页数：166页文件大小：11.59 MB来源： 化学原理ppt课件
本课件以云、雾、烟、霾等自然现象为引子，界定分散体系与胶体化学的研究对象，系统讲解溶胶的制备、光学运动电学性质与扩散双电层结构，分析溶胶稳定与聚沉的规律，随后介绍乳状液、泡沫与高分子溶液的制备、性质与粘度表示法。
第二章岩心分析第一节岩心分析概述第二节岩心分析技术及应用第三节岩心分析技术应用展望第九章胶体化学
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引子烟炊烟是房屋升起来的云朵，是柴草灶火化成的幽魂，是村庄的声息和呼吸
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前言一、分散体系二、胶体化学的定义三、胶体化学研究的体系四、胶体化学解决的问题
一、分散体系定义：一种或几种物质分散在另一种物质中形成的体系。举例：牛奶，油漆，雾、霾（dusthaze），分散相、分散介质分类：按聚集状态分类按分散相质点大小分类
一、分散体系实例名称分散介质分散相泡沫（如灭火泡沫、充气钻井液）乳状液（牛奶、石油、O/W,W/O乳化钻井液）悬浮体、溶胶（如油漆、水基钻井液）液溶胶(sol)液气液固浮石、泡沫塑料沸石、珍珠、某些宝石某些合金、有色玻璃固溶胶(solid sol)固气液固混合气体雾烟、尘、霾气溶胶(aerosol)气气液固按分散相和分散介质聚集状态分类：
分散体系按质点大小分类分子或离子分散体系胶体分散体系粗分散体系<10-9m10-7m~10-9m> 10-7m
按分散相和分散介质之间的亲和力分类（1）憎液胶体（lyophobicsol）：简称溶胶由难溶物质分散在分散介质中所形成的分散体系，分散相与分散介质之间亲和力较弱，有明显的相界面，属于热力学不稳定体系，如粘土在水中形成的溶胶。
按分散相和分散介质之间的亲和力分类（2）亲液胶体（lyophilicsol）：分散相与分散介质之间有很好的亲和力和很强的溶剂化作用，如高分子化合物溶液，虽然是分子分散的真溶液，但其分子大小已经达到胶体范围，因此具有胶体的一些特性（例如扩散慢、不透过半透膜、有丁铎尔效应等）。只有典型的憎液溶胶才能全面地表现出胶体的特性，因此，本章以溶胶作重点来讨论胶体的共同性质。
二、胶体化学的定义胶体:指的是高度分散的分散体（质点大小在1nm~100 nm）。胶体化学:是研究胶体体系的化学。
二、胶体化学的定义举例：泥土分散在水中(1)分子或离子分散体系(2)胶体(3)悬浮体（粗分散体系）胶体是物质存在的一种特殊状态，而不是一种特殊的物质
二、胶体化学的定义胶体是物质存在的一种特殊状态，而不是一种特殊的物质。举例：硫磺在乙醇、水中。溶液硫磺水溶胶
二、胶体化学的定义典型的胶体举例（1）墨水（溶胶）（2）金溶胶(Faraday制得1858年金溶胶，到1920年发生沉淀）（3）乳状液
三、胶体化学研究的分散体系1胶体分散体系2聚合物溶液
三、胶体化学研究的分散体系1、胶体分散体系的特征（1）多相；（2）大表面的体系；（3）高表面能；（4）热力学不稳定。直径为10nm的球形质点，质点总体积1cm3，其面积为600m2。
三、胶体化学研究的分散体系2聚合物溶液（1）真溶液（2）均相体系（3）热力学稳定
四、胶体化学的主要研究内容1胶体体系的稳定与破坏（1）溶胶（2）乳状液2聚合物溶液的性质
本章主要内容1溶胶2乳状液3泡沫4聚合物溶液
第一节溶胶一、溶胶的定义二、溶胶的制备三、溶胶的性质四、扩散双电层理论与溶胶结构五、溶胶的稳定与聚沉六、溶胶的胶凝与触变作用
一、溶胶的定义溶解度极小的固体高度分散在液体中，分散相粒子的直径在0.001~ 0.1m（1 ~ 100nm）之间。
