界面与胶体化学基础一 界面与胶体 化学基础 202l/1/21
2021/1/21 界面与胶体化学基础 界面与胶体 化学基础
前言 界面现象是自然界普遍存在的现象。胶体指的是具有很大比 表面的分散体系。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 个最重要的分支,两者间关系密切。而随着科学的发展, 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的相关特性,界面上的各种物 理化学作用,实验的和理论的研究方法及其重要应用。对于 准备考研的同学,还应将其作为物理化学课程的一部分
前言 界面现象是自然界普遍存在的现象。胶体指的是具有很大比 表面的分散体系。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，两者间关系密切。而随着科学的发展， 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的相关特性，界面上的各种物 理化学作用，实验的和理论的研究方法及其重要应用。对于 准备考研的同学，还应将其作为物理化学课程的一部分
前言 界面化学是一门既古老又年轻的科学,它是研究界面的物理 化学规律及体相与表相的相互影响关系的一门学科。历史上 对界面现象的研究是从力学开始的,早在十九世纪初就形成 了界面张力的概念。而最早提出界面张力概念的是 T Young 他在1805年指出,体系中两个相接触的均匀流体,从力学的 观点看就象是被一张无限薄的弹性膜所分开,界面张力则存 在于这一弹性膜中。杨还将界面张力概念推广应用于有固体 的体系,导出了联系气一液、固液、固一气界面张力与接 触角关系的杨氏方程
前言 界面化学是一门既古老又年轻的科学，它是研究界面的物理 化学规律及体相与表相的相互影响关系的一门学科。历史上 对界面现象的研究是从力学开始的，早在十九世纪初就形成 了界面张力的概念。而最早提出界面张力概念的是T.Young， 他在1805年指出，体系中两个相接触的均匀流体，从力学的 观点看就象是被一张无限薄的弹性膜所分开，界面张力则存 在于这一弹性膜中。杨还将界面张力概念推广应用于有固体 的体系，导出了联系气—液、固—液、固—气界面张力与接 触角关系的杨氏方程
1806年,拉普拉斯(PS, Laplace)导出了弯曲液面两边附加 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。1869年普里( A Dare)研究了润湿和黏附现象,将黏 附功与界面张力联系起来。界面热力学的奠基人吉布斯 ( Gibbs)在1878年提出了界面相厚度为零的吉布斯界面模型, 他还导出了联系吸附量和界面张力随体相浓度变化的普遍关 系式即著名的吉布斯吸附等温式。1859年,开尔文( Kelvin) 将界面扩展时伴随的热效应与界面张力随温度的变化联系起 来。后来,他又导出蒸汽压随界面曲率的变化的方程即著名 的开尔文方程
前言 1806年，拉普拉斯（P.S.Laplace）导出了弯曲液面两边附加 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。1869年普里（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。界面热力学的奠基人吉布斯 （Gibbs）在1878年提出了界面相厚度为零的吉布斯界面模型， 他还导出了联系吸附量和界面张力随体相浓度变化的普遍关 系式即著名的吉布斯吸附等温式。1859年，开尔文（Kelvin） 将界面扩展时伴随的热效应与界面张力随温度的变化联系起 来。后来，他又导出蒸汽压随界面曲率的变化的方程即著名 的开尔文方程
在19131942年期间,美国科学家 Langmuir在界面科学领域 做 出了杰出的贡献,特别是对吸附、单分子膜的研究尤为突出。 他于1932年获诺贝尔奖,被誉为界面化学的开拓者。 界面化学的统计力学研究是从范德华开始的。1893年,范德 华认识到在界面层中密度实际上是连续变化的。他应用了局部 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与界面张力间的 关系。50年代以后,界面现象的统计力学研究经过勃夫 (FBuf)、寇克伍德( Kirkwood)、哈拉西玛( Harashima) 等的研究工作,取得了实质性的进展
前言 在1913—1942年期间，美国科学家Langmuir在界面科学领域 做 出了杰出的贡献，特别是对吸附、单分子膜的研究尤为突出。 他于1932年获诺贝尔奖，被誉为界面化学的开拓者。 界面化学的统计力学研究是从范德华开始的。1893年，范德 华认识到在界面层中密度实际上是连续变化的。他应用了局部 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与界面张力间的 关系。50年代以后，界面现象的统计力学研究经过勃夫 （F.Buff）、寇克伍德（Kirkwood）、哈拉西玛（Harasima） 等的研究工作，取得了实质性的进展
