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LOGO第2讲胶体与表面化学基础知识水质指标水中杂质分类废水中杂质的粒度尺寸及处理方法污水的三级处理流程Contents溶液中微粒的运动性质一2胶体界面化学二胶体的性质及其应用三一、溶液中微粒的运动性质1、布朗运动2、扩散3、沉降运动性质1、布朗运动布朗运动：悬浮在分散介质中的微粒（直径约小于4μm）受到介质中分子与粒子的碰撞而呈现出连续不断的、无规则的随机运动。布朗运动是分子热运动的结果。播放《布朗运动是谁的运动》视频。爱因斯坦布朗位移公式爱因斯坦布朗位移公式：从布朗运动位移公式可以看出：粒子越大，介质的粘度越大，粒子位移的位移越小；温度升高，则粒子的位移增大。trNRTxA32、扩散扩散：微粒子（包括原子和分子）在气相、液相、固相或三者之间，由高浓度向低浓度方向迁移，直到混合均匀的物理运动现象。扩散过程的本质是分子热运动的结果。而扩散过程的推动力是浓度梯度，扩散的速率与物质的浓度梯度成正比。3、沉降沉降：由于分散相和分散介质的密度不同，分散相粒子在力场(重力场或离心力场)作用下发生的定向运动。沉降的结果使分散体系发生相分离。可利用悬浮在流体(气体或液体)中的固体颗粒下沉而与流体分离。利用悬浮的固体颗粒本身的重力而获得分离的称做重力沉降。利用悬浮的固体颗粒的离心力作用而获得分离的称做离心沉降。沉降速度斯托克斯公式：沉降的推动力：重力或惯性离心力。通常用重力沉降分离的最小粒径为30～40μm；用离心沉降分离的最小粒径为5～10μm。更小的颗粒则用电除尘、超声波除尘等分离方法。2120)(92grv二、界面物理化学表面张力表面膜吸附润湿毛细现象界面物理化学内容1、表面张力1、表面、界面、表面张力表面：通常把一个相与它本身的饱和蒸气相接触的面称为（相）表面。界面：把两个不同物质的相接触的面称为（相）界面。表面张力：液体表面层由于分子引力不均衡而产生的沿表面作用于任一界线上的张力，即能使液体表面尽量缩小的力。播放表面张力现象视频。表面张力进一步说明：表面张力是液体表面层由于分子引力不均衡而产生的沿表面作用于任一界线上的张力。通常，由于环境不同，处于界面的分子与处于相本体内的分子所受力是不同的。在水内部的一个水分子受到周围水分子的作用力的合力为0，但在表面的一个水分子却不如此。因上层空间气相分子对它的吸引力小于内部液相分子对它的吸引力，所以该分子所受合力不等于零，其合力方向垂直指向液体内部，结果导致液体表面具有自动缩小的趋势，这种收缩力称为表面张力。影响表面张力的因素温度：一般来说，温度升高，表面张力下降。因为温度升高，物体膨胀，分子间的距离增大，同时分子的热运动加剧。这两个因素会导致分子间的吸引力减弱。（如水的汽化）。压力：如果增加液体表面压力的接触气体是其本身的蒸气，则增加压力会使表面张力增大。如果增加液体表面上的压力是引入另一组的气体，则增加压力对表面张力的影响要根据气体的性质判断，有增有减。化学组分：与界面两侧两相分子的性质及密度有关。溶质对水溶液表面张力的影响1.表面张力在稀浓度时，随溶质浓度增加而急剧下降，下降到一定程度后便不再下降（曲线1）；2.表面张力随溶质浓度增加而下降（曲线2）；3.表面张力随溶质浓度增加而稍有提高，且近于直线上升（曲线3）。表面活性：能使溶剂的表面张力降低的性质。表面活性物质：能降低水表面张力，具有表面活性的物质，如图（1）和（2）类物质，其中图（1）类物质称为表面活性剂。表面活性剂表面活性剂：是一类能溶于水或其它溶剂，低浓度时能显著地降低其表面张力，改变体系界面状态，从而产生润湿、乳化分散、起泡、増溶、洗涤等一系列作用的有机化合物。