胶体与界面化学复习题库Word文件下载.docx
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2.举例说明什么是弹性和非弹性凝胶?
由柔性的线性大分子物质,如洋菜吸附水蒸气先为单分子层吸附,然后转变为多分子层吸附,硫化橡胶在苯蒸气中的吸附则是从一开始即为多分子层吸附。
这类凝胶的干胶在水中加热溶解后,在冷却过程中便胶凝成凝胶。
如明胶、纤维素等,在水或水蒸气中都发生吸附。
不同的吸附体系,其吸附等温线的形状不同,弹性凝胶的吸附与解析通常会形成较窄的滞后圈。
由刚性质点(如SiO2、TiO2,V2O5、Fe2O3等)溶胶所形成的凝胶属于非弹性凝胶,亦称刚性凝胶。
大多数的无机凝胶,因质点本身和骨架具有刚性,活动性很小,故凝胶吸收或释出液体时自身体积变化很小,属于非膨胀型。
通常此类凝胶具有多孔性结构,液体只要能润湿,均能被其吸收,即吸收作用无选择。
这类凝胶脱水干燥后再置水中加热一般不形成原来的凝胶,更不能形成产生此凝胶的溶胶,因此这类凝胶也称为不可逆凝胶。
3.试述凝胶形成的基本条件?
1降低溶解度,使被分散的物质从溶液中以“胶体分散状态”析出。
②析出的质点即不沉降,也不能自由行动,而是构成骨架,在整个溶液中形成连续的网状结构。
4.凝胶形成的方法有哪几种?
改变温度转换溶剂加电解质进行化学反应
5.凝胶的结构分为哪4种类型?
A球形质点相互联结,由质点联成的链排成三维的网架Ti02、Si02等凝胶。
B棒状或片状质点搭成网架,如V205凝胶、白土凝胶等。
C线型大分子构成的凝胶,在骨架中一部分分子链有序排列,构成微晶区,如明胶凝胶、棉花纤维等。
D线型大分子因化学交联而形成凝胶,如硫化橡胶以及含有微量:
二乙烯苯的聚苯乙烯都属于此种情形。
6.溶胶≒凝胶转变时有哪些现象?
转变温度(大分子溶液转变为凝胶时,无严格恒定的转变温度,它往往与冷却快慢有关,并且凝点(胶凝温度)常比熔点(液化温度)低.两者相差可达(10-20)度或更大些。
)
热效应(大分子溶液形成凝胶时常常放热,这可视为结晶作用的潜热)
光学效应(溶胶转变为凝胶时,Tyndall效应(光散射)增强,这是由于质点增大、水化程度减弱的缘故)
流动性质(溶胶转变为凝胶后流动性质变化很大,溶胶失去流动性.凝胶获得了弹性、屈服值等)
电导(溶胶胶凝后,体系的电导无明显变化)
凝胶表面的亲水性(溶胶中的质点表面若具有亲水性基团,则胶凝后其表面仍具有亲水性)
7.要制备很浓的明胶溶液而又不使胶凝,应加入什么物质比较好?
为什么?
(P147)
导电和扩散等,还可以是凝胶中的物质和外加溶液间的化学反应,也可以是两种溶液在凝胶中进行化学反应。
8.什么是凝胶的触变作用?
简单叙述其机理?
由于在外力作用下体系的粘度减小,流动性变大.因此这个现象习惯上也称为切稀。
机理:
颗粒之间搭成架子,流动时架子被拆散。
之所以存在触变性是因为被拆散的颗粒再搭成架子时需要时间
9.什么是负触变作用?
绝大部分为什么体系?
与触变作用相反的现象是负触变作用。
此体系的基本持点是在外力(切力或切速)作用下体系的粘度升高,但静置一段时间后粘度又恢复原状,出现顺时针方向的滞后团。
显然,负触变现象正好与触变性相反.是一种具有时间因素的切稠现象。
具有负触变性的体系绝大部分为高分子溶液,例如SiO2、钠蒙脱土等悬浮液中加入高分子溶液(如聚丙烯酰胺水解溶液),在一定的条件下出现负触变作用。
10.什么是离浆作用?
