表面化学与胶体化学课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第,12,章,表面化学与胶体化学,碧海蓝天,落日彩霞,雾锁重山,荷叶露珠,第一节 表面化学,1.,几个概念,表面化学：研究物质相界面上发生的现象的规律。,1),界面和表面,界面（,interface,）：密切接触的两相间的过渡区，约,10,-9,10,-8,m,， 有几个分子层厚。,五类界面：,气,(g)-,液,(l),，气,(g)-,固,(s),，,液,(l)-,固,(s),，液,(l,1,)-,液,(l,2,),，固,(s,1,)-,固,(s,2,),表面（,surface,）：,若其中的一相为气相（习惯）,或在真空中。如,l-g,，,s-g,。,气,-,液界面,空气,气,-,液,界面,气,-,固界面,气,-,固界面,液,-,液界面,液,-,液,界面,玻璃板,液,-,固界面,液,-,固界面,固,-,固界面,铁管,Cr,镀层,固,-,固界面,2),比表面,或,单位（量纲）：长度,-1,单位（量纲）：面积,质量,-1,A,、,V,、,m,分别为物质的总表面积、体积和质量,A,0,：,体现了物质的分散度。,1cm,3,立方体分散为小立方体时表面积的变化,颗粒小,分散度高,表面积大,3),界面现象（表面现象）,在相的界面上发生的行为 。,如：,露珠为球形,微小液滴易蒸发,水在玻璃毛细管中会自动上升，而汞面下降,活性炭脱色,硅胶吸水、塑料防水,牛奶、豆浆制成乳状液而稳定存在,肥皂、洗衣服和洗衣液起泡去污,水过冷不结冰、液体过热而不沸腾,溶液过饱和而不结晶。,表面层粒子受力不均匀，受到一个指向液体内部的拉力。,表面层粒子受力分析,4),表面张力和表面能,导致：,液体表面有自动收缩为球形的趋势；,界面层分子有自发与外来分子发生化学或物理结合的趋势。,可逆条件下：,比例系数,为,表面张力,。,即：,增大单位表面积所需要做的功,。,换个角度讨论,表面功：,外力的作用,机械功,是垂直作用于表面上单位长度的力,表面张力作用的结果使液体表面缩小,对于,平液面,是沿着液面并与液面平行,;,对于,弯曲液面,则与液面相切。,表面张力的方向,(a),平液面表面张力示意图,(b),球形液面表面张力示意图,热力学基本方程,恒,T,、,p,条件下：,等于在定温、定压条件下，增加单位表面积时系 统,G,的增加，因此,称为,比表面自由能（,表面自由能）,。,在定温、定压下,过程自发,这是产生表面现象的热力学原因。,水滴形成球形表面积最小,表面张力、表面能,垂直作用在物质表面边界单位长度上的力,表面张力,增加单位表面积所需付出的功,比表面功,增加单位表面积时，系统吉布斯自由能的增加,表面能,即,表面张力和比表面能是从不同角度分析同一事实得到的结果，不严格区分,金属键,离子键,极性键,非极性键,与压强有关,与温度有关,一般：温度升高,；温度升高到临界温度,T,c,时，,0,其它：,组成，分散度,运动情况等,一般：压强升高,；,影响表面张力的因素,与物质本性有关,分子间的作用力越大，,越大：,与接触相的性质有关,接触相相同，,固体,液体,某些液体、固体的表面张力和液液界面张力,2,、弯曲液面上的附加压力,1,）液面的曲率,2,）弯曲液面的附加压强,附加压强,p,s,：,由表面张力的合力产生，指向,“,球心,”,的压强,A,B,p,s,p,0,p = p,0,+,p,s,凸面,A,B,p,s,p,0,p = p,0,-,p,s,凹面,A,B,A,B,p,0,平面,p = p,0,其大小与表面的弯曲程度、表面张力的大小相关,Young-Laplace,公式,球面,附加压强,p,s,：,由表面张力的合力产生，指向,“,球心,”,的压强,适用范围：,1),适用毛细管直径,0.5mm,情形,2),适用于,R,为定值的小液滴或液体中小气泡。