凝胶思考题

1凝胶思考题1.什么是凝胶？有何特征（两个不同）？外界条件(如温度、外力、电解质或化学反应)的变化使体系由溶液或溶胶转变为一种特殊的半固体状态，即凝胶。（又称冻胶）其一，凝胶与溶胶(或溶液)有很大的不同。溶胶或溶液中的胶体质点或大分子是独立的运动单位，可以自由行动，因而溶胶具有良好的流动性。凝胶则不然，分散相质点互相连接，在整个体系内形成结构，液体包在其中，随着凝胶的形成，体系不仅失去流动性，而且显示出固体的力学性质，如具有一定的弹性、强度、屈服值等。其二，凝胶和真正的固体又不完全一样，它由固液两相组成，属于胶体分散体系，共结构强度往往有限，易于遭受变化。改变条件，如改变温度、介质成分或外加作用力等，往往能使结构破坏，发生不可逆变形，结果产生流动。由此可见，凝胶是分散体系的一种特殊形式，共性质介于固体和液体之间。2.举例说明什么是弹性和非弹性凝胶？由柔性的线性大分子物质，如洋菜吸附水蒸气先为单分子层吸附，然后转变为多分子层吸附，硫化橡胶在苯蒸气中的吸附则是从一开始即为多分子层吸附。这类凝胶的干胶在水中加热溶解后，在冷却过程中便胶凝成凝胶。如明胶、纤维素等，在水或水蒸气中都发生吸附。不同的吸附体系，其吸附等温线的形状不同，弹性凝胶的吸附与解析通常会形成较窄的滞后圈。由刚性质点（如SiO2、TiO2，V2O5、Fe2O3等）溶胶所形成的凝胶属于非弹性凝胶，亦称刚性凝胶。大多数的无机凝胶，因质点本身和骨架具有刚性，活动性很小，故凝胶吸收或释出液体时自身体积变化很小，属于非膨胀型。通常此类凝胶具有多孔性结构，液体只要能润湿，均能被其吸收，即吸收作用无选择。这类凝胶脱水干燥后再置水中加热一般不形成原来的凝胶，更不能形成产生此凝胶的溶胶，因此这类凝胶也称为不可逆凝胶。3.试述凝胶形成的基本推荐？①降低溶解度，使被分散的物质从溶液中以“胶体分散状态”析出。②析出的质点即不沉降，也不能自由行动，而是构成骨架，在整个溶液中形成连续的网状结构。4.凝胶形成的方法有哪几种？改变温度转换溶剂加电解质进行化学反应5.凝胶的结构分为哪4种类型？A球形质点相互联结，由质点联成的链排成三维的网架Ti02、Si02等凝胶。B棒状或片状质点搭成网架，如V205凝胶、白土凝胶等。C线型大分子构成的凝胶，在骨架中一部分分子链有序排列，构成微晶区，如明胶凝胶、棉花纤维等。D线型大分子因化学交联而形成凝胶，如硫化橡胶以及含有微量：二乙烯苯的聚苯乙烯都属于此种情形。6.溶胶≒凝胶转变时有哪些现象？转变温度（大分子溶液转变为凝胶时，无严格恒定的转变温度，它往往与冷却快慢有关，并且凝点(胶凝温度)常比熔点(液化温度)低．两者相差可达(10-20)度或更大些。）热效应（大分子溶液形成凝胶时常常放热，这可视为结晶作用的潜热）光学效应（溶胶转变为凝胶时，Tyndall效应(光散射)增强，这是由于质点增大、水化程度减弱的缘故）流动性质（溶胶转变为凝胶后流动性质变化很大，溶胶失去流动性．凝胶获得了弹性、屈服值等）电导（溶胶胶凝后，体系的电导无明显变化）凝胶表面的亲水性（溶胶中的质点表面若具有亲水性基团，则胶凝后其表面仍具有亲水性）7.要制备很浓的明胶溶液而又不使胶凝，应加入什么物质比较好？为什么？（P147）导电和扩散等，还可以是凝胶中的物质和外加溶液间的化学反应，也可以是两种溶液在凝胶中进行化学反应。8.什么是凝胶的触变作用？简单叙述其机理？由于在外力作用下体系的粘度减小，流动性变大．因此这个现象习惯上也称为切稀。机理：颗粒之间搭成架子，流动时架子被拆散。之所以存在触变性是因为被拆散的颗粒再搭成架子时需要时间9.什么是负触变作用？绝大部分为什么体系？与触变作用相反的现象是负触变作用。此体系的基本持点是在外力(切力或切速)作用下体系的粘度升高，但静置一段时间后粘度又恢复原状，出现顺时针方向的滞后团。显然，负触变现象正好与触变性相反．是一种具有时间因素的切稠现象。