2022年胶体与表面化学知识点整理3.docx
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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 名师总结 优秀学问点第一章 胶体的制备和性质 一、什么是胶体?1. 胶体体系的重要特点之一是具有很大的表面积;通常规定胶体颗粒的大小为 1-100nm(直径)2. 胶体 是物质以肯定分散程度存在的一种特殊状态,而不是一种特殊物质,不是物质的本性;胶体化学讨论对象是溶胶(也称憎液溶胶)和高分子溶液(也称亲液溶胶);气溶胶:云雾,青烟、高空灰尘 液溶胶:泡沫,乳状液,金溶胶、墨汁、牙膏 固溶胶:泡沫塑料、沸石、冰淇淋,珍宝、水凝胶、红宝石、合金 二、溶胶的制备与净化1. 溶胶制备的一般条件:(1)分散相在介质中的溶解度必需微小(2)必需有稳固剂存在
2、2. 胶体的制备方法:(1)分散法:研磨法:用机械粉碎的方法将固体磨细(产品细度1-74 m)胶溶法(解胶法):仅仅是将新奇的凝结胶粒重新分散在介质中形成溶胶,并加入 适当的稳固剂;(目前制备纳米材料和超微细粉的方法)超声波分散法: 让分散介质动起来; 主要用来制备乳状液 (即分散介质是液体的体系);好处是不与溶液接触;电弧法:用于制备金属水溶胶;金溶胶多用于美容;(2)凝结法:化学凝结法 物理凝结法: A、更换溶剂法(溶解度是减小的):利用物质在不同容剂中的溶解度 的显著差别,制备溶胶,而且两种溶剂要能完全互溶;(与萃取区分) B、蒸汽骤冷法:制备碱金属的苯溶胶;3. 溶胶的净化:简洁渗析法
3、,电渗析,超过滤法 三溶胶的运动性质 1. 扩散:胶粒从高浓度向低浓度迁移的现象,此过程为自发过程根本缘由在于存在化学位;dmDAdcdm/dt 表示单位时间通过截面A 扩散的物质数量,Dd tdx ,此为 Fick 第一扩散定律,式中为扩散系数,单位为m 2/s ,D越大,质点的扩散才能越大;为阿伏加德罗常数;R扩散系数 D 与质点在介质中运动时阻力系数f 之间的关系为:DRT(N AN f为气体常数)如颗粒为球形,阻力系数f =6r (式中,为介质的黏度,r 为质点的半径)故DRT61r,此式即为Einstein第一扩散公式NA浓度梯度越大,质点扩散越快;就质点而言,半径越小,扩散才能越强
4、,扩散速度越快;2. 布朗运动:粒子越小布朗运动越猛烈,其运动猛烈的程度不随时间而变,但随温度变化;本质:分散介质的分子热运动;现象:分子处于不停的无规章运动中 半径大于 5m 时布朗运动消逝;名师归纳总结 由于布朗运动是无规章的,因此就单个粒子而言,它们向各方向运动的几率是相等的;在浓度高的区第 1 页,共 11 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 名师总结 优秀学问点域,单位体积的粒子较四周多,造成该区域“ 出多进少” ,使浓度降低,这就表现为扩散;扩散是布朗运动的宏观表现,而布朗运动是扩散的微观基础Einstein认为,粒子的平均位移x 与粒子半
5、径 r 、介质黏度、温度 T 和位移时间t之间的关系:xRT3tr12,此式常称为Einstein-Brown位移方程;NA式中 x 是在观看时间t 内粒子沿x 轴方向的平均位移;r 为胶粒的半径;为介质的粘度;N 为阿伏加德罗常数;利用此公式可以求粒子的半径,进而可以求粒子的摩尔质量;3. 沉降 溶胶是高度分散体系,胶粒一方面受到重力吸引而下降,另一方面由于布朗运动促使浓度趋于均一;当这两种效应相反的力相等时,粒子的分布达到平稳,粒子的浓度随高度不同有肯定的梯度,这种平 衡称为沉降平稳;高度分布定律三、溶胶的光学性质 1. 光散射(1)丁达尔效应: 以一束强光射入溶胶后,在入射光的垂直方向可
6、以看到一道光明的光带,被称为丁达尔效应 光本质是电磁波,当光波作用到介质中小于光波波长的粒子上时,粒子中的电子被迫振动(其振动频名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 11 页精选学习资料 - - - - - - - - - 率与入射光波的频率相同)名师总结优秀学问点这就是散射光波也就是我们看到, 成为二次波源, 向各个方向发射电磁波,的散射光;丁达尔效应可以认为是胶粒对光的散射作用的宏观表现;溶胶是多项不匀称体系,在胶粒和介质分子上产生的散射光不能完全抵消,因而能观看到散射现象;I(2)Rayleigh散射定律 2为单位体积中质点数,v 为单个粒子的体积(其线I0243 c
