APC00章-引言-高等物理化学

1、2020/7/25,高等物理化学=引言,高等物理化学 Advanced Physical Chemistry,2020/7/25,高等物理化学,Statistical Thermodynamics Fundamental Chemical Kinetics Chemical Modeling in Physical Chemistry Advanced Photochemistry Advanced Interface and Colloid Chemistry Thermodynamics of No-equilibrium State and No-linear Chemical Kine

2、tics,2020/7/25,考试及成绩计算,Exams and Evaluation,（1）Advanced Physical Chemistry Exam 50% (closed book 2 hours exam) （2）Term Paper 25%（Reviews on the subject in your research field） （3）Seminar Presentation 25% (your research and proposal for future),2020/7/25,课程参考书,胶体化学基础 周祖康、顾惕人编著北京大学出版社 胶体与界面化学 陈宗淇 等编著

3、高等教育出版社 应用胶体化学 候万国等编著 科学出版社 界面与胶体的物理化学 李葵英等编著 哈尔滨工业大学出版社 应用胶体化学 郑树亮 等编著华东理工大学出版社 胶体与界面化学实验 北京大学出版社 应用表面化学与技术 哈尔滨工业大学出版社,2020/7/25,高等物理化学,0章_引言 1章_固气界面 2章_固液界面 3章_液液界面 4章_表面活性剂及其应用 5章_微乳液及其应用 6章_溶胶凝胶法及其应用 7章_表面膜及其应用 8章_非平衡态热力学简介 9章_非线性化学动力学简介,2020/7/25,高等物理化学(表面与胶体部分)引言,2020/7/25,引言,“学生取得化学学位之后，很可能不知

4、道什么是胶体化学”美国著名胶体化学家 “我们没有专门学过胶体界面化学，然而现在却整天同它打交道”许多工程技术人员的感受,2020/7/25,什么是胶体,实验：将一把泥土放入水中,一杯泥土,泥沙+浑浊的小土粒 （底部）,土中的盐类 形成真溶液,既不下沉、也不溶解的 极为微小的土壤颗粒 称为胶体颗粒；含胶体 颗粒的体系称为胶体 体系,可见：胶体是一个具 有巨大相 界面的分散体系,2020/7/25,胶体的初步认识,1861年英国科学家T.Graham 在应用于分析的液体扩散指出： 无机盐、糖等易于透过半透膜易形成晶态晶体 蛋白质、明胶等不易透过半透膜易形成胶态胶体,2020/7/25,胶体的再认识

5、,1905年俄国科学家对200余种物质实验上述划分是错误的。此种分类并未说明胶体本质。因为二者无明显界限。适当条件下可相互转化（如盐在酒精中）。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。,2020/7/25,胶体的定义,特异的定义使胶体与界面化学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。即尺寸在10-9 - 10-6 m（1nm1um）的质点。,2020/7/25,国际纯粹化学与

6、应用化学联合会（IUPAC）,分散体系是指一种或几种物质以一定的分散度分散在另一种物质中形成的体系 以颗粒分散状态存在的不连续相称为分散相；而连续相称为分散介质 颗粒某一线度大于1000nm，粗分散体系 颗粒某一线度小于1nm，真溶液体系 颗粒某一线度为11000nm 胶体体系,2020/7/25,胶体化学的研究内容,分散体系,分散体系的形成与稳定,光学性能、流变性能 智能流体、电磁流变体,界面现象,润湿、吸附、界面 电现象、界面双电层 结构,有序组合体,纳米材料,生物膜、仿生膜、溶液中的有序分 子组合体,2020/7/25,胶体化学研究的三个领域,分子胶体（亲液溶胶） 缔合胶体（表面活性剂胶

7、束溶液） 粗分散体系和溶胶（憎液溶胶）,2020/7/25,胶体分散体系分类,液溶胶： 分散介质为液体 灭火泡沫（GL）； 牛奶 （LL）； 墨水（SL） 固溶胶：分散介质为固体 泡沫塑料（GS）； 珍珠（LS）； 有色玻璃（SS） 气溶剂：分散介质为气体 雾（LG） ； 烟尘（SG）,2020/7/25,界面与界面化学的定义,界面：相邻两相的界面区域。一般厚度在一个分子以上。若两相中一相为气相则称此界面为表面。 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。,2020/7/25,几何学界面与化学界面的区别,几何学界面：二维无限伸展，有面积、无厚度。 化学界面：是

