胶体化学考试要点1

1第一章液体界面性质液体表面能：恒温恒压下，可逆地增加单位表面积，环境对体系所做的功，单位J·m-2。液体表面张力：单位长度液体表面的收缩力，单位N·m-1（或mN·m-1）。水的表面张力（20℃）：72.75mN·m-1压力和温度对表面张力的影响：随着温度升高，表面张力下降，接近临界温度时，表面张力趋近于0；压力对表面张力的影响比较复杂，无法进行定量分析。表面过剩：体系中某组分真实的总物质的量与理论物质的量的差为表面过剩。接触角：液滴在固体表面上气、液、固三相界面上的张力平衡，接触角为三相交界线上任意点O的液体表面张力σg-l和液固张力σl-s间夹角。Laplace方程：1211p=RR，三种特殊情况下的表达式：1、曲面为球面的一部分，则R1=R2=R，故ΔP=2σ/R2、曲面为柱面，则R1=R，R2=∞，故ΔP=σ/R3、曲面是气相中的气泡，气泡存在两个g-l界面，且R1=R2=R，故ΔP=4σ/RGibbs吸附公式:(1)2221lnTTaRTaRTa如果是理想溶液或浓度很稀时，用C代替a：(1)222cTcRT沾湿、浸湿、铺展、润湿过程的热力学判据:热力学判据条件接触角判据沾湿-Wa=σg-l(1+cosθ)≥0θ≤180°浸湿A=σg-lcosθ≥0θ≤90°铺展S=σg-l(cosθ-1)≥0θ≤0°通常将θ作为润湿与否的依据，θ90°时，称为不润湿；θ90°时，称为润湿；θ=0°或不存在接触角时，，液体在固体表面上铺展。贾敏效应：当流体（水、原油）在地层中流动时，流体中的气泡或液柱通过地层的细小岩缝（类似喉孔结构）是有阻碍的，这种流动阻力效应叫贾敏效应。2接触角的测量及影响因素：分三类：角度测量法、长度测量法、重量测量法角度测量法（分观察测量、斜板法、反光法）：投影、摄影、显微镜观察接触角滞后：指测定接触角时，在固-液介面扩展后测量与在固-液界面缩小后测量，两者之差值称之为接触角滞后。扩展后测量测得的接触角称为前进角θA，收缩后测量测得的接触角称为后退角θR，实际多采用前进角。滞后原因：表面粗糙或多相性，表面污染，浓度影响。第二章固体表面性质固体表面能：恒温、恒压下产生单位新表面积时所产生的体系Gibbs函数的增量：/TPGsGA，为环境所耗费的可逆功。固体熔结：固体表面在熔点以下温度粘结的现象。在高温下，金属表面的分子和原子都会流动。固体表面张力：将截面为1cm2的固体切开，形成两个1cm2的新表面，原来受力均衡的分子成为表面分子，这些分子受到一个应力，单位长度所施加的外力称表面应力或拉抻应力，新产生的两个固体表面的表面应力之和的一半叫表面张力。化学吸附与物理吸附（固气）：吸附类别物理吸附化学吸附吸附力范德华力化学键力吸附热较小、近似较大、与反应热相似选择性无有吸附分子层单或多分子吸附层单分子层吸附速度较快不需活化能不受温度影响较慢、需活化能，T上升，反应加快吸附稳定性会发生面位移、易解吸不位移、不解吸吸附量的测定（固气）：静态法和动态法。3吸附曲线（固气）：吸附等温线，吸附等压线，吸附等量线。*吸附等温线的类型（固气）：温度对吸附的影响：吸附是放热过程，可用热量计直接测量，所以温度上升，吸附下降；若是化学吸附，低温下是物理吸附，高温下是化学吸附中间会经历一个二者兼备的过程。吸附热的测量：吸附总是放热过程。固体表面不均与，吸附优先发生在活性高的位置，而后发生在活性低的位置，吸附热总是随着吸附量上升而下降，吸附热的数据是一个平均值。Langmuir单分子层吸附理论：①气体分子碰撞在已吸附的分子上是弹性碰撞，只有碰撞在空白表面上时才被吸附，即吸附层是单分子层。②吸附分子从表面跃回气相的概率不受周围环境和位置的影响，即吸附质分子间无作用力，而且表面是均匀的。③吸附速率与解吸速率相等时，达到吸附平衡。多分子层吸附理论：4①在物理吸附中，不仅吸附剂与吸附质之间有范德华力，而且吸附质分子间也有范德华力，因此气相中的分子若碰撞在被吸附的分子上，也有被吸附的可能，即吸附是多分子层的。