前言 同界面化学一样,胶体化学也是一门古老而又年轻的科学。 有史以前,我们的祖先就会制造陶器;汉朝已能利用纤维造 纸;后汉时又发明了墨;其他像做豆腐、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)现了土粒 的电泳现象;1829年英国植物学家Brow观察到花粉的布朗 运动。次后,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, 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
前言 同界面化学一样，胶体化学也是一门古老而又年轻的科学。 有史以前，我们的祖先就会制造陶器；汉朝已能利用纤维造 纸；后汉时又发明了墨；其他像做豆腐、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发现了土粒 的电泳现象；1829年英国植物学家Brown观察到花粉的布朗 运动。次后，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， 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
前言 事实。现今我们所用的一些名词,如溶胶(so)、凝胶 (ge)、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 (德)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创办了第一个胶体化学的 专门刊物—《胶体化学和工业杂志》,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和 Zsigmondy先后出版了他们的名著《毛 细管化学》(1909)和《胶体化学》(1902)。近几十 年来
前言 事实。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 （德）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创办了第一个胶体化学的 专门刊物——《胶体化学和工业杂志》，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和Zsigmondy先后出版了他们的名著《毛 细管化学》（1909）和《胶体化学》（1902）。近几十 年来
前言 由于实验技术的不断发展(像超离心机、光散色、X射 线、多种电子显微镜、红外线以及各种能谱等的应用), 又使胶体和表面化学在微观研究中跃进了一大步
前言 •由于实验技术的不断发展（像超离心机、光散色、X射 线、多种电子显微镜、红外线以及各种能谱等的应用）， 又使胶体和表面化学在微观研究中跃进了一大步
前言 界面现象有着广泛的应用。主要有: 、吸附如用活性炭脱除有机物;用硅胶或活性氧化铝脱除 水蒸汽;用分子筛分离氮气和氧气;泡沫浮选等。 2、催化作用在多相催化中使用固体催化剂以加速反应。如 石油工业的催化裂化和催化加氢、胶束催化等。 3、表面膜如微电子集成电路块中有重要应用的LB膜;在 生物学和医学研究中有重要意义的BL膜和人工膜;能延缓湖 泊水库水分蒸发的天然糖蛋白膜等。 新相生成晶核生成或晶体生长是典型的新相生成,过冷 过热、过饱和等亚稳现象产生的主要原因也是由于新相生成
前言 界面现象有着广泛的应用。主要有： 1、吸附 如用活性炭脱除有机物；用硅胶或活性氧化铝脱除 水蒸汽；用分子筛分离氮气和氧气；泡沫浮选等。 2、催化作用 在多相催化中使用固体催化剂以加速反应。如 石油工业的催化裂化和催化加氢、胶束催化等。 3、表面膜 如微电子集成电路块中有重要应用的LB膜；在 生物学和医学研究中有重要意义的BL膜和人工膜；能延缓湖 泊水库水分蒸发的天然糖蛋白膜等。 4、新相生成 晶核生成或晶体生长是典型的新相生成，过冷、 过热、过饱和等亚稳现象产生的主要原因也是由于新相生成
前言 5、泡沫乳状液如油品乳化、破乳;泡沫灭火等。 6、润湿作用如喷洒农药、感光乳液配制、电镀工件的润湿 及利用润湿作用进行浮选等。 此外,在超细粉末和纳米材料的制备和粉末团聚的研究方面, 界面现象都有重要的应用。 由上可见,界面化学所研究的是包括从宏观到微观的相界 面。无论是在科学研究中或是在工业应用上,界面现象均有 着极其广泛的应用
前言 5、泡沫乳状液 如油品乳化、破乳；泡沫灭火等。 6、润湿作用 如喷洒农药、感光乳液配制、电镀工件的润湿 及利用润湿作用进行浮选等。 此外，在超细粉末和纳米材料的制备和粉末团聚的研究方面， 界面现象都有重要的应用。 由上可见，界面化学所研究的是包括从宏观到微观的相界 面。无论是在科学研究中或是在工业应用上，界面现象均有 着极其广泛的应用