文档介绍：界面与胶体化学基础
2017/11/29
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。
2017/11/29
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。,
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。
2017/11/29
前言
1806年,拉普拉斯()导出了弯曲液面两边附加
象。1869年普里()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。
2017/11/29
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
()、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。
2017/11/29
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
2017/11/29
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,
2017/11/29
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。
2017/11/29
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