胶体与界面化学    导论（一）          环境科学专业,第一章  绪论,一、胶体化学的发展简史 渗析实验与“胶体”名词的由来 （1861  英国科学家） 物质溶解在不同溶剂中所形成的溶液状态的研究（约2061年  俄国科学家）,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，而不是物质固有的特性。 胶体是高度分散的体系，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点不是以小分子而是以大粒子形式分散在介质中 胶体粒子在重力场重不沉降或沉降速度极慢，推断分散质点不会太大，约1nm-1m,胶体化学的发展简史 -胶体化学是一门古老而又年轻的学科,祖先制造陶器、汉朝利用纤维造纸、后汉发明墨水、豆腐制作等等 古埃及利用木材浸水膨胀来破裂山岩 1777年瑞典化学家做木炭吸附气体的实验 1809年俄国化学家发现土粒的电泳现象 1829年英国植物学家BROWN观察花粉的布朗运动 1861年胶体化学作为一门学科，创始人英国科学家Thomas Graham 1907年 第一本胶体化学专门刊物胶体化学和工业杂志创刊；（胶体化学真正作为一门独立学科） 国内目前尚无一本正式出版的胶体与界面化学杂志,什么是胶体？,实验：将一把泥土放入水中,一杯泥土,泥沙+浑浊的小土粒 （底部）,土中的盐类 形成真溶液,既不下沉、也不溶解的 极为微小的土壤颗粒 称为胶体颗粒；含胶体 颗粒的体系称为胶体 体系,可见：胶体是一个具 有巨大相 界面的分散体系,国际纯粹化学与应用化学联合会 （IUPAC）,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系 以颗粒分散状态存在的不连续相称为分散相；而连续相称为分散介质 颗粒某一线度大于1000nm，粗分散体系 颗粒某一线度小于1nm，真溶液体系 颗粒某一线度为11000nm 胶体体系,二、胶体化学研究的三个领域,分子胶体（亲液溶胶） 缔合胶体（表面活性剂胶束溶液） 粗分散体系和溶胶（憎液溶胶）,胶体分散体系分类,液溶胶： 分散介质为液体 灭火泡沫（GL）； 牛奶 （LL）；  墨水（SL） 固溶胶：分散介质为固体 泡沫塑料（GS）； 珍珠（LS）；  有色玻璃（SS） 气溶剂：分散介质为气体 雾（LG） ； 烟尘（SG）,三、胶体化学与界面化学的相关性,胶体的基本特性： 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界面化学 表面张力、表面能、表面现象、表面吸附、单分子膜、表面润湿等 研究一群质点所构成的分散体系的性质 胶体化学 动力性质、电性质、光学性、流变性质、胶体的聚结与稳定性等,四、胶体与界面化学研究涉及领域,农业            生物学与医学 日用品的生产与使用  轻工业 环境科学         分析化学 材料            海洋科学 天文与气象学      油田开发,一些涉及胶体和表面化学的实例,分析化学中的吸附指示剂、色谱等 物理化学中的成核作用、过饱和、液晶等 生物化学和分子生物学中的电泳、膜现象 蛋白质和核酸等 化学制造中的催化剂、洗涤剂、润滑剂、粘合剂、农药 环境科学中的气溶胶、泡沫、污水处理、 材料科学中陶瓷制品、水泥、涂料等 日用品中的牛奶、豆浆等 石油工业中的油品回收、乳化风,环境科学中的应用范例,气溶胶、烟雾的形成与大气污染 水净化与污水处理 毒气与毒剂的吸附 黏土矿物的表面改性与应用 人工降雨 天然水体中的胶体悬浮物与环境污染物之间的界面化学行为 液膜分离技术与废水处理,文献导读：,ZATA电位法研究除草剂在土壤胶体中的吸附 表面活性剂对土壤粘粒絮凝-分散的影响 两类混凝剂处理公厕水冲物的初步研究 污染土壤的修复技术研究进展 大气气溶胶干沉降对海域微量元素输入的研究现状 气浮过程中的界面相互作用,五、胶体化学的应用与发展前景,胶体化学是一门与实际应用密切结合的学科 现代科学仪器的发展为胶体化学的研究提供全新的手段 近代化学和物理的成就促进了胶体化学基础理论问题的探讨 生物物理、生物化学、环境学、地矿学、天文学等领域的研究成就吸取了胶体化学的理论和方法，同时给胶体化学带来了广阔的研究空间,1.利用近代物理或化学理论解决胶体与表面化学中  的基本理论等问题;量子化学研究吸附与催化;分  形理论研究胶粒形貌等,2.现代精密仪器和方法的应用:力学显微镜研究胶粒间的力及表面上分子原子的形态;能谱仪研究分子间的相互作用. 3.