具有负触变性的体系绝大部分为高分子溶液，例如SiO2、钠蒙脱土等悬浮液中加入高分子溶液（如聚丙烯酰胺水解溶2液），在一定的条件下出现负触变作用。10.什么是离浆作用？为什么？离浆就是水凝胶在基本上不改变外形的情况下，分离出其中所包含的一部分液体．此液体是大分子稀溶液或稀的溶胶。又称“脱水收缩”“出汗”。作用的原因：是由于溶胶在形成具有网状结构的凝胶后，粒子之间的距离还不是最小的，粒子之间仍继续互相作用，使粒子进步靠近和更完全地定向，从而使凝胶的骨架收缩．于是一部分液体被从粒子间挤压出来，产生“出汗”离浆现象。11.什么是凝胶的有限膨胀和无限膨胀？其膨胀速度符合什么动力学特征？凝胶的膨胀(溶胀)作用，是指凝胶在液体或蒸气中吸收这些液体或蒸气时．使自身质量、体积增加的作用。膨胀作用是弹性凝胶所特有的性质。无限膨胀，即开始时凝胶吸收液体而体积增大，但最终完全溶解成溶液，又名溶胀作用。有限膨胀，凝胶吸收—定量的液体后并不转变成溶胶，如明胶在冷水中、硫化橡胶在苯中。凝胶的膨胀速度符合一级反应的动力学方程式式中，S为膨胀度，即凝胶在膨胀时间为t时吸收的液体量；Smax为吸收液体的最大量(平衡态下)；K为膨胀速度常数。12.试述凝胶膨胀的两个阶段。第一阶段——形成溶剂化层。即溶剂分子很快地钻入凝胶中，与凝胶大分子相互作用形成溶剂化层。这个阶段时间很短，速度快，表现出的特征有：1)液体的蒸气压很低(2)体积收缩凝胶膨胀时，凝胶的体积增大，但就整个体系说，其增量比吸收的液体体积为小。(3)伴有放热效应凝胶膨胀时放出的热叫膨胀热(4)溶剂熵值降低由于溶剂化层中液体分子排列有序，故体系的熵值降低。第二阶段——液体的渗透和吸收。在这个阶段中．液体的吸收量是干胶质量的几倍、几十倍，同时也没有明显的热效应和体积收缩现象。凝胶的体积也大大增加，凝胶干燥时，这部分的液体也容易释出13.物质在凝胶中扩散速率减慢的原因是什么？扩散物质的分子越大，在凝胶中的扩散速率越慢14.试述凝胶色谱（GPC）技术的基本原理？分子大小不同的混合物溶液通过用凝胶颗粒填充的色谱柱时，尺寸越小的分子进入网络的机会越多，在其间停留的时间也越长。反之，尺寸较大的分子进入网络的机会较小，甚至不能进入网络之中，只能停留在凝胶颗粒之间的缝隙中。当以溶剂淋洗色谱柱时，被吸附在色谱柱上的物质将按分子的尺寸，从大到小的顺序依次被淋洗下来，从而达到分离的目的。这正是凝胶色谱(GPC)技术的基本原理。15.试用Ostwald的过程和理论解释Liesegang环现象。当高浓度的AgN03溶液由中心向四周扩散时，遇到K2Cr207发生化学反应并生成橙红色的Ag2Cr207沉淀环。第一环沉淀形成后，环外地带的K2Cr2O7浓度变得很低，成为空白区。在此区域内难以满足形成Ag2Cr207沉淀的过饱和条件，所以无沉淀生成。AgN03溶液越过空白区后，重又与K2Cr2O7反应并形成第二个沉淀环，依此类推，但各环的间距逐渐变大，沉淀环也逐渐变宽和变得模糊。16.形成Liesegang环的必要条件是什么？物质在扩散过程中无对流和扰动是形成Liesegang环的必要条件17.高吸水性材料高吸水性材料不仅应含有相当多的亲水基因，而且本身还要不溶于水18.试述高吸水性凝胶的结构、组成和吸水性能的关系。高吸水性材料不仅应含有相当多的亲水基因，而且本身还要不溶于水。超强吸水剂为弹性凝胶，吸水后形成水凝胶：凝胶的种类不同，结构不同，其吸水能也大有不同离子性聚合物的亲水性比非离子性聚合物强。吸水能力强，在离子性聚合物中，离子化程度越高，吸水能力越强。超强吸水剂有很强的吸水能力，但从使用角度考虑，它应不溶解于水。聚丙烯酸类吸水剂有很强的吸水能力，但易水溶，为解决此问题，合成时应加入适量交联剂甲醛(或环氧氯丙烷等)。在制备超强吸水剂时，同种类型凝胶的一般规律是：交联度增加，吸水能力降低；但交联度太低，又可使凝胶吸水时成为无限膨胀。319.什么是高吸油性树脂？其吸油能力主要起源于什么作用力？吸油材料是一种用于处理废油的功能性材料。