APC00章_引言-高等物理化学解读课件

Prof.&PhD Han Enshan2024/6/17高等物理化学高等物理化学=引言引言高等物理化学AdvancedPhysicalChemistry2023/8/9高等物理化学=引言高等物理化学Prof.&PhD Han Enshan2024/6/17高等物理化学高等物理化学Statistical ThermodynamicsFundamental Chemical KineticsChemical Modeling in Physical Chemistry Advanced PhotochemistryAdvanced Interface and Colloid ChemistryThermodynamics of No-equilibrium State and No-linear Chemical Kinetics2023/8/9高等物理化学Statistical TherProf.&PhD Han Enshan2024/6/17考试及成绩计算考试及成绩计算ExamsandEvaluation（1）AdvancedPhysicalChemistryExam50%(closed book 2 hours exam)（2）TermPaper25%（Reviewsonthesubjectinyourresearchfield）（3）SeminarPresentation25%(your research and proposal for future)2023/8/9考试及成绩计算Exams and EvaluProf.&PhD Han Enshan2024/6/17课程参考书课程参考书胶体化学基础 周祖康、顾惕人编著北京大学出版社胶体与界面化学 陈宗淇 等编著 高等教育出版社应用胶体化学 候万国等编著 科学出版社界面与胶体的物理化学 李葵英等编著 哈尔滨工业大学出版社应用胶体化学 郑树亮 等编著华东理工大学出版社胶体与界面化学实验 北京大学出版社应用表面化学与技术 哈尔滨工业大学出版社2023/8/9课程参考书胶体化学基础 周祖康、顾惕人编著北Prof.&PhD Han Enshan2024/6/17高等物理化学高等物理化学0章_引言1章_固气界面2章_固液界面3章_液液界面4章_表面活性剂及其应用5章_微乳液及其应用6章_溶胶凝胶法及其应用7章_表面膜及其应用8章_非平衡态热力学简介9章_非线性化学动力学简介2023/8/9高等物理化学0章_引言Prof.&PhD Han Enshan2024/6/17 高等物理化学高等物理化学(表面与胶体部分表面与胶体部分)引引言言2023/8/9 高等物理化学(表面与胶体部分)引言Prof.&PhD Han Enshan2024/6/17引言引言“学生取得化学学位之后，很可能不知道什么是胶体化学”美国著名胶体化学家“我们没有专门学过胶体界面化学，然而现在却整天同它打交道”许多工程技术人员的感受2023/8/9引言“学生取得化学学位之后，很可能不知道什Prof.&PhD Han Enshan2024/6/17什么是胶体什么是胶体实验：将一把泥土放入水中一杯泥土一杯泥土泥沙泥沙+浑浊的小土粒浑浊的小土粒（底部）（底部）土中的盐类土中的盐类形成真溶液形成真溶液既不下沉、也不溶解的既不下沉、也不溶解的极为微小的土壤颗粒极为微小的土壤颗粒称为胶体颗粒；含胶体称为胶体颗粒；含胶体颗粒的体系称为胶体颗粒的体系称为胶体体系体系可见：胶体是一个具可见：胶体是一个具有巨大相有巨大相界面的分散体系界面的分散体系2023/8/9什么是胶体实验：将一把泥土放入水中一杯泥土泥Prof.