表面活性剂的性质：双亲媒性；界面吸附定向排列；形成胶束。（1）双亲媒性既有亲水性，又有亲油性。（2）界面吸附定向排列表面活性剂的定向排列：表面活性剂基于官能团的作用在气/液或液/液界面上选择吸附，定向排列成分子层的现象。表面活性剂降低表面张力的原理：如下图。（3）形成胶束临界胶束浓度：表面活性剂形成胶束的最低浓度（CMC），CMC一般在0.02～0.4%。表面活性剂浓度要求：当表面活性剂的浓度高于或低于临界胶束浓度时，水溶液的表面张力等有关物理性质都有很大的差异，表面活性剂浓度只有稍高于临界胶束浓度时，才能充分显示其作用。表面活性剂的分类①阳离子表面活性剂：溶于水后生成的亲水基团为带正电荷的原子团。如伯胺盐R-NH2·HX②阴离子表面活性剂：溶于水后生成的亲水基团为带负电荷的原子团。如脂肪羧酸盐R-COO-Na+③两性表面活性剂：分子中含有阴阳两种离子所组成的表面活性剂。如氨基酸型R-NHCH2CH2-COOH④非离子表面活性剂：在水中不离解为离子，不带电荷，憎水基一般为烃链，亲水基大都是氧乙烯基和羟基。主要分为两类：聚乙二醇型和多元醇型。表面活性剂的基本作用①润湿和渗透作用：通过改变水的表面张力增加润湿和渗透。（见润湿）②乳化作用：两种互不相容的液体，在加入少量合适的表面活性剂和强烈搅拌条件下，使其中一种液体以微粒状（0.1至数十微米）分散在另一种互不相容的液体中，形成均匀的细液滴乳化液的过程叫乳化。表面活性剂的乳化作用乳化作用的机理：乳化剂在油-水界面吸附，降低界面张力，并形成分子膜包裹液滴，防止油和水回复原状以及碰撞合并。分散相（内相）：以液珠形式存在的相连续相（膜相、外相）：连续存在的相水包油型（O/W）：油为分散相水位连续相油包水型（W/O）：水为分散相油为连续相表面活性剂的増溶作用③増溶作用：表面活性剂在水溶液中形成胶束后，使水溶液中难溶有机物的溶解度显著增加的效应。増溶作用的4种形式：在胶束内部的増溶在胶束“栅栏”之间的増溶在胶束表面的増溶在聚氧乙烯链间的増溶増溶作用的应用：提高石油开采的回收率增加洗涤剂的除油污能力……表面活性剂的发泡作用③发泡作用：形成由溶液薄膜包围着的气体，即表面活性剂溶液在搅拌时，进入溶液的空气被周围溶液包围形成气泡。起泡剂：肥皂、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠等；形成条件：搅拌泡沫的应用：浮选灭火剂洗涤剂2、浸润（润湿）当液体与固体接触时，液体的附着层将沿固体表面延伸。当接触角θ为锐角时，液体润湿固体，若θ为零时，液体将展延到全部固体表面上，这种现象叫做“浸润现象”。物质的润湿现象具有选择性，例如，水能润湿玻璃，但不能润湿石腊。不浸润（不润湿）现象液体内部内聚力大于固体表面对液体的吸引力，液体的附着层将沿固体表面收缩。不润湿现象也有选择性，例如，水银不能润湿玻璃，却能润湿干净的锌板、铜板、铁板。造成不浸润现象的原因主要是液体分子的内聚力大于附着力。播放水银的浮沉与浸润视频。3、毛细现象播放水银的浮沉与浸润视频。毛细现象的作用原理毛细作用，是液体表面对固体表面的吸引力。毛细管插入浸润液体中，管内液面上升，高于管外，毛细管插入不浸润液体中，管内液体下降，低于管外的现象。毛巾吸水，地下水沿土壤上升都是毛细现象。4、表面膜如果一个分子同时含有极性基团（亲水）和非极性基团（疏水），且不溶于水，就可能在水面上形成表面膜—单分子膜。如C16~C22的直链脂肪酸或者醇。应用：抑制水分蒸发；抑制酸雾形成（盐酸酸洗槽）影响：对水体与空气气体交换的影响；对水生生物的影响；对浮游生物的影响；对食物链的影响；对水分蒸发的影响；对全球气候的影响。