胶体与表面化学 第一章 绪论化学：无机化学、有机化学、物理化学、分析化学 无机化学：（元素化学，研究无机物的制备、合成与性能）如：H 2O有机化学：（生命化学，研究C 、O 、P 、S 等少量元素形成的种类极多的化合物 ，就简单元素的复杂化学。
）小分子：甲烷如：大分子：淀粉 杀虫剂：医药：液晶：物理化学：（用物理模型、数学概念化的手段研究化学）物理：量子间的相互作用 化学：是量子间结合与排列。
热力学：状态——状态：能量转化的过程， 几千种状态方程。
动力学：物质间反应速度的问题（有时热力学分支极多： 能进行但动力学不能进行）电化学：电池：Fe+HCl ——FeCl 2+H 2电子转移 形成电池（Li +） 高能电池 Fe 2+，Fe 3+（提纯难99.99%~99.9999%）胶体与表面化学：气液固按不同形式混合， 泥土在水中分层，纳米材料，牙膏，原油，化妆品。
理论化学：（非实验的推算来解释或预测化合物的各种现象。
）如：用计算机模拟模型推算是否可以达到预期目的，在校正 合成。
分析化学：（研究物质的组成、含量、结构和形态等化学信息的分析方法一门科学）如：三聚氰胺事件分析手段差蛋白质含量（N）一、基本概念相：体系中物理化学性质完全相同的均匀部分界面：相与相的交接面表面：一相为气相的界面比表面：单位体积或重量物体的表面积。
S0=S/V对于立方体：S0=6L2/L3=6/L对于球体：S0=3/R胶体化学：是研究胶体体系的科学。
它是物理化学的一个重要分支。
随着胶体化学的发展，它已经成为一门独立的学科。
表面化学：研究发生在表面或界面上的物理和化学现象的一门科学。
是胶体化学的分支。
（原油催化裂化）二、胶体体系小实验：泥土置于水中沉降。
1、分类及定义：分散相粒子半径在1 ~100 nm 的分散体系。
2、特点（1）特有的分散程度——多相项多分散体粒子的大小在10-9~10-7m之间，扩散较慢，不能透过半透膜。
（2）多相不均匀性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。
（3）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。
3、胶体常见体系气、固、液三相除气－气外，形成8种胶体体系沙尘暴：表面积大，吸附细菌病毒，净化空气。
水凝胶：（尿不湿）1:300充气钻井液：气+液+固乳化钻井液：液+液+固乳化气相钻井液：气+液+液4、胶体分类分散介质：气、液、固三种溶胶。
分散相：非连续相；分散介质：连续相与NaCl不同：吸附大量水分子，降低势能，形成水化膜气溶胶：大城市的污浊天气，气液固三相分散体。
液溶胶：牛奶：蛋白质与奶油分散于水，分散剂，天然活性剂氨基酸类。
油漆：染料+树脂（固化）+分散相（轻质油）+土类（提高粘度）金属漆（光亮、防腐）：金属颗粒，重金属离子吸光性需要。
固溶胶：无机染料：透明性差有色玻璃：有机染料：分子团队分散于玻璃，透明。
分子团队于另一种金属合金：分子互溶，Si-C 强度极高大于金刚石。
沸石分子筛：石分子筛是结晶铝硅酸金属盐的水合物。
沸石分子筛活化后，水分子被除去，余下的原子形成笼形结构，孔径为3～10Å（0.1nm）。
5、说明（1）胶体是物质存在的一种状态，不是特殊物质。
Au ,Ag自然状态下存在于其他物质中（Fe）（2）胶体体系是两相或多相的不均匀分散体系。
空气垂直分布差异飞机起降、高空燃油不同（3）高分子溶液在某些方面有，但已成为新学科——高分子物理化学。