二、溶胶的制备
1、分散法(1)粉碎用研钵、球磨机或胶体磨(2)稳定剂表面活性剂或电解质如：研磨过的TiO2在稀的肥皂溶液
2、凝聚法使分子或离子聚结成胶体粒子并分散在分散介质中.(1)物理凝聚法：（2）化学凝聚法：更换溶剂法在蒸馏水中滴入松香乙醇溶液利用水解、复分解、氧化反应，生成不溶或难溶的物质。电弧法
（2）化学凝聚法水解反应复分解沉淀反应2、凝聚法
2、凝聚法还原反应：某些贵金属的溶胶可用还原反应制得。2H2AuCl4（稀溶液）+ 3HCHO（少量）+ 8KOH →2Au（溶胶）+ 3HCOOH +8KCl + 5H2O氧化-还原反应：如硫溶胶的制备。2H2S + SO2= 2H2O + 3S（溶胶）Na2S2O3+ 2HCl = 2NaCl + H2O + SO2+ S（溶胶）
溶胶的净化溶胶的净化：通过化学凝聚法制备的溶胶，往往含有过量的电解质，影响溶胶的稳定性，需要用透析方法除去过量的电解质。溶胶的透析装置
三、溶胶的性质1光学性质2运动性质3电学性质溶胶的性质是溶胶的特征，可以提供判断溶胶的方法。
1光学性质—丁达尔现象
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丁达尔（Tyndall）现象解释散射反射或折射散射光线绕过离子前进，并从该粒子向各个方向传播。
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丁达尔（Tyndall）现象解释可见光400~800nm（0.4~0.8m），溶胶粒子，0.001~0.1m悬浮体，0.1~10m
丁达尔（Tyndall）现象解释（1）可见光照射溶胶，发生散射，所以即使从侧面可以观察到光的行进；（2）可见光照射悬浮体，发生反射，凭借反射光线，可以看到悬浮体粒子。
乳光现象的解释雷利（Rayleigh）定律n1,n2——分散介质和分散相的折光率C——单位体积中的胶体粒子数V——单个粒子的体积散射光强度I与入射光波长λ成反比
乳光现象的解释（1）红光波长大，散射作用弱，光线主要通过溶胶；（2）蓝光波长小，散射作用强，光线通过溶胶少。（思考：蓝天碧水？）
乳光现象利用—超显微镜设计普通高倍显微镜：大于300nm粒子超显微镜：10 ~300nm看到的是散射光点。看到的物象为散射光点
2溶胶的运动性质—布朗运动
2溶胶的运动性质—布朗运动微观解释：固体粒子处在液体分子包围之中，由于液体分子一直处于不停的、无序的热运动状态，因而不断地撞击着固体粒子。如果固体粒子较小，在某一瞬间，固体粒子各个方向所受力不能相互抵消，就会向某一方向运动，在某一瞬间又向另一方向运动，因此，造成粒子的无规则运动。当粒子直径大于5m时，就没有布朗运动了，因为这时粒子周围受到的撞击力相互抵消。
爱因斯坦（Einstein）方程影响布朗运动的因素温度粒子大小介质粘度X——粒子的平均位移；t——观察平均位移时每次相隔的时间；T——热力学温度；η——介质的粘度；r——粒子的半径；NA——阿伏加德罗（Avogadro）常熟。粒子越小、温度越高、介质粘度越低，布朗运动越剧烈。
布朗运动的作用克服由于重力而引起的定向运动，利于动力稳定性增加碰撞机会，不利于聚结稳定性
3、溶胶的电学性质—电泳胶体粒子在电场的作用下向正极或负极移动、作定向移动的现象。
3、溶胶的电学性质—电泳碘化钾加到过量的硝酸银中制备的胶体，加电后分散相移向负极；硝酸银加到过量的碘化钾中制备的胶体，加电后分散相移向正极。碘化银带正电碘化银带负电
3、溶胶的电学性质—电渗分散介质在电场的作用下向正极或负极移动作定向移动的现象。
