胶体与界面化学ppt课件.ppt

第一章基本概念
第一节胶体与表面
一、胶体与胶体分散体系
目前科学地将颗粒大小在10-6~10-9m这样的物质(不管其聚集状态是气态、液态还是固态)称为胶体。
胶体与其分散在其中的介质组成分散体系,介质可以是气、液和固体并与胶体颗粒间存在相界面,因此它还是高分散的多相的分散体系。
胶体分散体系一般是两个组分以上的多组分体系,不过也存在极为罕见的单组分胶体分散体系,这类分散体系是液体,但由于分子的热运动而出现的涨落现象,一些分子会在液态内部聚集成较大的聚集体,这种分散体系称为类胶体(iso-colloid)分散体系。
聚合物或大分子量物质
聚合物或大分子量物质过去也称之为胶体分散体系的物质。
如蛋白质,纤维素以及各种天然的和人工合成的聚合物,其尺寸也在胶体范围、并具有胶体的某些性质,比如慢扩散性,不透过半透膜,电泳行为等。
因此过去也把它们作为胶体与表面化学的讲解内容。但由于其迅速的发展,形成一个庞大的大分子家族,而成为一个独立学科去研究,不过它的某些理论和研究方法确系胶体的理论和研究方法。
二、表面和界面
表面(surface):是指凝聚相与真空,空气或其蒸气间的交界
界面(interface):是指凝聚相与其他相间的交界面。
水的表面张力是水的表面(与空气或蒸汽的交界面)上的表面张力,×10-3N/m;
水和苯间界面张力为35×10-3N/m;
水与汞间界面张力为375×10-3N/m。
由此可见,界面张力值决定于相邻相的物质。
相边界上“面”的含义
这里所说的“面”是指相边界上的化学概念上的而非数学概念上的面。数学面只有面积而无厚度,而化学面是有一定厚度的,起码有几个分子大小的厚度(图1-1B),
图1-1 数学面(A)与界面(B)示意图
图1-1A所示在面上相的性质(如密度、浓度等)发生突变是不可思议的,而相的性质逐渐变化才是可理解的。如图1-1B所示。
但在描述它时,由于其厚度值与两相本体尺寸比较可忽略不计近似为零。
(一)比表面能
随物质分散程度的增加,其表面积和比表面积要增加。物质的细分过程需要外界做功,并以表面能的形式储存于表面之上,因此物质表面分子较内部分子有更高的能量,其差值称为表面过剩自由能,或表面能。
关于液体表面上的过剩自由能
★液体表面层分子的受力情况就不同于液体内分子的受力情况如图所示:
图1-2表面相与体相分子受力情况示意图
★表面分子较内部分子有较高的能量,这个差值就是表面(过剩自由)能。
从力的角度分析其γ物理意义
图1-4去掉下面的力F时,滑动边就因液膜的收缩拉回一个距离,(以减少表面能)。这个回缩力与F大小相等而方向相反。现在假定加上力F,滑动边往下运动的距离。在此过程中,表面积增量为(2表示液膜有两个表面)。环境对体系做功为,这个功为等于表面能增量:
这样比表面能又有了新的定义——表面张力,即垂直作用在单位边长且与液面相切的力,这个力力图使液面收缩。
由定义可知,其单位为N/m 。
需要注意的几点:
1. 务必区分表面张力与界面张力。
2. 务必注意温度的影响。
3. 压力和体系运动情况等其他因素对γ的影响。
,包括固体表面,固—液界面均存在界面张力。
由于固体中分子间作用力远大于液体分子间作用力,因此固体的界面张力大得多。
γ的两个物理概念即比表面能和表面张力是一个实质(从单位可看出)的两个方面,前者从能量出发,后者从力出发,以便更方便的解释一些问题。比如,解释液膜问题用力方便,而解释液面收缩趋势从能量角度分析更方便,但这决不意味着前者不能用能量后者不能用力分析。