,注意：,1,),r,的符号：,凸液面，,R,0,，,p,s,0,，,R,指向液相,(,固相,),内部,凹液面，,R,0,，,p,s,0,，,R,指向气相,平液面，,R,p,s,0,，,2,）气泡的附加压强：,肥皂泡两个,l-g,界面，,r,1,r,2,p,s,=,p,s,1,+,p,s,2,= 4,/,r,1,。假若液滴具有不规则的形状，则在表面上的不同部位曲面弯曲方向及其曲率不同，所具的附加压力的方向和大小也不同，这种不平衡的力，必将迫使液滴呈现球形,自由液滴或气泡通常为何都呈球形 ？,2,。相同体积的物质，球形的表面积最小，则表面总的,Gibbs,自由能最低，所以变成球状就最稳定,3.,毛细现象,毛细管插入液相中，毛细管内液体上升或下降的现象。,想一想：为什么会产生毛细管现象？,p,s,= 2,/,R=,gh,h,=2,/,gR,cos,=,r,/,R,h,= 2,cos,/,rg,r,h,90,o,，,h,0,；,90,o,，,h,0,；,r,，,h,0,原因：附加压强,p,s,=,p,静压,时，在液面处达力平衡,3.,液,-,固界面,润湿作用,什么是润湿过程？,滴在固体表面上的少许液体，取代了部分固气界面，产生了新的液固界面。这一过程称之为润湿过程。,沾湿,是指液体与固体接触后，其接触面由原来液气和固气表面变为固液界面的过程。,浸湿,是指固体浸入液体中的过程。,铺展,过程实质上是以固液界面代替固气表面的同时，液体表面也同时扩展并铺满固体表面。,b),分析以上四种润湿情况的接触角大小,1.,完全润湿：,=0 2.,润湿：,90,3.,润湿不好：,90,180 4.,完全不润湿：,=180,润湿程度的量度,接触角（,contact angle),a),接触角：过液、固、气,三相的交点作液面的切线，,切线与液,固界面的夹角（包含液体）。,图,接触角与各界面张力的关系,润湿（,Wetting),液体在固体表面的粘性情况,液滴在固体表面上的不同,角,c),产生润湿、不润湿的原因,当液体以一定的状态沾附在固体表面时，我们认为它呈平衡状态。,s-g,=,s-,l,+,l,-g,COS,（,合力为零）,的大小由三个,决定。,浸湿功,在恒温恒压可逆情况下，将具有单位表面积的固体浸入液体中，,s-g,、,l-g,界面转变为,s-l,界面的过程,Gibbs,自由能的变化值为：,称为浸湿功，它是液体在固体表面上取代气体能力的一种量度，有时也被用来表示对抗液体表面收缩而产生的浸湿能力，故又称为沾附张力。,1),固体表面上的吸附,吸附实例：防毒面具、分子筛、催化。,5,、吸附,活性炭,在第一次世界大战中曾经立下了汗马功劳。,松花江水遭受污染,哈尔滨市民度过水荒，活性炭功不可没。,现在，活性炭不仅用于防毒面具，而且在精制食糖和食油中，可以用作脱色剂和除臭剂。它还被用于饮水净化（净水器中装有活性炭）和污水处理。冰箱中用的除臭剂也是活性炭。,活性炭净水器示意图,如果用具有吸附作用的固体过滤液体，不仅可以滤去液体中的不溶性物质，还可以吸附掉一些溶解的杂质，除去臭味。市场上出售的,净水器,，有些就是利用,活性炭,来吸附、过滤水中的杂质的。,我们的祖先也早就在利用表面世界的这种特性。我国考古工作者在挖掘湖南长沙,马王堆,一号汉墓时发现，棺椁外面有大量木炭，用它来除去棺椁周围的湿气和浊气，从而对尸体起到了防腐作用。由此可见我国劳动人民在,2000,多年以前就知道利用木炭的吸附作用。,分子筛,是化学家仿照沸石的结构用人工合成的方法制造出来的水合硅酸铝，是一种多孔的物质。