5、吸附物理吸附化学吸附三、胶体的性质及其应用分散系分类（按分散质粒子大小）：溶液、胶体、浊液溶液：溶质粒子直径通常：小于1nm胶体：溶质粒子直径：介于1～100nm之间浊液：溶质粒子直径通常：大于100nm稳定性:溶液：均一，最稳定浊液：不均一，最不稳定胶体：介于二者之间各类分散系的比较均一、透明稳定分子或离子1nm能能能不能不能不能均一、透明不均一、不透明较稳定不稳定许多分子集合体高分子巨大数目分子集合体1nm~100nm100nm晨雾气溶胶烟白云固溶胶烟水晶有色玻璃1、丁达尔现象2、布朗运动3、电渗4、电泳胶体的基本性质播放胶体的性质视频。1、胶体的光学性质—丁达尔现象丁达尔现象：光束通过胶体，形成光亮的“通路”，这种现象叫做丁达尔现象。引起的原因：光的散射应用：鉴别悬浮液、胶体溶液和真溶液悬浮液：只有反射光，没有散射光；胶体溶液：有丁达尔现象真溶液：有散射光（乳光），但很微弱胶体的基本性质在外加电场作用下，胶体粒子在分散剂里向电极（阴极或阳极）作定向移动的现象，叫做电泳。胶体带电的原因：胶体颗粒表面对溶液中离子的吸附；胶体颗粒表面的溶解；胶体颗粒表面分子的电离【注】胶粒所带电荷可根据电泳实验来证明胶粒带有电荷，但胶体本身呈电中性4、电泳金属氧化物，金属氢氧化物—带（+）电荷非金属氧化物，金属硫化物—带（-）电荷淀粉、蛋白质胶粒—不带电。胶体带电情况【讨论1】胶体分散系稳定的原因？（1）同种胶粒带同种电荷，相互排斥，不易聚沉。（2）布朗运动克服重力作用，不易聚沉。【讨论2】如何破坏胶体的稳定性，使胶体粒子聚集成大颗粒而沉淀？胶体的动力稳定性：布朗运动克服重力下沉的影响；影响因素：分散度、胶粒直径、分散介质粘度、胶粒与分散介质密度差。胶体的带电稳定性：静电斥力与范德华引力综合作用的结果。溶剂化作用：胶粒和反离子与周围的水分子作用形成水化壳，降低胶粒表面的比表面焓，增加了胶粒的稳定性。胶体的稳定性胶体的凝聚：胶体颗粒相互聚合吸附，形成较大颗粒下沉的过程。胶体的凝聚方式：加少量电解质溶液：压缩双电层，增加胶粒上的反离子。加带有相反电荷胶粒的胶体：互相中和电性，减小同种电性的相互排斥而使之聚成大颗粒。加热：温度升高，胶粒碰撞速率加快，从而使小颗粒成为大颗粒而聚沉。胶体的凝聚凝胶和硅胶凝胶：指胶粒与分散剂一起凝聚形成的不流动的冻状物。如：果冻、凉粉、豆腐、硅胶等。硅胶：硅酸胶体聚沉，在空气中失水成为含水4%的SiO2其表面积大，因而吸附性强，常用做干燥剂、吸附剂及催化剂载体。胶体的应用1、材料研究上2、医学上3、农业上4、国防工业上5、日常生活上1、土壤的保肥作用［例题1］已知土壤胶粒带负电，在土壤里施用含氮量相等的下列肥料，肥效较差的是A.（NH4）2SO4B.NH4HCO3C.NH4NO3D.NH4Cl生活中的实例2、制豆腐的化学原理盐卤或石膏为电解质，可使豆浆里的蛋白质胶粒凝聚并和水等物质一起聚沉而成凝胶（豆腐）3、江河入海口处形成三角洲[例题2]自来水厂用绿矾和氯水一起净水，试用离子方程式和简要的文字叙述原理。分析：净水需要胶体吸附水中悬浮杂质，同时又要进行消毒杀菌，可从这两个方面思考解答。答案：2Fe2++Cl2==2Fe3++2Cl-Cl2+H2OH++Cl-+HClOFe3++3H2O==Fe(OH)3+3H+HClO能杀菌消毒，Fe(OH)3胶体吸附水中的悬浮杂质。4、明矾净水原理（1）为何两种不同品牌的墨水不要混用？为什么墨水不能暴晒？（2）实验时，手不慎被玻璃划破，可从急救箱中取FeCl3溶液应急止血，其原因是什么？解释下列问题作业请利用清明假期，对家乡或你身边的环境问题进行仔细调研，分析产生的原因，并根据你掌握的知识，提出合理化的建议。LOGO