第一章 绪论
1.相:体系中物理化学性质完全相同的均匀部分; 2.界面:相与相之间的交界面; 3.表面:一相为气相的界面;
4.比表面:单位体积或重量的物质所具有的总表面积; 5.胶体化学:研究胶体体系的科学;
6.表面化学:研究发生在物质表面或界面上的物理化学现象的一门学科;
7.胶体:粒子大小1~100nm,热力学不稳定,动力学稳定,扩散速度慢,不发生渗析,能通
过滤纸,在超显微镜下可见;
8.胶体分类:按分散介质可分为“气、液、固溶胶”。
第二章 胶体的制备
1.胶体制备的一般条件:①分散相在介质中的溶解度必须极小,反应物浓度很稀,生成难溶
物晶体颗粒很小,不具备长大条件; ②必须有稳定剂存在;
2.胶体制备方法: (一)分散法
①机械分散法:适用于脆而易碎的物质,对于柔韧性物质必须先硬化再粉碎。
②电分散法 :将金属做成两个电极,浸在水中,盛水的盘子放在冷浴中。在水中加入少
量氢氧化钠做稳定剂。制备时在两电极上施加100V左右的直流电,调节电极间距离,使之发出电火花,这时表面金属蒸发,是分散过程,接着金属蒸汽立即被水冷却而凝聚成凝胶。
③超声波分散法:将分散相和分散介质两种不混溶的液体放在样品管中,样品管固定在变
压器油浴中。在两电极上通入高频电流,使电极中间的石英片发生机械震荡,使样品管中的两个液相均匀地混合成乳状液。
④溶胶分散法:新生成的沉淀中加入电解质或改变体系温度而形成溶胶体系。 (二)凝聚法:用物理方法或化学反应使分子、离子狙击成胶体粒子的方法。 (1)物理凝聚:将蒸汽状态或溶解状态的物质凝聚成胶体状态的方法。 ①蒸汽骤冷法;②更换溶剂法;
(2)化学凝聚:通过各种化学反应使生成物呈过饱和状态。使初生成的难溶物微粒结合
成胶粒,在少量稳定剂存在的条件下形成溶胶。
3.溶胶的净化方法
(一)粗粒子:过滤、沉降、离心;
(二)电解质:渗析、电渗析、超过滤、渗透与反渗透
4.单分散溶胶定义:溶胶粒子的尺寸、形状、结构都相同的溶胶体系; 5.单分散溶胶制备理论(LaMer)
控制溶质的过饱和浓度,使之略高于成核浓度,爆发式成核。晶核形成后,使溶液浓度迅速降低,低于最低成核浓度但略高于饱和浓度,使已形成晶核以相同的速度长大,形成单分散溶胶。
第三章 溶胶的运动性质
1.Brown运动:1827年,植物学家Brown在显微镜下观察到悬浮在液面的花粉粒子不断地
做着无规则运动。
2.扩散定义: 由于分子热运动和Brown运动,在有浓度梯度存在时,可以观察到胶体粒
子从高浓度区向低浓度区定向迁移的现象。
3.Brown运动和扩散关系:Brown运动是扩散的微观基础,扩散是Brown运动的宏观表现。 4.丁达尔效应
①定义:若令一束会聚光通过溶胶,从侧面可看见一明亮光带。 ②本质:光是一种电磁波,照射到溶胶时,分子表面电子分布发生位移从而产生受迫振动,
这种偶极子像小天线一样向四周发射和入射光频率相同的光,这就是散射光,
5.散射光光强影响因素:
①与入射光波长的四次方成反比; ②与单位体积粒子数成正比; ③与每个粒子体积平方成正比;
④和分散相的折射率与分散介质的折射率的差值成正比。 6.电学性质:主要指胶体体系的电动现象;
7.电泳:在外加电场作用下,胶体粒子做定向迁移的现象。
8.电渗析:在外加电场作用下,带电的介质流经多孔膜或毛细管作定向移动。
9.流动电势:含有离子的液体在外力的作用下,流经多空塞或毛细管时会产生电势差,这种
因带电介质流动产生的电势称为流动电势。
10.沉降电势:在重力场或离心力场作用下,带电的分散相粒子在分散介质中迅速沉降,使