,分子筛,分子筛之所以具有优良的性能，奥秘就在于它的孔道只允许某些分子（较小的分子）通过，但能将其他一些分子（较大的分子）阻挡在外面。于是，分子筛就能对各种分子起筛分作用，因此化学家为它起了一个很有意思的名称，叫做“分子筛”。,固体如何降低表面能？,从外部空间捕获气体分子（吸附）, g,s,（,1,）吸附剂与吸附质,当气体或蒸汽在固体表面被吸附时，固体称为,吸附剂,，被吸附的气体称为,吸附质,。,为了测定固体的比表面，常用的吸附质有：,氮气、甲醛、,CO,、水蒸气、苯或环己烷的蒸汽等。,。,常用的吸附剂有：,硅胶、分子筛、活性炭等,。,吸附：,在一定条件下，某种物质在相界面上自动聚集的现象。,放热过程,；,解吸：,吸附质从相界面上回到介质中的现象，,吸热过程,。,（,2,）吸附平衡,吸附平衡时：,(3),物理吸附与化学吸附,物理吸附与化学并不一定是截然分开的，物理吸附可以转化为化学吸附,吸附作用力性质的不同,-,本质区别,物理吸附与化学吸附在指定条件下可同时发生,如：,O,2,在金属,W,上的吸附同时存在三种情况,1,）以分子状态,O,2,被吸附,物理吸附,2,）以原子状态,O,被吸附,化学吸附,3,）一些氧分子,O,2,吸附在氧原子,O,上,同时发生,对某些系统，,低温时主要进行物理吸附；高温时主,要进行化学吸附；,在适当的温度范围内升温时，吸,附的主导方面将由物理吸附逐渐过渡到化学吸附。,(4),吸附量的表示,吸附量通常有两种表示方法：,(2),单位质量的吸附剂所吸附气体物质的量,(1),单位质量的吸附剂所吸附气体的体积,体积要换算成标准状况,(STP),（,5,）吸附量与温度、压力的关系,对于一定的吸附剂与吸附质的系统，达到吸附平衡时，吸附量是温度和吸附质压力的函数，即：,通常固定一个变量，求出另外两个变量之间的关系，例如：,(1),T,=,常数，,q,=,f,(,p,),，称为吸附等温式,(2),p,=,常数，,q,=,f,(,T,),，称为吸附等压式,(3),q,=,常数，,p,=,f,(,T,),，称为吸附等量式,吸附等温线,对指定的,s-g,，固定,T,不变，考察吸附量与压力的关系,吸附等温线,N,2,在活性炭上的吸附及水和苯,蒸气,在分子筛上的吸附。,最常见,氨在炭上的吸附等温线,(6)Langmuir,吸附等温式,单分子层吸附 理论,q,：,表面覆盖率,，已吸附气体的固体表面积分数,(1 -,q,),：未吸附气体的固体表面积分数,达到平衡时，吸附与解吸速率相等。,吸附速率为,脱附速率为,令：,这公式称为,Langmuir,吸附等温式。,固体表面完全吸附时，,=1,：,气体吸附量为饱和吸附量的一半时：,若,A,B,，溶质,B,在界面上的浓度比溶液中,高，正吸附；,若,A,B,，溶质,B,在界面上的浓度比溶液中,低，负吸附。,2,）溶液表面上的吸附,吉布斯吸附等温式,吸附量与在恒温时表面张力随溶液浓度的变化率成正比。, ,为吸附量，表示单位表面上某溶质的量超出体相中相同,溶剂所溶解,B,的量。,c,为溶液中某溶质的浓度。,可为正值也可为负值，为正值表示,正吸附,，为负值表示,负吸附,。,单位为,mol,m,-2,；,表示溶液表面吸附能力的大小,1.,溶液的表面张力与温度有关,2.,溶液的表面张力与浓度有关,3.,在相同温度条件下，若表面张力随物质浓度的增加二增大，则该物质叫表面惰性物质，其吸附量为负值（表面层的浓度低于溶液内部的浓度），反之则反,4.,上式适用于气,-,液和液液界面。,6.,表面活性物质,表面惰性物质（非表面活性物质）,凡是使溶液表面张力增加的物质。,表面活性物质：,凡是使溶液表面张力减小的物质。,习惯上：加入少量就能,显著降低,表面张力的物质，又称,表面活性剂,。,表面活性剂是一类具有双亲性结构的有机化合物。,应用特点：,用量小，收效大。