M胶体与界面化学绪论.pptx

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1、考核方式考核方式 7070 期末考核期末考核（开卷考试，允许带书和课堂笔记）（开卷考试，允许带书和课堂笔记）2020 文献综述报告文献综述报告 要求：从第三次课开始，每次课由要求：从第三次课开始，每次课由要求：从第三次课开始，每次课由要求：从第三次课开始，每次课由2 2 2 2位位位位同学采用同学采用同学采用同学采用PPTPPTPPTPPT格式讲述与该课程内容有关的国内外研究的最新格式讲述与该课程内容有关的国内外研究的最新格式讲述与该课程内容有关的国内外研究的最新格式讲述与该课程内容有关的国内外研究的最新动态（新方法、新材料、新原理等），时间动态（新方法、新材料、新原理等），时间动态（新方法、

2、新材料、新原理等），时间动态（新方法、新材料、新原理等），时间1515151520202020分钟每人。分钟每人。分钟每人。分钟每人。上交：上交：上交：上交：WORDWORDWORDWORD版本版本版本版本（格式同发表的文章，参考文献（格式同发表的文章，参考文献（格式同发表的文章，参考文献（格式同发表的文章，参考文献为为为为2008200820082008年以后发表的文献）年以后发表的文献）年以后发表的文献）年以后发表的文献）1010 出勤出勤第1页/共39页主要授课内容主要授课内容界面现象和吸附界面现象和吸附溶胶与纳米粒子制备溶胶与纳米粒子制备胶体的基本性质胶体的基本性质表面活性剂溶液表面活

3、性剂溶液乳状液乳状液泡沫和凝胶泡沫和凝胶不溶性表面膜（选学）不溶性表面膜（选学）第2页/共39页第一章第一章 绪绪 论论_课程简介胶体化学界（表）面化学研究对象分散体系分散相分散介质研究高分散不均相体系研究高分散不均相体系物理化学性质的科学物理化学性质的科学研究界面层性质、过研究界面层性质、过程及应用的科学程及应用的科学第3页/共39页第一章第一章 绪绪 论论_课程简介课程特点课程特点内容庞杂、应用广泛、涉及基础学科多50以上的科学家在与界面和胶体打交道50以上的产品属于胶体体系课程任务课程任务较全面介绍胶体与界面化学的基本概念、基础理论、研究方法；重视应用，叙述为主,一般公式不做推导学习方法

4、学习方法讲授讲授+自学自学广泛涉猎广泛涉猎 重点参考重点参考 及时复习及时复习第4页/共39页第一章第一章 绪绪 论论_课程简介1 1、陈宗淇，王光信，徐桂英编陈宗淇，王光信，徐桂英编.胶体与界面化学胶体与界面化学，北京：高，北京：高等教育出版社，等教育出版社，2001.2001.2 2、赵振国编著、赵振国编著.应用胶体与界面化学应用胶体与界面化学，北京：化学工业出版北京：化学工业出版社，社，2008.2008.3 3、周祖康等编著、周祖康等编著.胶体化学基础胶体化学基础 ，北京：北京大学出版社北京：北京大学出版社4 4、候万国等编著、候万国等编著.应用胶体化学应用胶体化学,北京：科学出版社北

5、京：科学出版社5 5、李葵英等编著、李葵英等编著.界面与胶体的物理化学界面与胶体的物理化学,哈尔滨：哈尔滨哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社工业大学出版社参参 考考 教教 材材第5页/共39页第一章第一章 绪绪 论论_学科发展简史 一种科学的历史是那门科学中最宝贵的一种科学的历史是那门科学中最宝贵的一种科学的历史是那门科学中最宝贵的一种科学的历史是那门科学中最宝贵的一部分，科学只能给我们以知识，而历史一部分，科学只能给我们以知识，而历史一部分，科学只能给我们以知识，而历史一部分，科学只能给我们以知识，而历史却能给我们智慧。却能给我们智慧。却能给我们智慧。却能给我们智慧。傅鹰傅鹰傅鹰傅鹰胶体化学古老又

6、年轻的学科胶体化学古老又年轻的学科胶体化学古老又年轻的学科胶体化学古老又年轻的学科古古 老老史前史前 制陶制陶第6页/共39页西汉西汉 造纸造纸东汉东汉 制墨制墨东汉东汉 豆腐豆腐（淮南王刘安）（淮南王刘安）第一章第一章 绪绪 论论_学科发展简史第7页/共39页中药中药神农氏尝百草神农氏尝百草膏、丸、丹、散膏、丸、丹、散李时珍李时珍人参人参年年 轻轻1861年年 英国科学家英国科学家 Thomas Graham扩散扩散实验实验糖、无糖、无机盐等机盐等扩散快，易透过扩散快，易透过晶体晶体明胶、氢明胶、氢氧化铝等氧化铝等扩散慢，难透过扩散慢，难透过胶体胶体第一章第一章 绪绪 论论_学科发展简史第8

