胶体与表面化学知识点整理3.docx
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1、第一章 胶体的制备与性质一、什么是胶体?1.胶体体系的重要特点之一是具有很大的外表积。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。胶体化学探讨对象是溶胶(也称憎液溶胶)与高分子溶液(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)必需有稳定剂存在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1-74m
2、) 胶溶法(解胶法):仅仅是将簇新的凝合胶粒重新分散在介质中形成溶胶,并参加 适当的稳定剂。(目前制备纳米材料与超微细粉的方法) 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) 凝合法:化学凝合法 物理凝合法: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异,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,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
3、本缘由在于存在化学位。,此为Fick第一扩散定律,式中dm/dt表示单位时间通过截面A扩散的物质数量,D为扩散系数,单位为m2/s,D越大,质点的扩散实力越大。扩散系数与质点在介质中运动时阻力系数之间的关系为:(为阿伏加德罗常数;R为气体常数)若颗粒为球形,阻力系数=6(式中,为介质的黏度,为质点的半径)故,此式即为Einstein第一扩散公式浓度梯度越大,质点扩散越快;就质点而言,半径越小,扩散实力越强,扩散速度越快。2. 布朗运动:粒子越小布朗运动越剧烈,其运动剧烈的程度不随时间而变,但随温度变更。本质:分散介质的分子热运动。现象:分子处于不停的无规则运动中半径大于5m时布朗运动消逝。由于
4、布朗运动是无规则的,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根底Einstein认为,粒子的平均位移与粒子半径、介质黏度、温度与位移时间t之间的关系:,此式常称为Einstein-Brown位移方程。式中是在视察时间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;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
5、两种效应相反的力相等时,粒子的分布到达平衡,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衡。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(其振动频率与入射光波的频率一样),成为二次波源,向各个方向放射电磁波,这就是散射光波也就是我们看到的散射光。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,在胶粒与介质分子上产生的散射光不能完全抵消,因此能视察到散射现象。(2)Rayleigh散射定律 c为
6、单位体积中质点数,v为单个粒子的体积(其线 性大小应远小于入射光波长),为入射光波长, n1、n2分别为分散介质与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,则散射作用亦愈显著。若n1=n2 则无散射现象散射光强度与单位体积中的粒子数成正比。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与真溶液。四溶胶的电学性质与胶团构造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挪动的现象称为电泳。(在不规则部件
7、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的毛细管作定向挪动。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,甚至会变更电渗的方向。电渗应用:溶胶的净化,海水淡化,泥炭与燃料的枯燥。(3)沉降电势:在无外加电场作用下,若使分散相粒子在分散介质中快速沉降时,使底层与外表层的粒子浓度悬殊,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。通常在油中参加有机电解质,增加介质电导,降消沉降电势。(4) 流淌电势:若用压力将液体挤过毛细管网或由粉末压成的多
8、孔塞,则在毛细管网或多孔塞的两端会产生电位差,此之谓流淌电势,此现象为电渗析的逆过程。在用泵输送原油或易燃化工原料时,要使管道接地或参加油溶性电解质,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,胶粒与介质作相对挪动时所表现出的电势叫做电动电势2.双电层五胶体的稳定性(略谈)(一).溶胶的稳定性与DLVO理论1.(1)热力学上为不稳定体系:胶体体系是多相分散体系,有宏大的界面能。(2)动力学上的稳定体系:溶胶粒子较小,布朗运动剧烈,因此在重力场中不易沉降,即具有动力学稳定性。(3)聚结稳定性:由于胶团双电层构造的存在,胶粒都带有一样的电荷,互相排挤,故不易聚沉。这是溶胶稳定