它主要用于原油泄漏、工厂机器渗漏油和食品废油的处理等。20.高吸油树脂的吸油机理是什么？机理吸油树脂通常都是由亲油单体构成的，具有适当交联度的三维网状结构的聚合物，因而树脂内部均有一定的微孔。当树脂与油品接触时，开始油分子向微孔中扩散，当进入一定量的油分子后，高分子链段发生溶剂化(vanderWaals力)，当油分子进入足够多时，则高分子链段伸展并发生溶胀。溶胀过程中交联点之间分子链的伸展又会降低其构象熵值，ΔG=ΔH-TΔS,ΔG增加，这必然引起分子网的弹性收缩力，力图使分子网收缩，最后这两种相反的倾向达到平衡，并表现出一定的吸油率。21.水凝胶中的水、按作用力的强弱可分为哪4种状态？①靠氢键与吸水剂相互作用的水②亲水基团周围的极化水层③网络微孔中的水④颗粒间隙和大孔中的水第二章表面活性剂性质与应用1．表面活性剂的化学结构及特点是什么？（P21）表面活性剂的化学结构:由性质不同的两部分组成，一部分是疏水亲油的碳氢链组成的非极性基团，另一部分为亲水疏油的极性基，这两部分分别处于表面活性剂的两端，为不对称的分子结构。特点：是一种既亲油又亲水的两亲分子，不仅能防止油水相排斥，而且具有把两相结合起来的功能。2．表面活性剂有哪些类型举例说明。按溶解性分类：有水溶性和油溶性两大类;按照其是否离解分类：离子型和非离子型两大类;根据其活性部分的离子类型又分为：阴离子、阳离子和两性离子三大类。3．表面活性剂的水溶液的特点是什么？(1)浓度↑,表面张力↑。如：NaCl,Na2SO4,KOH,NaOH,KNO3等无机酸、碱、盐溶液。(2)浓度↑,表面张力↓。如：有机酸、醇、醛、酮、醚、酯等极性物质溶液。(3)随浓度增大，开始表面张力急剧下降，但到一定程度便不再下降。如：肥皂、长链烷基苯磺酸钠等溶液。这些物质称为表面活性剂。4．何谓表面活性？表面活性剂是这样一种物质，它活跃于表面和界面上，具有极高的降低表、界面张力的能力和效率；在一定浓度以上的溶液中能形成分子有序组合体，从而具有一系列应用功能（表面活性是一种动力学现象，表面或界面的最终状态表示了两种趋势之间的动态平衡，即朝向表面吸附的趋势和由于分子热运动而朝向完全混合的趋势之间的平衡）5．简述Traube规则的内容。特劳贝规则：即每增加一个-CH2-基团时，其π/C约为原来的三倍。6．试述阳离子SAA的主要用途。广泛应用于非纺织物的防水剂、优柔剂、抗静电剂、染料的固色剂、医用消毒剂、金属防腐剂，矿石浮选剂、头发调理剂、沥青乳化剂等。7．两性离子SAA有什么特点。最大特征在于它既能给出质子又能接受质子。(1)对织物有优异的柔软平滑性和抗静电性。(2)有一定的杀菌性和抑霉性。(3)有良好的乳化性和分散性。(4)与其他类型表面活性剂有良好的配伍性。会产生协同增效效应(5)可以吸附在带负电荷或正电荷的物质表面上，有一定的润湿性和发泡性。6)低毒性和对皮肤、眼睛的低刺激性。(7)极好的耐硬水性，甚至在海水中也可以有效地使用。(8)良好的生物降解性。8．非离子SAA的亲水基由什么构成，EO数是什么含义？非离子型活性剂在水溶液中不电离，其亲水基主要是由具有一定数量的含氧基团(一般为醚基和羟基)构成。环氧乙烷加成数(EO数)EO加成数约在10~12mol的范围内润湿力最高憎水链碳原子数N和环氧乙烷加成数n间的关系，最小溶解性：n=N/3；中等溶解性：n=N/2优良溶解性：n=1～1.5N9．写出APG的结构式，并说明其特性以及在洗涤剂中的作用。APG的结构式：4特性：APG不存在浊点，在酸碱溶液中均呈现良好的相容性和稳定性；不仅表面活性高，泡沫丰富而稳定，去污力强而且无毒，无刺激性、生物降解彻底。应用：浴用及发用洗涤剂；餐用洗涤剂；洗衣粉；硬表面清洗10．请解释含氟SAA“三高二憎”的特点。三高：高表面活性、高耐热稳定性、高化学惰性；二憎：憎水性和憎油性，11．AOS、LAS、Span、Tween、AES（解释代号）α-烯烃磺酸盐（AOS）；烷基苯磺酸钠（LAS）；山梨糖醇酐脂肪酸酯