7、页/共39页溶胶（溶胶（solsol）、凝胶（）、凝胶（gelgel）、胶溶（）、胶溶（peptizationpeptization）、渗析）、渗析（dialysisdialysis）、离浆（）、离浆（syneresissyneresis）1903年年 德国化学家德国化学家 ZsigmondyZsigmondy发明超显微镜，可测颗粒数及其大小，确定了溶胶体系的多相性发明超显微镜，可测颗粒数及其大小，确定了溶胶体系的多相性1906年年 俄国化学家俄国化学家 WeimanWeiman研究了研究了200200多种物质，任何晶体物质只要条件适合均可形成胶体多种物质，任何晶体物质只要条件适合均可形成胶体

8、NaClNaCl水水乙醇乙醇晶体晶体胶体胶体第一章第一章 绪绪 论论_学科发展简史第9页/共39页19021902年年 德国德国 ZsigmondyZsigmondy 胶体化学胶体化学出版出版19071907年年 德国德国 OstwaldOstwald 胶体化学和工业杂志胶体化学和工业杂志出版出版胶体化学正式成为独立学科胶体化学正式成为独立学科胶体体系为胶体体系为何具有独特何具有独特的性质？的性质？高分散度高分散度 表面分子多表面分子多 表面分子状态特殊表面分子状态特殊第一章第一章 绪绪 论论_学科发展简史第10页/共39页1805年年，T.YoungT.Young 界面张力概念界面张力概念力

9、学方法力学方法 杨氏方程杨氏方程1806年，拉普拉斯（年，拉普拉斯（P.S.LaplaceP.S.Laplace）弯曲液面两边附加压力与界面张力和曲率半径的关系，可用弯曲液面两边附加压力与界面张力和曲率半径的关系，可用该公式解释毛细管现象该公式解释毛细管现象1869年年，普里（普里（A.Dapre）研究了润湿和黏附现象，将黏附功与界面张力联系起来研究了润湿和黏附现象，将黏附功与界面张力联系起来18781878年，吉布斯（年，吉布斯（GibbsGibbs）（界面热力学的奠基人）（界面热力学的奠基人）吉布斯界面模型吉布斯界面模型 吉布斯吸附等温式吉布斯吸附等温式1859年，开尔文（年，开尔文（Ke

10、lvin）开尔文方程开尔文方程第一章第一章 绪绪 论论_学科发展简史第11页/共39页1893年，范德华年，范德华 统计力学统计力学应用了局部自由能密度的概念，结合范德华方程，并引入半应用了局部自由能密度的概念，结合范德华方程，并引入半经验修正，从理论上研究了决定于分子间力的状态方程参数经验修正，从理论上研究了决定于分子间力的状态方程参数与界面张力间的关系。与界面张力间的关系。19131942年，美国科学家年，美国科学家 LangmuirLangmuir1932年获诺贝尔奖，被誉为界面化学的开拓者。年获诺贝尔奖，被誉为界面化学的开拓者。50年代以后，界面现象的统计力学研究经过勃夫（年代以后，界

11、面现象的统计力学研究经过勃夫（F.Buff）、）、寇克伍德（寇克伍德（Kirkwood）、哈拉西玛（）、哈拉西玛（Harasima）等的研究）等的研究工作，取得了实质性的进展。工作，取得了实质性的进展。第一章第一章 绪绪 论论_学科发展简史第12页/共39页第一章第一章 绪绪 论论_学科发展简史第13页/共39页第一章第一章 绪绪 论论_发展动力1 1、基础学科、基础学科提供理论基础和工具提供理论基础和工具数数 学学模糊数学模糊数学 分形几何分形几何 统计方法统计方法物物 理理现代物理学现代物理学 光学理论光学理论化化 学学结构化学结构化学 量子化学量子化学 统计热力学统计热力学第14页/共3

12、9页第一章第一章 绪绪 论论_发展动力2 2、现代测量仪器、现代测量仪器 低能电子衍射谱低能电子衍射谱(LEEDLEED)、光电子能谱、光电子能谱(PESPES)(包括包括X光电子光电子谱谱(XPS)XPS)和紫外电子谱和紫外电子谱(UPS)UPS)、振动光谱、振动光谱(包括反射和吸收红包括反射和吸收红外光谱外光谱(RALRS)RALRS)、电子能量损失谱、电子能量损失谱(EElSEElS)和高分辨力电子显和高分辨力电子显微镜微镜(HREMHREM)、扫描隧道显微镜、扫描隧道显微镜(scanning tunneling scanning tunneling microscopymicrosco

