界面与胶体
胶体及界面
胶体及界面化学部分概念辨析界面张力与界面自由能（一）二者物理意义完全不同。
虽然界面张力和界面自由能都是由于界面力场的不平衡所至，且都是描述系统的同一性质（描述的角度不同），但不能将二者视为同一物理量的两种称谓。
界面张力是“力”，是向量，界面自由能是“能”，是标量。
它们各自的定义也是分别按力的概念和能量的概念叙述的。
（二）二者量纲实质上相同。
界面张力和界面自由能的单位不同，但二者的单位N.m-1和J.m-2的量纲一致：[J.m-2]=[N.m.m-2]=[N.m-1]。
（三）二者数值完全相等。
证明如下：在一定温度、压力下，对一定量的液体，外界为扩展其表面所消耗的表面功与增加的表面积成正比：，定义比例系数为界面自由能。
（，）从另一角度看，测定长（如图）液膜的外力的结果说明，平衡时，外力F与液膜边界总长2l（液膜有两面）成正比，即，定义比例系数为界面张力（系数）。
外界所做的功等于外力乘液膜移动的距离，。
（2l d x 等于液膜两面增大的总面积d A）对比前式，可见界面自由能和界面张力的数值完全相等。
介稳状态介稳状态亦称亚稳态。
右图是关于介稳状态的一个通俗的力学例子。
图中左球处于稳定状态，给一扰动，球能自动恢复到原来的位置；中球处于不稳定状态，给一扰动，球立刻失去原来的位置；右球处于介稳状态，给一微扰，球能自动恢复到原来的位置，扰动稍大，球迅速失去原来的位置。
由表面现象引起的（相变过程中的）介稳状态有很多种。
（一）过饱和蒸汽。
指已超过系统温度下的饱和蒸汽压，应当凝结而未凝结的蒸汽。
其原因是，蒸汽开始凝结之初形成的微小液滴（新相）曲率极小，而弯曲液面上的蒸汽压与其曲率半径成反比（由Kelvin公式定量描述），即与微小液滴达平衡的蒸汽压（即饱和蒸汽压）比通常液体要大，蒸汽的压力对通常液体已达饱和状态时，对微小液滴却未达饱和状态，因而微小液滴不能生成，系统以过饱和蒸汽的形式存在，处于介稳状态。
从化学势或自由能的角度看，过饱和蒸汽的化学势（或自由能）大于通常情况下该液体的化学势（或自由能），应该有自发凝结的趋势，但由于其化学势（或自由能）小于微小液滴，故不能凝结。
物理化学 第八章界面现象及胶体
(1)过饱和蒸气 P473
压力超过通常液体的饱和 p 蒸气压的蒸气为过饱和蒸气. 过饱和蒸气的压力尚未达 到该液体微小液滴的饱和蒸 P’ p0 气压(见图示). 减轻过饱和程度的方法 是引入凝结中心, 使液滴核 心易于生成(如人工降雨).
O
液相区
B A
气相区
T0
T
• 过饱和蒸气的产生
(2)过热液体 温度高于沸点的液体为过热液体. 过热液体是因为液体内微小气泡难以生成 而不能在正常沸点沸腾所造成的(见图示).
/(10－3
N· － 1) m 2900 2150 1880 485 227 110 1200 450 0.308 18.6
润湿与铺展
8.2 亚稳定状态和新相的生成 P332
物质相变时, 由于最初生成的新相体积 极小而具有很大的比表面和表面吉布斯函 数, 因而新相难以形成而引起各种过饱和 现象, 此时系统处于亚稳状态.
• 单分子层吸附: 固体表面上每个吸附位只能吸附一个分子,
气体分子只有碰撞到固体的空白表面上才能被吸附; • 固体表面是均匀的:表面上各个晶格位臵的吸附能力相同; • 被吸附的气体分子间无相互作用力: 吸附或脱附的难易与 邻近有无吸附分子无关;
• 吸附平衡是动态平衡: 达吸附平衡时, 吸附和脱附过程同
Tf Tf
T
• 过冷液体的产生
在过冷液体中投入小晶体作为新相 的种子, 能使液体迅速凝固成晶体.
(4)过饱和溶液
浓度超过饱和浓度的溶液为过饱和溶液. 过饱和溶液产生的原因是微小晶粒具有 比普通晶体更大的溶解度.