(2)电渗电渗仪中：碘化钾加到过量的硝酸银中制备的胶体，加电后分散介质移向正极；电泳仪中：碘化钾加到过量的硝酸银中制备的胶体，加电后分散相移向负极；
3、溶胶的电学性质电泳现象和电渗现象说明：分散相和分散介质带有相反的电荷。电动现象:加电后发生的分散相或分散介质的定向移动现象。
四、扩散双电层理论与溶胶结构扩散双电层的形成法扬司法则：碘化钾加到过量的硝酸银中制备出胶粒带正电的溶胶Ag+,优先吸附的离子，又称定势离子NO3-,反离子
（1）反离子受到定势离子的静电引力而趋向整齐排列；（2）反离子由于本身的热运动而趋向于在体系中均匀分布反离子以扩散方式排列
随定势离子和胶体粒子一起运动随分散介质一起运动吸附层粒子扩散层粒子与吸附层中定势离子与反离子数目有关滑动面
扩散双电层理论要点
溶胶的胶团式{[(AgI)mnAg+(n-x)NO3-]x+xNO3-}胶核吸附层离子扩散层离子胶粒胶团
动电现象1.沉降电位由于带电固体粒子或液滴在分散介质中沉降则在流体的表面和底层间产生电位差（电泳现象的逆现象）
动电现象1.沉降电位（电泳现象的逆现象）2.流动电位（电渗现象的逆现象）加压使液体流过相对静止的固体（如毛细管）所产生电位差。
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电位测定单位距离电位差下胶粒的移动速度，电泳淌度，m2.V-1.s-1分散介质粘度，Pa.s常数，胶粒球形，取1.5;片型、棒型为1.0
电学性质电动现象动电现象电泳：颗粒运动电渗：介质运动流动电位：介质运动沉降电位：颗粒运动电学性质
五、溶胶的稳定与聚沉1、溶胶的稳定性动力稳定性与聚结稳定性2、动力稳定性用来衡量溶胶在重力场作用下分散相是否容易下沉的性质。在重力场下，如果分散相下沉速度小到可以忽略，则这种溶胶具有动力稳定性。是否具有动力稳定性取决与布郎运动与下沉运动
下沉运动Stokes公式u——粒子下沉速度；r——粒子半径；ρ,ρ0——分散相、分散介质密度；η——分散介质粘度；g——重力加速度。
2、聚结稳定性用来衡量分散相是否容易粘结的性质若分散相的粘结速度小到可以忽略，则具有聚结稳定性取决粒子间的吸引力、排斥力和布朗运动
影响聚结稳定性的因素温度：布朗运动溶胶粒子大小：布朗运动电位扩散双电层的溶剂化对溶胶的聚结稳定性起主要作用
溶剂化——概念在溶液中，溶质被溶剂分子包围的现象称为溶剂化。例如：氯化钠在溶液中，结构单元就是水化的钠离子（Na+）和氯离子（Cl-）。即氯化钠被水溶剂化。
溶剂化的本质一个极性溶剂分子有带部分正电荷的正端和带部分负电荷的负端，如R-O-H。正离子与溶剂的负端，负离子与溶剂的正端互相吸引，称为离子—偶极作用，也称为离子偶极健。离子—偶极作用是溶剂化的本质，一个离子可形成多个离子—偶极健，结果离子被溶剂化，在溶剂包围中。质子溶剂的溶剂化作用除了离子—偶极健外，往往还有氢键的作用。
溶胶稳定原因动力稳定性：溶胶粒子小聚结稳定性：溶胶粒子带电以及扩散双电层的溶剂化溶胶动力稳定性与聚结稳定性的关系
3、溶胶的聚沉定义：溶胶由于失去聚结稳定性，进而失去动力稳定性的整个过程叫聚沉。（1）电解质聚沉作用聚沉过程：高价反离子的作用
与吸附层中定势离子与反离子数目有关
3、溶胶的聚沉等电态临界电位：溶胶开始明显聚沉时的电位（20~30mV）聚沉值：一定时间内，能使溶胶发生聚沉的电解质的最低浓度。用每升溶胶中所加电解质的毫摩尔数来表示。思考：聚沉值与聚沉能力具有什么关系？
符号与价数法则符号法则：能使溶胶发生聚沉的是电荷符号与胶粒电荷符号相反的离子。价数法则：相反符号离子价数越高，聚沉作用越大。舒采-哈迪（Schulze-Hardy）法则