&PhD Han Enshan2024/6/17胶体的初步认识胶体的初步认识1861年英国科学家T.Graham 在应用于分析的液体扩散指出：无机盐、糖等易于透过半透膜易形成晶态晶体蛋白质、明胶等不易透过半透膜易形成胶态胶体2023/8/9胶体的初步认识1861年英国科学家T.GraProf.&PhD Han Enshan2024/6/17胶体的再认识胶体的再认识1905年俄国科学家对200余种物质实验上述划分是错误的。此种分类并未说明胶体本质。因为二者无明显界限。适当条件下可相互转化（如盐在酒精中）。直到20世纪超显微镜发明及电子显微镜的应用才对胶体有了逐渐清楚认识。2023/8/9胶体的再认识1905年俄国科学家对200余种Prof.&PhD Han Enshan2024/6/17胶体的定义胶体的定义特异的定义使胶体与界面化学成为学科交叉融合的热点它所研究的领域与物理学、生物学、材料科学等学科交叉重叠。要求我们重视的是质点尺寸而非化学组成（有机/无机），样品来源（生物/矿物）或物理状态（一相/多相）。从某种角度而言胶体化学是大分子与细分散多相体系的科学。即尺寸在10-9-10-6 m（1nm1um）的质点。2023/8/9胶体的定义特异的定义使胶体与界面化学成为学科Prof.&PhD Han Enshan2024/6/17国际纯粹化学与应用化学联合会国际纯粹化学与应用化学联合会（IUPACIUPAC）分散体系是指一种或几种物质以一定的分散度分散在另一种物质中形成的体系以颗粒分散状态存在的不连续相称为分散相；而连续相称为分散介质颗粒某一线度大于1000nm，粗分散体系颗粒某一线度小于1nm，真溶液体系颗粒某一线度为11000nm 胶体体系2023/8/9国际纯粹化学与应用化学联合会（IUPAC）分Prof.&PhD Han Enshan2024/6/17胶体化学的研究内容胶体化学的研究内容分散体系分散体系分散体系的形成与稳定分散体系的形成与稳定光学性能、流变性能光学性能、流变性能智能流体、电磁流变体智能流体、电磁流变体界面现象界面现象润湿、吸附、界面润湿、吸附、界面电现象、界面双电层电现象、界面双电层结构结构有序组合体有序组合体纳米材料纳米材料生物膜、仿生膜、溶液中的有序分生物膜、仿生膜、溶液中的有序分子组合体子组合体2023/8/9胶体化学的研究内容分散体系分散体系的形成与稳Prof.&PhD Han Enshan2024/6/17胶体化学研究的三个领域胶体化学研究的三个领域分子胶体（亲液溶胶）缔合胶体（表面活性剂胶束溶液）粗分散体系和溶胶（憎液溶胶）2023/8/9胶体化学研究的三个领域分子胶体（亲液溶胶）Prof.&PhD Han Enshan2024/6/17胶体分散体系分类胶体分散体系分类液溶胶：分散介质为液体 灭火泡沫（GL）；牛奶（LL）；墨水（SL）固溶胶：分散介质为固体 泡沫塑料（GS）；珍珠（LS）；有色玻璃（SS）气溶剂：分散介质为气体 雾（LG）；烟尘（SG）2023/8/9胶体分散体系分类液溶胶：分散介质为液体Prof.&PhD Han Enshan2024/6/17界面与界面化学的定义界面与界面化学的定义界面：相邻两相的界面区域。一般厚度在一个分子以上。若两相中一相为气相则称此界面为表面。界面化学：研究界面的物理化学规律。以相界面和表面活性剂为研究对象的物理化学。2023/8/9界面与界面化学的定义界面：相邻两相的界面区域Prof.&PhD Han Enshan2024/6/17几何学界面与化学界面的区别几何学界面与化学界面的区别几何学界面：二维无限伸展，有面积、无厚度。化学界面：是一个区，在该区中从一相之性质变为邻相之性质。此种转变至少在分子大小的距离才能表现出来。故表面有厚度（二维有限）。而非简单的几何面。界面类型：气/液气/固液/液固/液固/固（合金）2023/8/9几何学界面与化学界面的区别几何学界面：二维无Prof.