,“,工业味精 ”,1,）表面活性剂结构特点,结构特点,双亲性,非极性基团。,表面活性剂由结构上不对称的 两部分组成，,为双亲化合物。,亲水基,:,亲油基,:,极性基团。,常见的亲水基有羧基、磺酸基和羟基等。,一般为长链烃基。,易溶于水，具有亲水性质。,易溶于油，具有亲油性质。,(,憎水基,),亲水基,亲油基,非极性基团,易溶于油，具有亲油性质。一般为长链烃基。,极性基团,易溶于水，具有亲水性质。常见的亲水基有羧基、磺酸基和羟基等。,2,）表面活性剂分类,按亲水基团的结构分类,离子型,阴离子,阳离子,两性,如 肥皂、磺化油、,如 烷基三甲基氯化铵,如 十二烷基氨基丙酸钠,非离子型,平平加、,OP,等,特种表面活性剂,氟碳表面活性剂、硅表面活性剂,烷基二甲基甜菜碱性,例：阴离子表面活性剂,如： 肥皂,硬脂酸钠,CH,3,(CH,2,),16,COONa,溶于水后，起表面活性作用的是阴离子。,一般，阴离子表面活性剂水溶液显,中性或碱性,。,亲水基,亲油基,溶于水,C,17,H,35,COONa C,17,H,35,COO,-,+ Na,+,主要成分,:,+ 3NaOH,CH,2,OH,CH OH,CH,2,OH,CH,2,OOCC,17,H,35,CH OOCC,17,H,35,CH,2,OOCC,17,H,35,+ 3C,17,H,35,COONa,制造肥皂的反应式,油脂,碱,甘油,肥皂,缺点,:,不能在硬水中使用,2C,17,H,35,COO,-,+ Ca,2+,C,17,H,35,COO,-,2,Ca,2C,17,H,35,COO,-,+ Mg,2+,C,17,H,35,COO,-,2,Mg,金属皂,表面吸附的定向排列与形成溶液胶束,极稀溶液,稀溶液,开始形成,胶束溶液,大于,CMC,溶液,CMC,3,）表面活性剂的基本性质,位置对应在,-c,曲线的转折处,当溶液浓度较稀，吸附量不大时，表面活性剂分子在表面层有较大的活动范围，它们的排列不那么整齐，但其憎水基团仍然倾向于逸出水面。,当达到饱和吸附时，表面活性剂分子在水溶液紧密而有规则地,定向排列,着，水的表面就像覆盖一层薄的表面膜，称之为,单分子膜,（,monomolecular film,）。,在饱和吸附前与分子定向排列的同时，溶液内的表面活性剂分子就开始三三两两地聚集起来，互相把憎水基靠在一起，较少憎水基与水的接触面积而趋于稳定，这种多分子的聚集体称之为,胶束,。,胶束：,稳定存在，无表面活性,形状：,球，棒，层，椭圆,当溶液中胶束量开始显著增加时的浓度称为,临界胶束,浓度,(,CMC, critical micelle concentration,),。,在一定温度下，各种表面活性剂的,CMC,有一窄的浓度范围，它是表面活性剂表面活性的一种量度，是研究表面活性剂性质时的重要参数。当溶液达到,CMC,时，许多物理性质（如：表面张力、粘度、电导率、密度、渗透压、可溶性等）几乎都会发生显著的变化。,表面活性剂在溶液中形成胶束的最低浓度。,临界胶束浓度,(CMC):,c,表面张力,浓度,4,）临界胶束浓度,(CMC),CMC,以单分子和胶束的动态平衡状态存在于溶液。,当溶液浓度达到临界胶束浓度时，表面活性剂的一些物理性质如电阻率、渗透压、冰点下降以及颜色变化等就会发生改变。,表面活性剂浓度稍大于,CMC,时，才能充分发挥其表面活性作用。,5,）表面现象及其应用,润湿作用,增溶作用,乳化作用,起泡作用,洗涤作用,润湿作用,(wetting),润湿作用,是指固体表面上的一种流体（通常是气体，也可是液体）被另一种液体（通常是水或水溶液）所取代的过程。,因此润湿过程涉及三个相，是在表面及界面进行的过程。,润湿作用,包括,沾湿、浸湿、铺展,三种类型。