7、cV2 n 22 n 1性大小应远小于入射光波长),为入射光波长,42 n 12 2 n 2 n1、n2分别为分散介质和分散相的折射率散射光强度与入射光波长的四次方成反比;入射光波长愈短,散射愈显著;所以可见光中,蓝、紫色光散射作用强;分散相与分散介质的折射率相差愈显著,就散射作用亦愈显著;如 散射光强度与单位体积中的粒子数成正比;n1=n2 就无散射现象散射光强度与粒子体积的平方成正比;在低分子溶液中,散射光极弱,因此利用丁道尔现象可以鉴 别溶胶和真溶液;四溶胶的电学性质和胶团结构 1. 电动现象及其应用(1)电泳:带电胶粒或大分子在外加电场作用下向带相反电荷的电极作定向移动的现象称为电泳;
8、(在 不规章部件镀膜,多用于汽车行业)(2)电渗析:在外加电场的作用下,带电的介质通过多孔膜或半径为1-10nm 的毛细管作定向移动;外加电解质对电渗速度影响显著,随着电解质浓度的增加,电渗速度降低,甚至会转变电渗的方向;电渗应用:溶胶的净化,海水淡化,泥炭和燃料的干燥;(3)沉降电势: 在无外加电场作用下,如使分散相粒子在分散介质中快速沉降时,使底层与表面层的粒子浓度悬殊,从而产生电势差,这就是沉降电势;这种现象是电泳的逆过程;贮油罐中的油内常会有水滴,水滴的沉降会形成很高的电势差,有时会引发事故;通常在油中加入有 机电解质,增加介质电导,降低沉降电势;(4)流淌电势: 如用压力将液体挤过毛
9、细管网或由粉末压成的多孔塞,会产生电位差,此之谓流淌电势,此现象为电渗析的逆过程;就在毛细管网或多孔塞的两端在用泵输送原油或易燃化工原料时,要使管道接地或加入油溶性电解质,增加介质电导,防止流淌电 势可能引发的事故;电动电势:在外加电场下,胶粒与介质作相对移动时所表现出的电势叫做电动电势 2. 双电层 五胶体的稳固性(略谈)(一) . 溶胶的稳固性与 DLVO理论 1. (1)热力学上为不稳固体系:胶体体系是多相分散体系,有庞大的界面能;(2)动力学上的稳固体系:溶胶粒子较小,布朗运动猛烈,因此在重力场中不易沉降,即具有动力 学稳固性;(3)聚结稳固性:由于胶团双电层结构的存在,胶粒都带有相同
10、的电荷,相互排斥,故不易聚沉;这是溶胶稳固存在的最重要缘由 2.DLVO 理论:溶胶在肯定条件下是稳固存在仍是 聚沉, 取决于粒子间的相互吸引力和静电斥力;如斥力大于吸引力就溶胶稳固,反之就不稳固;溶胶稳固理论名师归纳总结 胶粒之间有相互吸引的能量Va 和相互排斥的能量第 3 页,共 11 页Vr,总作用能为 Va+Vr;如下列图:- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 名师总结 优秀学问点当粒子相距较大时,主要为吸力,总势能为负值;当靠近到肯定距离,双电层重叠,排斥力起主要作 用,势能上升;要使粒子聚结必需克服这个势垒;3. 影响溶胶稳固性的因素(1)外加
11、电解质的影响;这影响最大,主要影 响胶粒的带电情形, 使电位下降, 促使胶粒聚结;(2)浓度的影响;浓度增加,粒子碰撞机会增 多;(3)温度的影响;温度上升,粒子碰撞机会增 多,碰撞强度增加;(4)胶体体系的相互作用;带不同电荷的胶粒互吸而聚沉;(二)溶胶的聚沉聚沉值:使肯定量的溶胶在肯定时间内完全聚沉所需电解质的最小浓度;对同一溶胶,外加电解质的 离子价数越低,其聚沉值越大;聚沉才能:是聚沉值的倒数;聚沉值越大的电解质,聚沉才能越小;反之,聚沉值越小的电解质,其 聚沉才能越强;第六章表面活性剂 两个重要性质 ,一是在各界面上的定向吸附(作乳化剂、起泡剂、润湿剂的依据),另一个是在溶液 内部能