8、一个区，在该区中从一相之性质变为邻相之性质。此种转变至少在分子大小的距离才能表现出来。故表面有厚度（二维有限）。而非简单的几何面。 界面类型：气/液气/固液/液固/液固/固（合金）,2020/7/25,胶体与界面化学的关系,胶体的基本特性： 特有的分散程度、多相性、聚结不稳定性 研究物质的界面特性界面化学 表面张力、表面能、表面现象、表面吸附、 单分子膜、表面润湿等 研究一群质点所构成的分散体系的性质 胶体化学 动力性质、电性质、光学性、流变性质、胶体的聚结与稳定性等,2020/7/25,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：

9、水滴半径1cm54cm2/mol水表面分子3ppm 水滴半径10nm5.4x107cm2/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60m2,2020/7/25,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、富兰克林等科学家、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de Gennes的获奖演讲即以“sofer matter”为题。 应用于矿物浮选、石油开采、食品加工、制药、纺织等工业领域,

10、2020/7/25,胶体的发展简史,陶瓷制造，有史以前 纤维造纸，汉朝 墨水，后汉 豆腐、面食和中药制剂等都与胶体化学有关 古埃及利用木材浸水膨胀来破裂山岩 1777年瑞典Scheele的木炭吸附气体实验,2020/7/25,胶体的发展简史,1809俄国化学家PeHcc，土粒电泳现象; 1829 英国植物学家Brown，花粉的布朗运动; 1845 法国人Ebelmen，Silica gels, (Manufacture de Ceramiques de Sevres); 1853 Farady, 实验室Gold sol, oldest sol, still stable now days; 1

11、861 Thomas Graham, 胶体化学作为一门学说; colloid胶体, sol溶胶, gel凝胶, peptization胶溶, dialysis渗析, syneresis离浆 1870 Cossa, alumina sol 1902 Zsigmondy胶体化学 1903 Zsigmondy发明超显微镜，体系多相性,2020/7/25,胶体的发展简史,1861年胶体化学作为一门学科，创始人英国科学家Thomas Graham 1907年 第一本胶体化学专门刊物胶体化学和工业杂志创刊；（胶体化学真正作为一门独立学科） 国内目前尚无一本正式出版的胶体与界面化学杂志,2020/7/25,

12、中国胶体与界面化学的发展,1954年 傅鹰院士（北京大学） 中国胶体化学的奠基人之一 1955年 戴安邦院士（南京大学） 中国有了第一批胶体化学毕业生 20世纪90年代以前，只有北京大学、南京大学、山东大学、华东师范大学有胶体一界面化学的研究机构 1983年在北京大学召开全国第一届胶体与界面化学会议，2002年在山东大学召开第九届全国会议。 2004年在陕西师范大学召开第十届全国会议 2006年在北京召开胶体与界面化学国际会议,2020/7/25,胶体与界面化学涉及的应用领域,农业 生物学与医学 日用品的生产与使用 轻工业 环境科学 分析化学 材料 海洋科学 天文与气象学 油田开发 电化学,2

13、020/7/25,胶体与界面化学涉及的应用领域,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 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、涂料等 日用品中的牛奶、豆浆等 石油工业中的油品回收、乳化风 电化学中电镀、电池、表面处理（磷化）,2020/7/25,胶体与界面化学涉及的应用领域,气溶胶、烟雾的形成与大气污染 水净化与污水处理 毒气与毒剂的吸附 黏土矿物的表面改性与应用 人工降雨 天然水体中的胶体悬浮物与环境污染物之间的界面化学行为 液膜分离

14、技术与废水处理,2020/7/25,胶体界面化学的应用与发展前景,胶体界面化学是一门与实际应用密切结合的学科 现代科学仪器的发展为胶体界面化学的研究提供全新的手段 近代化学和物理的成就促进了胶体界面化学基础理论问题的探讨 生物物理、生物化学、环境学、地矿学、天文学等领域的研究成就吸取了胶体界面化学的理论和方法，同时给胶体界面化学带来了广阔的研究空间,2020/7/25,胶体界面化学的应用与发展前景,1.利用近代物理或化学理论解决胶体与表面化学中的基本理论等问题;量子化学研究吸附与催化;分形理论研究胶粒形貌等2.现代精密仪器和方法的应用: 力学显微镜研究胶粒间的力及表面上分子原子的形态;能谱仪研究分子间的相互作用.,2020/7/25,胶体界面化学的应用与发展前景,3.胶体与界面化学的方法用于医学、生理、环境、土壤、大气、海洋湖泊等学科 （1）新产品开发：组装分子器件、超细材料 （2）老产品的升级换代：洗涤剂、化妆品、颜料、 复印碳粉等 （3）旧工艺更新：单分散固态胶粒的制造与收集、 采油工艺等,2020/7/25,思考：与界面现象相关的几个问题,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？ 天空为什么会下雨？人工降雨依据什么原理？向高空抛撒粉剂为