感胶离子序（lyotropic series）价数相同的离子聚沉能力也有所不同（主要是一价离子），例如：H+>Cs+>Rb+>NH4+>K+>Na+>Li+F->Cl->Br->NO3->I-同价离子聚沉能力的这一顺序称为感胶离子序。
（1）电解质作用（2）符号不同的溶胶相互聚沉（3）电场作用此外，温度升高和粒子含量的增加对聚沉的影响3、溶胶的聚沉
六、溶胶的胶凝与触变作用①明胶溶液遇冷后变成“冻胶”；②热豆浆中加入卤水（电解质）或老浆（酸）后变成可以任意切割的豆腐；③水玻璃（Na2SiO3）是硅酸盐水溶液，加适量的酸后即胶凝成硅胶（Na2SiO3+2HCl→H2SiO3+NaCl）；④水基钻井液原来流动性很好，但加入电解质或放置后逐渐变稠，以致失去流动性。
六、溶胶的胶凝与触变作用胶凝作用粒子形状为片型或棒型的溶胶，当粒子含量足够高并加有适当的电解质时，由于粒子会发生部分去溶剂化作用而产生聚结，结成网状结构，把分散介质包在其中，从而使整个体系失去流动性。由胶凝作用得到的体系叫凝胶
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凝胶的基本知识分类：（1)靠质点间的分子间力形成结构（2）靠氢键形成（3）靠化学键形成结构凝胶的触变作用凝胶搅动变稀（结构破坏），静置变稠（恢复）的现象。
凝胶的基本知识典型事例——粘土悬浮体凝胶的形成在水基钻井液中，粘土浓度很高，粘土颗粒为片状晶体，其层面带负电，水化膜较厚；端面带正电，水化膜较薄。在钻井液中加入少量电解质时，粘土悬浮体的ξ电位下降，颗粒间静电斥力、水化膜斥力下降，从而引起端-面、端-端连接，形成连续的空间网状结构，即凝胶。这时钻井液的表观粘度、切力剧增。
球型棒状线状体型凝胶的特征：①网状结构的孔隙中充满液体（分散介质）；②外表呈半固体状态，具有一定的弹性、强度和屈服值，失去流动性；③分散相搭成网架呈连续状态，分散介质也呈连续状态。
分散相粒子间连接本性与凝胶稳定性的关系：①凝胶分散相粒子间靠范德华引力或静电引力形成的凝胶，结构稳定性差，在外力作用下容易破坏，静置后结构又可恢复。例如粘土钻井液。②大分子分散相粒子间靠氢键相互连接，形成凝胶。这种结构较稳定，如蛋白质、聚丙烯酰胺类高分子所形成的凝胶。③分散相粒子靠化学键连接，形成网状结构，这种结构非常稳定，不易破坏，如硅胶。凝胶的基本知识
第二节乳状液
表面活性剂通过降低油水界面张力使稠油乳化形成水包油乳状液，显著降低了体系的流动阻力，从而提高稠油油藏的采收率。
前言定义：液体以液珠形式分散在另一种与其互不相溶的液体中形成的胶态分散体系。主要内容：乳状液制备乳状液类型乳状液性质乳状液破坏
一、乳状液的制备1、条件两种不完全互溶的液体作功：摇动、搅拌、研磨、超声波稳定剂：表面活性物质、固体粉末
一、乳状液的制备1、条件2、表面活性物质稳定乳状液原因净吸引力，导致吸附和定向排列
（1）降低油水界面的界面能
（2）表面活性物质吸附层的溶剂化，有利于液珠稳定吸附层（界面膜）极性基团非极性基团溶剂化水包油乳状液
（3）表面活性物质的非极性部分，由于极性相近能很好结好，从而吸附使吸附层有一定的机械强度油包水乳状液
（4）表面活性物质的极性部分在水中解离形成扩散双电层，从而使液珠间存在静电斥力，阻止液珠合并
二、乳状液的类型-基本类型1两种基本类型：(1)O/W:分散介质为水，分散相为油(2)W/O：分散介质为油，分散相为水o/ww/o
二、乳状液的类型-鉴别方法2鉴别方法：染色法：油溶性染料苏丹，水溶性染料曙红稀释法：分散介质极性类似，易分散导电法：水导电滤纸法：滤纸为水湿的
加入水溶性染料如亚甲基蓝，说明水是连续相。加入油溶性的染料红色苏丹Ⅲ，说明油是不连续相。