离浆就是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。
又称“脱水收缩”“出汗”。
作用的原因:
是由于溶胶在形成具有网状结构的凝胶后,粒子之间的距离还不是最小的,粒子之间仍继续互相作用,
使粒子进步靠近和更完全地定向,从而使凝胶的骨架收缩.于是一部分液体被从粒子间挤压出来,产生“出汗”离浆现象。
11.什么是凝胶的有限膨胀和无限膨胀?
其膨胀速度符合什么动力学特征?
凝胶的膨胀(溶胀)作用,是指凝胶在液体或蒸气中吸收这些液体或蒸气时.使自身质量、体积增加的作用。
膨胀作用是弹性凝胶所特有的性质。
无限膨胀,即开始时凝胶吸收液体而体积增大,但最终完全溶解成溶液,又名溶胀作用。
有限膨胀,凝胶吸收—定量的液体后并不转变成溶胶,如明胶在冷水中、硫化橡胶在苯中。
凝胶的膨胀速度符合一级反应的动力学方程式
式中,S为膨胀度,即凝胶在膨胀时间为t时吸收的液体量;
Smax为吸收液体的最大量(平衡态下);
K为膨胀速度常数。
12.试述凝胶膨胀的两个阶段。
第一阶段——形成溶剂化层。
即溶剂分子很快地钻入凝胶中,与凝胶大分子相互作用形成溶剂化层。
这个阶段时间很短,速度快,表现出的特征有:
1)液体的蒸气压很低
(2)体积收缩凝胶膨胀时,凝胶的体积增大,但就整个体系说,其增量比吸收的液体体积为小。
(3)伴有放热效应凝胶膨胀时放出的热叫膨胀热(4)溶剂熵值降低由于溶剂化层中液体分子排列有序,故体系的熵值降低。
第二阶段——液体的渗透和吸收。
在这个阶段中.液体的吸收量是干胶质量的几倍、几十倍,同时也没有明显的热效应和体积收缩现象。
凝胶的体积也大大增加,凝胶干燥时,这部分的液体也容易释出
13.物质在凝胶中扩散速率减慢的原因是什么?
扩散物质的分子越大,在凝胶中的扩散速率越慢
14.试述凝胶色谱(GPC)技术的基本原理?
分子大小不同的混合物溶液通过用凝胶颗粒填充的色谱柱时,尺寸越小的分子进入网络的机会越多,在其间停留的时间也越长。
反之,尺寸较大的分子进入网络的机会较小,甚至不能进入网络之中,只能停留在凝胶颗粒之间的缝隙中。
当以溶剂淋洗色谱柱时,被吸附在色谱柱上的物质将按分子的尺寸,从大到小的顺序依次被淋洗下来,从而达到分离的目的。
这正是凝胶色谱(GPC)技术的基本原理。
15.试用Ostwald的过程和理论解释Liesegang环现象。
当高浓度的AgN03溶液由中心向四周扩散时,遇到K2Cr207发生化学反应并生成橙红色的Ag2Cr207沉淀环。
第一环沉淀形成后,环外地带的K2Cr2O7浓度变得很低,成为空白区。
在此区域内难以满足形成Ag2Cr207沉淀的过饱和条件,所以无沉淀生成。
AgN03溶液越过空白区后,重又与K2Cr2O7反应并形成第二个沉淀环,依此类推,但各环的间距逐渐变大,沉淀环也逐渐变宽和变得模糊。
16.形成Liesegang环的必要条件是什么?
物质在扩散过程中无对流和扰动是形成Liesegang环的必要条件
17.目前高吸水性材料其吸水量约可达自身质量的多少倍?
这些聚合物的吸水量可达到自身质量的500—1000倍,最高的达5300倍
18.试述高吸水性凝胶的结构、组成和吸水性能的关系。
高吸水性材料不仅应含有相当多的亲水基因,而且本身还要不溶于水。
超强吸水剂为弹性凝胶,吸水后形成水凝胶:
凝胶的种类不同,结构不同,其吸水能也大有不同离子性聚合物的亲水性比非离子性聚合物强。
吸水能力强,在离子性聚合物中,离子化程度越高,吸水能力越强。
超强吸水剂有很强的吸水能力,但从使用角度考虑,它应不溶解于水。
聚丙烯酸类吸水剂有很强的吸水能力,但易水溶,为解决此问题,合成时应加入适量交联剂甲醛(或环氧氯丙烷等)。
在制备超强吸水剂时,同种类型凝胶的一般规律是:
交联度增加,吸水能力降低;
但交联度太低,又可使凝胶吸水时成为无限膨胀。
19.什么是高吸油性树脂?