微小晶体的饱和蒸 气压大于普通晶体, 而 蒸气压与溶解度有密切 的关系.
p
c3 c2 c1
B
胶体与界面化学mooc
胶体与界面化学mooc胶体与界面化学MOOC胶体与界面化学是化学科学中的一个重要分支，研究物质的界面现象及其背后的胶体行为。
为了方便学习和研究这一领域的知识，胶体与界面化学MOOC应运而生。
本文将介绍胶体与界面化学MOOC的内容和意义。
一、胶体与界面化学的基本概念1. 胶体：胶体是由粒径在1纳米至1微米之间的分散相颗粒悬浮在另一种物质中形成的系统。
胶体具有特殊的物理和化学性质，广泛应用于生物、医药、材料等领域。
2. 界面：界面是两相系统的分界面，如液体与气体的界面、液体与固体的界面等。
界面上的现象和行为对于理解和控制物质的性质具有重要意义。
二、胶体与界面化学MOOC的内容1. 胶体的基本原理：介绍胶体的定义、性质和分类，以及胶体稳定性的影响因素。
2. 胶体的制备与表征：介绍常用的胶体制备方法，如凝胶法、乳化法等，以及胶体的表征方法，如粒径分析、表面电荷测定等。
3. 胶体的动力学：介绍胶体的运动与聚集行为，以及对胶体稳定性的影响。
4. 界面现象与表面活性剂：介绍界面现象的基本原理和表面活性剂的作用机制，以及表面活性剂在胶体与界面化学中的应用。
5. 胶体与生物界面化学：介绍胶体在生物体系中的应用及其相关的界面化学现象，如生物膜的结构和功能等。
6. 胶体与环境界面化学：介绍胶体在环境领域中的应用及其相关的界面化学现象，如水污染的防治等。
三、胶体与界面化学MOOC的意义1. 提供系统的学习资源：胶体与界面化学MOOC为学习者提供了系统、全面的学习资源，帮助学习者深入理解胶体与界面化学的基本原理和应用。
2. 促进交流与合作：通过MOOC平台，学习者可以与全国乃至全球的学习者进行交流和讨论，促进学科交叉与合作。
3. 推动科学研究与应用：胶体与界面化学MOOC将促进科学研究的发展，推动胶体与界面化学的应用于生物、医药、材料等领域。
胶体与界面化学MOOC是一门重要的学习资源，通过学习这门课程，我们可以深入了解胶体与界面化学的基本概念、原理和应用，促进学科交叉与合作，推动科学研究的发展和应用的推广。
胶体与界面化学
第一章 胶体和界面简介
❖因而许多人把这一年视为胶体化学正式成为一门 独立学科的一年。接着Freundlich（弗罗因德利希） 和Zsigmondy（席格蒙迪）先后出版了他们的名著 《毛细管化学》（1909）和《胶体化学》（1902）。
1915年Wolfgang Ostwald称胶体和界面科学内容
为 “被忽视尺寸的世界”。是一种边缘科学的领域
第一章 胶界普遍存在的现象。二者密不可分。 因此对胶体和界面现象的研究是物理化学基本原 理的拓展和应用。从历史角度看，界面化学是胶 体化学的一个最重要的分支，随着科学的发展， 现今界面化学已独立成一门科学，有关“界面现 象”或“胶体与界面现象”的专著在国内外已有 多种版本。本课程主要介绍与界面现象和胶体有 关的物理化学原理及应用。它包括各种相界面和 表面活性剂胶体的相关特性和理论。
这些成品及其制作过程都与胶体化学密切相关。 1809年，俄国化学家Scheele（舍勒）发现了土粒的 电泳现象；1829年英国植物学家Brown（布朗）观 察到花粉的布朗运动。此后，许多人相继制备了各 种溶胶，并研究了它们的性质。
胶体化学作为一门学科来说，它的历史比较一致的 看法是从1861年开始的，创始人是英国科学家
胶体与界面化学
第一章 胶体和界面简介
一、胶体和界面化学的发展简史 胶体化学是物理化学的一部分，和物理化学又紧 密相关，近年来发展成为一门专门的学科，与生 产和生活实际联系之紧密和应用之广泛是化学学 科中任一分支不能比拟的。北京大学的戴乐荣专 门写文章论述了胶体化学的重要性。物理化学和 胶体化学式属于同一范畴。二者的区分在于研究 的对象不同，物理化学主要研究大块相和分子、 离子分散体系，而胶体化学研究的对象，其质点 大小在10-6-10-7cm范围内的高度分散的体系，因 此将物理化学和胶体化学联系起来，对物质全部 分散态的研究才能完成。
