物理化学-论文

物理化学课程综述

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系别：化学与材料工程系

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表面与胶体化学综述

摘要：表面与胶体化学是研究胶体分散体系物理化学性质及界面现象的科学。虽然原属物理化学的一个分支，但其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。

关键词：胶体与界面分散体系胶体界面

正文：

胶体的定义胶体（英语：Colloid）又称胶状分散体（colloidal dispersion）是一种均匀混合物，在胶体中含有两种不同状态的物质，一种分散，另一种连续。分散的一部分是由微小的粒子或液滴所组成，分散质粒子直径在1nm—100nm之间的分散系；胶体是一种分散质粒子直径介于粗分散体系和溶液之间的一类分散体系，这是一种高度分散的多相不均匀体系。在胶体体系中，胶体质点成为一个相，周围的介质为另一相。此种质点分布于介质中的体系称为分散体系：胶体质点分散于介质中的体系即为胶体分散体系；固体质点分散于液体介质中的胶体分散体系称为溶胶，例如，三价铁盐稀溶液水解而得的氢氧化铁溶胶，还有硫化砷溶胶、硫溶胶、金溶胶等等(介质不一定必须是水)。气体为分散介质的胶体分散体系称为气溶胶，例如烟（固体质点）和雾（液体质点）。乳状液（液体质点分散在液体介质中）、泡沫（气体分散在液体介质中）、泥浆等也属于分散体系，但质点较大，稳定性差，容易破坏，称为粗分散体系。

从胶体分散体系的热力学特点考虑，溶胶是热力学不稳定的体系，体系中的界面（质点与介质之间的相界面）总是要减少、胶体质点趋向于聚集在一起，有发生聚沉而使分散体系破坏的倾向（粗分散体系更易如此）。破坏之后，分散体系不能自动形成，故溶胶这种胶体称为不可逆胶体，也叫做疏液胶体，取其质点与分散介质不亲合之意。

胶体体系的特点与大小有关的性质，如扩散、沉降、渗透压、光散射（见胶体光散射）等性质，经典的胶体体系是热力学不稳定体系，是一相（质点）分布在另一相(介质)中的多相分散体系；而高分子质点分散在介质中的这种胶体体系却是热力学稳定的体系，是均相溶液，即高分子溶于溶剂而形成的溶液。如同小分子的溶液一样,只要溶剂不挥发,高分子溶液就可以永久存在。高分子溶液的溶剂挥发后，得到高分子化合物；但若把高分子放入溶剂中，则又自动溶解而形

成溶液。于是就把高分子溶液称为可逆胶体，也叫做亲液胶体，以与疏液胶体相对照、相区别。

现代的合成表面活性剂，其溶液浓度达到一定程度后，离子（离子型表面活性剂）或分子(非离子型表面活性剂)即缔合成有一定聚集数的胶团，其大小与经典胶体质点及高分子质点相似。具有此种性质的肥皂以及离子型表面活性剂一类物质称为胶体电解质。非离子型表面活性剂在溶液中也能形成胶团，但非胶体电解质，在溶液中不能电离。此类由离子或分子缔合而成胶团的胶体体系即称为缔合胶体。与高分子溶液一类亲液胶体相似，缔合胶体是热力学稳定的胶体体系，也是一种可逆胶体──分散介质挥发后剩下的物质，仍可自发地分散于介质中（溶解），在一定浓度的溶液中形成胶团。但是，在一定浓度以下，表面活性离子或分子未发生缔合，体系中尚无胶团质点，体系中仍为一般的电解质或小分子溶液，不是胶体体系，这是缔合胶体与高分子溶液一类亲液胶体体系的明显不同之处。

表面化学多相(胶体)分散体系中，由于质点很小，相与相间的界面面积极大,故有很可观的界面自由能,体系易于向降低界面自由能的方向发生变化。根据界面热力学，物质分子在界面上的富集必然导致界面自由能的降低,即大的界面自由能的存在使吸附现象得以产生。大面积的体系最易发生吸附，因此活性炭、硅胶、活性氧化铝、白土、分子筛等就成了广义的胶体体系（虽然这些体系与原来胶体的定义并不相符）。基于同一原因，前述的粗分散体系，如泡沫、乳状液、泥浆、水煤浆等等也成为胶体化学的研究对象。物质世界中，界面是无所不在的，上述体系有着大的表面积或界面积，表面或界面上发生变化必然影响整个体系的性质。因此研究表（界）面性质科学的表面化学，是胶体化学中极其重要和不可分割的一部分，二者常被联系在一起而名为胶体和表面化学。

胶体和表面化学的应用物质世界中的生命现象也与胶体和表面化学密切相关，可以说生物体即是一种高级的极其复杂的胶体体系，其中存在着各式各样的胶体（亲液胶体、缔合胶体、乳状液以及凝胶等）和各种界面。所以胶体化学和表面化学的规律在生命现象中有重要的作用；而研究胶体化学和表面化学的许多方法和原理也常用以研究生命科学。生物膜的研究即为一典型例子。胶体和表面化学中关于表面吸附膜、单（双）分子膜、胶团以及囊泡的研究,就是对细胞膜很好的模拟(或半模拟),由此可以了解成膜分子在膜中的定向排列，以及

膜在传质、传能过程中所起的作用，进而探索生命的奥秘。生物体中存在的表面活性物质,如胆盐及其与磷脂的混合物,以及肺表面活性剂等，可以称之为生物表面活性剂。在物质世界中，无处不有分散体系，表面和界面也无所不在，故胶体和表面化学与其他学科以及生产有着广泛而密切的联系。大至宇宙、天文、气象、地理，小至细胞，皆有胶体和界面存在；在所有工、农业生产中，几乎很难找到与胶体和表面化学无关的现象。

结语：表面与胶体化学的发展同步于工农业生产的发展，有些方面是超前的。（1）利用现代物理与化学理论，如量子化学研究吸附与催化、用分形理论研究胶体表面形貌。（2）应用现代精密仪器和方法，如用不同力学显微镜研究胶粒间的力及表面分子或原子的形态。参考文献：

1.《应用胶体与界面化学》作者:赵振国出版社：化学工业出版社出版日期:2008.06

2.《胶体与界面化学》作者:陈宗淇、王光信、徐桂英出版社：高等教育出版社出版日期:2001.08

3.《造纸过程的胶体与界面化学》作者:何北海、胡芳、赵丽红出版社：化学工业出版社出版日期:2009.06