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胶体与界面化学

胶体与界面化学
胶体与界面化学

摘要:胶体与界面化学是研究胶体分散体系和界面现象的一门科学。随着科学技术的迅速发展,它已经成为一门独立的学科。胶体与界面化学与生产、生活实际有着紧密的联系,无论是在工业生产,还是在日常生活的衣、食、住、行等各个方面,都会遇到与胶体化学有关的的各种问题。

关键词:胶体界面化学生活应用

引言:胶体与界面化学是研究胶体分散体系和界面现象的一门科学。随着科学技术的迅速发展,它已经成为一门独立的学科,正是因为胶体现象很复杂,且有它自己独特的的规律性;更重要的是它与生产、生活实际有着紧密的联系,无论是在工业生产,还是在日常生活的衣、食、住、行等各个方面,都会遇到与胶体化学有关的的各种问题,如土壤改良、功能与复合材料、三次采油、浆体的管道运输、人造血浆、药物缓释与定向、摩擦与润滑和油漆涂料等,与国家安全、能源开发、环境保护和人民生活等方面密切相关。

胶体与界面化学是一门古老的科学。他的历史比较一致的看法是从1861年开始的,创始人是英国科学家Thomas Graham,他系统研究过许多物质的扩散速度,并首先提出晶体和胶体的概念,制定了许多名词用来形容他所发现的事实,如溶胶、凝胶、胶溶、渗析、离浆。尽管在这一时期积累了大量的经验和知识,但是胶体化学真正为人们所重视并获得较大的发展是从1903年开始的,这时Zsigmondy(德)发明了超显微镜,肯定了溶胶的一个根本问题——体系的多相性,从而明确了胶体化学是界面化学。

胶体与表面化学是物理化学的一个重要组成部分,是一门应用性极强的学科,它所研究的领域涉及到化学、物理学、材料科学、环境科学、生物化学等,是诸学科的交叉和重叠。因此,它的应用领域是极其广泛的,近年Hiemenz就列举了涉及胶体和表面化学的实例:(1)分析深化中的吸附指示剂、离子交换、沉淀物的可滤性、色谱等;(2)物理化学中的成核作用,过饱和及液晶等;(3)生物化学和分子生物学中的电泳、膜现象、蛋白质和核酸等;(4)化学制造中的催化剂、洗涤剂、润滑剂、粘合剂等;(5)环境科学中的气溶胶、泡沫、污水处理等;(6)材料科学中的陶瓷制品、水泥、纤维、塑料等;(7)石油科学中的油器回收、乳化等;(8)日用品中的牛奶、啤酒、雨衣等。以上均是胶体与表面化学的基本理论在实际中的应用,我从中选取了几个实例,运用所学过的知识,从以下三方面进行了简单的分析。

2、理论应用实际

(1)胶体与表面化学在日常生活中的应用

《 1、》眼镜防雾

众所周知,当玻璃表面温度低于大气露点或对其呵气,均会有小水滴凝结在玻璃上,亦即所谓“起雾”,它防碍光线透过,显然若能阻止水在表面上形成半球形水滴即可达到防雾目的。

理论原理:增大铺展系数,使液体在固体表面上自动展开,形成一层薄膜。

从表面化学角度说,最基本的方法是提高玻璃表面的亲水性,使其易为水所润湿,形成薄薄的水层,这样便不产生光散射而变得透明,

一种最简单的方法是在玻璃(包括透明塑料)表面涂上表面活性剂溶液,由于表面活性剂能大大降低水的表面张力,故使水易于在玻璃表面上铺展,涂表面活性剂的缺点是耐久性差,为提高活性剂对玻璃的粘附性,可将其与含有亲水性的高分子物质(如聚丙烯酸)并用。

《2、》雨衣防水

理论原理:增大固液界面的接触角θ,使液滴呈球状不润湿固体。

以往的雨衣均为致密的棉织品,将其纤维表面加以防水处理(即令其表面憎水化)使水/布之间的接触角θ变大,如图所示,故水不能自由通过而起防水作用,但空气可以透过,所谓水不能自由通过是指在加压条件下可以透过纤维间隙,目前使用的耐洗性防水剂有吡啶盐型和羟甲基酰胺型等。

常用的塑料雨衣为聚氯乙烯等薄膜制品,其监界表面张力为39mN/m,而水的表面张为72mN/m左右,故聚氯乙烯本身具有憎水性,不被水润湿。

《3、》洗涤剂的去污作用

洗涤剂的去污作用是一个很复杂的过程,它与渗透、乳化、分散、增溶以及起泡等各种因素有关,不同的污垢,要求不同的洗涤剂。

理论原理:表面活性物质的分子能定向地排列于任意两相之间的界面层中产生正吸附,使界面的不饱和力场得到某种程度的补偿,从而降低界面张力,使系统的表面吉布斯函数降低,稳定性增加。

表明由于水的界面张力大,而且润湿性差,只靠水是不能去污

的。

说明加入洗涤剂后洗涤剂分子以亲油基向固体表面或污垢的方式吸附,结果在机械力作用下污垢开始从固体表面脱落洗涤剂分子在干净固体表面和污垢粒子表面上形成吸附层或增溶,使污垢脱离固体表面而悬浮在水相中很容易被水冲走。

一种好的洗涤剂应能吸附在固(如织物)-水界面和污垢-水界面上,表面活性剂一般都能吸附在水-气界面上使表面张力降低,有利于形成泡沫,但这并不表示它必然是一种好的洗涤剂,根据起泡的多少来判断洗涤剂的好坏实际上是人们的一种误解。例如:非离子型表面活性剂一般有很好的洗涤效果,但并不是好的起泡剂,表面活性剂产生泡沫的多少不是唯一判断洗涤剂好坏的指标,在工业上或用洗衣机洗涤时人们都喜欢用低泡洗涤剂。

单独使用洗涤剂中的有效成分(如C2~C4烷基苯磺酸钠)其去污效果并不显著,只有添加某些助剂后,才能进一步提高去污力,例如:Na2CO3、三聚磷酸钠、羟甲基纤维素或甲基纤维素等,称为污垢悬浮剂,对洗下的污垢起到分散作用,其中三聚磷酸钠等是最好的和应用最广的助剂,它与水中Ca2+和Mg2+形成不被织物吸附的可溶性螯合物,有助于避免形成浮渣和防止污垢再沉积。

《4、》纸上电泳

生物化学中常用电泳来分离各种氨基酸和蛋白质等,医学上利用血清的“纸上电泳”可以协助诊断患者是否有肝硬变。

理论原理:在外电场的作用下,不同的胶体粒子在分散介质中以

不同的电泳速度定向移动。

将血清样品点在湿的滤纸条上通电后,血清中荷负电的清蛋白以及α、β、γ三种球蛋白,由于其分子量和电荷密度不同,向正极的电泳速度不同,故可将它们彼此分离,再经显色处理,便可获得电泳图谱。

结果分析:纸上电泳是用惰性的滤纸作胶体泳动时的支持体,试验时,不仅样品用量少(微量),而且可避免电泳时扩散和对流的干扰,因此特别适用于混合物的分离和组分含量的测定。