底层和顶层粒子浓度悬殊,从而产生电势差,即为沉降电势。
11.质点表面电荷来源: ①电离 ②吸附
③晶格取代:粘土矿物中的硅氧四面体中的硅离子被铝离子取代,铝氧八面体中的铝离子
被镁离子、钙离子、亚铁离子取代从而使粘土颗粒带负电。
④非水物质带电:由于质点和介质争夺电子能力不同,而使介质带负电。 12.胶团结构
①校核:组成胶粒核心的固态颗粒; ②胶粒:校核和一部分反粒子形成胶粒;
③胶团:胶粒与扩散层中所有的反粒子形成胶团; ④溶胶:胶团分散于介质中形成溶胶。
13.法杨司法则:能与晶体组成粒子形成不容物的离子优先被吸附,但优先吸附相同成分的
离子。
14.胶体流型:
①塞流:流动慢,速度大约一致; ②层流:分层流动,每层都不同; ③紊流:不规则,乱流;
15.牛顿流体:剪切应力和剪切速率成正比关系。
16.塑性流体:
①不过原点,在t轴上有截距t0 ;
②在低剪切速度为曲线(网格破坏小于网格形成速度); ③中高剪切速率范围为直线段; 17.假塑性流体:
①曲线过原点,一触即动(无网格结构或有脆弱且不连续的网状结构);
②没有直线段(剪切速率增大,体系中不规则状态的粒子沿流动方向转向或形变,流动阻
力减小。
18.胶体的稳定性:指胶体的某种性质(分散相浓度、颗粒大小、体系粘度、密度)有一定
稳定性。
19.热力学稳定性:胶体为多分散体系,有巨大的界面能,热力学不稳定; 20.动力学稳定性:指在重力场和离心力场中,胶粒从分散介质中离析的程度; 21.聚集稳定性:指体系的分散度是否随时间变化;
22.DLVO理论:溶胶在一定条件下是稳定还是聚沉,取决于粒子间的相互吸引力和静电斥
力,若斥力大于吸引力,则溶胶稳定,反之不稳定。 23.DLVO理论基本观点:
胶粒带电,使粒子间产生静电斥力。同时,胶粒表面水化,具有弹性水膜,也起到斥力的作
用,从而阻止胶粒的聚集。 24.胶体势能:
胶团之间存在着斥力势能和引力势能,系统的总势能是斥力势能和引力势能的和。 ① 胶团距离较远时,离子场未重叠,吸引力起主导作用,总势能为负值; ② 距离缩短,离子场重叠,斥力起主导作用,总势能由负变正,达到一定距离时,总位能
达到最大值,即能峰,越过能峰,总势能急剧下降; ③ 距离很近,吸引力占优,总势能为负值 ④ 再靠近,斥力势能又激增,意味两粒子不可无限重合。
25.聚沉值:使一定量溶胶在一定时间内完全聚沉所需的电解质最小浓度,离子价数越低,其聚沉值越大。
26.聚沉能力:是聚沉值的倒数,聚沉值越大的电解质,聚沉能力越小。
27.敏化作用:当加入大分子物质的量少时,憎液溶胶胶粒粘附于大分子上,大分子起一定的桥梁作用,把胶粒联系在一起,使之更容易聚沉。
28.金值:当憎液溶胶中加入足量大分子溶液后,大分子吸附在胶粒周围,起保护溶胶作用,用金值作为大分子保护溶胶能力的量度,金值小,保护能力强。
第四章 界面现象与吸附
1. 净吸力:相界面上的分子收到一个垂直于液体表面,指向液体内部的“合吸力”,常称
为净吸力;
2. 表面张力:增加单位面积所消耗的功;
3. 表面自由能:相界面上的分子受力不平衡,合力指向液体内部,使相界面上的分子有向
溶液内部运移的趋势和能量,这个趋势和能量就是表面自由能。
4. 分子间引力引起净吸力,净吸力引起表面张力;表面张力与液面相切或平行,而和净吸
力相互垂直;
5. 测定液面表面张力的方法:
① 毛细管上升法; ② 环膜法; ③ 气泡最大压力法; ④ 旋滴法;
6. 饱和蒸汽压:一定温度下与液体处于相平衡的蒸汽所具有的压力;
7. 润湿现象:表面上的一种流体被另一种流体所取代的过程,即固体表面上的气体被液体