不属于胶体范畴。
聚合物（大分子）：M>10000 r：1~100nm 性质类似于胶体，但与溶液无界面。
三、胶体与石油工程的关系1、油田的发现勘探：地磁变化、飞机遥感、声波传导。
化探：根据地表C-H成分探测（Pt丝能强烈吸附C-H）2、钻井钻井液完井、固井钻井液性能；要求水泥特性：抗温（徐家围子气井）：150~180℃；强度固含量（套外漏气着火，井塌）三峡大坝：快速，速凝。
海底：4℃，冬天不施工，（低温早强水泥）3、采油：油气水、多孔介质与液相的相互作用。
一次采油二次采油三次采油中石油在伊拉克的鲁迈拉油田：30012000万吨大庆：300004000万吨海上潜力大于陆上：中海油南海油田1500m以上，越南，印尼，文莱：8000万吨三采（大庆）：10万吨1000万吨油。
压裂4、增产增注措施酸化王继刚讲师石油工程负责国内外资料的调研、室内合成压裂：各种冻胶泵入地层传输能量充入陶粒、支撑砂人造渗流通道压裂液性能：滤失量、配伍性、不易陈砂、冻胶易水化（进得去，出得来）、携带能量。
酸化：近井地带污染（钻井、固井、射孔）加酸（溶蚀）骨架砂破坏加入缓速剂（表活剂）石蜡、胶质、沥青质含量逐渐升高污染加入甲苯防腊防砂5、油水井的正常维护化学堵水稠油降粘腊：大庆蜡多（凝固点38~45）：热洗、化学清蜡、电化学防蜡：聚乙烯：不让晶核长大，吸附蜡晶，长不大析不出剂OP-20：在油管或抽油杆表面的强吸附剂砂：稠油蒸汽吞吐粘度高携砂（砂埋、砂卡）人造井壁凝胶近井地带固砂。
堵水：由于无效水循环，含水上升，堵水调剖（冻胶、凝胶、泡沫）稠油降粘：化学降粘乳化剂（分散到水中呈乳状液）以往电加热（辽河着火）破乳6、油气集输乳化油水分离：电脱：平行板电容，油不带电，水带电（离子）重力沉降：大庆60年代以前，辽河不可用波场；空化作用油气分离：高效破乳剂：污水处理：低温输送：四、胶体化学的发展史1861年，英国科学家Graham系统研究，区分晶体和胶体的概念，提出名词，如：胶体、溶胶、凝胶、胶溶、渗析等。
五、胶体化学研究的对象研究对象：：溶胶、凝胶、乳状液、表面活性剂、界面现象等等。
解决问题：(1)明矾净水(2)肥皂去污(3)人工降雨(4)鱼汤结“冻”(5)原油脱水(6)除草保熵六、胶体与表面化学的发展1、自然科学带动胶体与表面化学的提高：☆现代物理化学，解决胶体化学中的基本理论问题；☆现代精密仪器解决胶体化学许多悬而未决的问题；☆胶体应用广泛，丰富了科学内容，促进对知识的探索。
2、工农业飞跃发展对胶体表面化学提出新要求：☆新产品开发：单分散溶胶制备，超细颗粒；☆老产品升级：洗涤剂、化妆品、染料；☆旧工艺更新：三采、血液流变学、正电荷溶胶。
用量子化学研究吸附与催化，用分形理论研究胶粒形状，用统计力学研究高分子。
用不同力学显微镜研究胶粒间作用力及表面分子的形态、用能谱仪研究胶团等。
#（八学时）#第二章胶体的制备和性质第一节胶体的制备和净化思路：溶胶质点小分子溶液质点大小分散法（1nm ~100nm）凝聚法一、胶体制备的一般条件：溶解度（例）：S(乙醇中溶解)+水硫磺的水溶胶FeCl3+H2O+OH-Fe(OH)3形成溶胶稳定剂（例）：胶体制备过程比表面积增大体系表面能增大热力学不稳定体系。
使体系稳定加入稳定剂改变颗粒表面性质降低体系能量。
例：TiO2+树脂+油+金属皂（稳）油漆金属皂：硬脂酸金属盐（Na\Ca\Mg\Al）,在TiO2和油表面吸附，类似于表面活性剂分散油滴形成乳状液。
