表面物理化学
第十四章胶体分散系统和大分子溶液授课类型教学时数专业基础课4学时教材分析在介绍表面化学的基础上,继续介绍胶体的基本特性,溶胶的制备和胶粒的结构,溶胶的动力学性质、光学性质、电学性质以及胶粒具有电动现象的根源,溶胶的动力学稳定性的原因以及溶胶的稳定剂和破坏剂等内容,结合溶胶的各种性质,介绍这些性质的各种应用。
大纲基本要求了解胶体分散系的基本特性。
了解胶体分散系在动力学性质、光学性质、电学性质等方面的特点以及如何利用这些特点对胶体粒度大小、带电情况等到方面的研究并应用于实践。
了解溶胶在稳定性方面的特点及电解质对溶胶稳定性的影响,会判断电解质聚沉能力的大小。
了解乳状液的种类、乳化剂的作用以及在工业和日常生活中的作用。
了解什么是南唐平衡,如何较准确地用渗透压法测定电离大分子物质的相对分子量。
了解聚合物相对分子质量的种类及测定方法。
对天然大分子、凝胶的特点等有一个初步的概念。
重点1.溶胶的扩散及沉降平衡原理。
3.胶体双电层的形成机理。
难点1.溶胶的扩散及沉降平衡原理。
2.胶体双电层的形成机理。
3.胶团结构的正确书写。
按分散相粒子的大小,常把分散系统区分为分子(或离子)分散系统(粒子半径r<1nm)、胶体分散系统(lnm<r<100nm)和粗分散系统(r>100nm)等几种。
这种分类方法虽然能反映出不同系统的一些特性,但是片面地只从粒子的大小来考虑问题,忽略了其他许多性质的综合,并非是很恰当的。
例如,大分子化合物(如橡胶、蛋白质)的溶液,分散相以分子的形式分散在介质中,而粒子的半径又落在1~100nm的区间内,它既具有胶体分散系统的一些性质,但又具有与胶体不同的特殊性。
胶体分散系统由于分散程度较高,且为多相(具有明显的物理分界面),因此它的一系列性质与其他分散系统有所不同。
胶体与界面化学是研究表面现象和分散系统的物理、化学性质的科学,其内容涉及各种表面现象、表面层结构与性质(如吸附作用、润湿作用、表面活性剂的作用、膜化学等)以及各种分散系统的形成,同时研究它的动力学、光学、电学性质以及稳定性。
胶体分散系统在生物界和非生物界都普遍存在,在实际生活和生产中也占有重要的地位。
如在石油、冶金、造纸、橡胶、塑料、纤维、肥皂等工业部门,以及如生物学、土壤学、医学、生物化学、气象学、地质学等其他学科中都广泛地接触到与胶体分散系统有关的问题。
由于实际的需要,也由于本身具有丰富的内容,因此胶体分散系统的研究得到了迅速的发展,已经成为一门独立的学科。
随着社会的发展和进步,人类对客观世界的认识也不断深人,并不断从宏观和微观两个层次深人。
所谓宏观是指研究对象的尺寸很大,其下限是人的肉眼可以观察到的最小物体(r≈1mm),而上限则是无限的,目前人们对宏观认识的尺度已经延伸到上百亿光年。
在这个基础上相继建立了一些科学领域,如经典力学、经典热力学、地球或天体物理学乃至空间科学。
所谓微观是指上限为原子、分子,而下限则是一个无下限的时空。
随着认识事物的手段不断进步(如各种新的谱学仪器的出现),人们已经对分子、原子、电子、中子、介子和超子等十分微小的领域有所了解,时间概念也已缩小到飞秒(10-15S)的数量级,一些描述微观世界的学科如量子力学、原子核物理和粒子物理学等相继建立。
但是直到20世纪80年代,自从纳米材料出现后,人们才发现在宏观世界与微观世界之间,还有一个介观世界(mesoscopicsystem)被遗忘了。
§14.1胶体和胶体的基本特性1861年英国化学家格雷厄姆(Graham)发现,有些物质,如蔗糖和无机盐类在水中扩散很快,能透过羊皮纸;而另一类物质如明胶、蛋白质和氢氧化铝等扩散慢,很难或者不能透过羊皮纸。
前者当溶剂蒸发掉时易成晶体析出,后者则成胶状物质。
因此当时格莱姆把物质分成两类,一类叫晶体,一类叫胶体。