胶体化学真正复习版本概论.pdf

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1、 9 选择 15*2=30 填空 30*1=30 判断 2*10=20 简答 3*4=12 利用胶体化学解释生活中的现象 2*4=8 第二章 胶态体系中的电荷 范德华力（概念）分子与分子之间或惰性气体原子间的静电作用力。由于粒子间的诱导偶极,颗粒间总是存在范德华力。范德华力是引力，促进颗粒的聚结。排斥力 （概念）要使胶体分散体系能稳定存在，需要一种与范德华力相抵抗的排斥力。产生斥力，使得粒子表面带电，可有以下机理：1)表面基团的电离；2）离子吸附；3）不对称离子溶；4）同型离子取代；电势决定离子 对于胶体稳定，如何区别惰性离子和电势决定离子相当重要。它们通过在固相和液相间的电子分布决定两相之间

2、的化学电势（内电势）对于碘化银胶体 Ag+和 I-是电势决定离子；对于金属氧化物，质子是电势决定离子，所以改变溶液 pH 对氧化物表面电荷影响非常大。惰性离子不会改变粒子表面的电荷密度，但由于它们在双电层的局部分布而影响到电势差。丁达尔现象：将一束光线透过溶液，在与光束的垂直方向上观察，可以看到穿过溶胶的路上，出现一个光柱，称之为丁达尔现象。丁达尔现象已成为判别溶胶与分子溶液的最简便的方法。丁达尔现象就是光的散射现象（乳光现象）。胶团、胶粒、胶核 （画图认部分）1）先有一定量的难溶物分子聚结形成胶粒的中心，称为胶核；2）胶核是固相，有很大的表面积，具有选择吸附离子的能力。胶核选择吸附某一种离子

3、，形成紧密吸附层；由于正、负电荷相吸，在紧密层外形成反号离子的包围圈，从而形成了带与紧密层相同电荷的胶粒。3）胶粒与扩散层中的反号离子，形成一个电中性的胶团。溶胶的扩散双电层理论：（选择题、时间顺序及名字）（1）Helmholtz 模型（2）Gouy-Chapman 模型，即 GCS 理论（3）Stern 修正模型（4）BDM 理论 9 四种电动现象 （电泳和电渗相同）电泳、电渗、（因电而动）沉降电势、液流电势 （因动而电）电泳：外加电场作用下，带电的分散相粒子在分散介质中向相反符号电极移动的现象叫电泳。氢氧化铁胶体通电，产生高度差；电渗：外电场的作用下，毛细管内或固相孔隙内的液体作定向移动现

4、象称为电渗。海水淡化；沉降电势：胶粒在重力场作用下发生沉降，而产生沉降电势。它是电泳的逆现象；液流电势：带电的介质发生流动，则产生液流电势。电渗逆现象；第三章 胶体稳定性 荷电稳定的三种措施：1）调节电解质浓度；2）选择不同离子类型；3）改变 pH 值 区别分辨各种偶极及力属于哪里?永久偶极：极性分子偶极矩。诱导偶极：在电场作用下产生的偶极称为诱导偶极。瞬时偶极：任何原子中电子的引动引起的快速的瞬时偶极。取向力：极性分子间永久偶极和永久偶极的作用力。诱导力：诱导偶极与永久偶极间的作用力。色散力：瞬时偶极与瞬时偶极间的作用力。德拜长度 双电层的扩散部分在溶液中的延伸距离称为德拜长度（1/)或双电

5、层厚度。DLVO theory 颗粒间总作用力是范德华力和静电斥力的总和。描述溶胶粒子的作用势能与粒子间距的关系。将引力势能和静电排斥势能相加：VT=VA+VR 电解质浓度、表面电势、Hamaker 常数对总势能的影响 (一个改变，另一个怎么变)电解质浓度：电解质浓度越大，斥力拖尾越短；电解质浓度增大，初始最大值的高度降低 表面电势：表面电势越大，则势能越大，位垒高度越大，胶体的稳定性越好。Hamaker：A 值越大，位垒高度越小，胶体的稳定性越差。抗衡离子 （概念）每个带电颗粒周围会形成相反荷电离子的缔合扩散层（离子氛）。Stern 层和扩散层的主导性离子。电解质中与胶粒所带电荷相反的离子是