13、py)和原子力显微镜和原子力显微镜(atomic force mlcroscopyatomic force mlcroscopy)提供表面物体的性质、表面过程机理、化学组分、电子结构提供表面物体的性质、表面过程机理、化学组分、电子结构和吸附物质的键合特性等信息。和吸附物质的键合特性等信息。第15页/共39页第一章第一章 绪绪 论论_发展动力第16页/共39页例例1 1 COCO在金属表面上的吸附在金属表面上的吸附 利用光电子能谱可得知利用光电子能谱可得知COCO是以碳端而不是氧端与金属表是以碳端而不是氧端与金属表面接触的，还可以知道在不同温度下碳是以何种形式面接触的，还可以知道在不同温度下碳是

14、以何种形式(C(C或或CO)CO)存在于金属表面的。存在于金属表面的。例例例例2 2 2 2、微量杂质在固体中的分布、微量杂质在固体中的分布、微量杂质在固体中的分布、微量杂质在固体中的分布 离子散射能谱可以研究铅杂质在溴化银单晶中的分布。离子散射能谱可以研究铅杂质在溴化银单晶中的分布。在溴化银晶体中掺杂了在溴化银晶体中掺杂了10ug10ugg g的铅，从离子散射谱中，可以的铅，从离子散射谱中，可以看到绝大部分的铅集中在表面上，只是在看到绝大部分的铅集中在表面上，只是在10102020层分子以后，层分子以后，银才逐步地接近于化学当量的计算值。由于离子散射谱能够一银才逐步地接近于化学当量的计算值。

15、由于离子散射谱能够一层一层地观察表面，因层一层地观察表面，因第一章第一章 绪绪 论论_发展动力第17页/共39页3 3、相关学科及工业过程发展的需要、相关学科及工业过程发展的需要材材料料科科学学通向新技术革命三大前沿领域的桥梁通向新技术革命三大前沿领域的桥梁材料表面研究与处理材料表面研究与处理 吸附材料吸附材料 膜材料膜材料 吸波材料吸波材料纳米材料纳米材料最强烈的量子尺寸效应最强烈的量子尺寸效应最强烈的量子尺寸效应最强烈的量子尺寸效应熔点变化：熔点变化：熔点变化：熔点变化：第一章第一章 绪绪 论论_发展动力第18页/共39页电学性质：很难从小于电学性质：很难从小于10nm10nm的金属粒子中

16、取去或注入电子。的金属粒子中取去或注入电子。这种粒子具有这种粒子具有 保持电学中性的趋势，对比热保持电学中性的趋势，对比热 容、磁化、超导电性都有重要影响容、磁化、超导电性都有重要影响-Kubo-Kubo效应。效应。隧道效应隧道效应：颗粒间距小于：颗粒间距小于5nm5nm时，电子可穿过颗粒间势垒而传递时，电子可穿过颗粒间势垒而传递生命科学生命科学现代医学现代医学现代医学现代医学抗衰老研究抗衰老研究抗衰老研究抗衰老研究仿生学仿生学仿生学仿生学第一章第一章 绪绪 论论_发展动力第19页/共39页信息科学信息科学微型芯片微型芯片细胞间的信息传递细胞间的信息传递第一章第一章 绪绪 论论_发展动力第20

17、页/共39页第一章第一章 绪绪 论论_发展动力第21页/共39页众多工业过程的理论支柱众多工业过程的理论支柱众多工业过程的理论支柱众多工业过程的理论支柱制药工业制药工业药物制备、药理作用研究药物制备、药理作用研究涂料工业涂料工业各种表面涂层材料：表面漆、建筑涂料、油墨各种表面涂层材料：表面漆、建筑涂料、油墨石油化工石油化工采油采油三次采油三次采油 钻井泥浆钻井泥浆 原油脱水原油脱水储运储运稠油输送稠油输送 降粘降粘 降凝降凝 降摩阻降摩阻石油加工石油加工强化精馏强化精馏 催化裂化催化裂化 重油加氢重油加氢催化剂研究油品应用性能研究催化剂研究油品应用性能研究环境保护环境保护三废处理工程三废处理工

