胶体与界面化学复习题库.docx

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胶体与界面化学复习题库

一、凝胶

1.什么是凝胶？

有何特征（两个不同）？

外界条件（如温度、外力、电解质或化学反应）的变化使体系由溶液或溶胶转变为一种特殊的半固体状态，即凝胶。

（又称冻胶）

其一，凝胶与溶胶（或溶液）有很大的不同。

溶胶或溶液中的胶体质点或大分子是独立的运动单位，可以自由行动，因而溶胶具有良好的流动性。

凝胶则不然，分散相质点互相连接，在整个体系内形成结构，液体包在其中，随着凝胶的形成，体系不仅失去流动性，而且显示出固体的力学性质，如具有一定的弹性、强度、屈服值等。

其二，凝胶和真正的固体又不完全一样，它由固液两相组成，属于胶体分散体系，共结构强度往往有限，易于遭受变化。

改变条件，如改变温度、介质成分或外加作用力等，往往能使结构破坏，发生不可逆变形，结果产生流动。

由此可见，凝胶是分散体系的一种特殊形式，共性质介于固体和液体之间。

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？

为什么？

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？

机理：

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