6、其主要聚沉作用的抗衡离子，并且离子价数越高，电解质的聚沉能力越大。聚沉 （概念，胶体属于热力学不稳定）胶体分散体系是热力学的不稳定体系，其中的溶胶粒子能自动合并变大而自发地下沉，这种过程称为聚沉。聚沉值 （概念，与聚沉能力的关系）在一定条件下，刚刚引起某溶胶明显开始聚沉时所需电解质的最小浓度（以 mmoldm-3表示）聚沉值又称临界聚沉浓度。可见，聚沉能力与聚沉值（临界聚沉浓度）成反比，即聚沉值愈小，该电解质的聚沉能力就愈大；反之，聚沉值越大的电解质，其聚沉能力越弱。9 第四章 表面活性剂 表面活性剂 （简单定义）指那些具有很强表面活性、能使液体的表面张力显著下降的物质。表面活性剂的结构特点：

7、亲水、亲油基（两亲结构）表面活性剂的分类：（基本分类）按溶解性分类 按是否解离分类 按离子类型分类 水溶性表面活性剂 离子型表面活性剂 阴离子表面活性剂 阳离子表面活性剂 两性离子表面活性剂 非离子型表面活性剂 油溶性表面活性剂 对于阴、阳离子表面活性剂，要求能根据所列举的物质进行分辨种类，不求写出 阴离子：(RCOO)nM（羧酸盐）R-OSO3Na（硫酸酯盐）R-SO3Na（磺酸盐）R-OPO3Na2（磷酸酯盐）阳离子：R-NH2HCl 伯胺盐 CH3|R-N-HCl 仲胺盐|H 胶束 (概念)当水溶液内表面活性剂分子数目不断增加时，依靠自身的范德华力相互聚集，形成亲油基向内，亲水基向外的分

8、子缔合体，称为胶束。临界胶束浓度 CMC （影响因素，了解）表面活性剂分子缔合形成胶束的最低浓度。反胶束 （给两个图，判断哪个是胶束哪个是反胶束）表面活性剂溶于非极性的有机溶剂中，当其浓度超过临界胶束浓度（CMC）时，在有机溶剂内形成的胶束。影响 CMC 的因素 疏水基团、抗衡离子、电解质、温度变化、亲水基团、疏水基团：CMC 随着碳氢链中碳原子数增加呈对数形式下降 抗 衡 离 子：对 于 某一疏 水 尾 基 和 阴 离 子头基 的 表 面 活 性 剂，CMC 的 顺 序（Li+Na+K+Cs+N(CH3)4+N-(CH2CH3)4+Ca2+,Mg2+）CH3|R-N-HCl 叔胺盐|CH3

9、CH3|R-N-HCl 叔胺盐|CH3 CH3|R-N+-CH3Cl-季胺盐|CH3 9 电解质：对于多数表面活性剂，加入惰性电解质会导致 CMC 下降（因为电解质会部分屏蔽离子头基之间的静电排斥作用）温度变化：对胶束化过程影响一般较弱，对 CMC 的影响却十分复杂 亲水基团：对 CMC 的影响不是很显著 亲水亲油平衡值 HLB （概念）是表面活性剂分子中亲水和亲油基团对油或水的综合亲合力。HLB 值跟亲水、亲油性间的关系 （给一个表面活性剂，判断是亲水还是亲油）数值范围：HLB 值范围为 0-40，其中非离子表面活性剂 HLB 值范围为 0-20。HLB 值越大，亲水性越强；HLB 值越小，

