搜索
(colloidandsurfacechemistry)物理化学与工业催化研究所Tel:87543732-5E-mail:bairx@126.com白荣献物理化学与工业催化研究所物理化学与工业催化研究所1425量子化学结构化学3化学反应动力学胶体与界面化学869710电化学光化学与光物理化学热力学高能化学计算化学催化科学物理化学所包含的三级学科物理化学与工业催化研究所2010-2-24：秦皇岛骊骅淀粉股份有限公司爆炸19人死亡49人受伤爆炸原因是什么？？？，怎么预防？？第一章绪论物理化学与工业催化研究所粉尘是指分散的固体物质。粉尘爆炸是指悬浮于空气中的可燃粉尘触及明火或电火花等火源时发生的爆炸现象可燃粉尘爆炸应具备三个条件，即粉尘本身具有爆炸性，粉尘必须悬浮在空气中并与空气混合到爆炸浓度，有足以引起粉尘爆炸的火源。物理化学与工业催化研究所2010温哥华冬奥会为什么能溜冰？？物理化学与工业催化研究所珠江三角洲风光珠江在广东中部入海处冲积成的三角洲。面积约1.13万平方公里。珠江含沙量不多，每年总沙量不过1亿吨，多岛屿的浅海湾有利於泥沙滞积，所以2,000年来三角洲发展较快。残丘海拔300∼500公尺，往往成为秀丽的风景区，如西樵山、五桂山、崖山等物理化学与工业催化研究所辽河三角洲——湿地风光辽河三角洲地处辽河、大辽河入海口交汇处天下奇观红海滩江河出海口为什么会形成三角洲？？？物理化学与工业催化研究所●宏观、微观研究相结合●体相与表/界面研究相结合●静态与动态相结合，并进一步深入到化学反应控制的研究●理论与实验的结合物理化学研究方法的特点一、引言物理化学与工业催化研究所•界面科学的基础研究及其在材料与生命科学中的应用研究•理论化学新方法及其在生命、材料、环境和信息等领域中的应用基础研究；•新催化材料、新催化反应、催化反应机理及原位动态表征技术及其在能源、资源与环境领域的应用研究；•电化学反应调控及有重要应用前景的基础研究；•光、电、磁等功能材料合成过程的调控策略以及在液相、固相中基本物理化学过程的研究；•化学信息学研究中的新思路和新方法；•生命体系中的物理化学问题；•纳米组装、纳米结构、纳米器件等纳米体系中的基本物理化学问题。基金委鼓励研究领域物理化学与工业催化研究所二、胶体1、胶体：一种或几种物质以一定分散程度分散在另一种物质中所组成的体系。其中，包含的基本单元（分子）的尺寸在1-100nm之间变化物理化学与工业催化研究所2、分散系统：把一种或几种物质分散在另一种物质中所构成的系统。3、非均相分散系统（胶体分散系统）：分散在分散介质中的物质粒子，其某个方向上的线度1-100nm之间的分散系统。4、均相分散系统是物质彼此以分子形态分散或混合所形成的系统。此类系统的分散相及分散介质之间无相界面存在，是热力学稳定的系统。物理化学与工业催化研究所例如：云，牛奶，珍珠分散相与分散介质分散系统中，被分散的物质称为分散相(dispersedphase)，另一种物质称为分散介质（dispersingmedium)。物理化学与工业催化研究所分散体系分类分类体系通常有三种分类方法：分子分散体系胶体分散体系粗分散体系按分散相粒子的大小分类：按分散相和介质的聚集状态分类：液溶胶固溶胶气溶胶按胶体溶液的稳定性分类：憎液溶胶亲液溶胶物理化学与工业催化研究所1.分子分散体系分散相与分散介质以分子或离子形式彼此混溶，没有界面，是均匀的单相，分子半径大小在10-9nm以下。通常把这种体系称为真溶液，如CuSO4溶液。2.胶体分散体系分散相粒子的半径在1~100nm之间的体系。目测是均匀的，但实际是多相不均匀体系。也有的将1nm~1000nm之间的粒子归入胶体范畴。3.粗分散体系当分散相粒子大于1000nm,目测是混浊不均匀体系，放置后会沉淀或分层，如黄河水。（1）按分散相粒子的大小分类物理化学与工业催化研究所（2）按分散相和介质聚集状态分类1.液溶胶将液体作为分散介质所形成的溶胶。