压越高， 或小颗粒的溶解度越大。对凹面，R取负值，R越小，小蒸汽泡中的蒸汽 压越低。2022-6-26开尔文公式的应用开尔文公式的应用1）过饱和蒸汽恒温下，将未饱和的蒸汽加压，若压力超过该温度下液体的饱和蒸汽压仍无液滴出现，则称该蒸汽为过饱和蒸汽。原因：液滴小，饱和蒸汽压大，新相难成而导致过冷。解决办法：引入凝结核心如人工降雨用的AgI或干冰。2022-6-

31、26开尔文公式的应用开尔文公式的应用2）过热液体 沸腾是液体从内部形成气泡、在液体表面上剧烈汽化的现象。但如果在液体中没有提供气泡的物质存在时，液体在沸点时将无法沸腾。我们将这种按相平衡条件，应当沸腾而不沸腾的液体，称为过热液体。液体过热现象的产生是由于液体在沸点时无法形成气泡所造成的。根据开尔文公式，小气泡形成时期气泡内饱和蒸气压远小于外压，但由于凹液面附加压力的存在，小气泡要稳定存在需克服的压力又必2022-6-26开尔文公式的应用开尔文公式的应用须大于外压。因此，相平衡条件无法满足，小气泡不能存在，这样便造成了液体在沸点时无法沸腾而液体的温度继续升高的过热现象。过热较多时，极易暴沸。为防

32、止暴沸，可事先加入一些沸石、素烧瓷片等物质。因为这些多孔性物质的孔中存在着曲率半径较大的气泡，加热时这些气体成为新相种子（气化核心），因而绕过了产生极微小气泡的困难阶段，使液体的过热程度大大降低。2022-6-26开尔文公式的应用开尔文公式的应用例例1将正丁醇（摩尔质量 M0.074kgmol-1）蒸气聚冷至 273K，发现其过饱和度约达到4时方能自行凝结为液滴，若 273K时正丁醇的表面张力 0.0261Nm-1，密度 1103kgm-3 ，试计算（a）在此过饱和度下所凝结成液滴的半径 r ；（b）每一液滴中所含正丁醇的分子数。解解: （a）过饱和度即为 ，根据开尔文公式 2022-6-26

33、开尔文公式的应用开尔文公式的应用2022-6-26开尔文公式的应用开尔文公式的应用例例2 当水滴半径为当水滴半径为10-8m 时，其时，其 25饱和蒸气压的增饱和蒸气压的增加相当于升高多少温度所产生的效果。已知水的密度加相当于升高多少温度所产生的效果。已知水的密度为为 0.998103kgm-3，摩尔蒸发焓为摩尔蒸发焓为 44.01kJmol-1。解：按开尔文公式，解：按开尔文公式，又根据克拉贝龙又根据克拉贝龙-克劳修斯方程克劳修斯方程2022-6-26开尔文公式的应用开尔文公式的应用2022-6-26开尔文公式的应用开尔文公式的应用（3）毛细凝结与等温蒸馏）毛细凝结与等温蒸馏 考虑液体及其饱

34、和蒸气与孔性考虑液体及其饱和蒸气与孔性固体构成的体系。孔中液面与孔外液面的曲率不同，导固体构成的体系。孔中液面与孔外液面的曲率不同，导致蒸气压力不同。在形成凹形液面的情况下，孔中液体致蒸气压力不同。在形成凹形液面的情况下，孔中液体的平衡蒸气压低于液体的正常蒸气压。故在体系蒸气压的平衡蒸气压低于液体的正常蒸气压。故在体系蒸气压低于正常饱和蒸气压时即可在毛细管中发生凝结。此即低于正常饱和蒸气压时即可在毛细管中发生凝结。此即所谓毛细凝结现象。硅胶能作为干燥剂就是因为硅胶能所谓毛细凝结现象。硅胶能作为干燥剂就是因为硅胶能自动地吸附空气中的水蒸气，使得水气在毛细管内发生自动地吸附空气中的水蒸气，使得水气