10、亲油性越强。HLB值的应用范围HLB=38可作为W/O型乳化剂HLB=79可作为润湿剂HLB=818可作为O/W型乳化剂HLB=15以上可作为增溶剂1815129630增溶剂去污剂O/W乳化剂润湿剂W/O乳化剂消泡剂图 不同HLB表面活性剂适用范围 28可根据HLB值选择乳化剂：HLB，亲油性，5 亲水。HLB 用途 3 6 W/O 乳化剂 7 9 润湿剂 8 18 O/W 乳化剂 13 15 洗涤剂 15 18 加溶剂 HLB值可以从手册查出，也可以估算5.3 乳状液的类型和影响类型的因素 增溶过程 表面活性剂在水溶液中达到临界胶束浓度 CMC 后，难溶性物质的溶解度显著增加，形成透明胶体溶

11、液，这种作用称为增溶。（1）增溶物进入增溶剂的球形或层状胶束的内芯，如：正庚烷、苯等非极性简单碳氢化合物的增溶方式；（2）增溶物或深或浅地穿插到原胶束层中形成混合胶束，如：具有长碳链的醇、酸等极性有机物的增溶方式。（3）聚乙二醇型非离子表面活性剂水溶液增溶时，可能靠醚氧键把增溶物包藏在胶束外层曲折的聚氧化乙烯的亲水链中。Krafft 点 离子型表面活性剂在水中的溶解度随温度升高，当升高至某一温度时，其溶解度急剧升高，该温度称为 Krafft 点，相对应的溶解度为该离子表面活性剂的临界胶束浓度（CMC）。krafft 点是离子表面活性剂应用温度的下限，即只有高于 krafft 点，表面活性剂才能

12、更大程度地发挥作用。表面活性剂的应用 （食品和化妆品）湿润作用、起泡作用、增溶作用、乳化作用、洗涤作用、消毒杀菌作用 食品中：乳化剂，分散剂，润湿剂，消泡剂，粘度调节剂，杀菌剂等 化妆品中：增溶剂，分散剂，抗静电剂，染发剂，杀菌剂，乳化剂等 9 第五章 乳状液 怎样成为乳状液，什么体系称为乳状液?由两种（或两种以上）不互溶或部分互溶的液体形成的分散系统，称乳状液。乳状液的分散相被称为内相，分散介质被称为外相。乳状液分类 (油的含义)水包油型（O/W，油分散在水中）、油包水型（W/O，水分散在油中）另一相为有机物，如苯、苯胺、煤油，皆称为“油”，用“O”表示。乳化剂 （概念）能使乳状液较稳定存在

13、的物质。乳状液类型的鉴别 （分辨方法的名称）染料法、稀释法、电导法、两相体积的影响 （对乳状液类型及稳定性影响）若水的体积小于 26%，只能形成 W/O 型乳状液 若水的体积大于 74%，只能行程 O/W 型乳状液 若水的体积介于 26%74%之间，则 O/W 型和 W/O 型两种都有形成可能。分配系数 （与乳状液类型及稳定性的关系）定温下，将乳化剂在水相和油相中的溶解度之比定义为分配系数。分配系数比较大时，容易得到 O/W 型乳状液，分配系数越大，O/W 型乳状液越稳定 分配系数比较小时，则为 W/O 型乳状液，分配系数越小，W/O 型乳状液越稳定。乳状液不稳定性的三种表现方式 分层、变形、

14、破乳 破乳的常用方法：电破乳、表面活性剂破乳、温度变化（升温或冷冻）、添加酸、添加无机盐、微乳液 （特殊、类型）是一个由水、油和两亲性物质（分子）组成的，光学上各向同性，热力学上稳定的溶液体系。多相微乳液 按分相情况分单相微乳状液和多相微乳状液；其中多相微乳状液分 Winsor I 、II、III 型 Winsor I 型 下相 O/W 微乳液与剩余油 Winsor III 型 中相微乳液与剩余油和水 Winsor II 型 上相 W/O 微乳液与剩余谁 水包油型微乳液，微乳液类型为 Winsor型；双连续型微乳液，微乳液类型为 Winsor型。油包水型微乳液，微乳液类型为 Winsor型；微