18、程石油是胶石油是胶石油是胶石油是胶体体系体体系体体系体体系第一章第一章 绪绪 论论_发展动力第22页/共39页污染的形式与分类污染的形式与分类第一章第一章 绪绪 论论_发展动力第23页/共39页第一章第一章 绪绪 论论_特点1 1、实践为主、实践为主 以发现和制备为主，实践走在理论之前，以发现和制备为主，实践走在理论之前，理论不成熟，预见性差理论不成熟，预见性差2 2、研究综合性质、研究综合性质 将高分散体系作为一群质点构成的体系，研究其形成、将高分散体系作为一群质点构成的体系，研究其形成、稳定、聚沉规律，光学、流变学、动力特性。稳定、聚沉规律，光学、流变学、动力特性。热点：纳米颗粒和分子有序

19、组合体的形成、稳定与破坏。热点：纳米颗粒和分子有序组合体的形成、稳定与破坏。第24页/共39页胶体和界面科学工作者研究的两个根本问题胶体和界面科学工作者研究的两个根本问题胶体和界面科学工作者研究的两个根本问题胶体和界面科学工作者研究的两个根本问题相互作用力的问题，即分子间力和界面力的性质问题，主相互作用力的问题，即分子间力和界面力的性质问题，主要是弱作用力的作用。要是弱作用力的作用。研究和控制分子集合体的堆积与排列，即研究二级结构以研究和控制分子集合体的堆积与排列，即研究二级结构以至三级结构的科学，或称为超分子结构的科学。至三级结构的科学，或称为超分子结构的科学。二级结构二级结构 分子与分子形

20、成的二聚体、三聚体分子与分子形成的二聚体、三聚体三级结构三级结构 聚集体之间相互作用的排列和结构聚集体之间相互作用的排列和结构第25页/共39页这些结构对物质的性能起着十分重要的作用这些结构对物质的性能起着十分重要的作用例例1 1、固体的强度不是由它的化学键而是由固体中的位错和缺、固体的强度不是由它的化学键而是由固体中的位错和缺陷来决定的。陷来决定的。例例2 2、磁带是由磁粉组成的，但是如果不是规整排列的话，就、磁带是由磁粉组成的，但是如果不是规整排列的话，就不具有记录信息的功能不具有记录信息的功能例例3 3、人的脑细胞是以高度规整的方式排列的，因而赋予人脑、人的脑细胞是以高度规整的方式排列的

21、，因而赋予人脑以极大的信息容量。以极大的信息容量。例例4 4、建筑上使用的水泥，无需改变其化学成分，只要加以细、建筑上使用的水泥，无需改变其化学成分，只要加以细磨，并使之紧密堆积，就能使其抗压强度增加磨，并使之紧密堆积，就能使其抗压强度增加100100200kg200kg。有组织的分子群的设计与排列，将是人类在探讨自有组织的分子群的设计与排列，将是人类在探讨自有组织的分子群的设计与排列，将是人类在探讨自有组织的分子群的设计与排列，将是人类在探讨自然奥秘中的一个十分重要的方面。然奥秘中的一个十分重要的方面。然奥秘中的一个十分重要的方面。然奥秘中的一个十分重要的方面。第26页/共39页3 3、“由

22、小到大由小到大”的制备方法的制备方法第27页/共39页绪绪 论论_胶体定义什么是胶体？什么是胶体？实验：将一把泥土放入水中实验：将一把泥土放入水中一杯泥土既不下沉、也不既不下沉、也不溶解的极为溶解的极为微小微小的土壤颗粒称为的土壤颗粒称为胶体颗粒；胶体颗粒；含胶体颗粒的体含胶体颗粒的体系称为系称为胶体体系胶体体系土中的盐类土中的盐类形成形成真溶液真溶液泥沙泥沙+浑浊的浑浊的小土粒小土粒（底部）（底部）可见：胶体是一个具可见：胶体是一个具有巨大相有巨大相界面的分散体系界面的分散体系第28页/共39页上述实验结果的推断：胶体是一定分散范围内物质存在的一种状态，而不胶体是一定分散范围内物质存在的一种

23、状态，而不是物质是物质固有固有的特性。的特性。胶体是胶体是高度分散高度分散的体系，具有很大的表面积。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点不是以小分子而是以大粒子大粒子形式分散在介质中。形式分散在介质中。胶体粒子在重力场胶体粒子在重力场中中不沉降或沉降速度极慢不沉降或沉降速度极慢，推断，推断分散质点不会太大，分散质点不会太大，约约1nm-1m1nm-1m。绪绪 论论_胶体定义第29页/共39页分散体系是指一种或几种物质以一定的分散度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