(2)实用技术中的胶体与表面化学

《1、》浮选分离技术的剖析

浮选分离是建立在待分离颗粒对气泡选择性固着的基础上,它是利用高度分散的微小气泡作为载体去粘附待分离的颗粒,使其密度小于水而上浮到水面实现固液或液液分离的过程。

气浮法处理含油污的废水

气浮法处理废水过程包括气泡产生,气泡与颗粒(固体或液滴)附着以及上浮分离等连续步骤,实现气浮法分离必要条件有两个:第一,必须向水中提供足够数量的微细气泡,气泡理想尺寸为15~30μm;第二,必须使目的物呈悬浮状态或具有疏水性质,从而附着于气泡上浮升。

理论原理:微气泡在液体中高度分散,拥有巨大的比表面积,是一个热力学不稳定系统,因此要吸附液体中的颗粒(固体或液滴)到表面,以减小表面分子受力不对称的程度,降低表面张力及表面吉布

斯函数,在恒温恒压下,这是个自发过程。

①气泡的产生

水中通入空气或减压释放水中溶解的空气,都会产生气泡,所形成的气泡的大小和强度取决于释放空气时的各种条件和水的表面张力大小,未溶解的空气在水中受到水分子引力作用而在两相界面处产生表面张力,这种表面张力力图缩小相界面面积而产生表面张力,这一薄层水分子构成了气泡的膜。

由于表面张力的存在使气泡膜内外的压力不同,而产生了压力差sP,称为附加压力,根据拉普拉斯方程2sP

气泡的曲率半径)可知:a.气泡半径越小,泡内所受附加压力越大,空气分子对气泡膜的碰撞也越剧烈,因此,要获得稳定的微细气泡,就要有足够牢度的气泡膜,水中存在高分子长链物质,有助于增强气泡膜的牢度;b.在附加压力sP

则气泡半径r可进一步缩小,由于气泡小,浮速小,对水体的搅动也小,因此不会撞碎絮粒,气泡越小,同体积的空气形成的气泡数也越多,因此气泡与絮粒碰撞粘附的机会也越多,投加表面活性剂,可以降低水的表面张力,从而进一步缩小气泡尺寸;c.如果水中增加了溶解性无机盐,则会使表面张力提高,结果相同半径的气泡因附加压力增大而使气泡容易破裂或并大。

水中气泡粉碎得越细(意味着外加功越小)。它们的比表面积也就越大,具有的自由界面能也就越多,越显出热力学的不稳定性。因此,它们具有吸附水中物质,特别是吸附性能强或憎水性好的物质,

而降低其表面能的趋势。

②气泡与水中杂质絮粒的粘附 a.气泡与憎水性颗粒杂质的粘附由于微细气泡具有更多的自由界面能,而且可能带有憎水性能。因此,它力求吸附憎水性好的物质而降低其界面能。由于憎水性颗粒杂质对水分子的引力小于水分子自身的引力,所以当其趋近微气泡时,表面的水分子不断地被拉走,直至与微气泡粘附为止。此时,它们的总比界面能减小了,减小的能量即转化为挤开气泡外膜(流动层)所作的功。当气泡与颗粒杂质粘附后,相互作用的各比界面张力必须平衡,由此可得颗粒杂质表面的憎水性越强,碰撞时,就越有可能粘附于气泡上,同时也越有可能在它的表面形成自水中析出的气泡。

b.气泡与絮粒的碰撞粘附作用

气泡和絮粒的粘附主要由以下三种因素综合作用的结果、

气泡与絮粒的碰撞粘附作用

由于絮粒和微气泡都带有一定的憎水性能,它们的比表面又都很大,并且都有过剩的自由界面能。因此,它们都有相互吸附而降低各自表面能的倾向,在一定的水力条件下,具有足够动能的微气泡和絮粒相互撞击时,彼此挤开对方结合力较弱的外层水膜而靠近,当排列有序的气泡内层水膜碰到絮粒的剩余憎水基团(包括活性较大的脱稳胶粒)时,相互通过分子间的范德华力而粘附,由于絮粒柔软而易变形,而微气泡膜又有一定的弹性。因此,二者之间的碰撞是软碰撞,碰撞后,絮粒与气泡实现总粘附,粘附总越多,粘附得越多粘附得越牢。为此,絮粒的尺寸不能太小,剩余憎水基团不能太少,否则在上

浮过程中,气泡容易与絮粒脱离,从而影响气浮净水的效果。絮粒的网捕包卷和架桥作用

动能较大的微气泡撞进大絮粒网络结构的凹槽中,被游动的絮粒所包卷。两絮粒互撞结大时,将游离在中间的自由气泡网捕进去。

已粘附着气泡的絮粒之间互撞时通过絮粒、气泡或者两者的吸附架桥而结大成为夹泡性带气絮粒。

表面活性剂参与作用

水中存在表面活性剂时,往往会影响絮粒的憎水性能以及微气泡的大小数量和牢度,当表面活性剂的剂量适中时,絮粒的附加憎水基团增加,憎水性能得以加强,从而能提高气泡的粘附牢度及其数量,使原先粘附不牢的带气絮粒因粘附性能的改善而得以去除,并因此而提高了气浮净水的效果,但如果表面活性剂的剂量过量时,则其所起的作用恰恰相反。因为过量的表面活性剂会在水中形成大量的胶囊,这些胶囊是亲水性胶团它能稳定地存在水中,这些胶囊如果粘附在絮粒的亲水基团上,将使絮粒的亲水性能增强。同时,大量游离的表面活性剂粘附到絮粒的憎水基团上,亦使絮粒的附加亲水性大为增加。另一方面,由于气泡周围粘附了大量的表面活性剂而使气泡变为亲水性,在它的周围还有可能被表面活性剂所形成的胶囊所包围,由于胶囊是非常稳定的体系。因此,它们相互之间不能粘附。这样气泡就无法将絮粒粘附上浮,而只能径直带着表面活性剂上浮,致使气浮净水的效果降低。

上述气泡与杂质絮粒以及表面活性剂参与的三种粘附作用,在大

多数情况下往往会同时存在,但由于原水的水质多变,净水的要求各异,因此在气浮净水过程中哪个因素所起的作用最大要视具体情况而定。

矿物的浮选

理论原理:常见的矿物表面为高能表面,矿物浮选的本质是使高能表面选择性疏水,即高能表面向低能表面转化。

方法:先将矿石粉碎成尺寸在0.1mm以下的颗粒,加入足量的水、适量的浮选剂及少量的起泡剂,再强烈鼓入空气,即形成大量气泡,这时憎水性强的有用矿物附着在气泡上并随之上浮至液面,而被水润湿的长石、石英等废石则沉于水底。加入浮选剂的目的是为了增加矿物的憎水性,一般当水对矿物的接触再在50°~70°以上时即能达到浮选的效果,浮选后提高了矿物的品位,而利于冶炼。

塑料浮选药剂

理论原理:常见的塑料表面为低能表面,塑料浮选的本质是使低能表面选择性润湿,即低能表面向高能表面转化。

分析:塑料浮选和矿物浮选,从表面能的观点看,存在着显著区别。但无论是低能表面选择性润湿还是高能表面选择性疏水,都可以通过表面活性剂的吸附来完成,所以常见的塑料浮选润湿剂与矿物浮选捕收剂均为表面活性剂。但由表面能高低所决定的矿物疏水机理与塑料润湿机理则存在差别。