取代的现象;
8. 粘附功:在沾湿过程中,等温等压条件下,单位面积液面与固体表面粘附时对外所做的
最大功;
9. 润湿角:液体滴在固体表面上,在平衡液滴的气、液、固三相交界点处做气-液界面的切
线,此切线与固-液交界线之间的夹角。
10. 铺展系数:恒温恒压下,铺展单位面积时,体系表面自由能的降低或对外做的功; 11. 浸润热:恒温恒压下,浸润单位面积固体体系表面自由焓的变化;
第五章 表面活性剂
1. 表面活性剂:一种在很低浓度就能够大幅度降低溶剂的表面张力或者液-液界面张
力,改变体系的界面状态,从而产生润湿、反润湿、乳化、破乳、分散、聚集、气泡、消泡以及增溶等一系列作用的化学物质。 2. 表面活性剂分类:
(一) 按离子类型分类:
(1) 离子型 ①阳离子型
a. 羧酸盐 b. 磺酸盐 c. 硫酸酯盐 d. 磷酸酯盐 ②阴离子型
a. 伯胺盐 b. 仲胺盐 c. 叔胺盐 d. 仲胺盐 ③两性型 a. 氨基酸型 b. 甜菜碱型 (2) 非离子型
a. 聚氧乙烯型 b. 多元醇型
(二) 按溶解性分类:水溶性表面活性剂、油溶性表面活性剂; (三) 按分子量分类:高分子、中分子、低分子;
(四) 按用途分类:润湿剂、乳化剂、增溶剂、分散剂、絮凝剂、起泡剂、消泡
剂
3. Krafft点:离子型表面活性剂在低温时溶解度较低,随着温度升高,溶解度缓慢升
高,达到某一温度后其溶解度迅速增加,这个温度称为Krafft点。(Krafft点越低越亲水)
4. 浊点:非离子型表面活性剂的溶解度随着温度升高而降低,当溶液出现浑浊时的温
度称为非离子表面活性剂的浊点。(浊点越高越亲水)
5. HLB值:亲油亲水平衡值,表征表面活性剂分子亲油亲水特性的参数。
6. HLB值的计算:现用的HLB值均以石蜡的HLB值=0,油酸的HLB值=1,油酸钾
HLB值=20,十二烷基硫酸钠HLB值=40,非离子表面活性剂HLB值处于1~20之间,离子型表面活性剂HLB值在20~40之间。
7. 胶束的定义:表面活性剂是两亲分子,溶解在水中达到一定浓度时,其非极性部分
会自相结合,形成聚集体,使憎水基向内,亲水基向外,这种多分子聚集体称为胶束。
8. 临界胶束浓度(CMC):胶束开始明显形成时溶液中表面活性剂浓度。 9. CMC测定方法:表面张力法、电导法、折光指数法、染料增溶变色法;
10. 影响CMC的因素 ① 同系物中,若亲水基相同,亲油链越长,CMC越小; ② 亲油基中烷基相同时,非离子表面活性剂的CMC比离子型表面活性剂小得多; ③ 亲油基中烷基相同时,无论是离子型还是非离子型,亲水基的亲水基越强,则CMC
较大,但影响较小; ④ 分子中原子种类和个数皆相同的活性剂,亲水基变化程度越高,CMC越大; ⑤ 含氟表面活性剂的CMC比同类型、同碳数的活性剂CMC小得多; ⑥ 无机盐对表面活性剂CMC影响显著; ⑦ 长链极性有机物对CMC也有影响,链越长,对CMC影响越大。 ⑧ 混合表面活性剂对CMC的影响:
离子型表面活性剂的混合物对CMC的影响:
两个链长不同的表面活性剂的同系混合物,链越长,降低CMC的能力越强;
12. 吸附:某一组份在相界面上浓集、聚集、富集的现象;
13. 增溶作用:表面活性剂使难溶或微溶于水的有机物的溶解度显著增加的作用。
第六章 乳状液
1. 乳状液定义:乳状液是指两种不相混溶的液体,其中一种液体以极小的液滴的形式
均匀分散到另一种液体当中构成的分散体系。
2. 类型:①O/W ②W/O ③多重乳状液(W/O/W或O/W/O) 3. 乳状液的制备
(一) 混合方式 ① 机械搅拌 ②胶体磨 ③超声波乳化器 ④均化器
