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1、胶体化学发展的历史胶体化学发展的历史第1页，本讲稿共26页1 1 胶体化学发展的历史胶体化学发展的历史2 2 胶体化学的研究内容及应用领域胶体化学的研究内容及应用领域3 3 胶体化学的发展前景胶体化学的发展前景第2页，本讲稿共26页1 1 胶体化学发展的历史胶体化学发展的历史胶体这个名词史由英国科学家胶体这个名词史由英国科学家 Thomas Thomas Graham(1861 Graham(1861 年年 )提出来的。提出来的。19031903年德国两位科学家发明了超显微镜测年德国两位科学家发明了超显微镜测出了颗粒的数目及其大小，证明了胶粒的出了颗粒的数目及其大小，证明了胶粒的存在。存在。1
2、9071907年德国化学家年德国化学家OswaldOswald创办了第一个胶体创办了第一个胶体化学的专门刊物化学的专门刊物胶体化学和工业胶体化学和工业这一这一年被视为胶体化学正式成为一门独立学科年被视为胶体化学正式成为一门独立学科的一年，组织了胶体化学家学会，提出分的一年，组织了胶体化学家学会，提出分散体系的概念。散体系的概念。返回第3页，本讲稿共26页 他用的仪器极为简单，将一块羊皮纸缚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，在一个玻璃筒上，筒里装着要试验的溶液，并把筒浸在水中。并把筒浸在水中。Graham 用此种装置研用此种装置研究许多物质的扩散速度，发现有
3、些物质，究许多物质的扩散速度，发现有些物质，如糖、无机盐、尿素等扩散快，很容易自如糖、无机盐、尿素等扩散快，很容易自羊皮纸渗析出来；另一下物质，如明胶、羊皮纸渗析出来；另一下物质，如明胶、氢氧化铝、硅酸等扩散很慢，不能或很难氢氧化铝、硅酸等扩散很慢，不能或很难透过羊皮纸。前一类物质当溶剂蒸发时易透过羊皮纸。前一类物质当溶剂蒸发时易于形成晶体析出，后一类物质则不能结晶，于形成晶体析出，后一类物质则不能结晶，大多成无定形胶状物质。于是，大多成无定形胶状物质。于是，Graham 把后一类物质称为胶体把后一类物质称为胶体（Colloid），），其溶其溶液称之为溶胶。胶体源自希腊文的液称之为溶胶。胶体源
4、自希腊文的 （胶）。（胶）。第4页，本讲稿共26页2 2 胶体化学的研究内容胶体化学的研究内容及应用领域及应用领域 2.12.1胶体化学的研究内容胶体化学的研究内容 胶体：是一种尺寸在胶体：是一种尺寸在1 1100nm100nm以至以至1000nm1000nm的分散体。它既不是大的分散体。它既不是大块块固体，又不是分固体，又不是分子分散体系的液体，而是具有两相的微子分散体系的液体，而是具有两相的微观观不均匀的分散体系。不均匀的分散体系。返回第5页，本讲稿共26页分散体系：是指一种或几种物质以一定的分分散体系：是指一种或几种物质以一定的分散度分散在另一种物质中形成的体系。散度分散在另一种物质中形
5、成的体系。其中以颗粒分散状态存在的成为分散相，是其中以颗粒分散状态存在的成为分散相，是不连续相。不连续相。分散粒子所处的介质成为分散介质，是连续分散粒子所处的介质成为分散介质，是连续相。相。第6页，本讲稿共26页 例如例如 云云 牛奶牛奶 珍珠珍珠第7页，本讲稿共26页分散体系分类分散体系分类按分散相粒子的大小分类：分子分散体系分子分散体系胶体分散体系胶体分散体系粗分散体系粗分散体系按分散相和介质的聚集状态分类：液溶胶液溶胶固溶胶固溶胶气溶胶气溶胶按胶体溶液的稳定性分类：憎液溶胶憎液溶胶亲液溶胶亲液溶胶第8页，本讲稿共26页（1 1）按分散相粒子的大小分类）按分散相粒子的大小分类1.分子分散体