二、乳状液的类型-决定因素3决定类型因素（1）稳定剂有关表面活性物质：亲水性较强的表面活性物质，易稳定o/w乳状液；亲油性较强的表面活性物质，易稳定w/o乳状液；
二、乳状液的类型-决定因素表面活性物质：油酸钠：油酸：油酸镁：
二、乳状液的类型-决定因素固体粉末：（1）亲水的固体，易稳定o/w乳状液：如Al(OH)3、Fe(OH)3、CaCO3BaCO3、Mg(OH)2
二、乳状液的类型-决定因素固体粉末：（1）亲水强于亲油的固体，易稳定o/w乳状液；（2）亲油强于亲水的固体，易稳定w/o乳状液：如石墨、碳黑、硫磺、硫化铜、硫化铅
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二、乳状液的类型-决定因素（2）相体积原则：体积多的相易形成外相（3）Bancroft规则：对乳化剂溶解度大或亲和力大的相易形成外相
三、乳状液的性质1、光学性质0.110m（一般主要发生反射和折射）2、流动性质乳状液的粘度
η——乳状液粘度,mPa·s;η0——分散介质粘度,mPa·sΦ——乳状液中分散相所占体积百分数，%k—常数理查森公式
50℃，μo=0.55mPa·S,o/w乳状液粘度：若Φ=0.70,则k=7.0，由Richardson公式得μ=0.55mPa·S×2.7187.0×0.7=73mPa·S若Φ=0.80，则k=8.0，由Richardson公式得μ=0.55mPa·S×2.7188.0×0.80=3.3×102mPa·S稠油乳化降粘开采
3、电学性质（1）表面带电：形成扩散双电层（2）导电性能：决定于连续相定势离子
四、乳状液的破坏1、加热法温度升高吸附量减少温度升高溶剂化程度降低温度升高分散介质的粘度降低
四、乳状液的破坏2、电法（1）直流电场(w/o)：带电油珠在电极上因电性中和而聚并。（2）交流电场(o/w)：乳化剂沿电力线方向定向排列，使保护膜在垂直电力线方向削弱，液珠沿垂直电力线方向聚并。
四、乳状液的破坏3、化学法加入反型乳化剂加入电解质
第三节泡沫
1定义气体分散在液体中形成的分散体系。
黄晋，液态泡沫渗流的机理研究进展，力学进展，2007
表面、界面、胶体：原理及应用
条件气体、液体、起泡剂、作功起泡剂的作用起泡剂是表面活性物质。2泡沫形成
3泡沫的破坏3.1液沫的排液作用3.2透气作用
3.1液膜的排液作用-重力排液（1）泡沫的存在依赖于隔开气泡的液膜。（2）由于气液相密度差，液膜在重力作用下发生排液作用而变薄，易因扰动而破坏——重力排液。
3.1液膜的排液作用-曲界面两侧压力差Plateau（柏拉图）边界pB>pA，液体由B流向A柏拉图边界ABC
（1）由于重力排液作用和曲界面两侧压力差而产生的排液同时存在；（2）液膜较厚时，重力排液为主；液膜较薄时，由曲界面两侧压力差而产生的排液为主。3.1液膜的排液作用
3.2气体透过液膜的扩散作用小气泡压力总是大于大气泡，小气泡气体会透过液膜（较薄）进入大气泡，小气泡不断变小，大气泡越来越大。
第四节高分子溶液
前言一、高分子的溶解二、高分子在溶液中形态三、高分子溶液的粘度
前言高分子分子量从几千到几百万（甚至上千万）的化合物高分子溶液高分子在溶剂中溶解所产生的分子分散体系高分子溶液与分散相分散体系的区别与联系
高分子溶液与分散相分散体系的区别与联系相同点：（1）扩散速度低（2）不能通过半透膜（3）在高速离心机中可以进行沉降分离不同点：稳定性不同。
一、高分子的溶解特点：经过一溶涨过程溶胀：高分子吸收溶剂而使高分子膨胀的过程。
一、高分子的溶解特点：经过一溶涨过程原因：高分子的蜷曲构象，提供溶剂分子扩散进去的空间溶剂分子的扩散速度大于高分子的扩散速度
高分子溶解的条件（1）线形高分子（2）高分子极性与溶剂极性相近（3）分子量不能太大