第七章水环境中的胶体与界面作用
• 天然的高分子聚合物一般来源是淀粉类、半粉甘露糖类， 纤维衍生物类，微生物类和动物骨胶类的自然产物，但这 种产物电荷密度小，分子量低，易于降解而失去絮凝活性 这些不足，因此其使用量远小于人工合成类高分子絮凝剂。 此外，水体内生物活动所产生的天然有机高分子物质，如 细菌的菌膜、鱼类分泌的粘液等，也都是良好的有机混凝 剂，对于水体内的絮凝作用有重要影响。 • 合成类高分子絮凝剂又可为离子型和非离子型两类水溶性 聚合物。其中阳离子聚电解质是指大分子结构重复单元中 带有正电荷氨基(-NH3+)、亚氨基(-CH2-NH2+-CH2-)或季 胺基(N+R4)的水溶性聚合物，主要产品包括聚乙烯胺、聚 乙烯亚胺、聚二甲氨基丙基丙烯酰胺、聚二甲基二烯丙基 氯化胺及阳离子单体与丙烯酰胺合成的共聚物等。由于水 中胶粒一般带有负电荷，所以这类絮凝剂无论分子量大小， 均有凝聚和絮凝双重功效。由于阳离子型高分子絮凝剂是 一种高分子聚电解质，它可以与水中微粒起电荷中和及吸 附架桥作用，从而利于体系中微粒脱稳，絮凝而完成沉降 和过滤脱水，有效地降低水中悬浮物固体含量和水的浊度 及有机物油污含量。
• 因此，对虾产卵场、索饵场、越冬场一般均坐落在富含铁 等的底质区域，其索饵和越冬的洄游也是沿相向流夹处胶 体聚沉渠道游进的，其他鱼虾也有此规律。可见对虾产卵 洄游的主要矛盾是寻找合适的铁的胶体环境，即寻找“摇 篮”之地；较高的温度、丰富的饵料及营养盐等对性腺的 成熟和幼虾、仔虾的发育生长也很重要。而越冬洄游中温 度则是主要矛盾，胶体环境亦是必需条件。山东半岛及渤 海湾沿岸各河口海区除对虾外，白虾与毛虾等产卵时间与 对虾相同，产卵地区亦基本一致。带鱼越冬场底质亦为泥 底，也是富含胶体聚沉物之地。带鱼的主要渔场—舟山渔 场，分布位置几乎与底质中高含铁量分布区完全一致。世 界著名的北海道渔场、纽芬兰渔场和北海渔场等亦然，形 成这些渔场的原因除了一般所认为的有适宜的水温，丰富 的营养盐和饵料之外，根据“胶体摇篮”的概念，这些海 区还有着适宜的胶体环境。 铁、铝、硅等胶体物质的其他来源，如海底火山及地 热水引入等等，对某些外海性鱼类的生殖、越冬和洄游等 也可能有意义，
界面现象与胶体化学
2
*I与 成反比
4
2.动力学性质 （1）布朗运动* （2）扩散 （3）沉降与沉降平衡 3.电学性质 （1）电泳* 定义、利用其判断胶体带电性质 （2）电渗 *胶体系统能够稳定存在一段时间的原因： 胶体粒子带电、布朗运动、溶剂化作用
二、胶团结构*
1.胶粒 包括三部分：胶核（构成胶体的固体粒子的集合体） 吸附离子 紧密层 2.扩散层 例（1）在稀溶液AgNO3中缓慢滴加KI稀溶液形成AgI溶胶
ln
P
Pr<p
P 2M 2Vm ln Pr RTr RTr
(2)解释毛细管凝结现象及亚稳现象
三、固－气界面吸附现象
1.几个概念
吸附、吸附质、吸附剂、
脱附、吸附平衡、吸附量
2.物理吸附与化学吸附的区别
2.吸附理论
（1）朗缪尔吸附理论及吸附等温式* 基本假设：吸附为单分子层吸附、
杨氏方程
ls
- cos l
sl
s
五、溶液表面吸附现象
1.概念 溶液表面吸附现象 表面吸附量Γ 2.分类 正吸附：溶质浓度增大而界面张力减小，c表＞c体 负吸附：溶质浓度增大而界面张力增大， c表＜c体
3.吉布斯吸附等温方程*
c d ＝ － RT dc
.. 4.表面活性剂(定义、分类及应用）
{[ AgI ]mnAg+.(n-x)NO3-}x+.xNO3（2）在稀溶液KI中缓慢滴加AgNO3 稀溶液形成AgI溶胶
{[ AgI ]mnI-.(n-x)K+}x－.xK+
三、溶胶的稳定与聚沉* 1.破坏溶胶的稳定性的最好方法：
加入电解质 2.聚沉能力大小 （1）价数原则：反离子价数愈大，聚沉能力愈强 （2）同一价态比较：感胶离子序
胶体与界面化学的基本原理