,如：喷洒农药。,增溶作用,(solubilization),在溶剂中添加表面活性剂后,能明显使本来不溶或微溶于溶剂的物质溶解或使其溶解度增加的现象称为,增溶作用,。,一般把被增溶的物质称为,增溶物,；加入的表面活性剂成为,增溶剂,。,乳化作用,(emulsification),两种互不相溶的液体，其中一种液体以极细小的液滴（一般直径约,10,10m,），均匀分散到另一种液体里的过程，称为,乳化作用,；所形成的体系称为,乳状液,。,有时为了破坏乳状液需加入另一种表面活性剂，称为,破乳剂,，将乳状液中的分散相和分散介质分开。例如原油中需要加入破乳剂将油与水分开。,乳状液是不稳定体系，要使它稳定存在必须加乳化剂，乳化剂多是,表面活性剂,或,固体粉末,等。,起泡作用,(foaming),当气相分散于液相中时，被液膜包着的气泡称为泡沫，形成泡沫的过程称为,起泡作用,。为形成稳定的泡沫，需加入,起泡剂,。,消泡剂,起泡能力与泡沫稳定性,：,前者是指泡沫形成的难易程度合生成泡沫量的多少；后者是指生成泡沫的持久性，即泡沫的寿命。,泡沫的应用,：浮选法、泡沫灭火、泡沫塑料、漂染织物和洗涤去污等。,洗涤作用,是指利用表面化学的方法将固体表面的外来物质去掉的过程；其中若是从纤维、金属表面等除去污垢，也可称为,去污作用,。,去污作用除机械搓洗作用外，表面活性剂的作用是,润湿性、溶油性、渗透性、乳化性、分散性、增溶性和发泡性,等多种复杂作用的综合。,洗涤作用,(detergency),在洗涤过程中表面活性剂在水和油污之间形成独特的定向排列，若干个溶质分子或离子缔合成肉眼看不见的聚集体，这些聚集体是以非极性基团,(,亲油基,),为核，里面包裹着油污，以极性基团,(,亲水基,),为外层的胶团。,胶团形成以后，它的内核相当于碳氢油微滴，具有溶油的能力，使整个溶液表现出既溶水又溶油的能力。紧紧吸附着油污的胶团在机械力的作用下与载体,(,衣物,),分开，并悬浮于水中，由于载体表面粘附着洗涤液，油污不会再返回到衣物表面，达到清洗的效果。,6,）表面活性剂的,HLB,值,（,1,）,HLB,值的概念,亲水亲油平衡值,(,hydrophile-lipophile,balance,，,HLB),系表面活性剂分子中亲水和亲油基团对油或水的综合亲合力，是用来表示表面活性剂的亲水亲油性强弱的数值。,数值范围：,HLB 040,，其中非离子表面活性剂,HLB 020,，即石蜡为,0,，聚氧乙烯为,20,。,对非离子型表面活性剂：,（,2,）,HLB,值的计算,离子型表面活性剂（具有加和性）：,HLB=,(,亲水基团,HLB)+,(,亲油基团,HLB)+7,亲油性表面活性剂的,HLB,低，亲水性表面活性剂的,HLB,高；,亲油性或亲水性很大的表面活性剂易溶于油或易溶于水；,HLB,值在,36,的表面活性剂适合作,W/O,型乳化剂；,HLB,值在,818,的表面活性剂适合作,O/W,型乳化剂；,HLB,值在,1318,的表面活性剂适合作增溶剂；,HLB,值在,79,的表面活性剂适合作润湿剂。,亲水亲油平衡值（,HLB),特性与应用：,在表面活性剂给人们的生活，给工农业生产带来极大方便的同时，也给我们的环境带来了污染。这是世界性的问题，尤其在我国更应重视，解决的好坏关系到我国能否走可持续发展的道路问题。,据有关方面报道，我国的江湖，例如淮河、辽河、松花江、巢湖、太湖、滇池的水污染已直接影响到人们的生活。,7,）表面活性剂的发展趋势,水体污染导致大量江鱼死亡,其中,滇池,污染已经证明是由于居民大量使用,含磷洗涤剂,造成，水质严重富营养化，清澈透明的湖水变得乌黑、发臭。