其吸油能力主要起源于什么作用力?
吸油材料是一种用于处理废油的功能性材料。
它主要用于原油泄漏、工厂机器渗漏油和食品废油的处理等。
20.高吸油树脂的吸油机理是什么?
吸油树脂通常都是由亲油单体构成的,具有适当交联度的三维网状结构的聚合物,因而树脂内部均有一定的微孔。
当树脂与油品接触时,开始油分子向微孔中扩散,当进入一定量的油分子后,高分子链段发生溶剂化(vanderWaals力),当油分子进入足够多时,则高分子链段伸展并发生溶胀。
溶胀过程中交联点之间分子链的伸展又会降低其构象熵值,ΔG=ΔH-TΔS,ΔG增加,这必然引起分子网的弹性收缩力,力图使分子网收缩,最后这两种相反的倾向达到平衡,并表现出一定的吸油率。
21.水凝胶中的水、按作用力的强弱可分为哪4种状态?
①靠氢键与吸水剂相互作用的水②亲水基团周围的极化水层③网络微孔中的水④颗粒间隙和大孔中的水
22、什么是气凝胶?
有哪些主要特点和用途?
当凝胶脱去大部分溶剂,使凝胶中液体含量比固体含量少得多,或凝胶的空间网状结构中充满的介质是气体,外表呈固体状,这即为干凝胶,也称为气凝胶。
气凝胶是一种固体物质形态,世界上密度最小的固体。
气凝胶貌似“弱不禁风”,其实非常坚固耐用。
它可以承受相当于自身质量几千倍的压力,在温度达到1200摄氏度时才会熔化。
此外它的导热性和折射率也很低,绝缘能力比最好的玻璃纤维还要强39倍。
用途:
(1)制作火星探险宇航服
(2)防弹不怕被炸
(3)过滤与催化(4)隔音材料(5)日常生活用品
二、表面活性剂的洗涤作用
1.如何评价洗涤剂性能的优劣?
衣料洗涤剂去污力测定标准(GB/T13174—91),餐具洗涤剂国家标淮(GB9985—88)通用水基清洗剂国家专业标准(ZB43002—86)•金属材料用水基洗涤剂(HB5226—82,航天部标准)
2.简述液体污垢去除的过程。
液体油污的去除是通过油污的卷缩机理而实现的。
在洗涤之前油污一般以铺展状态存在于物品表面。
此时,在固(S)、液(L)、气(G)三相界面上油污的接触角近于00。
将物品置于洗涤液后,油污由处于固、油、气三相界面上变为处于固、油、水三相的界面上,其界面张力由原来的γSG、γOG和γSO,变为γSW/(固—水)γSO(固—油)和γOW(油—水)于是在洗涤剂的作用下,三个张力发生变化,开始对铺展的油污进行“卷缩”。
卷缩同时发生在固、油、水三相界面上,粘附有油污的固体浸入水中时,固、油、水三相平衡时的状态,当加入水溶性洗涤剂后,由于洗涤剂在固—水界面以疏水基吸附于固体表面,亲水基伸入水中的吸附状态在固—水界面作定向排列使γSW下降,在油—水界面上以疏水基伸进油相,亲水基伸入水相的吸附状态在油—水界面作定向排列降低了γOW,在固—油界面上由于水溶性洗涤剂不溶于油而不能吸附于固—油界面,因此γSO不会发生改变.由于三相界面上的张力发生变化,为了使杨氏方程达成新的平衡,γOWcosθ必须增大,因此θw必须减少,油污就会逐渐地被卷缩
3.油污完全去除的条件是什么?
当洗涤液在固体表面的接触角θw=0O即油在固体表面的接触角θo=180O时,油污可以自发地脱离固体表面,若90<
θo<
180时,油污不能自发地脱离表面,但可在流动的水中因水的冲刷力而使其变形伸长,再加之油水密度差而产生的浮力,使油污完全去除。
洗涤物品亲油性较强当θo=00~900,即使在较强的流水冲刷力下,再加上浮力也不能使油污完全除去,但可通过加溶方式除去