有关塑料浮选的润湿机理,主要存在由范德华色散力及氢键作用而导致的选择性物理吸附,由疏水相互作用和静电作用导致的物理吸

附以及主要以电解作用为基础的物理吸附三种观点。目前,用于塑料浮选的药剂,主要是木质素磺酸盐、单宁酸、明胶、百雀树皮汁、司盘、褐煤蜡、月桂醇、增塑剂DIDP、聚糖、水玻璃、醋酸纤维素等。

3)胶体与表面化学与前沿科学

纳米技术

纳米技术是20世纪80年代末90年代初发展起来的前沿性交叉性的新兴学科,从化学或物理学角度看,纳米级的微粒性能由于其表面原子或分子所占比例超乎寻常大而变得不同寻常,研究其特殊的光学、电学、催化性质以及特别的量子效应已受到重视。

关键词:比表面积,表面活性,表面能,扩散

理论原理:纳米级的微粒具有高比表面积和高活性等特性。高比表面导电材料

新的海水淡化技术——FTC技术比现在流行的反向渗透技术节能,而FTC技术的好坏取决于纳米材料,纳米碳管可制成比表面极高的导电电极,使电阻损失减小,从而使吸附Na+、Cl-带电离子的能力增大。

在催化方面的应用

纳米微粒由于尺寸小表面所占的体积分数大,表面的键态和电子态均与颗粒内部不同,表面原子配位不全等导致表面活性增加,具备了作催化剂的基本条件,最近关于纳米微粒表面形态的研究指出,随着粒径减小,表面光滑程度变差,形成了凹凸不平的原子台阶,这就增加了化学反应的接触面,利用纳米微粒的高比表面积和高活性这些

特性,可以显著提高催化效率。例如:美国和日本将光催化半导体纳

米粒子le.g:Fe2O3、TiO2、CdS、ZnS、PbS、PbSe、ZnFeO4等)材

料制成空心球、浮在含有有机物的废水表面上或石油泄漏所污染的海

水表面上,利用阳光进行有机物或石油的降解,在汽车挡风玻璃和后

视镜表面涂覆一层纳米TiO2薄膜,可以起到防污和防雾作用。

3、结语

正如引言中所提到的那样,胶体与表面化学所研究的对象是极广

泛的。在我们的日常生活中,在工厂的生产制造中,在实验室的科学

研究中,总会看到它们的影子。因此,以上所列举的几种实例仅仅触

及到胶体与表面化学应用范围的几个方面,由于水平有限,分析用到

的理论知识也只是胶体与表面化学理论最表层的东西。但我写这篇文

章的主要目的是为了让大家了解我们所学知识的实际应用,希望大家

能从中体会到物理化学作为基础学科的意义所在,更希望老师和同学

对文章中存在的疑义和缺点及时指出以便更正。

参考文献

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刊名-胶体界面化学期刊汇总

【刊名】Advances in Colloid and Interface Science 【简介】《胶体与界面科学进展》, 创刊于1967年,是由荷兰(Elsevier Science)出版的英文刊,期数:16,国际标准刊号:ISSN:0001-8686, 该刊被世图2003版《国外科学技术核心期刊总览》收录,该刊被SCI收录,2006年影响因子为3.79。 【征稿内容】刊载界面与胶体现象以及相关的化学、物理、工艺和生物学等方面的实验与理论研究论文,多用英文发表,间用德、法文。 【投稿信息】 地址:PO Box 211,Amesterdam,Netherlands,1000 AE 网址: https://www.doczj.com/doc/db2255192.html,/science/journal/00018686 【刊名】Current Opinion in Colloid & Interface Science 【简介】《胶体与界面科学新见》, 创刊于1996年,是由英国(Elsevier Science)出版的英文双月刊,国际标准刊号:ISSN:1359-0294,该刊被SCI收录,2006年影响因子为4.63。本馆有电子馆藏。 【征稿内容】胶体、界面和聚合物科学。 【投稿信息】 地址:84 Theobalds RD London,England, WC1X 8RR 网址: https://www.doczj.com/doc/db2255192.html,/wps/find/journaldescription.cws_home/620053/description #description 【刊名】Journal of Colloid and Interface Science 【简介】《胶体与界面科学杂志》,创刊于1946年,是由美国(Elsevier Science,Academic Press Inc.)出版的英文半月刊,国际标准刊号:ISSN:0021-9797,该刊被世图2003版《国外科学技术核心期刊总览》收录,该刊被SCI收录,2006年影响因子为2.233。本馆有纸版收藏。 【征稿内容】刊载胶体与界面科学基础原理和应用方面的论文和书评。 【投稿信息】 地址:525 B ST, STE 1900, SAN DIEGO, USA, CA, 92101-4495 网址: https://www.doczj.com/doc/db2255192.html,/wps/find/journaldescription.cws_home/622861/description #description 【刊名】Langmuir 【简介】《兰格缪尔》,创刊于1985年,是由美国(American Chemical Society)出版的英文刊,期数:26,国际标准刊号:ISSN:0743-7463,该刊被SCI收录,2006年影响因子为3.902。本馆有纸版收藏。 【征稿内容】注重以新的物理学观点研究表面与胶态化学,刊载论文、评论、技术札记和简讯。涉及学科极广。 【投稿信息】 地址:1155 Sixteenth St., NW Washington, DC 20036

界面与胶体化学

系 专业 班 学 姓 ┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉密┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉封┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉线┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉

纳米材料的研究进展 摘要: 在充满生机的21世纪,信息、生物技术、能源、环境、先进制造技术和国防的高速发展必然对材料提出新的需求,组件的小型化、智能化、高集成、高密度存储和超快传输等对材料的尺寸要求越来越小;航空航天、新型军事装备及先进制造技术等对材料性能要求越来越高。新材料的创新,以及在此基础上诱发的新技术。本文介绍了纳米材料和纳米技术的概念及其研究进展,并且着重介绍了纳米材料的应用及纳米材料的发展前景预测。 关键词:纳米材料纳米技术研究进展应用发展趋势。 引言: 新产品的创新是未来10年对社会发展、经济振兴、国力增强最有影响力的 战略研究领域,纳米材料将是起重要作用的关键材料之一。纳米材料和纳米结构是当今新材料研究领域中最富有活力、对未来经济和社会发展有着十分重要影响的研究对象,也是纳米科技中最为活跃、最接近应用的重要组成部分。 指由纳米单元构成的任何类型的材料,如金属、陶瓷、聚合物、半导体、玻璃和复合材料等。这些纳米级的结构单元,如纳米粒子(0维)、碳纳米管(1维)和纳米层(2维)等又是由原子和分子组成的。通过改变纳米结构单元的大小,控制内部和表面的化学性质及它们的组合,就能设计材料的特性和功能。 1、纳米材料和纳米技术 1991年,碳纳米管被人类发现,它的质量是相同体积钢的六分之一,强度却是钢的10倍,成为纳米技术研究的热点。诺贝尔化学奖得主斯莫利教授认为,纳米碳管将是未来最佳纤维的首选材料,也将被广泛用于超微导线、超微开关以及纳米级电子线路等。 2、纳米材料的研究进展 纳米材料的研究最初源于十九世纪六十年代对胶体微粒的研究,二十世纪六十年代后,研究人员开始有意识得通过对金属纳米微粒的制备和研究来探索纳米体系的奥秘。1984年,德国萨尔布吕肯的格莱特(Gleiter)教授[3] 把粒径为6nm的金属铁粉原位加压制成世界上第一块纳米材料,开创纳米材料学之先河。1990年7月,在美国巴尔的摩召开了第一届国际纳 米科学技术学术会议(Nano-ST),标志着纳米材料学作为一个相对独立学科的诞生。 中科院沈阳金属所的卢柯小组[6]在纳米材料及相关亚稳材料领域取得了突出的成绩。他发展的利用非晶完全晶化制备致密纳米合金的方法已与惰性气体蒸发后原位加压法、高能球磨法成为当前制备金属纳米块材的三种主要方法之一。他们发现的纳米铜的室温超塑延展性,被评为2000年中国十大科技新