三聚磷酸钠,(Na,5,P,3,O,10,),是洗涤剂常用的助洗剂，它能与钙、镁、铁等离子生成溶于水的络合物，起到软化水的作用，还能在,pH,4.3,14,的范围内有较强的缓冲作用，调解,pH,值，保证洗涤效果。如果不是污染的缘故，它是理想的助洗剂。为了改变这种状况，环保部门已采取措施，限制含磷洗涤剂的生产、销售。,水体污染来源示意图,自来水厂净水示意图,大型污水处理厂,污水曝气池及转碟曝气机,表面活性剂的发展趋势可概括为以下几点：,1,表面活性剂要易于生物降解，原料可再生，广泛使用后，对环境无污染，对人、畜安全温和。,长链烷基多苷,(APG),和直链十二烷基苯磺酸钠,(LAS),就是很有希望的两种表面活性剂。,APG,是新发展的，原料可再生的表面活性剂，并且有很好的生物降解性。,LAS,是一种老产品，最近研究证明，经废水厂处理后，生物降解度为,98,，达到了环保要求。,2,表面活性剂要高效、多功能，除有清洁作用外，还要有抑菌、杀菌、滋润皮肤等作用，并应不断开发新用途。,化妆品用表面活性剂就是近年新开发出的，它对产品的要求更高，更严格，例如抗衰老、皮肤保湿、去皱、增白等。化妆品的活性成分通过皮肤的吸收后影响机体的新陈代谢，达到真正的美容，效果要能感觉到或看到。,主要产品有洗面奶、润肤露、清洁乳等。这个领域将不断有新产品问世。,3,耐硬水、低温洗涤效果好，浓缩的表面活性剂洗涤用品是一个发展方向，这包括浓缩洗衣粉和浓缩液体洗涤剂。,显而易见，节约包装、降低运费、占地少，对环保，对厂家，对消费者都有好处。目前一些发达国家已在大力推广并取得成效，我国厂家也正朝这个方向努力。,室温洗涤是消费者的普遍要求，这个问题在我国并没有解决，如大量使用的餐具洗涤剂，冷水洗涤效果不如温水，温水不如热水好。这对使用者虽然已是司空见惯，但对厂家和科研部门应是一个要着力解决的问题。,1.,分散系统,12.2,胶体化学,1,）分散系统的定义,2,）分散系统的分类,（,1,） 按分散度分,分散系统 粒子直径 实 例,分子或离子分散,1nm,乙醇水溶液、空气,胶体分散,1nm,100nm,AgI,或,Al(OH),3,粗分散,100nm,悬浊液、乳浊液、泡沫,（,2,）按聚集状态分,2.,溶胶制备与纯化,1,）制备,要求： 分散相粒子大小落在,1 nm100 nm,范围内；, 具有足够的稳定性（有适当的稳定剂存在）,2,）纯化：,除去胶体中的电解质及杂质。,渗析法：,利用溶胶质点不能通过半透膜，而离子或小分子能通过半透膜的性质，将多余的电解质或小分子化合物等杂质从溶胶中除去；,超过滤法：,用孔径极小而孔数极多的膜片作为滤膜，利用压差,（加压或吸滤）使溶胶流经过滤器，使杂质透过滤膜而除掉。,最后所得胶粒应立即分散在新的分散介质中，以免聚结成块。,3.,溶胶的基本性质,1,）动力性质,：胶体粒子不规则热运动引起。,（,1,）布朗运动：,线度,40nm,的粒子，在分散介质中处于不停的，无规则的热运动状态。,（,2,）扩散：,有浓度梯度时，物质粒子因热运动而发生宏观上的定向迁移,(,高浓度低浓度,),。,T,一定：动能,=(3/2),kT,= (1/2),mv,2,=,const,胶体粒子运动速率,溶液中的溶质运动速率布朗运动公式，爱因斯坦,-,布朗位移公式，求出胶团的摩尔质量：,M,= (4/3),r,3,L,（,3,）沉降与沉降平衡,沉降：多相分散系统中的物质粒子，因受重力作用下沉的过程。,扩散,沉降,沉降平衡：,扩散速率,=,沉降速率,沉降平衡时：,解释一些现象，如粉尘对大气的污染。,2,）光学性质,（,1,）丁达尔（,Tyndall,）现象：,一束光通过溶胶，从侧面（与光垂直方向）可以看到一个光的圆锥体，,区分溶胶与溶液和悬浮液,（,2,）介质和分散相的折射率相差大,原因：,光的,散射,作用,.