應(yīng)用膠體與界面化學(xué) 教學(xué)課件 作者 趙振國 編著緒論.ppt

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1、緒論第一節(jié)膠體與界面一、分散體系二、膠體三、界面四、膠體粒子的形狀與大小一、分散體系一種或幾種物質(zhì)以細分狀態(tài)分散于另一種物質(zhì)中形成的體系稱為分散體系(也稱分散系統(tǒng)，dispersionsystem)。根據(jù)被分散物質(zhì)分散的程度可將分散體系分為粗分散體系、膠體分散體系和分子分散體系，各自的特點見表0.1。大分子化合物溶液許多直觀性質(zhì)與可溶無機物和小分子有機物溶液性質(zhì)接近，但其大分子粒子大小常在膠體分散體系粒子大小范圍內(nèi)，也具有膠體分散體系的許多特點。在粗分散體系和膠體分散體系中被分散的不連續(xù)相(分散相，dispersephase)與連續(xù)相(分

2、散介質(zhì)，dispersemedium)間有相界面。根據(jù)被分散物和分散介質(zhì)的聚集狀態(tài)可將分散體系以被分散物/分散介質(zhì)表示。表0.2是以被分散物(分散相)和分散介質(zhì)的聚集狀態(tài)對分散體系的分類。在表0.1的分類方法中，分子分散體系和大分子化合物溶液的膠體分散體系均為均相體系。在表0.2的分類方法中，氣/氣分散體系和部分液/液分散體系為均相體系。當(dāng)以氣體為分散介質(zhì)時，分散相為液態(tài)物質(zhì)的分散體系稱為霧；分散相為固體的稱為煙或塵，煙中的固體粒子比塵的固體粒子小。霧、塵和煙均可稱為氣溶膠(aerosol)。一、分散體系當(dāng)以液體為分散介質(zhì)時，分散相為氣體

3、的分散體系稱為泡沫(foam)；分散相為不相混溶的液體的稱為乳狀液(emulsion)；分散相為高度分散的固體的稱為溶膠(sol)或膠體溶液(colloidalsolution)，分散相為普通顯微鏡下可見固體粒子的稱為懸浮體(suspension)。作為分散介質(zhì)的液體可以是純液體，也可以是多組分完全混溶的液體混合物和溶液。以水和水溶液為分散介質(zhì)形成的溶膠和懸浮體常稱為水溶膠(如金的水溶膠)和水懸浮體(如Al2O3水懸浮)，以有機液體為分散介質(zhì)形成的稱為有機溶膠(如硫的苯溶膠)和有機懸浮體。一般未特別說明時所表述的均為水溶膠或水懸浮體。當(dāng)以

4、固體為分散介質(zhì)時，分散相為氣體形成的分散體系稱為固體泡沫(solidfoam)和氣凝膠(aerogel)；分散相為液體的稱為凝膠(gel)和固體乳狀液(solidemulsion)；以固體為分散相形成的分散體系稱為固體溶膠(solidsol)。從上述介紹中可知，氣/氣分散體系和無機與有機化合物(包括大分子化合物)在液體介質(zhì)中形成的分子分散體系是均相的，而其他分散體系均為非均相體系，在這些非均相體系中分散相粒子的大小極大地影響這些體系的性質(zhì)，但分散相粒子的大小并非為決定分散體系性質(zhì)的唯一因素。換句話說，非均相分散體系的性質(zhì)還與分散相、分散介

5、質(zhì)的性質(zhì)及二者間的相互作用有關(guān)。許多書中分散體系專指非均相(多相)體系，氣/氣體系和溶液(不包括大分子溶液)不屬于分散體系。二、膠體由表0.1可知，分散相粒子在至少一個尺度上的大小在1～1000nm范圍內(nèi)高度分散的分散體系稱為膠體分散體系。在此限度范圍的分散相粒子稱為膠體(colloid)。在有些書中對這一限度范圍有不同的規(guī)定，如將其上限規(guī)定為10-7m(0.1μm)。膠體的大小約相當(dāng)予一般小分子大小(約納米級)至高倍放大(如超顯微鏡)條件下可見的大小。膠體粒子中可以只含有一個分子。例如某些天然的或合成的大分子化合物溶解于良溶劑中，可被分

6、散為單個的分子，這些分子大多符合膠體粒子大小的標(biāo)準(zhǔn)。大分子化合物溶液構(gòu)成的膠體分散體系是熱力學(xué)穩(wěn)定體系，即粒子與溶劑具有親和性。只有當(dāng)溶劑蒸發(fā)掉，大分子化合物才能析出，析出的物質(zhì)仍可再溶解于良溶劑中：如此反復(fù)，可可逆進行。大分子化合物膠體被稱為親液膠體(lyophiliccolloid)。膠體粒子也可以由多個分子構(gòu)成。由親水性基團和親油性基團(或稱疏水性基團，主要是碳氫鏈)組成的兩親性表面活性物質(zhì)(主要指表面活性劑)在液體介質(zhì)中可以形成由多個這類分子構(gòu)成的締合體(在水中這種締合體稱為膠束，在有機溶劑中稱為反膠束)，此類締合體稱為締合膠體(

7、associationcolloid)。與親液膠體相似，締合膠體也是熱力學(xué)穩(wěn)定體系，故締合膠體可視為親液膠體的一種，區(qū)別僅在于締合膠體粒子是由多個兩親分子構(gòu)成的，其粒子大小與構(gòu)成粒子的分子大小、數(shù)目和結(jié)構(gòu)有關(guān)。締合膠體只有在兩親物質(zhì)大于一定濃度的溶液中方可形成，且締合過程是可逆的。二、膠體由上面的介紹可知，親液膠體(分散體系)是膠體粒子大小在一定范圍內(nèi)與分散介質(zhì)有親和性的真溶液。親液膠體一般能自發(fā)形成。當(dāng)構(gòu)成膠體粒子的物質(zhì)與分散介質(zhì)親和性不大時，必須通過外界做功，使被分散物質(zhì)以膠體粒子的大小分散于分散介質(zhì)中，這樣形成的膠體分散體系稱為疏液

8、膠體或憎液膠體(lyophobiccolloid)。大多數(shù)疏液膠體分散體系的分散介質(zhì)為液體，如常見的固/液、氣/液和液/液分散體系中分散相粒子大小在膠體大小范圍內(nèi)的相應(yīng)體系，這些體系常有如表0