胶体和界面化学.ppt

胶体与界面化学—物理化学专业一、胶体和界面化学的发展简史胶体化学是物理化学的一部分,和物理化学又紧密相关,近年来发展成为一门专门的学科, 与生产和生活实际联系之紧密和应用之广泛是化学学科中任一分支不能比拟的。北京大学的戴乐荣专门写文章论述了胶体化学的重要性。物理化学和胶体化学式属于同一范畴。二者的区分在于研究的对象不同,物理化学主要研究大块相和分子、离子分散体系,而胶体化学研究的对象,其质点大小在 10 -6-10 -7cm范围内的高度分散的体系,因此将物理化学和胶体化学联系起来,对物质全部分散态的研究才能完成。第一章胶体和界面简介胶体指的是具有很大比表面的分散体系。界面现象是自然界普遍存在的现象。二者密不可分。因此对胶体和界面现象的研究是物理化学基本原理的拓展和应用。从历史角度看, 界面化学是胶体化学的一个最重要的分支, 随着科学的发展, 现今界面化学已独立成一门科学,有关“界面现象”或“胶体与界面现象”的专著在国内外已有多种版本。本课程主要介绍与界面现象和胶体有关的物理化学原理及应用。它包括各种相界面和表面活性剂胶体的相关特性和理论。第一章胶体和界面简介胶体化学是一门古老而又年轻的科学。古埃及利用木材浸水膨胀来破裂山岩(界面) ?圣经记载奇异的云和雾(气溶胶) ?古埃及壁画中工人用一些液体润滑巨大的石块(界面润滑) ?希伯来奴隶用黏土造转(胶体) ?1777 年瑞典化学家做木炭吸附气体的实验(界面吸附) 有史以前,我们的祖先就会制造陶器;汉朝已能利用天然高聚物纤维造纸;后汉时又发明了墨(分散体系) ;其它像做豆腐、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。 1809 年,俄国化学家 Scheele (舍勒) 发现了土粒的电泳现象; 1829 年英国植物学家 Brown (布朗) 观察到花粉的布朗运动。此后,许多人相继制备了各种溶胶,并研究了它们的性质。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 Thomas Graham (汤姆斯格雷厄姆) ,他系统研究过许多物质的扩散速度,并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。?他用的仪器极为简单,将一块羊皮纸缚在一个玻璃筒上,筒里装着要试验的溶液,并把筒浸在水中(右图)。 Graham 用此种装置研究许多种物质的扩散速度, 发现有些物质,如糖、无机盐、尿素等扩散快,很容易自羊皮纸渗析出来,另一些物质,如明胶、氢氧化铝、(类晶质 Crystalloid ),后一类物质则不能结晶,大都成无定形胶状物质。于是, Gcraham 把后一类称为胶体(colloid) ,其溶液称之为溶胶。胶体源自希腊文的 ko λλα。(胶)。根据实验结果的推断: ?◆胶体是一定分散范围内物质存在的一种状态, 而不是物质固有的特性。它的一相或多相以一定大小( 10 -7~10 -9m)分散于另一连续相中, ◆胶体是高度分散的体系,具有很大的表面积◆有扩散慢和不能透过半透膜,推断胶体溶液中的质点不是以小分子而是以大粒子形式分散在介质中?◆胶体粒子在重力场中不沉降或沉降速度极慢, 推断分散质点不会太大,约 1nm-1 μm 在 Graham (格雷厄姆) 之后四十多年,俄国化学家 Benmaph (本麦夫) 用200 多种物质做试验,证明无论任何物质都可制成晶体状态也可制成胶体状态。例如,典型的结晶物质氯化钠在水中形成真溶液,在酒精中则可形成胶体溶液。因此,晶体与胶体并不是不同的两类物质,而是物质的两种不同的存在状态。由扩散慢和不能透过半透膜这些特性可以推断,胶体溶液小的质点不是以小分子,而是以大粒子的形式分散在介质中. 被分散的物质——分散相;另一种物质——分散介质第一章胶体和界面简介现今我们所用的一些名词,如溶胶( sol )、凝胶( gel )、胶溶( peptization )、渗析( dialysis )、离浆( syneresis )都是 Graham 提出的。尽管在这一时期积累了大量的经验和知识,但胶体化学真正为人们所重视并获得较大的发展是从 1903 年开始的。这时 Zsigmondy (奥地利, 席格蒙迪)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。 1907 年,德国化学家 Ostwald( 德国, 奥斯特瓦尔德)创办了第一个胶体化学的专门刊物—《胶体化学和工业杂志》. 第一章胶体和界面简介?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。接着 Freundlich (弗罗因德利希) 和 Zsigmondy (席格蒙迪) 先后