二、高分子在溶液中形态高分子在溶液中的形态主要是指：（1）伸直（2）蜷曲（3）蜷曲的程度形态由高分子的柔顺性（或刚性）和溶剂性质决定
二、高分子在溶液中形态1、柔顺性的影响柔顺性好，易蜷曲碳碳链的柔顺性较好碳链上存在存在取代基特别是极性取代基时，柔顺性降低
2、溶剂体系对构象形态的影响（1）溶剂分类良溶剂：高分子与溶剂之间的吸引力超过高分子之间的内聚力不良溶剂：高分子与溶剂之间的吸引力小于高分子之间的内聚力内聚力是在同种物质内部相邻各部分之间的相互吸引力，这种相互吸引力是同种物质分子之间存在分子力的表现。只有在各分子十分接近时（小于10-6厘米）才显示出来。
（2）影响因素：A在良溶剂，易采取伸直构象；在不良溶剂，易采取蜷曲构象B盐会对溶剂性质有影响C pH值会改变溶剂的性质（对含羧酸高分子而言）2、溶剂体系对构象形态的影响
三、高分子溶液的粘度低分子溶液,牛顿内摩擦定律：=γ——剪切应力；γ——剪切速率；——粘度系数，简称粘度。
三、高分子溶液的粘度高分子溶液,服从幂律=KγnK——稠度系数；n——流性指数。
三、高分子溶液的粘度牛顿流体（n等于1）:粘度与剪切速率无关非牛顿流体(n小于1)粘度与剪切速率有关按牛顿内摩擦定律定义粘度，则对高分子溶液，粘度应表示为：=Kγn-1=Kγn=γ=Kγn=Kγn-1γ
高分子溶液粘度的影响因素：1、质量分数网络结构形成与浓度有关，与分子间力有关。
2、温度温度升高，粘度下降。温度升高，分子更加蜷曲。
3、剪切速率网络结构形成对聚合物粘度非常重要高分子=结构+牛顿
四、高分子溶液粘度的表示方法
4、特性粘度，K——特性常数。在良溶剂中，>0.5；在不良溶剂中，0.5K与体系性质关系不大，与温度有关。数均相对分子质量
练习160-7
3.泡沫与乳状液的比较：稳定原理稳定剂胶体性质类型分散介质分散相胶体种类Us↓，成膜带电，溶剂化乳化剂多相大表面两种液体液体乳状液起泡剂不稳定体系一种液体气体泡沫
2.泡沫的稳定由于气液界面张力不可能象液液界面张力那样降至很低，因此，决定泡沫稳定性的关键因素是液膜的表面粘度和弹性（即粘弹性）。表面粘度↑，液膜不易受外界扰动，液膜排液速度↓，气体透过液膜的扩散速度↓，泡沫稳定性↑。但表面粘度不能太高，否则液膜刚性太强，容易在外界扰动下脆裂。理想的液膜应该是高粘度且有弹性的凝聚膜。液膜弹性表现在：泡沫受外界扰动时，液膜会发生局部变薄的现象，变薄处液体的压力低于变厚处的液体压力，因此，厚处的液体流向薄处，从而使液膜得到修复。扰动修复
泡沫的破坏方法
高分子溶液是分子分散体系，属于热力学稳定体系。由于高分子的分子大小与溶胶分散相大小相当，使它具有溶胶的许多性质，如扩散速度低、不能通过半透膜、可进行高速离心沉降分离等。不同点（1）高分子化合物能自动溶解在溶剂中，而溶胶粒子不会自动分散在分散介质中；（2）高分子溶液属于热力学稳定体系，而溶胶是热力学不稳定体系；（3）高分子溶液是均相体系，没有明确界面，丁达尔效应弱；而溶胶是多相体系，丁达尔效应强；（4）高分子溶液的粘度要比溶胶大得多。高分子溶液与溶胶的比较
高分子溶液与低分子溶液的比较相同点（1）均相热力学稳定体系；（2）均能自动溶解在溶剂中。不同点（1）分子大小不同：低分子溶液分子大小为10-10m，高分子10-9~10-7m；（2）溶质扩散速度：低分子快，高分子慢；（3）高分子不能通过半透膜，有渗透压，可进行高速离心沉降分离；（4）高分子溶液粘度比低分子大得多。
13.解：
14.解：
2.解：
一点小小的意思，不成敬意！
本部分到此结束谢谢大家唉……岁月不等人啊！
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