界面与胶体化学试卷A

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乳化液的研究进展 摘要针对目前国内外乳化液在食品、化妆品、医药等各类生活用品的应用及发展论述。本文通过世界乳化液发展史,各类乳化液的作用延伸到现实生活中的应用,通过不同性质的物质经过实验加工合成各种各样对人们生产活动息息相关的乳化液。乳化液的应用主要体现在食品添加剂、化妆品的乳化理论与乳化技术上,都是通过人民生产生活对其的要求日益提高,乳化液相关工作人员不断改进乳化液的原料、生产合成工艺逐步完善乳化液的功能。得出了根据各种乳化液的HLB值不同、乳化液与分散相的亲和性、乳化液的配伍作用可以细分各类乳化液的相应及相对作用推广乳化液在各领域的使用。 关键字:乳化液,食品添加剂,化妆品,乳化液的HLB值 引言乳化液广泛应用于化工、食品、造纸、涂料、印染、纺织、环保、石油、医药、金属加工、石油产品、废水处理等各个领域。本文主要介绍乳化液的发展、制备、性质及应用,反映了乳化最新研究与应用成果,对乳化液的研究、开发和应用提供参考。 1.乳化液的乳化原理 乳化液作为一类食品添加剂,在食品工业中扮演着重要的角色,它是现代食品工业的重要组成部分,在食品工业中的需求量约占添加剂的50%[1]。基于其表面活性性质和与食品组分的相互作用,乳化液不仅在各种原料混合、融合等一系列加工过程中起乳化、分散、润滑和稳定等作用,而且还可以改进和提高食品的品质和稳定性。比如,它可以使食品舌感润滑、保持质感,还被用作蛋糕的起泡剂、豆腐的消泡剂等。在面包生产中,乳化液可以保护淀粉粒,防止老化,从而使面包食感得到改良,并在防氧化、抗菌和品质等方面得到改善。 乳化液是一种表面活性剂,既有亲水基团,又有亲油基团,两者分别处于两端,形成不对称的分子结构。可将两种不溶物质“吸附”在一起。乳化液是乳液的一种稳定剂,也是表面活性剂的一种。 乳化液可以分散在分散质的表面,形成薄膜或者是双电层,可以是分散相带有电荷,这样就可以阻止分散相的小液滴互相凝结,使形成的乳浊液比较稳定。例如,在农药的原药(固态)或原油(液态)中加入一定量的乳化液,再把它们溶解在有机溶剂里,混合均匀后可制成透明液体,叫乳油。常用的乳化液有肥皂、阿拉伯胶、烷基苯磺酸钠、硬脂酸钠盐、羧酸盐、硫酸盐等。 1.1液体物料中的乳化原理 在两种不相混合的液体中(如油和水),乳化液分子能吸附于液体界面上,并定向排列,亲水基团指向水相,疏水基团指向油相,通过乳化液的“架桥”作用,使水和油两相紧密地融 合在一起。 1.2 固体物料中的乳化原理乳化液与食品中的蛋白质、淀粉、脂类作用,改善食品结构。碳

专题讲解-界面现象-胶体化学

表面吉布斯自由能和表面张力 1、界面: 密切接触的两相之间的过渡区(约几个分子的厚度)称为界面(interface),通常有液-气、液-固、液-液、固-气、固-液等界面,如果其中一相为气体,这种界面称为表面(surface)。 2、界面现 象: 由于界面两侧的环境不同,因此表面层的分子与液体内的分子受力不同: 1.液体内部分子的吸引力是对称的,各个方向的引力彼此抵销,总的受力效果是合力为零; 2.处在表面层的分子受周围分子的引力是不均匀的,不对称的。 由于气相分子对表面层分子的引力小于液体内部分子对表面层分子的引力,所以液体表面层分子受到一个指向液体内部的拉力,力图把表面层分子拉入内部,因此液体表面有自动收缩的趋势;同时,由于界面上有不对称力场的存在,使表面层分子有自发与外来分子发生化学或物理结合的趋势,借以补偿力场的不对称性。由于有上述两种趋势的存在,在表面会发生许多现象,如毛细现象、润湿作用、液体过热、蒸气过饱和、吸附作用等,统界面现象。 3、比表面(Ao) 表示多相分散体系的分散程度,定义为:单位体积(也有用单位质量的)的物质所具有的表面积。用数学表达式,即为: =A/V A 高分散体系具有巨大的表面积。下表是把一立方厘米的立方体逐渐分割成小立方体时,比表面的增长情况。高度分散体系具有巨大表面积的物质系统,往往产生明显的界面效应,因此必须充分考虑界面效应对系统性质的影响。

4、表面功 在温度、压力和组成恒定时,可逆地使表面积增加dA所需要对体系做的功,称为表面功(ω’)。 -δω’=γdA (γ:表面吉布斯自由能,单位:J.m-2) 5、表面张力 观察界面现象,特别是气-液界面的一些现象,可以觉察到界面上处处存在着一种张力,称为界面张力(interface tension)或表面张力(surface tension)。它作用在表面的边界面上,垂直于边界面向着表面的中心并与表面相切,或者是作用在液体表面上任一条线两侧,垂直于该线沿着液面拉向两侧。如下面的例子所示: 计算公式: -δω'= γdA (1) 式中γ是比例常数,在数值上等于当T、p及组成恒定的条件下,增加单位表面积时所必须对体系作的非膨胀功。 我们从另一个角度来理解公式(1)。先请看下面的例子。 从上面的动画可知:肥皂膜将金属丝向上拉的力就等于向下的重力(W 1+W 2 ),即 为

界面与胶体化学复习题及答案

习题1 1. 一定体积的水,当聚成一个大水球或分散成许多水滴时,同温度下,两种状 态相比,以下性质保持不变的有: (A)表面能 (B)表面张力 (C)比表面 (D)液面下的附加压力 2.在下图的毛细管内装入普通不润湿性液体,当将毛细管右端用冰块冷却时,管 内液体将: (A)向左移动 (B)向右移动 (C)不移动 (D)左右来回移动 3.在298 K下,将液体水分散成小液滴,其热力学能: (A) 增加 (B)降低 (C) 不变 (D)无法判定 4.在相同温度下,固体冰和液体水的表面张力哪个大? (A)冰的大 (B)水的大 (C)一样大 (D)无法比较 5.在临界温度时,纯液体的表面张力 (A) 大于零 (B)小于零 (C)等于零 (D)无法确定 6.在 298 K时,已知 A液的表面张力是 B液的一半,其密度是 B液的两倍。如 果A液在毛细管中上升1.0×10-2m,若用相同的毛细管来测 B液,设接触角相等, B液将会升高: (A) 2×10-2m (B) 1/2×10-2m (C) 1/4×10-2m (D) 4.0×10-2m 7.下列说法中不正确的是: (A)生成的新鲜液面都有表面张力 (B)平面液体没有附加压力 (C)弯曲液面的表面张力的方向指向曲率中心 (D)弯曲液面的附加压力指向曲率中心 8.微小晶体与普通晶体相比较,哪一种性质不正确? (A)微小晶体的饱和蒸气压大