24、系分散在另一种物质中形成的体系颗粒某一线度为颗粒某一线度为1 11000nm1000nm，胶体体系胶体体系以颗粒分散状态存在的不连续相称为以颗粒分散状态存在的不连续相称为分散相分散相；而连续相称为；而连续相称为分散介质分散介质颗粒某一线度大于颗粒某一线度大于1000nm1000nm，粗分散体系粗分散体系颗粒某一线度小于颗粒某一线度小于1nm1nm，真溶液体系真溶液体系国际纯粹国际纯粹国际纯粹国际纯粹化学与应化学与应化学与应化学与应用化学联用化学联用化学联用化学联合会合会合会合会IUPACIUPACIUPACIUPAC绪绪 论论_胶体定义第30页/共39页绪绪 论论_胶体化学研究的三大领域分散体

25、系分散体系分散体系分散体系（憎液溶胶）（憎液溶胶）（憎液溶胶）（憎液溶胶）粗分散体系粗分散体系和和胶体分散体系胶体分散体系很很高高表面自由能，热力学表面自由能，热力学不稳定不稳定体系体系分子胶体分子胶体分子胶体分子胶体（亲液溶胶）（亲液溶胶）（亲液溶胶）（亲液溶胶）缔合胶体缔合胶体缔合胶体缔合胶体（表面活性剂胶束（表面活性剂胶束（表面活性剂胶束（表面活性剂胶束溶液）溶液）溶液）溶液）无界面能，无界面能，真溶液真溶液，热力学，热力学稳定稳定体系体系 能自动形成能自动形成大分子大分子溶液溶液胶体电解质胶体电解质热力学热力学稳定稳定体系体系第31页/共39页绪绪 论论_分散体系的分类分散体系分散体系

26、 一种或几种物质在另一种物质中分散所构成的体系第32页/共39页绪绪 论论_分散体系的分类0.1m0.1m1nm1nm分子分散体系分子分散体系分子分散体系分子分散体系胶体分散体系胶体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粗分散体系粗分散体系粒子粒子不能通过不能通过滤纸，滤纸，不扩散不扩散，不渗析，不渗析，显微镜显微镜下可以看见。下可以看见。粒子粒子能通过能通过滤纸，滤纸，扩散极扩散极慢慢，超显微镜超显微镜下可以看见下可以看见粒子粒子能通过能通过滤纸，滤纸，扩散很快扩散很快，能渗，能渗 析，析，超显微镜超显微镜下下看不见看不见1nm1nm0.1m0.1m按分散相粒按分散相粒子大小分

27、类子大小分类按分散相粒径大小分类按分散相粒径大小分类第33页/共39页第34页/共39页绪绪 论论_分散体系的分类分散体系的分类按分散相和分散介质的聚集状态的不同分类按分散相和分散介质的聚集状态的不同分类液溶胶：液溶胶：分散介质为液体分散介质为液体 灭火泡沫（灭火泡沫（GLGL）；）；牛奶牛奶 （LLLL）；）；墨水（墨水（SLSL）固溶胶：分散介质为固体固溶胶：分散介质为固体 泡沫塑料（泡沫塑料（GSGS）；）；珍珠（珍珠（LSLS）；）；有色玻璃（有色玻璃（SSSS）气溶胶：分散介质为气体气溶胶：分散介质为气体 雾（雾（LGLG）；烟尘（烟尘（SGSG）第35页/共39页绪绪 论论_胶体化

28、学与界面化学的相关性胶体化学与界面化学的相关性胶体的基本特性：胶体的基本特性：特有的分散程度、多相性、聚结不稳定性特有的分散程度、多相性、聚结不稳定性 研究物质的界面特性研究物质的界面特性界面化学界面化学 表面张力、表面能、表面现象、表面吸附、单表面张力、表面能、表面现象、表面吸附、单分子膜、表面润湿等分子膜、表面润湿等研究一群质点所构成的分散体系的性质研究一群质点所构成的分散体系的性质 胶体化学胶体化学 动力性质、电性质、光学性、流变性质、胶体的动力性质、电性质、光学性、流变性质、胶体的聚结与稳定性等聚结与稳定性等第36页/共39页绪绪 论论_研究对象与研究内容研究对象与研究内容分散体系的形成与稳定分散体系的形成与稳定分分散散体体系系光学性能、流变性能、智能流体、电磁流变体光学性能、流变性能、智能流体、电磁流变体纳米材料纳米材料界界面面现现象象有有序序组组合合体体润湿、吸附、界面电现象、界面双电层润湿、吸附、界面电现象、界面双电层结构结构生物膜、仿生膜、溶液中的有序分子组生物膜、仿生膜、溶液中的有序分子组合体合体第37页/共39页绪绪 论论_研究对象与研究内容研究对象与研究内容第38页/共39页