15、乳液的性质 1、光学性质：澄清、透明或半透明的分散体系，多数有乳光。因颗粒较小，不能用普通显微镜来观察其颗粒大小。丁达尔现象就是光的散射现象（乳光现象）。9 2、颗粒大小及均匀性：电子显微镜观察，颗粒越细分散度越窄，普通乳状液粒径分布较宽。3、导电性质：与一般乳状液相似，若外相为水则导电性就大；若外相为油则导电性差，因此，单纯通过导电性难以分辨微乳液和一般乳状液 4、稳定性：微乳液很稳定，长时间放置不会分层和破乳。若把它放在 100 个重力加速度的超离心机里旋转 5min 也不分层，一般乳状液则不然。5、超低界面张力：界面张力的一般数量级为几十 mN/m，通过加一些醇等辅助剂，界面张力可降低至

16、 10-610-2mN/m。6、碳链数的相关性：正构阴离子表面活性剂中碳原子数目，应等于油分子中碳原子数目加上辅助剂分子中的碳原子数目，若符合此相关性，则可得合适的微乳液组分匹配。微乳液的应用 日用工业（如化妆品）、脱模剂、石油工业（洗井液、三次采油）微乳液聚合得到的乳胶颗粒可以作为细胞的微囊胶 关于采油：油井自喷为一次采油；依靠注水、注蒸汽、动力机械抽油等而出油为二次采油；依靠化学药剂或生物制剂而出油为三次采油。第六章 聚合物 高分子化合物 （概念）由一种或几种结构单元通过共价键连接起来的呈线形、分支形或网络状的高分子量的化合物称之为高分子量化合物。简称高分子化合物或高分子，也称之为大分子（

17、Macromolecule）、聚合物（Polymer）。高分子化合物的特点：1）高的分子量；2）存在结构单元，单体单元和重复结构单元；3）结构单元通过共价键连接，连接形式有线形、分支形或网络状结构；4）分子量的多分散性 分类一：四种聚合反应：缩聚法、自由基聚合法、离子聚合法、乳化聚合法 分类二：加成和缩聚的区别：加成反应不除去小分子,缩聚反应过程中除去小分子.基本聚合反应步骤：引发，增长，终止 两种单体共存时进行 5 种聚合反应：1）可以各自均聚，得到聚合物 2）无序共聚，得到AAABBAABBBBAB等 3）交替共聚：A-B-A-B 4）嵌段共聚：AAAAABBBBBAAAAABBBBB 5

18、）接枝共聚：（较少发生）聚合物的性质与用途 塑料、合成纤维、橡胶、涂料、胶粘剂 第七章 聚合物对胶体稳定性的影响 聚合物对胶体粒子相互作用的影响 （空间稳定作用、桥联相互作用概念理解）空间稳定作用：聚合物吸附或化学联结在胶粒的表面，以及聚合物的存在导致粒子间排斥 排空相互作用：溶液中未吸附的聚合物引起的吸引力 桥联相互作用：聚合物吸附时，同时吸附于两个粒子上所引起的粒子相互吸引力。AAAAAABBBBBBBBBB 9 第八章 表面润湿 润湿 从固体表面或固-液界面上的一种流体被另一种液体置换的过程。湿润相关的四种表面 （没有气气界面）气液界面、液液界面、液固界面、气固界面、表面张力：沿着与表面

19、相切的方向，垂直作用于液体表面上任一单位长度的表面紧缩力，通常简称表面张力。（单位：Nm-1）表面能：即表面自由能，增大单位表面积所做的功。（单位：Jm-2）两者的单位是一样，N=J/m 黏着：两种相同材料互相作用导致黏着。黏附：一种材料与另一种材料接触的情况。以上两个定义都不涉及化学键作用 黏着功（Wc）：破坏一个液-液界面而建立两个液-气界面所做的功。固体和液体之间的黏附功（Wa）：把液体从固体上分离出来所需要做的功。黏附功、黏着功、接触角三者间的关系：Wc=Wa=0 Wc=2Wa=90 Wa=0=180 第九章 气溶胶 气溶胶 在胶体化学中分散在某一气体中的固体或液体微粒 按照行程过程分