6、系分散相与分散介质以分子或离子形式彼此混溶，没有界面，是均匀的单相，分子半径大小在10-9 m以下。通常把这种体系称为真溶液，如CuSO4溶液。第9页，本讲稿共26页 2.胶体分散体系胶体分散体系分散相粒子的半径在1nm-100 nm之间的体系。目测是均匀的，但实际是多相不均匀体系。也有的将1nm-1000 nm之间的粒子归入胶体范畴。第10页，本讲稿共26页3.3.粗分散体系粗分散体系当分散相粒子大于1000 nm,目测是混浊不均匀体系，放置后会沉淀或分层，如黄河水。目测是混浊不均匀体系，放置后会沉淀或分层，如黄河水。第11页，本讲稿共26页（2 2）按分散相和介质聚集状态分类）按分散相和介
7、质聚集状态分类1.液溶胶将液体作为分散介质所形成的溶胶。当分散相为不同状态时，则形成不同的液溶胶：A.液-固溶胶 如油漆，AgI溶胶B.液-液溶胶 如牛奶，石油原油等乳状液C.液-气溶胶 如泡沫第12页，本讲稿共26页2.2.固溶胶固溶胶将固体作为分散介质所形成的溶胶。当分散相为不同状态时，则形成不同的固溶胶：A.固-固溶胶 如有色玻璃,不完全互溶的 合金 B.固-液溶胶 如珍珠，某些宝石C.固-气溶胶 如泡沫塑料，沸石分子筛第13页，本讲稿共26页3.3.气溶胶气溶胶将气体作为分散介质所形成的溶胶。当分散相为固体或液体时，形成气-固或气-液溶胶，但没有气-气溶胶，因为不同的气体混合后是单相均
8、一体系，不属于胶体范围.A.气-固溶胶 如烟，含尘的空气B.气-液溶胶 如雾，云第14页，本讲稿共26页（3 3）按胶体溶液的稳定性分类）按胶体溶液的稳定性分类1.憎液溶胶 半径在1nm100nm之间的难溶物固体粒子分散在液体介质中，有很大的相界面，易聚沉，是热力学上的不稳定体系。一旦将介质蒸发掉，再加入介质就无法再形成溶胶，是一个不可逆体系，如氢氧化铁溶胶、碘化银溶胶等。这是胶体分散体系中主要研究的内容。第15页，本讲稿共26页2.2.亲液溶胶亲液溶胶 半径落在胶体粒子范围内的大分子溶解在合适的溶剂中，一旦将溶剂蒸发，大分子化合物凝聚，再加入溶剂，又可形成溶胶，亲液溶胶是热力学上稳定、可逆的
9、体系。第16页，本讲稿共26页憎液溶胶的特性憎液溶胶的特性（1）特有的分散程度粒子的大小在10-910-7 m之间，因而扩散较慢，不能透过半透膜，渗透压低但有较强的动力稳定性和乳光现象。（2）多相不均匀性具有纳米级的粒子是由许多离子或分子聚结而成，结构复杂，有的保持了该难溶盐的原有晶体结构，而且粒子大小不一，与介质之间有明显的相界面，比表面很大。第17页，本讲稿共26页（3 3）热力学不稳定性）热力学不稳定性因为粒子小，比表面大，表面自由能高，是热力学不稳定体系，有自发降低表面自由能的趋势，即小粒子会自动聚结成大粒子。第18页，本讲稿共26页2.22.2胶体化学的应用领域胶体化学的应用领域胶体
10、化学是一门应用极为广泛的边缘学科。在不少工业领域中，胶体化学课题往往是技术难题中的关键，简要列出各个领域中一些胶体化学课题。第19页，本讲稿共26页1.1.油田开发：钻井液中颗粒大小的控制、流油田开发：钻井液中颗粒大小的控制、流变性、稳定性、絮凝作业、粘土分散雨防变性、稳定性、絮凝作业、粘土分散雨防塌等。塌等。2.2.农业：土壤中的离子交换、土壤团粒、农农业：土壤中的离子交换、土壤团粒、农药的乳化与分散等。药的乳化与分散等。3.生物学与医学：生物流变学、血液学、电泳、生物学与医学：生物流变学、血液学、电泳、渗透与膜、各种凝胶、病毒、蛋白质等。渗透与膜、各种凝胶、病毒、蛋白质等。4.日用品的生产
11、与使用：洗涤剂、化妆品等。日用品的生产与使用：洗涤剂、化妆品等。第20页，本讲稿共26页5.轻工业：造纸、织物、陶瓷、涂料、黏合剂轻工业：造纸、织物、陶瓷、涂料、黏合剂等。等。6.环境科学：气溶胶、烟雾、水净化、污水处环境科学：气溶胶、烟雾、水净化、污水处理等。理等。7.分析化学：离子交换、胶束增溶、浊度、吸分析化学：离子交换、胶束增溶、浊度、吸附指示剂、脱色等。附指示剂、脱色等。8.材料：水泥、纤维、橡胶等。材料：水泥、纤维、橡胶等。9.海洋科学：稀有元素的吸附提取、污染油膜海洋科学：稀有元素的吸附提取、污染油膜的处理。的处理。第21页，本讲稿共26页3 3 胶体化学的发展前景胶体化学的发展