胶体与界面化学的基本原理胶体与界面化学是研究物质界面的重要学科，其中胶体学研究的是微米级别上液体分散系统的稳定性、形态、动力学，界面化学研究的是物质界面上的化学过程。
本文将探讨胶体的定义、性质、分类以及界面化学原理等方面。
一、胶体的定义与性质胶体是指两相（即固体、液体或气体）间的一种形态，其中一种相通过分散成微小粒子的形式均匀分散在另一种相中。
胶体的一般特性如下：1、粒子尺寸：胶体的尺寸范围一般为1-1000纳米。
2、稳定性：胶体的物理性质（如电荷、表面性质等）使其形成稳定的系统，避免粒子凝聚沉降。
3、光学性质：胶体可以表现出折射、透明度等光学性质，如煤油是胶体，因为它可以产生烟雾。
4、电性质：胶体中的粒子带有电荷，可以表现出与电场相关的性质。
5、化学性质：由于其表面性质的存在，胶体可以表现出与环境中其他分子的化学反应，如催化反应等。
二、胶体的分类根据胶体中分散相的物质性质和分散介质的性质，胶体可以分为以下几类：1、溶胶：溶胶是指分散相为分子（亦称为分子溶液），分散介质为液体，如酒精和水的混合物。
2、胶体溶液：胶体溶液是指分散相为聚合物，分散介质为液体，如天然胶或橡胶溶液。
3、乳液：乳液是指分散相为液体，分散介质为液体，如牛奶、酸奶等。
4、凝胶：凝胶是指不易流动的胶体，其中分散相一般是聚合物，分散介质为液体，如煤油。
5、气溶胶：气溶胶是指分散相为固体或液体，分散介质为气体，如雾、烟雾、霉菌等。
三、界面化学的基本原理界面化学是研究物质界面的化学过程，主要是两相（如油水分界面）之间物理和化学反应的研究。
界面活性剂是使界面分子在界面上形成一层膜较集的化合物，使界面能量降低而使得体系稳定的物质。
界面化学的原理主要有以下几点：1、界面能：界面能是指分界面两侧之间的能量差，即表面张力。
界面分子本身存在形成一层膜的趋势，因此其能量会比波动的分子间间隔大。
这一差异形成了表面张力，是使体系向能量最小化方向发展的主要因素。
第十四章 胶体化学
第十四章 界面和胶体化学
物理化学电子教案
原因: 从光学原理知, 分散相粒子小于或近于入射光 波长时, 会发生散射现象。 胶粒半径： 1～100 nm 可见光波长：400～700 nm 因此, 光线通过溶胶时发生散射现象, 即光波 绕过粒子向各个方向散射出去, 每一个胶粒象一个 小小的发光体, 散射出去的光称为乳光, 因此丁铎 尔效应实际上是乳光现象.
第十四章 界面和胶体化学
物理化学电子教案
(3) 流动电势 与电渗相反, 液体流过毛细管或多孔性物质, 在两端产生的电势称为流动电势. 毛细管表面是带电的, 如果外力迫使液体流动, 由于扩散层的移动, 与固体表面产生电势差. (4) 沉降电势 在重力场作用下, 分散相在介质中迅速沉降, 在 液体上下层间产生沉降电势. 如储油罐中悬浮水滴的沉降会产生沉降电势. 流动电势和沉降电势的积累会达到危险的程度, 必须加以消除.
物理化学电子教案
1. 胶粒的双电层结构与电动电势
由于溶胶粒子带有电荷, 分散介质必带有电性相反的电 荷. 在静电引力和热运动两种效应的结果, 必形成双电层. 分散相表面存在两种电势: ε—分散相表面和溶液本体之间的电 势差, 称为热力学电势. ε只与被吸附或解离下的那种离子 在溶液中的活度有关, 与其它离子无 关;当胶粒和介质发生相对位移时, 紧 密层离子是不可分割的一部分, 即和 粒子一起运动, 形成一个滑动面。
由此式可求粒子的大小:
r 9 u 2 ( 粒 介 ) g
第十四章 界面和胶体化学
物理化学电子教案
§14.3 溶胶的光学性质 光学性质是溶胶不均匀性和高分散性的反映. 1. 丁铎尔效应和瑞利方程
① 丁铎尔效应
当一束光线通过透明的溶胶时,从侧面可观察到 一微兰色的锥形光柱.
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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。