(二) 乳化剂的加入 ① 转相乳化法 ②瞬间成皂法 ③自然乳化法
4. 影响分散度的因素:分散方法、分散时间、乳化剂浓度;
5. 乳状液类型的鉴别:稀释法、染色法、导电法、观测法、滤纸润湿法;
6. 乳状液类型影响因素:分散相体积、几何因素、液滴聚结速度、乳化剂的溶解度; 7. 乳状液稳定性影响因素:乳状液是热力学不稳定体系、油水间界面膜的形成、界面
电荷、乳状液的粘度、粉末乳化剂的稳定作用;
8. 破乳方法:化学法、顶替法、电破乳法、加热法、机械法;
9. 微乳液:由水、油、表面活性剂、助表面活性剂等四个组份以适当的比例自发形成
的透明或半透明的稳定体系,称之为微乳状液(0.01~0.20μm之间)
第七章 吸附作用和吸附剂
1. 吸附作用:因为物体表面上的原子或分子力场的不饱和,有吸引其他分子的能力。 2. 吸附质:被吸附的物质(气体或液体)
3. 吸附剂:吸附别的物质的物质,吸附剂为固体且常为多孔性固体; 4. 物理吸附和化学吸附 吸附力 吸热学 选择性 吸附层 吸附速度 可逆性 发生吸附的温度 物理吸附 范德华力 近似于液化热,约几千卡/克分子 无 单层或多分子层 快,不需要活化能 可逆 低于吸附临界温度 化学吸附 化学键力 近似于反应热,大约10卡/克分子 有 单分子层 慢,需要活化能 不可逆 远高于吸附质费点 联系:
①区别不是绝对的,有时两者相伴发生; ② 在同一吸附系统,低温下是物理吸附,高温下是化学吸附,物理吸附可为化学吸附
提供能量、创造条件; ③ 无论是物理吸附还是化学吸附,随着温度升高,吸附量减小(放热过程); 5.吸附曲线:固体吸附气体时,吸附量和温度、压力的关系曲线;
6.吸附等温线:一定温度下,改变气体的压力,测定平衡吸附量,做吸附量压力曲线 ,
此曲线称为吸附等温线。
7.吸附等压线:一定压力下,改变气体的温度,测定平衡吸附量,做吸附量温度曲线。 8.Langmuir吸附等温式: 基本假设: ① 只有碰撞在空白表面的分子才能被吸附(弹性碰撞),若分子碰撞在已被吸附的分
子上,则产生弹性碰撞; ② 任何吸附分子从固体表面跃回气相的可能性不受周围气体分子影响(分子间无作用
力) ③ 无论分子吸附在哪一个位置,所释放出的热量都是相同的(固体表面均匀)
第八章 凝胶
1. 凝胶:具有固体特征的胶体体系。被分散物质形成连续的网状骨架,骨架空隙中充
有液体或气体,分散相含量低,一般在1%~3%之间。
2. 胶凝过程:指一定浓度的溶胶或高分子溶液在放置过程中自动形成凝胶的现象; 3. 分类:按质点的性质和连结特点:
① 弹性凝胶:是由柔性大分子(聚合物)形成凝胶,具有可逆性,形成
的凝胶体系具有弹性; ② 非弹性凝胶:由刚性质点,溶胶形成的非弹性凝胶,刚性,不可逆(二
氧化硫、二氧化钛、五氧化二钒、三氧化二铁)
4. 制备方法:改变温度、加入非溶剂、加入盐类、化学反应。
5. 触变作用:凝胶在切力作用下形成溶胶,再静置后又形成凝胶,多次重复,溶胶凝
胶性质无明显变化。
6. 负触变作用:在切力作用下形成凝胶静置后形成溶胶。
7. 屏蔽作用:静置时,高分子吸附粘土颗粒,屏蔽高分子间的吸引力,体系粘度降低; 剪切时,颗粒脱附,高分子吸引力增强,体系粘度增加; 8. 聚集作用:流动时,高分子聚集成双分子形成网状结构即凝胶;
9. 离浆作用:凝胶老化的表现形式,水凝胶在基本上不改变外形的情况下,分离出其
中所包含的一部分液体。此液体是大分子稀溶液或稀的溶胶。 10. 膨胀作用:指凝胶在液体或蒸汽中吸收液体或蒸汽,自身质量、体积增加的现象(适
用于弹性凝胶)