12、前景 胶体化学是密切结合实际，并与其它学胶体化学是密切结合实际，并与其它学科息息相关的学科，它涉及的范围广，研科息息相关的学科，它涉及的范围广，研究的内容丰富。从它的发展历程也可以看究的内容丰富。从它的发展历程也可以看出，胶体化学的内容是不断深入、面貌在出，胶体化学的内容是不断深入、面貌在不断更新，开拓的领域也越来越广。在自不断更新，开拓的领域也越来越广。在自身的发展过程仲，也繁殖出一些新的学科，身的发展过程仲，也繁殖出一些新的学科，或丰富了其他学科的内容。可以预期，胶或丰富了其他学科的内容。可以预期，胶体化学将继续沿着这个方向发展。体化学将继续沿着这个方向发展。返回第22页，本讲稿共26页（
13、1 1）因为胶体化学是一门与实际应用密切结）因为胶体化学是一门与实际应用密切结合的学科，现代工农业生产为胶体化学的合的学科，现代工农业生产为胶体化学的发展提供了广阔的前景。可以预期，工农发展提供了广阔的前景。可以预期，工农业进一步发展中将会更广泛地运用胶体化业进一步发展中将会更广泛地运用胶体化学的基本原理和研究方法，特别是石油的学的基本原理和研究方法，特别是石油的开采和炼制，油漆、印染和选矿，甚至土开采和炼制，油漆、印染和选矿，甚至土壤改良和人工降雨等，都需要胶体化学。壤改良和人工降雨等，都需要胶体化学。二工农业生产实践中所提出来的问题，又二工农业生产实践中所提出来的问题，又进一步推动着胶体化
14、学学科理论的发展。进一步推动着胶体化学学科理论的发展。第23页，本讲稿共26页（2）现代科学仪器的发展为胶体化学的研）现代科学仪器的发展为胶体化学的研究提供了新的手段。例如，近年来各种波究提供了新的手段。例如，近年来各种波谱研究，如红外、核磁共振（谱研究，如红外、核磁共振（NMR）、电）、电子自旋共振（子自旋共振（ESR）、电子能谱、拉曼光）、电子能谱、拉曼光谱以及穆斯堡尔谱等的发展，对吸附在固谱以及穆斯堡尔谱等的发展，对吸附在固体表面上分子状态的本质，有了更深入的体表面上分子状态的本质，有了更深入的了解。又如使用激光光散射、超离心技术了解。又如使用激光光散射、超离心技术研究蛋白质大分子的构型
15、，也取得了惊人研究蛋白质大分子的构型，也取得了惊人的成功。的成功。第24页，本讲稿共26页（3）近代化学和近代物理上的成就，进一）近代化学和近代物理上的成就，进一步促进对胶体化学中某些理论的探讨。例步促进对胶体化学中某些理论的探讨。例如以量子力学及固体物理为基础研究吸附如以量子力学及固体物理为基础研究吸附和催化现象；用统计力学和电子计算机技和催化现象；用统计力学和电子计算机技术研究高分子溶液性质、搞分子在固体表术研究高分子溶液性质、搞分子在固体表面上细故以及聚沉过程；用示踪原子验证面上细故以及聚沉过程；用示踪原子验证某些吸附动力学过程、两维膜的性质。在某些吸附动力学过程、两维膜的性质。在这些方面都已取得了良好的结果，开拓了这些方面都已取得了良好的结果，开拓了胶体化学研究的新领域。胶体化学研究的新领域。第25页，本讲稿共26页（4）近二十多年来，生物物理、生物化学）近二十多年来，生物物理、生物化学和分子生物学的研究，取得了巨大的成就。和分子生物学的研究，取得了巨大的成就。众所周知，它们的发展是吸取了胶体化学众所周知，它们的发展是吸取了胶体化学的理论和方法的。同时，这些学科的发展，的理论和方法的。同时，这些学科的发展，为胶体化学提供了更广阔的研究领域和视为胶体化学提供了更广阔的研究领域和视野，推动了胶体化学的进一步发展。野，推动了胶体化学的进一步发展。第26页，本讲稿共26页