《胶体与界面化学》.docx

1、胶体与界面化学胶体与表面化学复习思考题一、 凝胶1. 什么是凝胶？有何特征（两个不同）？ P1352. 举例说明什么是弹性和非弹性凝胶？P1363. 试述凝胶形成的基本条件？P1374. 凝胶形成的方法有哪几种？P1375. 凝胶的结构分为哪4种类型？P1396. 溶胶凝胶转变时有哪些现象？P1447. 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？P1478. 什么是凝胶的触变作用？简单叙述其机理？P1499. 什么是负触变作用？绝大部分为什么体系？P15110. 什么是离浆作用？为什么？P15111. 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？P153

2、12. 试述凝胶膨胀的两个阶段。P15513. 物质在凝胶中扩散速率减慢的原因是什么？P16114. 试述凝胶色谱（GPC）技术的基本原理？答：实验表明，扩散物质的分子越大，在凝胶中的扩散速率越慢，例如尺寸大于20 nm的溶胶颗粒在凝胶中几乎不能扩散。当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

3、基本原理。15.试用Ostwald的过程和理论解释Liesegang环现象。P16216.形成Liesegang环的必要条件是什么？答：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？答：吸水量可达到自身质量的5001000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。答：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

4、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？答：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？答：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

5、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(van der Waals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，G=H-TS, G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？靠氢键与吸水剂相互作用的水亲水基团周围的极化水层网络微孔中的水颗粒间隙和大孔中的水22.水凝胶中的水按作用力的强弱可分为哪4种状态？23.什么气凝胶？有哪些主要特点和用途？二、表面活性剂的洗涤作用

6、 1如何评价洗涤剂性能的优劣答：衣料洗涤剂去污力测定标准(GBT 1317491)，餐具洗涤剂国家标淮(GB 998588) 通用水基清洗剂国家专业标准(ZB 4300286) 金属材料用水基洗涤剂 (HB 522682，航天部标准) 2简述液体污垢去除的过程答：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G、 和 ，变为 (固水) (固油)和 (油水)于是在洗涤剂的作用下，三个张力发

7、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 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 ,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 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， cos必须增大，因此 w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？答：油污去除的程度均决定于接触角的大小。当

8、洗涤液在固体表面的接触角 w o 即油在固体表面的接触角 O 180时，油污可以自发地脱离固体表面，若 90 o O。5影响洗涤作用的因素有哪些？哪些是主要因素？哪些是次要因素？为什么？答：1.被洗织物和污垢的性质，以及污垢与织物之间的结合状态 2.洗涤液的组成3.洗涤过程的物理和机械条件 4.污垢、被洗物和洗涤液之间的相对数量等5.洗涤温度 6.污垢质点大小6助洗剂有哪些主要类型？在洗涤过程中起何作用？答：在合成洗涤剂中表面活性剂约占l030，助洗剂约占3080。助洗剂中，主要是无机盐，如磷酸钠类、碳酸钠、硫酸钠及硅酸钠等及少量有机助洗剂，通常洗涤助剂应具有以下的功能：与高价阳离子能起螯合作

9、用，软化洗涤硬水；对固体污垢有抗絮凝作用或分散作用；起碱性缓冲作用；防止污垢再沉积。此外还有增稠、抑菌、漂白、增白等作用。7解释肥皂等洗涤剂在使用中出现皂垢和浴缸圈的原理。如何改善？答：皂在使用中抗硬水作用差，水中的钙、镁离子将与肥皂作用生成沉淀，形成皂垢。可通过加入钙皂分散剂来防止皂垢的出现。8简述洗涤过程。答：固体表面污垢+洗涤剂+介质固体表面洗涤剂介质+污垢洗涤剂介质9污垢分为哪几类？答：1、液体污垢；皮脂、动植物油、矿物油(原油、燃料油、润滑油、煤焦油等)。 2、固体污垢 尘埃、粘土、砂、铁锈、灰、碳黑 除此以外一些污垢被称为特殊污垢如：砂糖、淀粉、食盐、食物碎屑及人体分泌物(汗、尿、