35、在毛细管内发生凝结。凝结。 毛细凝结的另一应用是等温蒸馏。其过程是，如果在毛细凝结的另一应用是等温蒸馏。其过程是，如果在一封闭容器中有曲率大小不同的液面与它们的蒸气相共一封闭容器中有曲率大小不同的液面与它们的蒸气相共存，由于在相同温度下不同液面的平衡蒸气压力不同，存，由于在相同温度下不同液面的平衡蒸气压力不同，体系中自发进行液体分子从大块液相通过气相转移到曲体系中自发进行液体分子从大块液相通过气相转移到曲率大的凹液面处。率大的凹液面处。2022-6-26开尔文公式的应用开尔文公式的应用润湿和铺展润湿和铺展当S0是液体可以在固体表面自动铺展，S越大，铺展能力越大。当然也表示该液体在固体表面的润湿

36、能力强。水凝胶简介水凝胶简介 水凝胶（Hydrogel）是一类具有亲水基团，能被水溶胀但不溶于水的具有三维网络结构的聚合物。 水凝胶的特点：水凝胶的特点： 1.它在水中能够吸收大量的水分显著溶胀，并在显著胀之后，能够继续保持其原有结构而不被溶解； 2.良好的生物相容性、优良的物理机械性能和长期植入的稳定性； 3.良好的水蒸气透过率和合适的气体(如O 2 和C O 2)通过率,而且, 水凝胶不会和伤口粘连, 敷贴及取出极为方便； 4.能够感知外界刺激的微小变化，如温度、pH值、离子强度、电场、磁场等，并能够对刺激发生敏感性的响应，常通过体积的溶胀或收缩来实现。 水凝胶的分类水凝胶的分类 按照结合

37、方式分类： 1.物理水凝胶，通过物理作用力结合起来，如静电作用、氢键、链的缠绕等，是非永久性的。 2.化学水凝胶，通过化学键交联形成的三维网络聚合物，是永久性的。 根据合成材料分类： 1.天然高分子水凝胶 2.合成高分子水凝胶 3.天然和合成高分子杂化水凝胶 根据水凝胶大小形状的不同分类： 1.宏观凝胶 2.微观凝胶柱状球状膜状纤维状多孔海绵状微米级纳米级水凝胶的结构水凝胶的结构水凝胶 一级结构 二级结构 三级结构亲水基团如羧基、酰胺基、羟基等疏水基团如烷基等轻度交联的三维网络结构呈无定形的结构水凝胶中的水水凝胶中的水作用作用： 溶胀剂 控制所有载物或者营养成分进入凝胶名称名称结合方式与物质结

38、合方式与物质结合水以氢键的形式与亲水基团结合界面水（或第二结合水）以范德华力与疏水基团结合起来游离水在渗透压作用下分布于聚合物链间网络中影响水凝胶吸水量主要因素:大分子链中极性基团数量 在生物相容性方面，水凝胶具有良好的生物相容性主要原因是聚合物网络中吸收的大量水分子并且较大程度上被交链的大分子链，使材料具备了一种流体性质表面活性剂表面活性剂Solution PropertiesKrafft point; cloud point; cmTI. Above the Krafft point, the solubility is sharply increases due to the forma

39、tion of micelles.II. Some surfactants (e.g. poly(ethylene)-poly(ethylene-oxide) = PEPEO = CmEn) - based surfactants)dehydrate and phase separate upon temperature elevation (“cloud point”).III. For pluronics; poly(propylene-oxide)-poly(ethylene-oxide) = (PPO-PEO) diblock copolymer surfactants, the mi

40、celles form as a result of the dehydration of the PEO segments (“critical micelle temperature” or “CMT”).HLB and use of surfactants Amphiphilic surfactants are characterized by the hydrophilic-lipophilic balance (HLB): a relative ratio of polar and nonpolargroups in the surfactant HLB ca. 1 to 3: An

41、tifoams / inverse micelles HLB ca. 3 to 8: Water-in-Oil Emulsifiers HLB ca. 7 to 9: Wetting and spreading agents HLB ca. 8 to 16: Oil-in-Water Emulsifiers HLB ca. 13 to 16: Detergents HLB ca. 15: SolubilizersGriffins scale: it is an arbitrary (group additivity) scale of values serving as a measure of the HLB of surfactantsHLB of surfactant blendsSurfactant blends are commonly used to obtain desiredemulsifying properties. What is the HLB of the mixture of 40 % Span 60 (HLB = 4.7) and 60 % Tween 60 (HLB = 14.9)? HLB of mixture: 4.7 x 0.4 + 14.9 x 0.6 = 10.8 In what proportion s