(B)微小晶体的溶解度大 (C)微小晶体的熔点较低 (D)微小晶体的溶解度较小 9.在空间轨道上运行的宇宙飞船中,漂浮着一个足够大的水滴,当用一根内壁干净、外壁油污的玻璃毛细管接触水滴时,将会出现: (A)水并不进入毛细管 (B)水进入毛细管并达到管内一定高度 (C)水进入毛细管并达到管的另一端 (D)水进入毛细管并从另一端滴出 10.同外压恒温下,微小液滴的蒸气压比平面液体的蒸气压: (A) 大 (B) 一样 (C) 小 (D) 不定 11.用同一支滴管滴下水的滴数和滴相同体积苯的滴数哪个多? (A)水的多 (B)苯的多 (C)一样多 (D)随温度而改变 12. 25℃时,一稀的肥皂液的表面张力为0.0232 N·m-1,一个长短半轴分别为0.8 cm和0.3 cm的肥皂泡的附加压力为: (A) 5.8 Pa (B) 15.5 Pa (C) 18.4 Pa (D) 36.7 Pa 13.已知 293 K时,水-辛醇的界面张力为 0.009 N·m-1,水-汞的界面张力为 0.375 N·m-1,汞-辛醇的界面张力为 0.348 N·m-1,故可以断定: (A)辛醇不能在水-汞界面上铺展开 (B)辛醇可以在水-汞界面上铺展开 (C)辛醇可以溶在汞里面 (D)辛醇浮在水面上 14.在农药中通常都要加入一定量的表面活性物质,如烷基苯磺酸盐,其主要目的是: (A) 增加农药的杀虫药性 (B) 提高农药对植物表面的润湿能力 (C) 防止农药挥发 (D) 消除药液的泡沫 15.将半径相同的三根玻璃毛细管分别插入水、乙醇水溶液和NaCl水溶液中,三根毛细管中液面上升高度分别为h1,h2,h3,则: (A) h1>h2>h3 (B) h1>h3>h2 (C) h3>h1>h2 (D) h2>h1>h3

界面与胶体

1.毛细管中形成的弯曲液面,无论是凸液面还是凹液面,所产生的附加压力恒为正值,方向均指向弯曲液面的曲率中心 2.湿润性液体在毛细管中上升的高度与毛细管内径成反比关系,与液面的表面张力成正比关系。 3.球形液滴的半径越小,饱和蒸汽压越大,溶液中的气泡半径越小,气泡内液面的饱和蒸汽压越小。 4.常见的亚稳态包括:过饱和蒸汽、过冷液体、过热液体和过饱和溶液。 5.在一定的T、P下,向纯水中加入少量表面活性剂,此时,表面活性剂在溶液表面层的浓度将大于其在溶液本体中的浓度。此时,溶液的表面张力将小于纯水的表面张力。 6.根据溶于水后是否解离可以极爱那个表面活性剂分为离子型和非离子型两大类。离子型表面活性剂又可以按产生离子的电荷性质分为阳离子型、阴离子型和两性型表面活性剂。 7.固体在等温、等压下可以自发地吸附气体,则该过程的△G<0 ,△S<0 △H<0。 8.临界胶束浓度(CMC)和亲水亲油平衡(HLB)是表面活性剂的两个重要参数。 9.根据分散相和分散介质的聚集状态进行分类,胶体系统可以分为:固溶胶、液溶胶和气溶胶。 10.溶胶系统的电动现象:主要指电泳和电渗。 11.胶粒收到分散介质分子碰撞而处于不停息的、无规则的运动状态,这种现象是:布朗运动。 12.在外加电场的作用下,胶体粒子在分散介质里向阴极或阳极定向移动的现象叫做电泳。该现象证明了胶体粒子带点。 13.胶体系统的电动现象主要指:电泳和电渗。 14.把混有离子或分子的胶体装入半透膜袋中,并把这个袋放在溶剂中从而使离子或分子从胶体溶液里分离出来的操作叫做渗析。这个操作证明胶体粒子直径比离子或分子大。应用 该方法可以净化、精制胶体。 15.ζ电势越高,表面:胶粒带电越多,滑动面与溶液本体之间的电势差越大,扩散层厚度越厚。(结论) 16.溶液的丁达尔效应是其高度分散性和多相不均匀性的反映。 17.高分子化合物对溶胶同时具有絮凝和稳定作用。 18.使胶体聚沉的主要方法有:加入电解质、加入带相反电荷的胶体、加热。 19.使溶胶聚沉所需电解质最低浓度称为电解质对溶胶的聚沉值。聚沉值越小的电解质,其聚沉能力越强。 20.胶体的流变性质是指胶体在外力作用下变形和流动的性质。 21.将一束光线通过胶体,从侧面看到一条光亮的通路,这是由于胶体粒子对光的散射造成的,这种现象叫做丁达尔效应。利用该现象可以鉴别胶体和溶液。 判断: 1.表面活性分子开始形成一定形状的胶束所需的最低浓度称为临界胶束浓度(CMC) T 2.表面活性剂的HLB值越大,表示该表面活性剂的亲水性越强T 3.溶胶是均相系统,在热力学上是稳定的 F 4.溶胶系统是指分散相的粒径大于1000nm的分散系统 F 5.胶体系统的主要特征是高度分散性、多相不均匀性和热力学不稳定性。 F 6.在加入少量大分子溶液时,会促使溶胶的聚沉,这种现象称为敏化作用。T 7.聚沉值越大的电解质其聚沉能力越小;反之,聚沉值越小的电解质其聚沉能力越强T 8.ζ电势越高,表明:胶粒带电越多T

胶体化学论文

胶体化学与表面化学 14无机非 杜君 学号:1403031008 胶体化学是胶体体系的科学,随着胶体化学的迅速发展,它已成为一门独 立的学科。这是因为有一方面由于胶体现象很复杂,有它自己独特的规律性; 它在科学研究方面发挥着巨大的作用;不仅如此,它与无机化学、材料化学等 相关学科也有着密切关系,如利用微乳技术制取纳米颗粒、利用溶胶—凝胶法 制压电陶瓷等。 胶体体系的重要特点之一,是具有很大的表面积。任何表面,在通常情况 下实际上都是界面,如水面即液体与气体的界面、桌面即固体与气体的界面等,在任何两相界面上都可以发生复杂的物理或化学现象,总称为表面现象,也就 是界面现象。胶体化学中所说的界面现象,不仅包括物体表面上发生的物理化 学现象以及物体表面分子(或原子)和内部的有什么不同,而且还包括一定量 的物体经高度分散后(这时表面积将强烈增大)给体系的性质带来怎样的影响,例如粉尘为什么会爆炸、小液珠为什么能成球、汞的小液滴在洁净玻璃上成球 而水的小液滴铺展、活性炭为什么能脱色等等,这些问题都与界面现象有关。 界面现象涉及的范围很广,研究界面现象具有十分重要的意义。 表面化学就是研究表面现象的一门学科,从历史角度看,表面化学是胶体 化学的一个重要分支,也是其中最重要的一个部门,二者密切相关。胶体化学 与表面化学内容包括胶体的制备和性质、凝胶、界面现象和吸附、乳状液的基 本知识及其应用,如丁达尔现象、电泳及电渗、双电层结构和相应电位分布、 双电层理论、DLVO理论、表面张力产生原因及肥皂去污等原理。 胶体的制备与性质和表面现象是胶体化学最核心的内容。胶体的制备与 性质包括胶体的运动性质、光学性质、电学性质、流变性质、制备及净化方法 及胶团的结构和与其相关的双电层理论及模型等相关内容:由于胶粒对光的散 射作用产生了丁达尔现象;由于不同溶胶中胶粒的大小不同,使之对透过其中 的光的散射、反射作用不同,故使溶胶产生各种颜色;由于胶粒带电的性质使 之产生了电泳及电渗现象;由于它带电的性质又产生了双电层理论;又由于它 带电的性质引出了DLVO理论及对其聚沉性的研究。