&PhD Han Enshan2024/6/17胶体与界面化学的关系胶体与界面化学的关系胶体的基本特性：特有的分散程度、多相性、聚结不稳定性 研究物质的界面特性界面化学 表面张力、表面能、表面现象、表面吸附、单分子膜、表面润湿等研究一群质点所构成的分散体系的性质 胶体化学 动力性质、电性质、光学性、流变性质、胶体的聚结与稳定性等2023/8/9胶体与界面化学的关系胶体的基本特性：Prof.&PhD Han Enshan2024/6/17界面对胶体粒子的特殊意义界面对胶体粒子的特殊意义随质点尺寸减小，单位量物质所拥有界面面积迅速增加。界面上分子比例越来越大。例：水滴半径1cm54cm2/mol水表面分子3ppm 水滴半径10nm5.4x107cm2/mol水表面分子30%例：1cm3固体若切割为胶体尺寸大小其表面积为60m22023/8/9界面对胶体粒子的特殊意义随质点尺寸减小，单位Prof.&PhD Han Enshan2024/6/17界面化学的发展界面化学的发展人类发明的初期，界面现象就引起人们注意。4000年前古巴比伦楔形文字/中国史前的陶器制造/公元一世纪皂角，一类天然表面活性剂的应用牛顿、虎克、富兰克林等科学家、艺术家曾对其做出重要贡献与光电技术与科学、材料科学、生物技术与科学密切相关1992年Nobel物理奖得主de Gennes的获奖演讲即以“sofer matter”为题。应用于矿物浮选、石油开采、食品加工、制药、纺织等工业领域2023/8/9界面化学的发展人类发明的初期，界面现象就引起Prof.&PhD Han Enshan2024/6/17胶体的发展简史胶体的发展简史1.陶瓷制造，有史以前2.纤维造纸，汉朝3.墨水，后汉4.豆腐、面食和中药制剂等都与胶体化学有关5.古埃及利用木材浸水膨胀来破裂山岩6.1777年瑞典Scheele的木炭吸附气体实验2023/8/9胶体的发展简史陶瓷制造，有史以前Prof.&PhD Han Enshan2024/6/17胶体的发展简史胶体的发展简史 1809俄国化学家PeHcc，土粒电泳现象;1829 英国植物学家Brown，花粉的布朗运动;1845 法国人Ebelmen，Silica gels,(Manufacture de Ceramiques de Sevres);1853 Farady,实验室Gold sol,oldest sol,still stable now days;1861 Thomas Graham,胶体化学作为一门学说;colloid胶体,sol溶胶,gel凝胶,peptization胶溶,dialysis渗析,syneresis离浆 1870 Cossa,alumina sol 1902 Zsigmondy胶体化学 1903 Zsigmondy发明超显微镜，体系多相性2023/8/9胶体的发展简史 1809俄国化学家PeProf.&PhD Han Enshan2024/6/17胶体的发展简史胶体的发展简史1861年胶体化学作为一门学科，创始人英国科学家Thomas Graham1907年 第一本胶体化学专门刊物胶体化学和工业杂志创刊；（胶体化学真正作为一门独立学科）国内目前尚无一本正式出版的胶体与界面化学杂志2023/8/9胶体的发展简史1861年胶体化学作为一门学Prof.&PhD Han Enshan2024/6/17中国胶体与界面化学的发展中国胶体与界面化学的发展1954年 傅鹰院士（北京大学）中国胶体化学的奠基人之一1955年 戴安邦院士（南京大学）中国有了第一批胶体化学毕业生20世纪90年代以前，只有北京大学、南京大学、山东大学、华东师范大学有胶体一界面化学的研究机构1983年在北京大学召开全国第一届胶体与界面化学会议，2002年在山东大学召开第九届全国会议。2004年在陕西师范大学召开第十届全国会议2006年在北京召开胶体与界面化学国际会议2023/8/9中国胶体与界面化学的发展1954年 傅鹰院士Prof.