界面化学-北京大学化学与分子工程学院课件

需要注意的事情期末论文截止日期：2015.12.052015.12.12公布优秀论文名单2015.12.19优秀论文ppt展示

需要注意的事情大师的顿悟与文明的进展

----胶体与界面化学漫谈北京大学化学学院黄建滨大师的顿悟与文明的进展

----胶体与界面化学漫谈北京大学黄建滨专业：胶体与界面化学

北京大学化学系理学学士、硕士、博士学位北京大学物理化学研究所博士后

中国胶体与界面专业委员会副主任SoftMatter副主编，JCIS编委、

英国皇家化学会会士。北京大学女排主教练。现从事表面活性剂溶液及界面物理化学性质的研究。在溶液中两亲分子有序组合体的形成、结构与功能方面开展了深入工作。黄建滨专业：胶体与界面化学

Langmuir的选择一个物理系的毕业生GE公司的小职员一个改变了他一生的建议一个影响他一生的选择1932年Nobel化学奖的得主Langmuir的选择一个物理系的毕业生

胶体与界面化学胶体定义：不用质点重量或质点中的原子数来定义胶体大小的范围。而采用线度，即尺寸在10-9-10-6m（1nm～1um）的质点。胶体的界限多少是有些人为的胶体与界面化学胶体定义：不用质点重量或质点中的原子数胶体的胶体一词的来源1861年，英国科学家ThomasGraham首次提出“胶体”——Colloid的概念。Graham将物质分成两类：晶体(crystal)：蔗糖、食盐、硫酸及其无机盐类。

在水中易扩散；能通过半透膜；蒸去水分后结晶析出。胶体(colloid)：Al(OH)3,Fe(OH)3,蛋白质，大分子化合物等。在水中不易扩散；不能通过半透膜；蒸去水分后成胶状。胶体一词的来源1861年，英国科学家ThomasGrahaGraham首次认识到胶体的特性，这一点很重要；但将物质分成晶体和胶体是不正确的。1905年俄国科学家维伊曼，对200多种化合物进行实验后发现：任何物质既可制成晶体又可制成胶体。例如：NaCl在水中是真溶液，而若分散在苯或醚中，则形成胶体溶液；硫磺分散在乙醇中为真溶液，而分散在水中则为水溶胶。直到20世纪超显微镜发明及电子显微镜的应用才对胶体有了逐渐清楚认识。

Graham首次认识到胶体的特性，这一点很重要；但将物质分成界面对胶体粒子的特殊意义：随质点尺寸减小，单位量物质所拥有界面面积迅速增加。界面上分子比例越来越大。例：水滴半径1cm→54cm2/mol水→表面分子3ppm

水滴半径10nm→5.4x107cm2/mol水→表面分子30%例：1cm3固体若切割为胶体尺寸大小其表面积为60m2一个实际上错误的概念引出介观领域一个

重要科学分枝界面对胶体粒子的特殊意义：随质点尺寸减小，例：水滴半径1cm界面化学：研究界面的物理化学规律。以相界面和表面活性剂为研究对象的物理化学。界面化学：研究界面的物理化学规律。它所研究的领域与物理学、生物学、材料科学等学科交叉重叠。要求我们重视的是质点尺寸而非化学组成（有机/无机），样品来源（生物/矿物）或物理状态（一相/多相）。从某种角度而言胶体化学是大分子与细分散多相体系的科学。在历史上很多非传统物理化学领域的学者、名人都曾经在此领域耕耘并做出重要贡献。特异的定义使其成为学科交叉融合的热点它所研究的领域与物理学、生物学、材料科学等学科交叉重叠。要求和德国蔡斯工厂的光学家西登托夫共同完成超显微镜的发现。3年时间25岁时获得了有机博士学位。2年无机研究工作后进入工业界。3年后开始私人研究。7年后回到大学。。席格蒙迪对胶体溶液的多相性质的阐明和对现代胶体化学基本方法的设计使他成为开启胶体理论研究的第一人。德国化学家席格蒙迪和德国蔡斯工厂的光学家西登托夫共同完成超显微镜的发现。德国化胶体与界面化学的发展：人类发明的初期，界面现象就引起人们注意。4000