界面现象问答题【自己整理

1液滴会自动成球形,固体表面有吸附作用,溶液的表面也会有吸附现象,请给予热力学解释。 答:在一定的T、p下,系统的吉布斯函数越低越稳定。G =σ A 液滴自动呈球形是因为相同体积时,液滴的表面积最小。固体表面和液体表面有吸附作用是因为可通过吸附作用来降低表面的不对称性,降低表面张力,使吉布斯函数降低。 2工业上常用喷雾干燥法处理物料。 答:根据开尔文公式可知,微小液滴的饱和蒸气压比普通平液面的饱和蒸气压的大,因此在同样温度下更易挥发,使物料达到干燥的目的。 3用同一滴管在同一条件下分别滴下同体积的三种液体,水、硫酸水溶液、丁醇水溶液,则它们的滴数最多的是哪一个,最少的是哪一个? 答:把水的表面张力看为定值,加入硫酸后硫酸水溶液的表面张力增大,加入丁醇后丁醇水溶液的表面张力减小,表面张力越大越易形成球状。所以硫酸的滴数最少,丁醇滴数最多。 4、解释下列各种现象及其产生原因 (1)均匀混合的油水系统经静止后会自动分层; (2)自由液滴或气泡通常呈球型; (3)粉尘大的工厂或矿山容易发生爆炸事故。 答:(1)均匀混合的油水系统静止后分层是液体自动缩小界面积的现象。均匀混合的油水系统是多相分散体系,相与相之间的界面积很大,界面能很高,处于不稳定状态,因而会自动缩小界面积而使系统趋于稳定。 2)自由液滴或气泡也是液体自动缩小界面积的现象。一方面由于体积一定时,球型液滴表面积最小,另一方面若形成凸凹不平的不规则表面,在凸凹处分别受到相反方向附加压力的作用,在这些不平衡力的作用下,必然会形成球型表面,各处压力均衡,系统才处于稳定状态。 3)粉尘是细小的固体颗粒分散在空气中形成的分散系统,颗粒越小,表面积越大,表面能越高,因处于极不稳定的状态。当遇到明火、撞击等不安全因素时,就会导致系统的燃烧甚至爆炸。 5、纯水和矿泉水注满玻璃杯时,哪一个的液面会更高于杯口? 答:矿泉水中含有无机盐离子,可使水的表面张力增大,进而增大了水于玻璃杯壁的接触角,所以矿泉水的液面会更高于杯口 6、气、固相反应CaCO3(s)——CaO(s)+ CO2(g)已达平衡。在其他条件不变的情况下,若把CaCO3(s)的颗粒度变的极小,则平衡如何移动? 答:正向移动。微小晶体的蒸汽压比普通晶体的大,其化学势也高 7、在一定温度和压力下,为什么物理吸附都是放热过程? 答:因为物理吸附基本上相当于气体的凝聚过程,而这个过程是要放出液化热的。另外,从吸附热力学上看吸附过程是一个自动进行的过程,因此在恒温、恒压下随着吸附的进行,系统的吉布斯函数是减小的,即ΔT,pG<0。再者气体分子吸附在固体表面上是气体分子由在三维空间运动转移到二维空间上运动,分子的平动受到了制约,从宏观上看表现为熵减的过程,即吸附过程为ΔS<0的过程。在恒温、恒压下,存在 ΔT,pG=ΔH-TΔS 因为ΔG<0,ΔS<0,所以吸附焓必然小于零。严格讲这一结论只对物理吸附才成立 1、晴朗的白天看天空为什么呈蔚蓝色,而晚霞却呈红色? 白天看到的是太阳光在空气中的散射光,晚霞是看到的透射光。 2、在两块光滑的玻璃之间放些水后叠合在一起,若使之上下分开为什么要很费力?

界面与胶体化学复习题及答案

应化124班 1. 一定体积的水,当聚成一个大水球或分散成许多水滴时,同温度下,两种状 态相比,以下性质保持不变的有: (A)表面能 (B)表面张力 (C)比表面 (D)液面下的附加压力 2.在下图的毛细管内装入普通不润湿性液体,当将毛细管右端用冰块冷却时,管 内液体将: (A)向左移动 (B)向右移动 (C)不移动 (D)左右来回移动 3.在298 K下,将液体水分散成小液滴,其热力学能: (A) 增加 (B)降低 (C) 不变 (D)无法判定 4.在相同温度下,固体冰和液体水的表面张力哪个大? (A)冰的大 (B)水的大 (C)一样大 (D)无法比较 5.在临界温度时,纯液体的表面张力 (A) 大于零 (B)小于零 (C)等于零 (D)无法确定 6.在 298 K时,已知 A液的表面张力是 B液的一半,其密度是 B液的两倍。如 果A液在毛细管中上升1.0×10-2m,若用相同的毛细管来测 B液,设接触角相等, B液将会升高: (A) 2×10-2m (B) 1/2×10-2m (C) 1/4×10-2m (D) 4.0×10-2m 7.下列说法中不正确的是: (A)生成的新鲜液面都有表面张力 (B)平面液体没有附加压力 (C)弯曲液面的表面张力的方向指向曲率中心 (D)弯曲液面的附加压力指向曲率中心 8.微小晶体与普通晶体相比较,哪一种性质不正确?