10、血液、蛋白质、无机盐)等在常温下它们能被渗透而溶于纤维中，其中有的能通过化学吸附，牢固地吸附在纤维上，难以脱落。10试分析污垢的粘附力。答：1机械力结合 固体尘土的粘附。机械力是一种比较弱的结合力2静电力结合 静电结合力比机械结合力强，所以带正电荷的碳黑、氧比铁之类的污垢附着在带负电荷的纤维上时，很难将此类污垢去除。3.分子间力粘附被洗涤物品和污垢以分子间范德华力(包括氢键)结合4化学结合力 污垢通过化学吸附产生的化学结合力与固体表面的粘附11分析阳离子SAA不作为洗涤剂的原因。答：阳离子表面活性剂不能作为洗涤剂的原因，是因为固体在水中由于易吸附负离子，所以一般表面上是带负电荷的。此外阳离子表

11、面活性剂的第二层吸附是通过范德华相吸力而吸附的物理吸附。若溶液中阳离子表面活性剂浓度降低，很容易脱附，质点表面重又变成疏水的和不带电的，容易发生再度沉积，降低了洗涤效果。12简述主要主洗剂的类型答：表面活性剂是洗涤剂的主要活性物成分，没有表面活性剂就没有合成洗涤剂的存在.表面活性剂的主要类型有：阳离子型、阴离子型、非离子型、两性表面活性剂.13用作抗再沉积剂的羧甲基纤维素钠有什么要求？答：用于洗涤剂中的羧甲基纤维素钠盐的粘度和抗再沉积性与纤维素的聚合度和取代度有关，通常要求纤维分子的聚合度为200500，取代度为0.6-0.7为宜。聚合度太高溶解速度太慢，取代度太低水溶性差会影响在固体和污垢表

12、面的吸附量，取代度太高，羧甲基纤维素钠的水溶性太好也会影响羧甲基纤维素负离子的吸附量。14重垢、轻垢洗衣粉配方各组分的作用及有关要求。15试述洗涤剂的发展趋势。答：(1)浓缩化 (2)温和化、安全化(3)专业化 (4)功能化(5)生态化: 无磷化 表面活性剂生物降解 以氧代氯 16简述光学白度法测定去污力的过程。答：将人工制备的污布放在盛有洗涤剂硬水的玻璃瓶中，瓶内还放有橡皮弹子，在机械转动下，人工污布受到擦洗。在规定温度下洗涤一定时间后，用白度计在一定波长下测定污染棉布试片洗涤前后的光谱反射率，并与空白对照。17SAA临界排列参数与自组排列有何关系？答：表面活性剂分子可以通过定向排列形成多种

13、分子聚集结构。它在表(界)面上可以形成单分子膜，包括气态膜、液态膜、固态膜等；在溶液中可以形成不同形态的胶团、囊泡、液晶、双分子层、多层，以及多种类型的微乳状液等，这就是表面活性剂的自组现象。两亲分子的临界排列参数为CPP，CPP V0 /lc AoV。和 lc，分别代表疏水基的体积和伸展长度；Ao代表亲水基的截面积。CPP13形成球形胶团； 13CPP12形成棒状胶团； 1290，在纤维与纤维间形成的“毛细管”中的液面成凸液面，凸液面的表面张力的合力产生的附加压力P的方向指向液体内部因此有阻止水通过毛细管渗透下来的作用。11简述矿物泡沫浮选的原理。答：矿物浮选法是借气泡浮力来浮游矿石实现矿石

14、和脉石的分离方法。捕集剂以亲水基吸附于矿粉晶体表面晶格缺陷处或带有相反电荷处作定向排列，疏水基进入水相。接触角变大矿粉便有力图从水中逃逸出去的趋势。由起泡剂吸附在气液界面上形成的单分子膜和捕集剂吸附在固液界面上的单分子膜可以互相穿透形成的固液气三相的稳定接触并将矿粉粘附在气泡上。这样在浮选过程中气泡就可以依靠浮力把矿粉带到水面上，达到选矿的目的。12简述有机缓蚀剂的缓蚀作用。答：无论有机缓蚀剂通过何种方式吸附于金属表面，它们均以其疏水的碳氢链伸入水相，在金属表面形成以碳氢链所覆盖的疏水膜，把金属表面由原来的高能表面变为疏水的低能表面，增大了腐蚀介质水在其上的接触角，不易在金属表面铺展，阻止了水