年前古巴比伦楔形文字/中国史前的陶器制造/公元一世纪皂角，一类天然表面活性剂的应用牛顿、虎克、达芬奇等科学家、艺术家曾对其做出重要贡献与光电技术与科学、材料科学、生物技术与科学密切相关1992年Nobel物理奖得主deGennes的获奖演讲即以“softmatter”为题。可广泛应用于矿物浮选、石油开采、食品加工、制药、纺织、洗涤日化等工业和生活领域胶体与界面化学的发展：人类发明的初期，界面现象就引起人们注Franklin的爱心Franklin的爱心

1765年，BenjaminFranklin在英国的ClaphamCommon的小池塘水面上倒了一勺植物油：发现：

1）4ml油会在水面铺展在大风天可使约3亩（2000m2）水面波浪平服。

2）再多的油便不再铺展

3）后人认为此时的油膜厚20Å(2.5nm)

——

单分子膜

实际上对不溶物单分子层的观察，可以追溯到远古时代。在古巴比伦发现的大约四千年前的楔形文字碑文：“祭司将芝麻油滴于水面并对着朝阳观察，自油膜的色彩及运动来预言未来。”实际上对不溶物单分子层的观察，可以追溯到远古时代

L－B技术：

1937年

Langmuir和他的学生Blodgett（女）首创了一种膜转移技术：使得不溶物单分子层可以通过非常简单的办法转移到固体基质上，并且保持其定向排列的分子结构，

近20年来，利用此技术进行分子组装，发展新型光电子材料，智能材料成为高新技术发展的一个热点。L－B技术：

1937年Langmuir和他的学生B表面张力与表面活性剂爱情的奇迹？？？表面张力与表面活性剂爱情的奇迹？？？液体表面分子与液体内部分子的环境不同液体内部分子受周围分子的吸引是各向同性的，彼此互相抵消。而处于表面上分子受液体内部吸引力要大于外部气体分子对它的引力（气相密度小）表面分子受到一指向内部的合力：内压力（内聚力）克服相关力所做功就造成了表面与体相的能量差距液体表面分子与液体内部分子的环境不同液体内部分子受周围分子的γ代表液体的表面张力系数，即垂直通过液体表面上任一单位长度与液面相切的力。简称表面张力。是液体基本物化性质之一，通常以mN/m为单位。表面张力γ:这种表面与体相在单位面积上的能量差距就称为

-------表面自由能显然这是由分子间相互作用力决定的同样是由分子间相互作用力决定的γ代表液体的表面张力系数，即垂直通过液体表面上任一单位长度与水溶液的表面张力曲线多数无机盐：多羟基有机物低分子量的极性有机物（<C8）表面活性剂水溶液的表面张力曲线多数无机盐：多羟基有机物低分子量的极性有表面活性剂1）表面活性剂（surfactant）：①在很低浓度（1%以下）可以显著降低溶剂的表（界）面张力，改变体系的界面组成与结构②在一定浓度以上时，可形成分子有序组合体。表面活性剂1）表面活性剂（surfactant）：两亲分子：一部分是不易与水分子接近的原子团（如CH链），即非极性部分，称为憎水基或亲油基。另一部分是容易与水接近的原子团，即极性部分，称为亲水基或憎油基。2）表面活性剂的结构特征两亲分子：一部分是不易与水分子接近的原子团（如CH链），即非3）表面活性剂的分类亲水部分+亲油部分亲油部分饱和CH链：如饱和脂肪酸系列月桂、豆蔻、硬脂不饱和CH链：如油酸系列衍生物亲水部分：非离子型+离子型（阴离子、阳离子、两性离子）3）表面活性剂的分类亲油部分饱和CH链：如饱和脂肪酸系表面活性剂简述I．阴离子SAa：A：羧酸盐：RCOO-M+，钠盐：肥皂

B：烷基芳基磺酸盐：R＝12，洗衣粉表面活性剂简述I．阴离子SAa：A：羧酸盐：RCOO-M+II．阳离子SAaA：季铵盐具有很强的杀菌作用常用作消毒杀菌剂“新洁尔灭”II．阳离子SAaA：季铵盐具有很强的杀菌作用“新洁尔B：吡啶盐润湿，去污力差，防腐杀菌抗静电阳离子另一特点是易吸附于一般固体表面（常带负电），从而可以有效的改变固体性质，故常用作矿物浮选剂、沥青乳化剂、在纺织工业中用作柔软剂，抗静电剂，在涂料工业中用作颜料分散剂。B：吡啶盐润湿，去污力差，防腐杀菌抗静电阳离子另一特点是III．非离子表面活性剂（30年代开始应用，随石油工业发展，有超过其他表面活性剂势头）