(A)微小晶体的饱和蒸气压大 (B)微小晶体的溶解度大 (C)微小晶体的熔点较低 (D)微小晶体的溶解度较小 9.在空间轨道上运行的宇宙飞船中,漂浮着一个足够大的水滴,当用一根内壁干净、外壁油污的玻璃毛细管接触水滴时,将会出现: (A)水并不进入毛细管 (B)水进入毛细管并达到管内一定高度 (C)水进入毛细管并达到管的另一端 (D)水进入毛细管并从另一端滴出 以下说法中正确的是( C )。 (A) 溶胶在热力学和动力学上都是稳定系统; (B) 溶胶与真溶液一样是均相系统; (C) 能产生丁达尔效应的分散系统是溶胶; (D) 通过超显微镜能看到胶体粒子的形状和大小 二、判断题 1、溶胶是均相系统,在热力学上是稳定的。(√) 2、长时间渗析,有利于溶胶的净化与稳定。(×) 3、有无丁达尔(Tyndall)效应是溶胶和分子分散系统的主要区别之一。(√) 4、亲液溶胶的丁达尔(Tyndall)效应比憎液胶体强。(×) 5、在外加直流电场中,碘化银正溶胶向负电极移动,而其扩散层向正电极移动。(√) 6、新生成的Fe(OH)3沉淀中加入少量稀FeCl3溶液,会溶解,再加入一定量的硫酸盐溶 液则又会沉淀。(√) 7、丁达尔效应是溶胶粒子对入射光的折射作用引起的。(×) 8、胶束溶液是高度分散的均相的热力学稳定系统。(√) 9、胶体粒子的扩散过程和布朗运动本质上都是粒子的热运动而发生的宏观上的定向迁移现 象。(√) 10、在溶胶中加入电解质对电泳没有影响。(×) 二、填空题 1.界面吉布斯自由能和界面张力的相同点是 不同点是。 2.液态汞的表面张力 g= 0.4636 N·m-1+ 8.32×10-3N·m-1·K-1·T - 3.13×10-7N·m-1·K-2·T2 在 400 K时,汞的(?U/?A)T, V = 。 3.液滴越小,饱和蒸气压越 __________;而液体中的气泡越小,气泡内液体的饱和蒸气压越 __________。 4. 300 K时,水的表面张力g= 0.0728 N·m-1,密度r为 0.9965×103kg·m-3。

胶体界面现象问题答案修改版

?胶体界面现象问题答案 1.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?同样体 积的水,以球形的表面积为最小,亦即在同样条件下,球形水滴其表面吉布斯自由能相对为最小。气泡同理。半径极小的气泡内的饱和蒸气压远小于外压,因此在外压的挤压下,小气泡更容易破裂。 2.毛细凝结现象为什么会产生?根据Kelvin公式RTln(pr/po)=2Vγ/r, 曲率半径极小 的凹液面蒸气压降低,低于正常饱和蒸气压,即可以在孔性固体毛细孔中的凹液面上凝结。因毛细管曲率半径极小,所以会产生毛细凝结现象。 3.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 天上的雨来自空中的云,空中的云其实就是水的气溶胶,它来自地面的水汽蒸发。当 水蒸气压大于水的饱和蒸汽压,云中水滴增大,达到一定程度,也就是不能被上升 的气流顶托住的时候,水滴(冰滴、雪花)就会落到地面上,即是我们所见的雨、雹、雪。 ?只有过饱和水蒸气的云才能实施人工增雨。雾状小水滴的半径很小,根据开尔文公式,由于小水滴的饱和蒸气压p r*大于水的饱和蒸汽压,水滴难以长大,可以添加碘化银、干冰,增大粒径(干冰还降低温度),降低p r* ,使水滴凝结。 ?实施人工隆雨时就是向空中撒入凝结核心,使最初的小水滴的曲率半径加大,这时小水滴的饱和蒸气压小于高空中的蒸气压,从而形成降雨。 4.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 ?液体中的小气泡,r <0, p r*

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。

物理化学十一、十二章问答题(界面现象和胶体)

第十一章界面现象 .表面能、表面自由能、比表面自由能、表面张力是否是一个概念?相同否? 答:总地说来四者都是描述表面地过剩能量,但概念上有区别,表面能为物质表面较其 内部多余地能量;若在,恒定时,这部分能量称为表面自由能(表面吉布斯自由能);若在,恒定时,单位表面地自由能,便称为比表面自由能,其单位为·-,因=·,故·-也可化为·-,这样表面自由能又转变为另一概念,成为垂直作用于单位长度相表面上沿着相表面地切面方向地力,称为表面张力.虽然比表面自由能和表面张力地数值相同,也可混用,但概念有差别,前者是标量,后者是矢量. .若在容器内只是油与水在一起,虽然用力振荡,但静止后仍自动分层,这是为什么? 答:油与水是互不相溶地,当二者剧烈振荡时,可以相互分散成小液滴,这样一来,表面能增大,这时又没有能降低表面能地第三种物质存在,因此这时为不稳定体系,体系有自动降低能量地倾向,分层后,体系能量降低,因此会自动分层. .铅酸蓄电池地两个电极,一个是活性铅电极,另一个是活性氧化铅电极,你是怎样理 解这理解这“活性”两字? 答:这里活性是指铅或氧化铅处于多孔性,即具有大地比表面积,具有较高比表面自由能,处于化学活性状态.这是在制备电极时经过特殊活化工序而形成地高分散状态,根据热力学理论及表面性质,若铅蓄电池长期使用或者长期放置而未能及时充电,电极地高分散状态会逐渐减低,这种活性也就消失. .在化工生产中,固体原料地焙烧,目前很多采用沸腾焙烧,依表面现象来分析有哪些优点? 答:沸腾焙烧是将固体原料碎成小颗粒,通入预热地空气或其它气体,使炉内固体颗粒在 气体中悬浮,状如沸腾,这样就增大了固气间地接触界面,增强了传质与传热,使体系处于较高地化学活性状态. . 在滴管内地液体为什么必须给橡胶乳头加压时液体才能滴出,并呈球形? 答:因在滴管下端地液面呈凹形,即液面地附加力是向上地,液体不易从滴管滴出,因此 若要使液滴从管端滴下,必须在橡胶乳头加以压力,使这压力大于附加压力,此压力通过液柱而传至管下端液面而超过凹形表面地附加压力,使凹形表面变成凸形表面,最终使液滴滴下,刚滴下地一瞬间,液滴不成球形,上端呈尖形,这时液面各部位地曲率半径都不一样,不同部位地曲面上所产生附加压力也不同,这种不平衡地压力便迫使液滴自动调整成球形,降低能量使液滴具有最小地表面积.

胶体与界面化学(总结)

本章基本内容与要求 1、理解与掌握界面热力学基本原理与公式。 (1)理解界面张力(自由能)与过剩量的意义,理解界面系统热力学基本原理与平衡条件。 (2)掌握拉普拉斯方程、开尔文方程及吉布斯等温方程的推导、含义与应用(计算与解释界面现象)。 (3)了解润温程度的判剧。 2、了解界面平衡特性。 (1)理解化学吸附与物理吸附概念。 (2)掌握兰缪尔吸附模型的意义与应用。 (3)了解BET多层吸附模型的意义与应用。 3、了解界面反应动力学及多相催化。 4、了解胶体系统的各种分类以及物质的尺度在分类中的意义。 5、掌握胶体系统的稳定、制备和破坏的方法。 (1)理解胶体和稳定机制及相关理论。 (2)掌握胶体失稳的各种因素。 6、掌握胶体系统的各种特性。 包括相平衡性质、动力性质、动电性质、流变性质,并了解其变化规律。 7、了解缔合胶体、乳状液、泡沫以及凝胶的特点,了解影响其稳定性的因素。 本章重点与难点: 1、有关界面现象的有:表面张力、弯曲液面的附加压力及后果、表面吸附量与接触角。 2、有关胶体系统的有:胶体的各种特性、胶性稳定性及相关理论、有关沉降公式及流动电势的计算。 3、有关大分子溶液的有:平均分子质量及测定、大分子溶液的粘度、唐南平衡。 本章教学时数:10-12学时,习题课:2学时。 通常分为胶体化学与界面化学两章讨论,因胶体是高度分散的多相体系,其有很大的比表面,故合为一章。但讲述仍是分开,先谈界面化学。 体系内相与相之间存在的一个过渡层,称为相界面。历史上曾称为“表面”。因人们习惯把S-g、L-g的界面称为表面。现已多改之,因称“表面”有二点不妥:①表面似指一个没有厚度的纯几何面;而界面则是两相间的过渡层,通常具有几个分子层厚为三维空间。②“表面”的范围较窄,象S-L、S-S、L-L亦存“界面”。