12、形成胶束(增溶核乳化作用的缘由)一表面活性剂定义:微量加入,显著降低液体(一般是水)表面张力的一种化学试剂;表面活性剂有表面活性,但不是有表面活性的就是表面活性剂;肥皂:降低水的界面能,很好的渗透润湿性;起泡,污染物分别;二表面活性剂的特点 分两部分一部分是与油有亲和性的亲油基(也称憎水基)另一部分是与水有亲和性的亲水基(也称憎油基);虽然表面活性剂的结构是两亲分子,但并不是全部两亲分子都是表面活性剂,只有亲油部分有足够长度的两亲性物质,才是表面活性剂;三表面活性剂的分类、结构特点及应用1. 分类 (1)按离子类型分类(按亲水基的电离分的)阴离子型(用量最大):R-COONa羧酸盐、 R-OS
13、O3Na 硫酸酯盐、 R-SO3Na磺酸盐、 R-OPO3Na磷 酸酯盐离子型阳离子型(多用于杀菌):R-NH2HCl 伯胺盐、 R-NCH3HHCl 仲铵盐、 R-NCH3 2HCl 叔铵盐、 R-N +CH3 3Cl- 季铵盐两性离子: R-NHCH 2CH2COOH氨基酸型、 RNCH3 2-CH2COO-甜菜碱非离子型: R-OCH2CH20 nH聚氧乙烯型、名师归纳总结 R-C6H4-OCH 2CH20 nH烷基酚聚氧乙烯烷基胺第 4 页,共 11 页 R2N-CH2CH20 nH 聚氧乙烯烷基胺 R-CONHCH2CH20 nH聚氧乙烯烷基酰胺 R-COOCH2CCH2OH3 多元
14、醇型- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 名师总结 优秀学问点(2)按溶解性分类 可分为水溶性表面活性剂和油溶性表面活性剂(3)按分子量分类 高分子表面活性剂:分子量在 10000中分子表面活性剂:分子量在 1000 10000 低分子表面活性剂:分子量在 1001000 (4)按用途分 2. 各类表面活性剂的特点(1)阴离子型表面活性剂(2)阳离子型表面活性剂(3)两性离子型表面活性剂当水溶液偏碱性,就显示出阴离子活性剂的特性,如溶液偏酸性就显示出阳离子的特性(4)非离子型表面活性剂:不是离子状态,稳固性高,不易受强电解质无机盐的影响,不易受酸碱性 的影
15、响;五胶束理论 1. 胶束:达到肯定浓度时其疏水基相互缔合成有序组合体,这种缔合结构称为胶束 2. 临界胶束浓度:开头形成胶束的最低浓度 3. 胶束理论当溶液浓度在 CMC一下时,溶液中基本是单个表面活性剂分子(或离子),表面吸附量随 浓度增大而逐步增加,直至表面上再也挤不下更多的分子,此时表面张力不再下降;也就是说 -c 曲 线上, 不再下降时的浓度可能正是开头形成胶束的浓度,这应当是各种性质的开头与抱负性质发生偏离时的浓度;浓度连续增加并超过CMC后,单个的表面活性剂离子的浓度基本上不再增加,而胶束浓度或胶束数目增加;因胶束表面是由很多亲水基掩盖的,故胶束本身不是表面活性的,因而不被溶液表
16、面吸附;而胶束内部皆为碳氢链所组成的亲油基团,有溶解不溶于水的有机物的才能;胶束的形 成使溶液中的质点(离子或分子)数目削减,因此依数性(如渗透压等)的变化减弱;4. 胶束的结构 球形胶束:浓度为 CMC或略大于 CMC 棒状胶束:在浓度为 CMC的 10 倍或更大的浓度 层状胶束:浓度更大,就形成庞大的层状胶束六亲水亲油平稳HLB:以石蜡的 HLB为 0,以油酸的HLB为 1,以油酸钾的HLB为 20,以十二烷基硫酸钠为 40 七. 表面活性剂的作用及应用 1. 增溶作用 : 指难溶和不难溶有机物在表面活性剂胶束水溶液中溶解度增大的现象发生增溶作用时,被增溶物的蒸气压下降;增溶作用是一个可逆
17、的平稳过程,无论用什么方法,达到 平稳后的增容作用都是一样的;增溶作用对依数性影响很少,这说明增溶时溶质并未拆散成单个分子或离子,而很可能是“ 整团” 地 溶解在肥皂溶液中,由于只有这样,质点的数目才不致有显著的增加;试验证明,在低于临界胶束时基本上无增溶作用,只有高于 2. 增溶机理3. 影响增溶作用的因素(1)表面活性剂的结构 同系的钾皂中碳氢链越长,増溶才能越大;CMC以后增溶作用才明显地表现出来;对于烃类, 2 价金属烷基硫酸盐较之相应的钠盐有较大的增溶才能,由于前者具有较大的胶束集合数 和体积;但直链的表面活性剂较相同的碳原子数的支链表面活性剂的増溶才能大,由于后者的有效链长较短;极
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- 2022 胶体 表面 化学 知识点 整理
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