&PhD Han Enshan2024/6/17胶体与界面化学涉及的应用领域胶体与界面化学涉及的应用领域农业 生物学与医学日用品的生产与使用 轻工业环境科学 分析化学材料 海洋科学天文与气象学 油田开发电化学2023/8/9胶体与界面化学涉及的应用领域农业 Prof.&PhD Han Enshan2024/6/17胶体与界面化学涉及的应用领域胶体与界面化学涉及的应用领域分析化学中的吸附指示剂、色谱等物理化学中的成核作用、过饱和、液晶等生物化学和分子生物学中的电泳、膜现象、蛋白质和核酸等化学制造中的催化剂、洗涤剂、润滑剂、粘合剂、农药环境科学中的气溶胶、泡沫、污水处理、材料科学中陶瓷制品、水泥、涂料等日用品中的牛奶、豆浆等石油工业中的油品回收、乳化风电化学中电镀、电池、表面处理（磷化）2023/8/9胶体与界面化学涉及的应用领域分析化学中的吸附Prof.&PhD Han Enshan2024/6/17胶体与界面化学涉及的应用领域胶体与界面化学涉及的应用领域气溶胶、烟雾的形成与大气污染水净化与污水处理毒气与毒剂的吸附黏土矿物的表面改性与应用人工降雨天然水体中的胶体悬浮物与环境污染物之间的界面化学行为液膜分离技术与废水处理2023/8/9胶体与界面化学涉及的应用领域气溶胶、烟雾的形Prof.&PhD Han Enshan2024/6/17胶体界面化学的应用与发展前景胶体界面化学的应用与发展前景胶体界面化学是一门与实际应用密切结合的学科现代科学仪器的发展为胶体界面化学的研究提供全新的手段近代化学和物理的成就促进了胶体界面化学基础理论问题的探讨生物物理、生物化学、环境学、地矿学、天文学等领域的研究成就吸取了胶体界面化学的理论和方法，同时给胶体界面化学带来了广阔的研究空间2023/8/9胶体界面化学的应用与发展前景胶体界面化学是一Prof.&PhD Han Enshan2024/6/17胶体界面化学的应用与发展前景胶体界面化学的应用与发展前景1.利用近代物理或化学理论解决胶体与表面化学中的基本理论等问题;量子化学研究吸附与催化;分形理论研究胶粒形貌等2.现代精密仪器和方法的应用:力学显微镜研究胶粒间的力及表面上分子原子的形态;能谱仪研究分子间的相互作用.2023/8/9胶体界面化学的应用与发展前景1.利用近代物理Prof.&PhD Han Enshan2024/6/17胶体界面化学的应用与发展前景胶体界面化学的应用与发展前景3.胶体与界面化学的方法用于医学、生理、环境、土壤、大气、海洋湖泊等学科（1）新产品开发：组装分子器件、超细材料（2）老产品的升级换代：洗涤剂、化妆品、颜料、复印碳粉等（3）旧工艺更新：单分散固态胶粒的制造与收集、采油工艺等2023/8/9胶体界面化学的应用与发展前景3.胶体与界面化Prof.&PhD Han Enshan2024/6/17思考：与界面现象相关的几个问题思考：与界面现象相关的几个问题为什么自然界中液滴、气泡总是圆形的？为什么气泡比液滴更容易破裂？毛细现象为什么会产生？天空为什么会下雨？人工降雨依据什么原理？向高空抛撒粉剂为什么能人工降雨？为什么会产生液体过热现象？加入沸石为什么能消除过热现象？水在玻璃上能铺展，水银在玻璃上却形成液滴？为什么？活性碳为什么可以做防毒面具？冰箱除臭剂？2023/8/9思考：与界面现象相关的几个问题为什么自然界中Prof.&PhD Han Enshan2024/6/17思考：与界面现象相关的几个问题思考：与界面现象相关的几个问题为什么在参观面粉厂时,不能穿带铁钉鞋?土壤为什么能将水份保存起来?如何抑制沙漠地带水的蒸发?木制家具和油画为什么会自动裂损?鸭子为什么会浮在水中?夏天牛奶为什么容易变质?洗衣粉为什么有去污作用?明矾为什么能净水肥皂为什么能去污？2023/8/9思考：与界面现象相关的几个问题为什么在参观面