15、的渗入达到对金属的缓蚀目的。13阳离子表面活性剂水溶液为什么能作选择性堵水剂？答：在岩石孔隙壁与水接触时往往由于吸附水中的负离子或因自身的解离而使其岩石孔隙壁带负电荷，因此带正电荷的阳离子表面活性剂就很容易以带正电荷的离子头通过静电引力吸附于岩石孔隙壁带负电荷的部位。14请举出几个润湿剂的应用实例。答：工业上的泡沫浮选矿石、纤维的防油、金属的防锈与缓蚀、农药中的应用、原油开采和运输中的应用等。15举例说明纤维的永久性防水处理。答：1）.防水剂是在水溶液中应用的，织物加热至120150，再经漂洗和干燥可推测，这一处理会使季铵盐分解为酰胺，它能在纤维上形成一种醚键粘附于纤维表面上，具有不透水而能透

16、气的特性。2）. 有机硅聚合物具有硅氧链且有烷基侧链，能提供一种硅氧化合物型表面；能为织物牢牢地束缚住，它能在纤维的缝隙发生交联反应，形成网状结构的表面层，使纤维表面变成疏水性，且保持一定的透气性。16说明有机缓蚀剂在金属表面的吸附状态和非极性剂的屏蔽效应。答：有机缓蚀剂通常是由电负性较大的O、N、和P等原子为中心的极性基和C 原于组成的非极性基(如烷基)所构成。一般，极性基团吸附于金属表面，改变了双电层的结构，提高金属离子化过程的活化能；而非极性基团远离金属表面作定向排布，形成一层疏水的薄膜，成为腐蚀反应有关物质扩散的屏障，这样就使腐蚀反应受到抑制，特别是在腐蚀性强的酸性介质中的缓蚀作用。1

17、7十八胺既防水又防油的道理。答：由于十八胺的单分子膜其临界表面张力c很低，使得水和油不能在其单分子膜上铺展18苯并三氮唑是什么缓蚀剂，为什么？答：苯并三氮唑及其衍生物 苯并三氮唑是铜、银合金的有效缓蚀剂。苯并三氮唑可添加在水溶液中可防止铜变色腐蚀。苯并三氮唑可以与铜形成一种链状的半永久性聚合络合物膜，具有较好的附着性。19说明润湿剂在原油输送中的润湿降阻作用。答：加入含有润湿剂的水溶液，即能在油管、抽油杆和输油管道的内表面形成层亲水表面，从而使器壁对稠油的流动阻力降低，以利于稠油的开采和辅送。20说明阳离子SAA作为原油堵水剂的机理。答：采收原油，遇到油水同层时，应使用选择性封堵剂堵水；阳离子

18、表面活性剂吸附在被水冲刷出来的砂岩表面，使出水层位由亲水转变为亲油，增加了水的流动阻力，起到堵水作用。21说明油溶型缓蚀剂的缓蚀机理。答：1）.缓蚀剂的两亲分子在金属油界面上以极性基吸附于金属表面而非极性的亲油基伸向油中，形成定向吸附的单分子膜，替代了原来的金属高能表面。2）.缓蚀剂的浓度超过临界胶团浓度后，缓蚀剂还会自动聚集生成反胶团，能将油中的腐蚀介质水加溶在胶团中，从而显著地降低了油膜的透水率。22说明活性水驱油的机理。答：当岩石孔壁上吸附了原油中活性物后，由于活性物以极性头吸附在岩石孔壁的高能表面上，因此孔壁被亲油的非极性链形成的膜所覆盖，因此与原油的相容性好，于是残油在其上形成了接触

19、角90的油滴，容易被水流带走，提高了水驱油的效率。四、表面活性剂的起泡和消泡作用23简述泡沫破坏的机制。答：泡沫是气体分散在液体中的粗分散体系，体系存在着巨大的气液界面，是热力学上的不稳定体系。泡沫破坏的主要原因是（1）液膜的排液减薄；重力排液气泡间的液膜，由于液相密度远大于气相的密度，因此在地心引力作用下就会产生向下的排液现象，使液膜减薄。（2）泡内气体的扩散；气泡内气体的扩散，小气泡内的压力大于大气泡内的压力，因此（1）小泡会通过液膜向大泡里排气，使小气泡变小以至于消失，大泡变大且会使液膜更加变薄，最后破裂。（）液面上的气泡也会因泡内压力比大气压大而通过液膜直接向大气排气，最后气泡破灭。2