(,1),分散相粒子尺寸,入射光波长,胶体,1,100nm,，可见光波长,400,700nm,若： 分散相粒子尺寸,入射光波长：反射或折散,（,2,）乳光现象：,一束光通过溶胶，从,从正面和侧面观察溶液的颜色不一样,。,原因：雷莱定律：,I,-4,：散射光的强度与入射光波长的四次方成反比；,分散相与介质的折射率相差愈大，,I,愈强；,区别大分子溶液与溶胶。,散射光强度与每个粒子体积的平方成正比，即,V,，,I,；,鉴别分散系统的种类（小分子溶液、胶体）。,散射光强度与单位体积粒子数成正比；,对同种物质的溶胶，仅浓度不同，若测量条件相同，则,I1/I2=v1/v2,（浊度计原理）。,3,）电学性质,电动现象：,在外电场作用下，分散相与分散介质之间发生相对移动的现象。,电泳,：,在外电场作用下，,胶体粒子,（分散相）在分散介质中定向移动的现象。,胶体粒子带电,电渗,：,在外电场作用下，,分散介质,定向移动的现象。,分散介质带电,。,电动现象说明：,分散相和分散介质均带电。,例：,AgNO,3,+KI =,AgI,(,溶胶）,+ KNO,3,AgNO,3,过量，胶体,带正电荷,，,正溶胶,；,胶核,吸附层,扩散层,胶 粒,胶团,KI,过量，胶体,带负电荷,，负溶胶。,胶体带电的原因,吸附（主要原因）,高度分散的胶体粒子具有很高的表面,Gibbs,自由能，吸附带电粒子以降低,G,s,。,Fajans,规则：,容易与晶体离子形成不溶物的离子优先被吸附,离解,SiO,2,+H,2,O,H,2,SiO,3,HSiO,3,+ H,+,。,4,）溶胶的稳定性,表现：,不分层也不沉积。,原因,（,1,）,胶粒带有电,荷，互相排斥。（主要原因）,（,2,）溶剂化作用。,5,）溶胶的聚沉,聚沉：,使胶粒聚积成交大的粒子而沉降的过程。,方法：,加电解质；,加带相反电荷的溶胶；,加热,1),乳状液的类型,3.,乳状液,乳状液,是一种液体以直径大 于,100nm,的细小液滴,(,分散相,),在另 一种互不相溶的液体,(,分散介质,),中 所形成的粗粒分散系。,仅仅两种不相容的纯液体（如油和水）并不能形成乳状液，它们必须在,乳化剂,（如肥皂）的作用下才能稳定。,如牛奶，含水石油，乳化农药等。,在乳状液中，以极小液滴的形式存在的不连续的相称为,内相,，而与之不互溶的另一连续的液相称为,外相,。其中一相是水，极性很大；另一相是有机液体，极性很小，称为,“,油,”,。这样乳状液可分为两类：,水包油型（,O/W,）,：油为内相而分散在水中；这种乳状液能用水稀释，如牛奶等。,油包水型（,W/O,）,：水为内相而分散在油中；如油井中喷出的原油。,乳状液,可分为,两大类型,水包油，,O/W,，油分散在水中,油包水，,W/O,，水分散在油中,乳状液的类型,O/W (,水包油型,),W/O (,油包水型,),牛奶、鱼肝油乳剂、农药乳剂等；,油剂青霉素注射液、原油等。,2),乳状液的稳定性,乳状液不稳定性的表现,（,1,）降低界面张力,乳状液是相界面很大的,多相体系,，液珠有自发聚结，以降低体系总界面能的倾向。显然，可以加入表面活性剂,降低表面张力,，以,增强乳状液的稳定性,。,为提高界面膜的机械强度有时使用混合乳化剂，不同乳化剂分子间相互作用可以使界面膜更坚固，乳状液更稳定。,（,2,）界面膜的稳定作用,界面膜的机械强度是决定乳状液稳定性的主要因素。大量实验事实说明：,（,a,）要有足够量的乳化剂才能有良好的乳化效果,（,b,）直链结构的乳化剂的乳化效果一般优于支链结构的。,（,3,）形成扩散双电层,乳状液的液珠上所带电荷的来源有：电离、吸附以及液珠与介质之间的摩擦，其主要来源是液珠表面上吸附了电离的乳化剂离子。,在乳状液中，水的介电常数远比常见的其它液体高。