界面与胶体化学复习题及答案

习题1 1、一定体积的水,当聚成一个大水球或分散成许多水滴时,同温度下,两种状态 相比,以下性质保持不变的有: (A)表面能 (B)表面张力 (C)比表面 (D)液面下的附加压力 2、在下图的毛细管内装入普通不润湿性液体,当将毛细管右端用冰块冷却时,管 内液体将: (A)向左移动 (B)向右移动 (C)不移动 (D)左右来回移动 3、在298 K下,将液体水分散成小液滴,其热力学能: (A) 增加 (B)降低 (C) 不变 (D)无法判定 4、在相同温度下,固体冰与液体水的表面张力哪个大? (A)冰的大 (B)水的大 (C)一样大 (D)无法比较 5、在临界温度时,纯液体的表面张力 (A) 大于零 (B)小于零 (C)等于零 (D)无法确定 6、在 298 K时,已知 A液的表面张力就是 B液的一半,其密度就是 B液的两倍。 如果A液在毛细管中上升1、0×10-2m,若用相同的毛细管来测 B液,设接触角相 等,B液将会升高: (A) 2×10-2m (B) 1/2×10-2m (C) 1/4×10-2m (D) 4、0×10-2m 7、下列说法中不正确的就是: (A)生成的新鲜液面都有表面张力 (B)平面液体没有附加压力 (C)弯曲液面的表面张力的方向指向曲率中心 (D)弯曲液面的附加压力指向曲率中心 8、微小晶体与普通晶体相比较,哪一种性质不正确? (A)微小晶体的饱与蒸气压大 (B)微小晶体的溶解度大 (C)微小晶体的熔点较低 (D)微小晶体的溶解度较小 9、在空间轨道上运行的宇宙飞船中,漂浮着一个足够大的水滴,当用一根内壁干 净、外壁油污的玻璃毛细管接触水滴时,将会出现: (A)水并不进入毛细管 (B)水进入毛细管并达到管内一定高度

最新胶体与界面化学a-答案

天津工业大学2011-2012学年第一学期 应化、化工《胶体与界面化学》课程期末试卷(A卷) 班级___________姓名__________ 学号____________ 一、选择题(25分) 1. 空气中直径0.01m的球形肥皂泡(表面张力为0.025N/m)所受附加压力为( D ) (A) 2.5Pa (B) 5Pa (C) 10Pa (D) 20Pa 2. 液体在毛细管中上升的高度正比于(C )。 (A) 温度(B) 液体密度(C) 附加压力(D) 管的半径 3. 在相同温度下,同一液体被分散成有不同曲率半径的分散体系时,将具有 不同饱和蒸气压,以P 平、P 凹 、P 凸 分别表示平面、凹面和凸面液体上的饱 和蒸气压,则三者的关系是( B ) (A) P平>P凹>P凸(B) P凸>P平>P凹 (C) P凹>P平>P凸(D) P凸>P凹>P平 4. 用最大气泡法测定溶液表面张力,对实际操作的规定哪条不正确?(D ) (A) 毛细管必须严格清洗保证干净 (B) 毛细管口必须平整 (C) 毛细管应垂直放置并刚好与液面相切 (D) 毛细管垂直深深插入液体内部,每次浸入浓度尽是保持不变 5. 表面活性剂是针对某种特定的液体或溶液而言的,表面活性剂的实质性作 用是(C) (A)乳化作用(B)增溶作用 (C)降低表面张力(D)增加表面张力

6. 电动现象产生的基本原因是(D) (A)外电场或外压力的作用 (B)电解质离子的作用 (C)分散相粒子或多孔固体的比表面能高 (D)固体粒子或多孔固体表面与液相界面间存在扩散双电层结构 7. 区别溶胶与真溶液和悬浮液最简单而灵敏的方法是(C ) (A)乳光计测定粒子浓度(B)超显微镜测定粒子大小 (C)观察丁达尔效应(D)测定ζ电势 8. 江、河水中含的泥沙悬浮物在出海口附近都会沉淀下来,原因有多种,其 中与胶体化学有关的是( B ) (A)乳化作用(B)电解质聚沉作用 (C)溶胶互沉作用(D)破乳作用 9.雾属于分散体系,其分散介质是(A) (A)气体;(B)液体;(C)固体;(D)气体或固体。 10. 溶胶的基本特性之一是( C ) (A) 热力学上和动力学上皆属于稳定体系 (B) 热力学上和动力学上皆属不稳定体系 (C) 热力学上不稳定而动力学上稳定体系 (D) 热力学上稳定而动力学上不稳定体系。 11. 一个玻璃毛细管分别插入25℃和75℃的水中,则毛细管中的水在两不同温度水中上升的高度( C ) (A) 相同;(B) 无法确定; (C) 25℃水中高于75℃水中;(D) 75℃水中高于25℃水中。 12. 在一个密闭的容器中,有大小不同的两个水珠,长期放置后,会发生( A ) (A) 大水珠变大,小水珠变小(B) 大水珠变大,小水珠变大(C) 大水珠变小,小水珠变大(D) 大水珠,小水珠均变小

胶体与界面化学题库及答案

1.什么是气凝胶?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 2.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。 3.简述光学白度法测定去污力的过程。 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。 4.试述洗涤剂的发展趋势。 液体洗涤剂近几年的新的发展趋势:(1)浓缩化(2)温和化、安全化(3)专业化(4)功能化(5)生态化: ①无磷化②表面活性剂生物降解③以氧代氯 5.简述干洗的原理 干洗是在有机溶剂中进行洗涤的方法,是利用溶剂的溶解力和表面活性剂的加溶能力去除织物表面的污垢。 6. 脂肪酶在洗涤剂中的主要作用是什么? 脂肪酶,人的皮脂污垢如衣领污垢中因含有甘油三脂肪酸酯而很难去除,在食品污垢中也含有甘油三脂肪酸酯类的憎水物质,脂肪酶能将这些污垢分解成甘油和脂肪酸。 7.在洗涤剂中作为柔和剂的SAA主要是什么物质? 用作柔和剂的表面活性剂主要是两性表面活性剂 8.用防水剂处理过的纤维为什么能防水? 织物防水原理:将纤维织物用防水剂进行处理,可使处理后的纤维不表面变为疏水性,防水织物由于表面的疏水性使织物与水之间的接触角θ>90°,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。 9.请举出几个润湿剂的应用实例。 (1)润温剂在农药中的应用。加入润湿剂后,药液在蜡质层上的润湿状况得到改善甚至可以在其上铺展。 (2)润湿剂在原油开采中的应用。溶有表面活性剂的水,称之为活性水,活性水中添加的表面活性剂主要是润湿剂。它具有较强的降低油—水界面张力和使润湿反转的能力 (3)润湿剂在原油集输中的应用。在稠油开采和输送中,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

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