水+油+乳化剂（稳）乳状液AgNO3+KCl AgCl（其中一种盐类过量）若KCl，AgNO3 过量，在晶体表面上吸附，起到稳定的作用。
二、胶体的制备方法1、分散法：（1）机械分散：选用不同类型的机械设备，磨制出不同分散程度的物质颗粒。
（搅拌磨、振动磨、转筒式球磨、胶体磨、行星球磨、离心磨、分级器）（2）电分散法：电分散法主要用于制备金、银、铂等金属溶胶。
制备过程包括先分散后凝聚两个过程。
以金属做电极直流电电弧金属气化水冷却金属溶胶（3）超声波分散法：这种方法目前只用来制备乳状液。
微波炉：使水分子运动加速，物质变热。
（4）胶溶分散法：在某些新生成的沉淀中，加入电解质或置于某一温度下，使沉淀分散成溶胶。
2、凝聚法：凝聚法：用物理或化学方法使分子或离子聚集成胶体粒子的方法。
物理凝聚：化学凝聚：物理凝聚法：将蒸气状态的物质或溶解状态的物质凝聚为胶体状态的方法。
蒸气骤冷、更换溶剂蒸气骤冷：利用蒸汽凝华成固态小颗粒的方法制备溶胶。
H 2S+O 2S(新相) 气变固：Pt\Ag\Au电弧原子聚并（控制长大条件）更换溶剂：利用物质在不同溶剂中溶解度差别来制备溶胶的方法（两种溶剂要能完全互溶）。
化学凝聚法：通过各种化学反应使生成物呈过饱和状态，使初生成的难溶物微粒结合成胶粒，在少量稳定剂存在下形成溶胶，这种稳定剂一般是过量的反应物。
氧化法 H 2S 还原法 单宁酸： 水解法复分解法三、凝聚法的原理物质在凝聚过程中，决定粒子大小的因素是什么? 一个核心：控制哪些因素可以获得一定分散度的溶胶。
两个阶段（速度）：第一阶段是形成晶核，第二阶段是晶体成长。
1、形成晶核的速度A+A 2A (最初的单元聚集体)2、晶体的成长速度： K 2：与分子结晶的能垒有关D ：扩散系数，与碰撞到晶核表面几率有关 3、相互制约V 1>>V 2：成核多 晶体小 分散度大 溶胶V 1<<V 2： 成核少 晶体大 沉淀图：BaSO 4（重晶石），浓度大 晶体形态大小不一相互交接 凝胶。
四、溶胶的净化1、溶胶净化的原因：多分散性：（机械、电、超声波、凝聚）大小、形状（棒柱球饼）、结构都不同。
多电解质：AgNO3+KI AgI+K++NO3-(各种离子)2、溶胶净化方法（1）渗析法主要是利用半透膜（羊皮纸或由火棉胶），将溶胶与纯介质隔开，仅能让小分子或离子通过，而胶粒不能通过。
利用浓度差，多余的电解质离子向膜外渗透，经常更换溶剂，就可以净化溶胶。
搅拌溶胶或适当加热可加快渗析。
（2）电渗析法为了加快渗析速度，在装有溶胶的半透膜两侧接入直流电源，电解质离子在外电场的作用下作定向移动，可以提高净化速度。
这种方法称为电渗析法。
海水淡化：（3）超过滤法在半透膜两端施压，将胶粒与介质分开，达到净化的方法称为超过滤法。
净化后的胶粒要立即分散到新介质中，以免聚结成块。
若在半透膜的两边施加一定的电场，则为电超过滤法。
电渗析与电超过滤法联合使用，可降低超过滤的压力，并可以较快除去多余的电解质。
（4）渗透和反渗透渗透是借半透膜将溶液和溶剂(水)隔开，只允许溶剂分子通过，而胶粒或溶质不能通过，称为渗透。
（不同于渗析，溶质和离子液不能通过）五、单分散溶胶1、单分散溶胶定义：指胶粒尺寸、形状和组成皆相同的溶胶。
理论模型理想状态加以边界条件不断修正（修正系数）2、应用：（1）稳定性的研究：DLVO理论前提是单分散的体系。
因此，有了单分散溶胶，就有可能开拓多分散溶胶稳定性理论的研究。
(2)光散射研究：溶胶的光散射研究是以单分散体系为前提套用于多分散体系的。