②只有第一层吸附质分子与固体表面直接接触，第一层的吸附热较大，与化学反应热相当，其余各层的吸附依靠范德华力，因此除第一层外的各层吸附热大致相等。③固体表面是均匀的同层分子（横向）间没有相互作用，分子在吸附和脱附时不受周围同层分子的影响。bpbp1bpbpVVm1毛细凝聚：下式表明弯曲液面的曲率半径r越小，与其平衡的液体蒸汽压Pr越小，在蒸气压比较低的情况下，固体表面就吸附了一层或一层以上的吸附质分子，吸附质基本铺满了毛细孔，当蒸气压大于Pr时，在相应毛细孔的弯曲液面上就产生的气体的凝聚。)/ln(cos20PPRTVrrmKelvin方程分子筛：是一类人工合成的具有骨架结构的硅铝酸盐，晶体其化学式可以表达为：(Mn+)2/n·O·Al2O3·xSiO2·yH2O，其中M可以是金属离子，也可以是有机胺或复合离子，n是M的价数，x是SiO2的物质量（也是SiO2和Al2O3的mol比），又称硅铝比，y是水的分子数，各种分子筛具有不同的晶体结构，但基本结构单元都是Si-O和Al-O四面体，每个氧原子为相邻的四面体所共用（称为氧桥）。影响溶液中吸附的因素：1、吸附剂：溶质、溶剂三者极性的影响一般情况：极性吸附剂易吸附极性溶质，非极性吸附剂易吸附非极性溶质。运用此规则应考虑三者间的关系，通常极性物易溶于极性溶剂，非极性物易溶于非极性溶剂。如糖碳（非极性）从水中（极性）吸附脂肪酸的顺序：吸附量：丁酸丙酸乙酸草酸硅胶（极性）从CCl4（非极性）吸附脂肪醇：乙醇丙醇正丁醇戊醇正已醇应当注意所谓极性和非极性是相对的，如糖碳自CCl4中吸附脂肪酸。草酸乙酸丙酸丁酸2、温度：溶液吸附也是放热过程，一般T上升，吸附下降。53、溶解度：吸附与溶解相反，溶解度越小，越易被吸附。4、同系物的吸附规律：一般随C-H链的增长吸附有规律的增加和减少（Trube规则）。5、吸附剂的孔隙大小：小孔隙：溶质浓度低时，表面只为小部分溶质覆盖，表面性质（非极性）起主导作用，浓度增大时，表面为溶质分子所饱和，小孔被溶质分子所充填，C-H链较短者易于充填；在浓度不大不小时，吸附应是表面性质和孔隙效应两者权衡的结果。大孔隙：其作用是只提供表面，而不再有体积限制作用。6、吸附剂的表面化学性质同一类吸附剂由于制备条件不同，表面活性相差很大，吸附性能也会有很大差异。7、混合溶剂的影响色谱法中使用混合溶剂，洗提效果比单纯溶剂好，若自极性相同的混合溶剂中吸附第三组份，等温线界于两单等温线之间；若自极性不相同的混合溶剂中吸附第三组份，吸附量比任何单一溶剂中少，混合溶剂极性一致或不一致情况不同。8、多种溶质的混合溶液溶液中若有多种溶质，且都能被吸附，一般各溶质的吸附比单独存在时小，吸附规律可用Langmuir混合吸附公式半定量表示。9、盐的影响盐的存在通过影响溶质的活度系数、溶解度、溶质的电离平衡而影响吸附。活度系数增大，溶度下降，则吸附上升。活度系数减小，溶度上升，则吸附下降。上述因素需要综合考虑，吸附理论现阶段还带有经验性质。固体向高分子溶液中吸附的一般特点:1、吸附高分子是可溶的，因而是线性的。且一般高分子是多分散的，吸附与自多组份中的吸附相似。2、同一界面上由于高分子有多种构型，所以吸附平衡时间长。3、描述高分子吸附状态需要参数很多，建立模型困难不易定量处理。4、T上升，吸附量上升，这与其它吸附不同。5、吸附膜厚。6、吸附高分子可以被其它高分子所取代，即产生交换吸附。7、吸附平衡后，用同一种溶剂稀释，可产生脱附。6离子选择性吸附离子交换吸附的概念及特点1、离子选择性吸附极性吸附剂在多种离子混合溶液中，表面出对某种离子吸附的选择性，即某种离子吸附较多，某种离子吸附较少，这种吸附称离子的选择性吸附。这种现象可用Fajams规则来解释，能与晶体的组成离子生成难溶物的离子优先被吸附。