第 7 章 胶体及界面化学思维导图

物理化学2，胶体及界面化学，包括界面现象及界面自由能，溶液的界面吸附，固体表面吸附，大分子化合物性质与大分子溶液，胶体性质和结构。

第 7 章 胶体及界面化学

• 一、界面现象及界面自由能
  • 概念
    • 界面是指两相接触的约几个分子厚度的过渡区
    • 表面是指有一相为气体的界面
    • 比表面：用来表示物质分散的程度
      • 单位质量的固体所具有的表面积
      • 单位体积固体所具有的表面积
    • 分散度
      • 把物质分散成细小微粒的程度称为分散度。
  • 界面自由能
    • 在一定的温度与压力下，对一定的液体来说，扩展表面所消耗的表面功δW’ 应与增加的表面积dA成正比。
    • σ称界（表）面Gibbs自由能, 是在温度，压力和组成一定时增加单位界（表）面时所引起系统Gibbs自由能的变化，其单位为 J·m-2
    • 表面张力
      • 在相界(表)面的切面上，垂直作用于界（表）面上任意单位长度切线的界(表)面紧缩力。
      • 表面自由能与表面张力数值完全一样，但物理意义不同，所用单位也不同。
      • 影响表面张力的因素
        • 物质的本性：分子间相互作用力 的强弱
        • 温度：升高温度时，一般液体的表面张力都会降低
        • 压力：在温度与表面面积保持不变的情况下，增加压力 使表面张力增大
  • 弯曲液体表面的附加压力
    • 平面：
    • 凸面：
    • 附加压力与曲率半径的关系
  • 弯曲液体表面上的蒸气压
    • Kelvin方程式
  • 润湿作用
    • 沾湿：将气-液界面与气-固界面转变为液-固界面的过程
    • 浸湿：指将气-固界面转变为液-固界面的过程，而液体表 面在这个过程中没有变化。
    • 铺展：当液-固界面在取代气-固界面的 同时,气-液界面也扩大了同样面积的过程。
    • young方程 (润湿方程)
• 二、溶液的界（表）面吸附
  • 表面吸附
    • 表面过剩
    • 负吸附
    • 正吸附
    • 表面活性物质
    • 吸附量：Гi
  • Gibbs吸附等温式
    • 稀溶液
  • 表面活性物质的基本性质
    • 分子结构：同时含有亲水性极性基团和亲油性非极性基团的有机化合物
    • 分类
    • 效率和有效值
      • 效率：使水的表面张力明显降低所需要的表面活性剂的浓度。 显然，所需浓度愈低，表面活性剂的性能愈好。
      • 有效值：能够把水的表面张力降低到的最小值。显然，能把水的表 面张力降得愈低，该表面活性剂愈有效。
    • 界面吸附及定向排列
    • 胶束
      • 表面活性剂是两亲分子。溶解在水中达一定浓度时，其非极 性部分会自相结合，形成聚集体，使憎水基向里、亲水基向 外，这种多分子聚集体称为胶束。随着亲水基不同和浓度不 同，形成的胶束可呈现层状、棒状或球状等多种形状。
  • 表面活性剂的作用
    • HLB值
    • 作用
      • 润湿
      • 起泡
      • 增溶
      • 乳化
      • 洗涤
• 三、固体表面吸附
  • 物理吸附与化学吸附
    • 物理吸附是一种物理作用，没有电子转移，没有化学键的生成与破坏，也没有原子重排等。
  • Langmuir吸附等温式
    • 吸附量
      • 单位质量的吸附剂所吸附气体的体积
      • 单位质量的吸附剂所吸附气体物质的量
    • 吸附等温线的类型
    • Langmuir吸附等温式
      • 假设： (1) 吸附是单分子层的 (2) 固体表面是均匀的，被吸附分子之间无相互作用 (3) 吸附平衡是动态平衡
  • BET吸附等温式
    • BET多层吸附等温式
• 五、大分子化合物性质与大分子溶液
  • 概念：相对分子质量大于104 的物质称 为大分子化合物。
  • 特点
    • 类似于小分子溶液的特点
    • 类似于憎液溶胶的特点
    • 大分子溶液自身的特点
  • 平均相对分子质量
    • 数均相对分子质量
    • 质均相对分子质量
  • 渗透压
  • 黏度
    • 相对黏度
    • 增比黏度
    • 比浓黏度
    • 特性黏度
  • 盐析
  • 胶凝
• 四、胶体性质和结构
  • 分散系统分类
    • 按分散相粒子的大小分类
      • 分子分散系统
      • 胶体分散系统
      • 粗分散系统
    • 按分散相和介质聚集状态分类
      • 液溶胶
      • 固溶胶
      • 气溶胶
    • 按胶体溶液的稳定性分类
      • 憎液溶胶
      • 憎液溶胶
  • 胶体的结构
  • 电动现象和双电层结构
    • 胶粒带电的原因
      • 吸附
      • 电离
      • 晶格置换
      • 溶解量的不均衡
    • 电动现象
      • 因电而动
        • 电泳
        • 电渗
      • 因动而产生电
  • 溶胶的稳定性和聚沉现象
    • 影响溶胶稳定性的因素
      • 外加电解质的影响。
      • 溶胶浓度的影响
      • 温度的影响
      • 胶体系统的相互作用。
      • 高分子溶液的作用
    • 外加电解质对溶胶聚沉作用的影响
      • Schulze-Hardy 规则：聚沉值与异电性离子价数的六次方成反比
      • 聚沉能力 是聚沉值的倒数。
    • 不同胶体的相互作用
      • 将胶粒带相反电荷的溶胶互相混合，也会发生聚沉。
    • 高分子化合物的保护作用
  • 溶胶的光学及动力性质
    • Tyndall效应
      • 若令一束会聚光通过溶胶，从侧面可以看到一个发光的圆锥体，这就是Tyndall效应
      • 不同方向观察到 的光柱有不同的颜色
    • 光散射现象
      • 溶胶是多相不均匀系统，在胶粒和介质分子上产 生的散射光不能完全抵消，因而能观察到散射现象。
      • Rayleigh公式
    • Brown运动
      • 由于受到的力不平衡，所以连续以不同方向、不同速度作不规则运动。
      • 随着粒子增大，撞击的次数增多，而作用力抵消的可能性亦大
    • 扩散
      • 斐克第一定律
      • 斐克第二定律
    • 沉降与沉降平衡
      • 高度分布公式
• 物质分割得越小，分散度越高，比表面也越大。