20、类：一次（初级）气溶胶：以固体或液体微粒的形式直接由源排出，包括饱和蒸汽冷凝的固体、灰尘粒子、大海雾气。二次（次级）气溶胶：由源排入大气的气体，经过光化学反应或化学转化等过程形成的固、液体微粒。（炭黑，甲烷温室效应的关系）甲烷气体会部分吸收地球向外空发射的红外长波辐射，让热量不能散发出去，就像塑料大棚盖在地球表面，使地球表面温度升高，形成了所谓的“温室效应”。炭黑气溶胶能吸收从可见光到红外波段的太阳辐射。温室效应潜在因素。气溶胶，它是悬浮在空气中的小颗粒，主要由硫酸盐、硝酸盐、含碳颗粒、海盐和矿物尘埃构成，科学家认为它的作用与温室气体刚好相反。大气层中气溶胶能反射太阳光，减少了射向地球的太阳短

21、波辐射能量，气溶胶对气候有冷却作用，可局部抵消温室效应。按照尺寸大小对粒子的分类（单位：m）成核模式（0.0010.1）、聚结模式（0.11.0）、粗粒子模式（1.0100）按凝聚状态分，气溶胶分为 3 种：固态气溶胶烟和尘；液态气溶胶雾；固液混合态气溶胶烟雾 第十章 流变学 剪切应变 （应变没有单位）通常简称为应变，等于位移间隙 9 剪切应力（）（单位特征）施加在单位面积上的力成为，单位特征是 1N/m2=1Pa 剪切模量（G）：应力（）应变（）线性材料（虎克固体）（概念）如果一种材料，无论施加多大的应力或应变，始终保持恒定的剪切模量 屈服应力 （给你一张图，支出对应数据点）当应力小于某一值

22、时没有流动发生，这个应力被称为。（最小应力通常是重力）剪切应力剪切速率没有流动，直到施加某一剪切应力。触变性定义 当施加固定的剪切速率时，某种材料会随剪切时间逐渐失去黏性，而一旦剪切停止，黏性又得到恢复的性质。（如油漆/奶油冻，搅拌时是液体，停止搅拌静置数小时又结成冻状）黏弹性 观测时间趋近于样品的弛豫时间时，它会同时表现出黏性和弹性，称作黏弹性。弛豫时间（）定义为黏度和弹性的比值 Deborah 数定义为弛豫时间（）对观察时间（t）的比率 De1 Solid-like De1 Viscoelastic De1 Liquid-like 理想黏性材料与相位角大小的关系 理想弹性材料：应力和应变是

23、完全同相的。因此相位角等于零。理想粘性材料的相位角：应力和应变相位差 90，因此相位角等于 90。相位角是弹性的量度：相位角越大，材料黏性越大；相位角越小，材料弹性越大。第十一章 扫描探针显微镜 扫描探针显微镜（SPM）（原子力显微镜）包括原子力显微镜（AFM）、扫描显微镜（STM）、侧向力显微镜（LFM）、磁力显微镜（MFM）、静电力显微镜以及扫描热显微镜等。原子力显微镜 AFM 的仪器结构和工作原理 （了解，不用被）二极管激光器发出的激光束经过光学系统聚焦在微悬臂背面。并从微悬臂背面反射到由光电二极管构成的光斑位置检测器（PSD）。扫描时，由于样品表面的原子与微悬臂探针尖端的原子间的相互作

24、用力，微悬臂将随样品表面形貌而弯曲起伏，反射光束也将随之偏移，因而，通过光电二极管检测光斑位置的变化，就能获得被测样品表面形貌的信息。9 探针材料：Si、SiO2、Si3N4 AFM 的扫描模式 接触式；非接触式；半接触式；AFM 的特点 高分辨力；非破坏性；应用范围广；软件处理功能强 AFM 的应用：薄膜表面整体形态研究 膜孔径和孔径分布研究 粗糙度研究 表面力的测量 侧向力的测量 第十二章 透射电子显微镜 电子显微镜分类：扫描电子显微镜 and 透射电子显微镜 扫描电镜：利用电子束扫描样品表面从而获得样品信息。它能产生样品表面的高分辨率三维图像，扫描电子显微镜能被用来鉴定样品的表面结构。透