故,O/W,型,乳状液中的油珠多数是,带负电,的，而,W/O,型乳状液中的水珠则往往,带正电,。反离子形成扩散双电层，热力学电势及较厚的双电层使乳状液稳定。,（,4,）形成定向楔的界面,（,5,）固定粉末的稳定作用,3,）乳化作用,乳化作用,(,乳化,),：乳化剂使乳状液稳定的作用。,乳化剂一般可分为四大类：表面活性剂类乳化剂、高分子类乳化剂、天然产物类乳化剂以及固体粉末乳化剂。常用的乳化剂是一些表面活性物质，如肥皂、蛋白质、磷脂、胆固醇等。,对于,表面活性剂类,的乳化剂，,HLB,值,（,HLB,值是表面活性剂的亲水,-,亲油平衡值）是,有参考价值,的。,HLB,范围 应用类型,36 W/O,乳化剂,79,润湿剂,818 O/W,乳化剂,1315,洗涤剂,1518,加溶剂,乳状液的破坏（破乳）,（,1,）加热破乳,升温加速乳状液液珠的布朗运动使絮凝速率加快，同时使界面粘度迅速降低，使聚结速率加快，有利于膜的破裂。,（,2,）高压电破乳,高压电场的破乳较复杂不能只看作扩散双电层的破坏，在电场下液珠质点可排成一行，呈珍珠项链式，当电压升到某一值时，聚结过程在瞬间完成。,（,3,）加入类型相反的乳化剂,（,4,）化学反应破乳,加入能和乳化剂反应的物质，达到破乳的目的。,对于稀的乳状液，起稳定作用的是扩散双电层，加入电解质可破坏双电层，也能使乳状液聚沉,（,5,）电解质破乳,（,6,）用不能形成牢固膜的表面活性,物质代替原来的乳化剂,乳状液的应用,(1),控制反应,许多放热反应，反应时温度急剧上升，能促进副反应的发生，从而影响产品质量。若将反应物制成乳状液后再反应，即可避免上述缺点。因为反应物分散成小液滴后，在每个液滴中反应物数量较少，产生热量也少，并且乳状液对象界面面积大，散热快，容易控制温度。高分子化学中常使用乳液聚合反应，以制得较高质量的反应。,(2),农药乳剂,将杀虫药，灭菌剂制成,O/W,型乳剂使用，不但药物用量少，而且能均匀地在植物叶上铺展，提高杀虫、灭菌效率,(3),沥青乳状液,沥青的黏度很大，不便于在室温下直接用于铺路面。若用阳离子型乳化剂将其制成,O/W,型乳状液，则表观黏度大大降低，并改善了对砂石的润湿性。,4.,泡沫,表面活性剂的起泡作用,1),泡沫液膜的特点,B,部分为两个气泡的交界处，界面是平坦的，,A,是三个气泡的交界处，界面是弯曲的。,三个气泡的液膜分界面的示意图,由拉普拉斯公式可知，,B,处的压力比,A,处高，所以,B,部分液体总是向,A,部分流动，使液膜不断变薄，最终可能导致破裂。,由于阻力的存在，膜达到一定的厚度可能达到暂时平衡。膜之间,夹角为,120,度时，泡沫最稳定,。,1),泡沫液膜的特点,三个气泡的液膜分界面的示意图,1),泡沫液膜的特点,膜之间夹角为,120,度时，泡沫最稳定，所以在多边形泡沫结构中，大多数是六边形。,2),泡沫的稳定性,(1),增加表面粘度,表面粘度是液体表面上,单分子层内的粘度,，不是纯液体粘度。,单一的表面活性剂产生的泡沫，其稳定性不高，加入一些助剂后能显著提高泡沫的稳定性。原因在于,助剂使表面粘度增加,，液膜不易收缩变薄而破裂。,(2),形成气泡的保护膜,泡沫的液膜具有一定的表面弹性能对抗各种机械力的撞击,固体粉末附于气泡上时，既能阻止气泡的相互聚结，也增大了液膜中流体的阻力。,(3),使液膜表面带电,液膜的两个表面带有相同的电荷，在液膜变薄时，因相同电荷间的排斥作用，阻止了液膜继续变薄。,3),泡沫的破坏,(1),物理方法,主要是通过搅拌的方法击破泡沫，或者利用温度及压力的改变破坏气泡。此外，消泡的物理方法还有离心法与紫外、红外、,X,线照射法等。,(2),化学方法,一般是通过加入少量短碳链（如,C,5,C,8,）的醇或醚等类型的消泡剂。,作业：,The end!,