20、4影响界面膜与泡沫的稳定性的因素有哪些？为什么？答：界面张力，低表（界）面张力有利于泡沫的形成，同时也有利于泡沫的稳定，但是，表面张力的大小并非决定因素 界面膜的性质，界面液膜能否保持恒定要得到稳定的关键，影响界面膜性质的关键因素是液膜的表面粘度与弹性(1)表面粘度凡是体系的表面粘度比较高的体系，所形成的泡沫寿命也较长。(2)界面膜的弹性（非强度）表面粘度比较高而且弹性好才有高的稳泡性能，理想的液膜应该是高粘度高弹性的凝聚膜。表面活性剂的自修复作用，。表面活性剂的自修复作用大，泡沫就稳定表面电荷：若泡沫液膜的表面上带有同种电荷，使泡沫稳定。泡内气体的扩散：泡沫的排气性与液膜的粘度有关，液膜的表

21、面粘度高，气体的相对透过率就低，气泡的排气速度慢，泡沫就稳定。 表面活性剂的分子结构 ：(1)表面活性基的疏水链 SAA的疏水碳氢链应该是直链且较长的碳链，但碳链太长也会影响起泡剂的溶解度且刚性太强，所以一般起泡剂的碳原子数以C12C14较好。(2)表面活性剂的亲水基 SAA亲水基的水化能力强，增加了泡膜的稳定性。稳泡剂分子结构中往往含有各类酰氨基、羟基、羧基等具有生成氢键条件的基团。25纯水为什么不能形成稳定的泡沫？答：因为纯水产生的泡沫寿命大约0.5秒之内，瞬间存在，即消泡速度高于起泡速度，所以纯水中的只能出现单泡，因此不可能得到稳定的泡沫。26起泡剂与稳泡剂有什么不同？起泡与稳泡在概念上

22、有何不同？答：起泡性能好的物质称为起泡剂。具有低表面张力的阴离子表面活性剂一般都具有良好的起泡性，但生成的泡沫不一定有持久性。稳泡剂：它们能在泡沫的液膜表面形成高粘度高弹性的表面膜，因此有很好的稳泡作用。27请简述罗斯假说。答：在溶液中，液体若呈溶解状态的是溶质，是稳泡剂；不溶解状态的溶质，当浸入系数与扩展系数均大于零时，才是消泡剂。当消泡剂的分子团即微滴与泡沫液膜接触时首先应该是浸入，浸入之后在泡沫液膜上扩展，使液膜局部变薄最终断裂，导致气泡合并或破灭。只有浸入系数E0且扩展系数So时，微滴既能浸入也能在泡沫液膜扩展，使液膜局部变薄而断裂。28简述消泡剂的消泡机理。答：消泡剂使泡沫液膜局部表

23、面张力降低而消泡,消泡剂微滴的表面张力要比泡沫液膜的表面张力低。当消泡剂加入到泡沫体系中后，消泡剂微滴与泡沫液膜接触，可使此处泡沫液膜的表面张力减低，而此处周围液膜的表面张力未变化。表面张力降低的部分，被强烈地向四周牵引、延展，最后破裂使泡沫破灭。消泡剂破坏膜弹性使液膜失去自修作用而消泡. 在泡沫体系中加入表面张力极低的消泡剂, 此消泡剂进入泡沫液膜后，会使此处液膜的表面张力降至极低。当此处的液膜受到外界的扰动或冲击拉长，由于消泡剂本身的表面张力太低，使膜失去弹性，失去自修复作用而破坏消泡剂降低液膜粘度使泡沫寿命缩短而消泡。若用不能产生氢键的消泡剂将能产生氢键的稳泡剂从液膜表面取代下来，就会降低液膜的表面粘度，使泡沫液膜的排液速度和气体扩散速度加快减少泡沫的寿命而消泡。29请举例说明泡沫有何用处和害处。30SAA的结构对泡沫稳定性有什么影响？答：表面活性剂的分子结构 ：(1)表面活性基的疏水链