当分散相为不同状态时，则形成不同的液溶胶：A、液-固溶胶如油漆，AgI溶胶B、液-液溶胶如牛奶，石油原油等乳状液C、液-气溶胶如泡沫物理化学与工业催化研究所2.固溶胶将固体作为分散介质所形成的溶胶。当分散相为不同状态时，则形成不同的固溶胶：A、固-固溶胶如有色玻璃，不完全互溶的合金B、固-液溶胶如珍珠，某些宝石C、固-气溶胶如泡沫塑料，沸石分子筛物理化学与工业催化研究所3.气溶胶将气体作为分散介质所形成的溶胶。当分散相为固体或液体时，形成气-固或气-液溶胶，但没有气-气溶胶，因为不同的气体混合后是单相均一体系，不属于胶体范围。A.气-固溶胶如烟，含尘的空气B.气-液溶胶如雾，云物理化学与工业催化研究所（3）按胶体溶液的稳定性分类1.憎液溶胶半径在1-100nm之间的难溶物固体粒子分散在液体介质中，有很大的相界面，易聚沉，是热力学上的不稳定体系。一旦将介质蒸发掉，再加入介质就无法再形成溶胶，是一个不可逆体系，如氢氧化铁溶胶、碘化银溶胶等。物理化学与工业催化研究所憎液溶胶的特性（1）特有的分散程度粒子的大小在10-9-10-7m之间，因而扩散较慢，不能透过半透膜，渗透压低但有较强的动力稳定性和乳光现象。（2）多相不均匀性具有纳米级的粒子是由许多离子或分子聚结而成，结构复杂，有的保持了该难溶盐的原有晶体结构，而且粒子大小不一，与介质之间有明显的相界面，比表面很大。（3）热力学不稳定性表面自由能高，有自发降低表面自由能的趋势，即小粒子会自动聚结成大粒子。物理化学与工业催化研究所形成憎液溶胶的必要条件是????（1）分散相的溶解度要小；（2）有稳定剂存在，否则胶粒易聚结而聚沉。物理化学与工业催化研究所2.亲液溶胶半径落在胶体粒子范围内的大分子溶解在合适的溶剂中，一旦将溶剂蒸发，大分子化合物凝聚，再加入溶剂，又可形成溶胶，亲液溶胶是热力学上稳定、可逆的体系。物理化学与工业催化研究所胶核：一定量的难溶物分子聚结形成胶粒的中心，称为胶核胶粒：然后胶核选择性的吸附稳定剂中的一种离子，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、胶团的结构胶团：胶粒与扩散层中的反号离子，形成一个电中性的胶团物理化学与工业催化研究所A、胶核吸附离子是有选择性的，首先吸附与胶核中相同的某种离子，用同离子效应使胶核不易溶解。B、若无相同离子，则首先吸附水化能力较弱的负离子Notes：Fajans规则：能和组成质点的离子形成不溶物的离子，最易被质点表面吸附。物理化学与工业催化研究所例：AgNO3+KI→KNO3+AgI↓过量的KI作稳定剂胶团的结构表达式：[(AgI)mnI–(n-x)K+]x–xK+|________________________||________________________________|胶核胶粒（带负电）胶团（电中性）胶核胶粒胶团物理化学与工业催化研究所例2：AgNO3+KI→KNO3+AgI↓过量的AgNO3作稳定剂胶团的结构表达式：[(AgI)mnAg+(n-x)NO3–]x+xNO3–|______________________________||_______________________________________|胶核胶粒（带正电）胶团（电中性）胶核胶粒胶团物理化学与工业催化研究所4、胶粒的形状胶粒的形状球形带状丝状物理化学与工业催化研究所例如：（1）聚苯乙烯胶乳是球形质点（2）V2O5溶胶是带状的质点（3）Fe(OH)3溶胶是丝状的质点物理化学与工业催化研究所三、胶体化学发展简史傅鹰：“一门科学的历史是那门科学的最宝贵的一部分，科学只能给我们知识，而历史却能给我们智慧中国：有史以前，我们的祖先就会制造陶器；汉朝已能利用纤维造纸；后汉时又发明了墨；其他像做豆腐、面食以及药物的制剂等等在我国都有悠久的历史，这些成品及其制作过程都与胶体化学密切相关。外国：1809年，俄国化学家Peйcc发现了土粒的电泳现象；1829年英国植物学家Brown观察到花粉的布朗运动。