被优先吸附离子称为定势离子（决定胶体的带电性质），其他的称不相干离子。2、离子交换吸附①定义：一种离子被吸附的同时，从吸附剂表面顶替出等当量的带同种电荷的另一种离子。离子交换吸附的强弱规律a、带正电的吸附剂容易吸附负离子，反之亦然，溶液中离子浓度相差不大时，离子价数越高，越易被吸附。b、同价离子在同样条件，离子半径越小，水化能力强，水化膜厚，吸附能力弱。c、常见的阴、阳离子交换吸强弱。Li+Na+K+NH4+Mg++Ca++Ba++Al3+Fe3+H+SO42-Cl-Br-NO3-I-…OH-对于粘土表面K+、H+的吸附特别强。d、离子浓度第三章胶体的制备与纯化胶体：分散相颗粒大小在10-7～10-9m之间。一种方法是将大的物质进行分割，另一种方法是将分子、离子聚集成胶体质点，前者为分散法，后者为聚结法，要制备稳定的胶体，还必须做到：1、分散相在介质中不溶解。2、有稳定剂存在。7胶体纯化:化学反应得到的溶胶都带有多余电解质，而电解质过多会影响溶胶的稳定，因此需要相办法除去电解质。渗析（透率），电渗析，超滤，（可辅与电渗、抽滤）。溶胶老化机理：新形成的溶胶，即便经过纯化，胶粒也会随时间而慢慢增大，这一过程叫老化。老化时体系的表面能降低是自发过程，我们不能完全阻止溶胶的老化，但可以延缓老化过程的进行。溶胶的另一特性是多分散性，即由大小不等的胶粒组成，颗粒大小有一定的分散规律，通常所称谓的尺寸是一个平均值。固体的溶解度与颗粒大小有关，小颗粒不断溶解，大颗粒不断长大，直到小颗粒完全溶解为止。老化：由于小颗粒具有大的溶解度，静止时，溶液中的小颗粒溶解，大颗粒长大，直到形成分散度较单一的大颗粒，这一过程称为老化。均分散体系：由形状相同、尺寸分布范围很窄的颗粒组成的体系。颗粒尺寸在胶粒尺寸范围内的均分散体系为均分散胶体。均分散胶体制备方法：1、沉淀法；2、预置颗粒法（包封法）；3、共沉淀法；4、相转变法；5、溶胶－凝胶法，两种溶胶进行混合后进行反应；6、气溶胶法；7、乳液法和微乳液法。第四章分散系的物理化学性质溶胶粒子表面的电荷来源：1、电离作用：有些溶胶粒子本身是一个可离解的大分子2、吸附离子作用（吸附作用）：固体表面对电解质正负离子不等量吸附而获的电荷。影响到对电解质正负离子吸附不等量的因素有两个：a、水化能力强的离子往往留在溶液中，水化能力弱的离子则易被吸附于固体表面。所以固体表面带负电荷的可能性比正电性的可能性大，因为阳离子的水化能力一般比阴离子强。b、Fajans规则：与溶胶粒子组成相同的离子易被吸附。3、离子的不等量溶解（离子的溶解作用）：由离子型固体物质所形成的溶胶，具有两种相反的离子，如果这两种离子的溶解是不等量的，溶胶的表面也可以获得电荷。4、晶格取代：离子在水中因水化而离开表面，于是粘土颗粒带负电。晶格取代是粘土颗粒带电的一种特殊情况，其它溶胶中很少见。5、摩擦带电：在非水介质中，溶胶离子的电荷来源是粒子与介质间的摩擦。Helmholtz双电层模型：胶体质点的表面电荷构成双电层的一层，反离子平行排列在介质中构成双电层的另一层，两层电荷相互平行排列，好象一个平行板电容器，两板间距离为δ（δ很小，约为水化离子半径）。8表面电势：带电质点的表面与液体内部的电位差。两相在接触时，对电子有不同的亲和力，这就使电子由一相流入另一相。一般而言，由两个非导体构成的分散体系中，介电常数较大的相将带正电，另一相则带负电。电动电势：固液两相发生相对运动的界面与液体内部的电位差，称电动电势或电势。Gouy-Chapman扩散双电层：a、固体表面是平板型的，y和z方向无限大，而且表面电荷分布是均匀的。b、离子扩散只存在于x方向，离子作为一个点电荷来考虑，它在双电层中的分布符合Boltzmann分布。c、正负离子电荷数相等，整个体系为电中性。d、在整个扩散层内溶剂的介电常数（ε）相同。为了计算方便，还假设溶液中只有一种对称电解质，且正负离子介数均为Z。扩散层内反离子与同