在溶液中不是离子状态（有醚基或羟基等含氧基团）所以不容易受强电解质，无机盐类存在的影响，也不受酸碱影响。稳定性较好，与其它表面活性剂相容，可复配使用。在水和有机溶剂中皆有较好的溶解性，常为液态或浆状。

i)脂肪醇聚氧乙烯醚例：R—O—(C2H4O)n—H

III．非离子表面活性剂（30年代开始应用，随石在溶液中不

ii)多醇SAa

吐温Tween聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸脂司班span失水山梨醇脂肪酸脂（油溶）脂肪酸甘油酯：（油溶）蔗糖衍生物：（水溶）SE

可作为低泡沫洗涤剂，乳化剂因无毒、无异味，在食品、医药业中发挥作用ii)多醇SAa感谢：北京大学对我的教育和培养

国家自然科学基金委科技部教育部感谢：北京大学对我的教育和培养需要注意的事情期末论文截止日期：2015.12.052015.12.12公布优秀论文名单2015.12.19优秀论文ppt展示

需要注意的事情大师的顿悟与文明的进展

----胶体与界面化学漫谈北京大学化学学院黄建滨大师的顿悟与文明的进展

----胶体与界面化学漫谈北京大学黄建滨专业：胶体与界面化学

北京大学化学系理学学士、硕士、博士学位北京大学物理化学研究所博士后

中国胶体与界面专业委员会副主任SoftMatter副主编，JCIS编委、

英国皇家化学会会士。北京大学女排主教练。现从事表面活性剂溶液及界面物理化学性质的研究。在溶液中两亲分子有序组合体的形成、结构与功能方面开展了深入工作。黄建滨专业：胶体与界面化学

Langmuir的选择一个物理系的毕业生GE公司的小职员一个改变了他一生的建议一个影响他一生的选择1932年Nobel化学奖的得主Langmuir的选择一个物理系的毕业生

胶体与界面化学胶体定义：不用质点重量或质点中的原子数来定义胶体大小的范围。而采用线度，即尺寸在10-9-10-6m（1nm～1um）的质点。胶体的界限多少是有些人为的胶体与界面化学胶体定义：不用质点重量或质点中的原子数胶体的胶体一词的来源1861年，英国科学家ThomasGraham首次提出“胶体”——Colloid的概念。Graham将物质分成两类：晶体(crystal)：蔗糖、食盐、硫酸及其无机盐类。

在水中易扩散；能通过半透膜；蒸去水分后结晶析出。胶体(colloid)：Al(OH)3,Fe(OH)3,蛋白质，大分子化合物等。在水中不易扩散；不能通过半透膜；蒸去水分后成胶状。胶体一词的来源1861年，英国科学家ThomasGrahaGraham首次认识到胶体的特性，这一点很重要；但将物质分成晶体和胶体是不正确的。1905年俄国科学家维伊曼，对200多种化合物进行实验后发现：任何物质既可制成晶体又可制成胶体。例如：NaCl在水中是真溶液，而若分散在苯或醚中，则形成胶体溶液；硫磺分散在乙醇中为真溶液，而分散在水中则为水溶胶。直到20世纪超显微镜发明及电子显微镜的应用才对胶体有了逐渐清楚认识。

Graham首次认识到胶体的特性，这一点很重要；但将物质分成界面对胶体粒子的特殊意义：随质点尺寸减小，单位量物质所拥有界面面积迅速增加。界面上分子比例越来越大。例：水滴半径1cm→54cm2/mol水→表面分子3ppm