9、存在的最重要缘由2.DLVO理论:溶胶在肯定条件下是稳定存在还是聚沉,取决于粒子间的互相吸引力与静电斥力。若斥力大于吸引力则溶胶稳定,反之则不稳定。溶胶稳定理论 胶粒之间有互相吸引的能量Va与互相排挤的能量Vr,总作用能 为Va+Vr。如图所示:当粒子相距较大时,主要为吸力,总势能为负值;当靠近到肯定间隔 ,双电层重叠,排挤力起主要作用,势能上升。要使粒子聚结必需克制这个势垒。3.影响溶胶稳定性的因素(1)外加电解质的影响。这影响最大,主要影响胶粒的带电状况,使电位下降,促使胶粒聚结。(2)浓度的影响。浓度增加,粒子碰撞时机增多。(3)温度的影响。温度上升,粒子碰撞时机增多,碰撞强度增加。(4
10、)胶体体系的互相作用。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。聚沉实力:是聚沉值的倒数。聚沉值越大的电解质,聚沉实力越小;反之,聚沉值越小的电解质,其聚沉实力越强。第六章外表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、润湿剂的根据),另一个是在溶液内部能形成胶束(增溶核乳化作用的缘由)一外表活性剂定义:微量参加,显著降低液体(一般是水)外表张力的一种化学试剂。外表活性剂有外表活性,但不是有外表活性的就是外表活性剂。肥皂:降低水的界面能,很好的浸透润湿性。起
11、泡,污染物分别。二外表活性剂的特点分两部分一部分是与油有亲与性的亲油基(也称憎水基)另一部分是与水有亲与性的亲水基(也称憎油基)。虽然外表活性剂的构造是两亲分子,但并不是全部两亲分子都是外表活性剂,只有亲油部分有足够长度的两亲性物质,才是外表活性剂。三外表活性剂的分类、构造特点及应用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-OSO3Na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-N(CH3)HHCl仲铵盐、R-N(CH3)2HCl叔铵盐、 R-N+(CH3)3Cl
12、-季铵盐 两性离子:R-NHCH2CH2COOH氨基酸型、RN(CH3)2-CH2COO-甜菜碱非离子型:R-O(CH2CH20)nH聚氧乙烯型、 R-(C6H4)-O(CH2CH20)nH烷基酚聚氧乙烯烷基胺 R2N-(CH2CH20)nH 聚氧乙烯烷基胺 R-CONH(CH2CH20)nH聚氧乙烯烷基酰胺 R-COOCH2C(CH2OH)3多元醇型(2)按溶解性分类可分为水溶性外表活性剂与油溶性外表活性剂(3)按分子量分类高分子外表活性剂:分子量在10000中分子外表活性剂:分子量在100010000低分子外表活性剂:分子量在1001000(4)按用处分2.各类外表活性剂的特点(1)阴离子
13、型外表活性剂(2)阳离子型外表活性剂(3)两性离子型外表活性剂当水溶液偏碱性,则显示出阴离子活性剂的特性,若溶液偏酸性则显示出阳离子的特性(4)非离子型外表活性剂:不是离子状态,稳定性高,不易受强电解质无机盐的影响,不易受酸碱性的影响。五胶束理论1.胶束:到达肯定浓度时其疏水基互相缔合成有序组合体,这种缔合构造称为胶束2.临界胶束浓度:开场形成胶束的最低浓度3.胶束理论当溶液浓度在CMC一下时,溶液中根本是单个外表活性剂分子(或离子),外表吸附量随浓度增大而渐渐增加,直至外表上再也挤不下更多的分子,此时外表张力不再下降。也就是说-c曲线上,不再下降时的浓度可能正是开场形成胶束的浓度,这应当是各
14、种性质的开场与志向性质发生偏离时的浓度。浓度接着增加并超过CMC后,单个的外表活性剂离子的浓度根本上不再增加,而胶束浓度或胶束数目增加。因胶束外表是由很多亲水基覆盖的,故胶束本身不是外表活性的,因此不被溶液外表吸附。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实力。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(如浸透压等)的变更减弱。4.胶束的构造球形胶束: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,就形成宏大的层状胶束六亲水亲油平衡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
15、酸钠为40七.外表活性剂的作用及应用1.增溶作用:指难溶与不难溶有机物在外表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的平衡过程,无论用什么方法,到达平衡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,因为只有这样,质点的数目才不致有显著的增加。试验证明,在低于临界胶束时根本上无增溶作用,只有高于CMC以后增溶作用才明显地表现出来。2.增溶机理3.影响增溶作用的因素(1)外表活性剂的构造同系的钾皂中碳氢链越长,増溶实力越大;对于烃类,2价金属烷基硫酸盐较之相应的钠盐
16、有较大的增溶实力,因为前者具有较大的胶束聚集数与体积;但直链的外表活性剂较一样的碳原子数的支链外表活性剂的増溶实力大,因为后者的有效链长较短;极稀溶液中非离子型外表活性剂有较低的CMC,故较之粒子性外表活性剂有较强的増溶实力。当外表活性剂具有一样的亲油链长时,不同类型外表活性剂增溶烃类与极性化合物的依次:非离子型阳离子型阴离子型(2)被增溶物的构造:一般状况极性化合物比非极性化合物易于增溶;芳香族化合物比脂肪族化合物易于增溶;有支链的化合物比直链化合物易于增溶。(3)电解质:往离子型外表活性剂中参加无机盐,能降低其CMC,有利于加大外表活性剂的増溶实力;往非离子型外表活性剂中参加电解质,能增加
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- 胶体 表面 化学 知识点 整理
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