胶体与表面化学期末复习资料老马押题小组出品.docx
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胶体与表面化学期末复习资料老马押题小组出品
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。
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。
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；
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；
距离很近，吸引力占优，总势能为负值
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。
界面现象与吸附
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；
表面张力：
增加单位面积所消耗的功；
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。
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；
测定液面表面张力的方法：
毛细管上升法；
环膜法；
气泡最大压力法；
旋滴法；
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；
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；
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；
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。
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；
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；
表面活性剂
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。
表面活性剂分类：
按离子类型分类：
离子型
①阳离子型
羧酸盐
磺酸盐
硫酸酯盐
磷酸酯盐
②阴离子型
伯胺盐
仲胺盐
叔胺盐
仲胺盐
③两性型
氨基酸型
甜菜碱型
非离子型
聚氧乙烯型
多元醇型
按溶解性分类：
水溶性表面活性剂、油溶性表面活性剂；
按分子量分类：
高分子、中分子、低分子；
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
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）
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）
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。
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。
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。
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。
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；
影响CMC的因素
同系物中，若亲水基相同，亲油链越长，CMC越小；
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；
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；
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；
含氟表面活性剂的CMC比同类型、同碳数的活性剂CMC小得多；
无机盐对表面活性剂CMC影响显著；
长链极性有机物对CMC也有影响，链越长，对CMC影响越大。
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；
吸附：
某一组份在相界面上浓集、聚集、富集的现象；
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。
乳状液
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。
类型：
①O/W②W/O③多重乳状液（W/O/W或O/W/O）
乳状液的制备
混合方式
机械搅拌②胶体磨③超声波乳化器④均化器
乳化剂的加入
转相乳化法②瞬间成皂法③自然乳化法
影响分散度的因素：
分散方法、分散时间、乳化剂浓度；
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；
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；
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；
破乳方法：
化学法、顶替法、电破乳法、加热法、机械法；
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）
吸附作用和吸附剂
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。
吸附质：
被吸附的物质（气体或液体）
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；
物理吸附和化学吸附
物理吸附
化学吸附
吸附力
范德华力
化学键力
吸热学
近似于液化热，约几千卡/克分子
近似于反应热，大约10卡/克分子
选择性
无
有
吸附层
单层或多分子层
单分子层
吸附速度
快，不需要活化能
慢，需要活化能
可逆性
可逆
不可逆
发生吸附的温度
低于吸附临界温度
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；
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；
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：
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；
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）
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）
凝胶
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。
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；
分类：
按质点的性质和连结特点：
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；
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）
制备方法：
改变温度、加入非溶剂、加入盐类、化学反应。
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。
负触变作用：
在切力作用下形成凝胶静置后形成溶胶。
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；
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；
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。
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