水滴半径10nm→5.4x107cm2/mol水→表面分子30%例：1cm3固体若切割为胶体尺寸大小其表面积为60m2一个实际上错误的概念引出介观领域一个

重要科学分枝界面对胶体粒子的特殊意义：随质点尺寸减小，例：水滴半径1cm界面化学：研究界面的物理化学规律。以相界面和表面活性剂为研究对象的物理化学。界面化学：研究界面的物理化学规律。它所研究的领域与物理学、生物学、材料科学等学科交叉重叠。要求我们重视的是质点尺寸而非化学组成（有机/无机），样品来源（生物/矿物）或物理状态（一相/多相）。从某种角度而言胶体化学是大分子与细分散多相体系的科学。在历史上很多非传统物理化学领域的学者、名人都曾经在此领域耕耘并做出重要贡献。特异的定义使其成为学科交叉融合的热点它所研究的领域与物理学、生物学、材料科学等学科交叉重叠。要求和德国蔡斯工厂的光学家西登托夫共同完成超显微镜的发现。3年时间25岁时获得了有机博士学位。2年无机研究工作后进入工业界。3年后开始私人研究。7年后回到大学。。席格蒙迪对胶体溶液的多相性质的阐明和对现代胶体化学基本方法的设计使他成为开启胶体理论研究的第一人。德国化学家席格蒙迪和德国蔡斯工厂的光学家西登托夫共同完成超显微镜的发现。德国化胶体与界面化学的发展：人类发明的初期，界面现象就引起人们注意。4000

年前古巴比伦楔形文字/中国史前的陶器制造/公元一世纪皂角，一类天然表面活性剂的应用牛顿、虎克、达芬奇等科学家、艺术家曾对其做出重要贡献与光电技术与科学、材料科学、生物技术与科学密切相关1992年Nobel物理奖得主deGennes的获奖演讲即以“softmatter”为题。可广泛应用于矿物浮选、石油开采、食品加工、制药、纺织、洗涤日化等工业和生活领域胶体与界面化学的发展：人类发明的初期，界面现象就引起人们注Franklin的爱心Franklin的爱心

1765年，BenjaminFranklin在英国的ClaphamCommon的小池塘水面上倒了一勺植物油：发现：

1）4ml油会在水面铺展在大风天可使约3亩（2000m2）水面波浪平服。

2）再多的油便不再铺展

3）后人认为此时的油膜厚20Å(2.5nm)

——

单分子膜

实际上对不溶物单分子层的观察，可以追溯到远古时代。在古巴比伦发现的大约四千年前的楔形文字碑文：“祭司将芝麻油滴于水面并对着朝阳观察，自油膜的色彩及运动来预言未来。”实际上对不溶物单分子层的观察，可以追溯到远古时代

L－B技术：

1937年

Langmuir和他的学生Blodgett（女）首创了一种膜转移技术：使得不溶物单分子层可以通过非常简单的办法转移到固体基质上，并且保持其定向排列的分子结构，

近20年来，利用此技术进行分子组装，发展新型光电子材料，智能材料成为高新技术发展的一个热点。L－B技术：

1937年Langmuir和他的学生B表面张力与表面活性剂爱情的奇迹？？？表面张力与表面活性剂爱情的奇迹？？？液体表面分子与液体内部分子的环境不同液体内部分子受周围分子的吸引是各向同性的，彼此互相抵消。而处于表面上分子受液体内部吸引力要大于外部气体分子对它的引力（气相密度小）表面分子受到一指向内部的合力：内压力（内聚力）克服相关力所做功就造成了表面与体相的能量差距液体表面分子与液体内部分子的环境不同液体内部分子受周围分子的γ代表液体的表面张力系数，即垂直通过液体表面上任一单位长度与液面相切的力。简称表面张力。是液体基本物化性质之一，通常以mN/m为单位。表面张力γ:这种表面与体相在单位面积上的能量差距就称为

-------表面自由能显然这是由分子间相互作用力决定的同样是由分子间相互作用力决定的γ代表液体的表面张力系数，即垂直通过液体表面上任一单位长度与水溶液的表面张力曲线多数无机盐：多羟基有机物低分子量的极性有机物（<C8）表面活性剂水溶液的表面张力曲线多数无机盐：多羟基有机物低分子量的极性有表面活性剂1）表面活性剂（surfactant）：①在很低浓度（1%以下）可以显著降低溶剂的表（界）面张力，改变体系的界面组成与结构②在一定浓度以上时，可形成分子有序组合体。表面活性剂1）表面活性剂（surfactant）：两亲分子：一部分是不易与水分子接近的原子团（如CH链），即非极性部分，称为憎水基或亲油基。另一部分是容易与水接近的原子团，即极性部分，称为亲水基或憎油基。2）表面活性剂的结构特征两亲分子：一部分是不易与水分子接近的原子团（如CH链），即非3）表面活性剂的分类亲水部分+亲油部分亲油部分饱和CH链：如饱和脂肪酸系列月桂、豆蔻、硬脂不饱和CH链：如油酸系列衍生物