物理化学与工业催化研究所Brown实验物理化学与工业催化研究所1、胶体化学作为一门学科来说，它的历史比较一致的看法是从1861年开始的，创始人是英国科学家ThomasGraham。首先提出晶体和胶体（colloid）的概念，制定了许多名词用来形容他所发现的事实。如溶胶、凝胶、胶溶、渗析、离浆等。2、1903年Zsigmondy（德）发明了超显微镜，肯定了溶胶的一个根本问题——体系的多相性，从而明确了胶体化学是界面化学。3、1907年，Ostwald（德）创办了第一个胶体化学的专门刊物——《胶体化学和工业杂志》，因而许多人把这一年视为胶体化学正式成为一门独立学科的一年。物理化学与工业催化研究所四、表面现象和表面化学科学家们发现，由2-3mm厚的灰质组成的人类大脑皮层是一个比表面积（S/V）很大的复杂表面，在思维过程中，大脑皮层进行的信息交换和传递被认为是当今自然界中最复杂的表面过程。在光的作用下，植物通过叶片表面叶肉中的叶绿素将空气中游离的二氧化碳和水转化为淀粉和氧气的光合作用就是一个非常有趣的表面反应。物理化学与工业催化研究所2、表面现象：至少涉及一个本体相（sorl）与另一相（g，l，s）或真空在一片狭小区域中的相互作用，在此区域内发生从一相到另一相的转变3、表面化学：就是在原子或分子尺度上研究两相界面上所发生化学过程的一门科学。1、界面：是指两相接触的约几个分子厚度的过渡区，若其中一相为气体，这种界面通常称为表面。物理化学与工业催化研究所4、界面化学和胶体化学的研究对象与相互关系界面化学：研究各类相界面上存在的与体相内部不同的作用力所产生的各种现象。胶体化学：研究物质的分散度在1-100(1000)nm之间的分散系统性质的学科。包括分散系统；大分子溶液；缔合胶体。胶体化学的任务就是研究这类分散系统的各种性质，特别是它们的聚结稳定性与动力学稳定性。联系：胶体的性质都与界面的物理化学性质密切相关，界面着眼于研究界面的特性及界面上的作用力，胶体着眼于研究胶体分散系统的性质物理化学与工业催化研究所五、胶体和表面化学的应用B、古代的航海文化A、古埃及墓穴的壁画C、日用消费品中D、化学、化工生产中E、石油科学F、材料科学和环境科学物理化学与工业催化研究所Question？？？界(表）面化学和胶体化学的理论发展迟缓的原因？？？？2、缺乏精确的分析技术结果使实验结果的置信度很差1、体系的纯化比1％更小分数水平的残留物都可能大大影响体系的行为，结果造成理论和实验的相关性很差物理化学与工业催化研究所1、表面化学，顾惕人，李外朗等，科学出版社2003。2、胶体与表面化学导论，姚允斌，裘祖楠编，南开大学出版社，1988。3、表面、界面和胶体－原理及应用，DrewMyers，化学工业出版社，2004。4、应用物理化学，第一分册，界面化学与胶体化学，吴树森编，高等教育出版社，1993。参考书目：物理化学与工业催化研究所思考题1动脉硬化在许多发达国家中是一种严重的医学问题，阐述问题的本质，从一般概念说明表面和胶体科学的研究如何有助于这种疾病的预防和治疗。2据圣经记载，油倾倒在“波涛汹涌的海面”的效应，实际在科学原理上有坚实的基础。试用简单的“力学”观点解释，是何种过程使波涛汹涌海面有平息效应？3海水冲刷后，可能对土壤造成什么影响？物理化学与工业催化研究所第二章胶体的制备与性质一、胶体的制备分散法研磨法胶溶法超声波分散法电弧法化学凝聚法物理凝聚法凝聚法2.1胶体的制备和净化物理化学与工业催化研究所用这两种方法直接制出的粒子称为原级粒子。视具体制备条件不同，这些粒子又可以聚集成较大的次级粒子。通常所制备的胶体中粒子的大小不是均一的，是一个多级分散体系。物理化学与工业催化研究所A研磨法用机械粉碎的方法将固体磨细。这种方法适用于脆而易碎的物质，对于柔韧性的物质必须先硬化后再粉碎。例如，将废轮胎粉碎，先用液氮处理，硬化后再研磨。胶体磨的形式很多，其分散能力因构造和转速的不同而不同。1