25、射电镜：利用电子波动性来观察固体材料内部的各种缺陷和直接观察原子结构的仪器。透射电镜与光学显微镜 （不要求）它们的根本不同点在于光学显微镜以可见光作照明束，透射电子显微镜则以电子为照明束。在光学显微镜中将可见光聚焦成像的是玻璃透镜，在电子显微镜中相应的为磁透镜。扫描电镜与透射电镜的主要区别 1）扫描电镜电子光学部分只有起聚焦作用的会聚透镜，没有透射电镜里起成象放大作用的物镜、中间镜和投影镜。这些电磁透镜所起放大作用在扫描电镜中使用信号接受处理显示系统来完成。2）扫描电镜的成像过程与透射电镜的成像原理完全不同。透射电镜是利用电磁透镜成像，并一次成像；扫描电镜的成像不需要成像透镜，它类似于电视显像

26、过程，其图像按一定时间空间顺序逐点形成，并在显像管上显示。3）扫描电镜图像一般只反映样品表面信息（形貌像和成分像），透射电镜图像可反映样品的结构信息。电子显微镜成像的三大要素 分辨率（分辨能力）：能分清两个点的中心距离的最小尺寸。像衬度：图像上不同区域间明暗程度的差别。放大倍数 Cd标准曲线y=0.1364x+0.0166R2=0.99910.0000.0200.0400.0600.0800.1000.1200.1400.1600.1800.00.30.50.81.01.3CCd/（mgL-1）Abs 9 吸收电子：随着入射电子与样品中原子核或核外电子发生非弹性散射次数的增多，其能量和活动能力

27、不断降低以致最后被样品所吸收的电子叫吸收电子。透射电子：入射束的电子透过样品而得到的电子，仅仅取决于样品微区的成分、厚度、晶体结构及位向等。为什么 SEM 的图像具有立体感？二次电子的产生率主要与样品表面材料的性质及入射角的角度有关，入射角越大，二次电子的发射就越多。由于二次电子产生的多少与电子束入射角度及样品表面的起伏有关，所以在荧光屏上会得到样品表面形貌的立体图像。二次电子：入射电子射到试样上使表面物质发生电离，被激发的电子离开试样表面而形成二次电子，又称为次级电子。扫描电镜 SEM 样品制备中，对于不导电或者导电性能差的样品，可以采用离子溅射法或金属喷镀法(金、银、铂金)进行表面处理。离

28、子吸附电荷:墨水 墨水的制造过程.将阴离子型表面活性剂加入炭黑的水溶液，阴离子型表面活性剂吸附在炭黑的表面，增大了颗粒间的静电斥力，从而使分散体系稳定。对于已经稳定化的墨水，改变 pH 可能导致炭黑的聚结或沉淀。聚沉：豆腐 加盐卤制豆腐是一个聚沉的过程，是由于正负电荷中和导致浊液内粒子稳定性下降。蛋白质溶液溶质分子太大（介于 1nm-100nm），形成胶体溶液（液溶胶），当加入电解质（及溶液）等物质时由于胶粒带电与电解质离子相互吸引发生凝聚。当凝聚的颗粒足够大时胶粒就从溶液里聚沉出来。豆腐就是豆浆（蛋白质胶体溶液）的聚沉产物。表面润湿:荷叶自洁 荷叶叶面超微结构突起，使空气被“关到”水与具体表面间，水与固体接触面大大减少，接触角大于 150，呈现具有极强的疏水性。洒在叶面上的水会自动聚集成水珠，水珠的滚动把落在叶面上的尘土污泥粘吸滚出叶面，使叶面始终保持干净，从而达到荷叶自洁效果。