胶体与界面化学的方法用于医学、生理、环境、土壤、大气、海洋湖泊等学科 （1）新产品开发：组装分子器件、超细材料 （2）老产品的升级换代：洗涤剂、化妆品、颜料、 复印碳粉等 （3）旧工艺更新：单分散固态胶粒的制造与收集、 采油工艺等,现代胶体科学的研究内容,研究对象与研究内容,分散体系,分散体系的形成与稳定,光学性能、流变性能 智能流体、电磁流变体,界面现象,润湿、吸附、界面 电现象、界面双电层 结构,有序组合体,纳米材料,生物膜、仿生膜、溶液中的有序分 子组合体,中国胶体与界面化学的发展,1954年 傅鹰院士（北京大学） 中国胶体化学的奠基人之一 1955年 戴安邦院士（南京大学） 中国有了第一批胶体化学毕业生 20世纪90年代以前，只有北京大学、南京大学、山东大学、华东师范大学有胶体一界面化学的研究机构 1983年在北京大学召开全国第一届胶体与界面化学会议，2002年在山东大学召开第九届全国会议。,思考：与界面现象相关的几个问题,为什么自然界中液滴、气泡总是圆形的？为什么气泡比液滴更容易破裂？ 毛细现象为什么会产生？ 天空为什么会下雨？人工降雨依据什么原理？向高空抛撒粉剂为什么能人工降雨？ 为什么会产生液体过热现象？加入沸石为什么能消除过热现象？ 水在玻璃上能铺展，水银在玻璃上却形成液滴？为什么？ 活性碳为什么可以做防毒面具？冰箱除臭剂？,为什么在参观面粉厂时,不能穿带铁钉鞋? 土壤为什么能将水份保存起来? 如何抑制沙漠地带水的蒸发? 木制家具和油画为什么会自动裂损? 鸭子为什么会浮在水中? 夏天牛奶为什么容易变质? 洗衣粉为什么有去污作用? 明矾为什么能净水 肥皂为什么能去污？,什么是表面活性剂？选择性的加入一些表面活性剂，为什么起到净化水质的作用？ 为什么利用矿物浮选可得到高品位的矿? 江河出口处为什么形成三角洲? 雷雨是如何产生的 怎样除烟去尘?,教学安排,NO1：绪论：胶体与界面化学的发展历史与前景；胶体化学知识在日常生活以及在环境  科学领域中的应用范例介绍与问题讨论 NO2：第一章：界面现象和吸附：（1）表面张力与表面自由能；（2）附加压力与弯曲界面的一些现象（3）润湿、铺展与应用（4）不容性单分子膜简介 NO3：（5）固体表面的吸附作用（6）吸附类型与吸附等温线；（7）常见吸附剂的各种结构、性能和改性；（8）影响吸附的各种因素（9）研究吸附的各种实验方法,NO4：课堂专题讨论：吸附作用原理在环境科学领域的应用 NO5：第二章：表面活性剂（1）吉布斯吸附定理（2）表面活性剂在界面上的吸附（3）表面活性剂的作用及应用（4）表面活性剂在环境科学领域中的应用 NO6：课堂专题讨论：表面活性剂在不用领域的应用 NO7：第三章：胶体的性质与制备（1）胶体分散体系的类型（2）胶体的动力性质、光学性质、流变性质（4）相关实验研究方法介绍（5）胶体制备的基本方法,NO8：第四章：界面电化学（1）溶胶的电学性质与胶团结构（2）界面双电层与电动电位（3）界面电化学的研究方法介绍（4）电动现象及其应用 NO9：第五章：溶胶的稳定性（1）溶胶的稳定性与DLVO理论（2）溶胶的聚沉（3）影响溶胶聚沉的各种因素与规则 NO10：高分子溶液介绍；聚电解质的应用举例絮凝剂（2）乳状液介绍；乳状液的应用与前景了解高分子溶液和乳状液及其应用 NO11：课程考试 教学方式：教学方式：课堂讲授+ 讨论,课程学习的目的和学习方式,“学生取得化学学位之后，很可能不知道什么是胶体化学”美国著名胶体化学家 “我们没有专门学过胶体化学，然而现在却整天同它打交道”许多工程技术人员的感受 实施网络环境下的教学方式 学生参与学习过程的问题讨论，主动获取知识   采用文献导读的方式，学生从网络获取更多的信 息， 并提高获取知识的能力,课程参考书,胶体化学基础           周祖康、顾惕人编著 北京大学出版社 胶体与界面化学         陈宗淇 等编著 高等教育出版社 应用胶体化学           候万国等编著 科学出版社 界面与胶体的物理化学    李葵英等编著 哈尔滨工业大学出版社 应用胶体化学           郑树亮 等编著 华东理工大学出版社 胶体与界面化学实验      北京大学出版社 应用表面化学与技术      哈尔滨工业大学出版社,编外话：知识这东西学习的目的？,问题： 为什么要上学？学校里学的东西有什么用？学了那些东西将来有多大作用？ 回答： 知识作为“工具”、“载体”，让学生打下“学习能力“的基础，而不是知识基础。 教师上课授课，让学生看书、复习、做作业、考试,这些手段的目的都不是让学生非得知道这些知识,而是让学生亲自体会接受知识、学习本领的一个过程。这个过程是”教育的本质“，也是学生将来最最受用终生的。 -摘自读者2004.NO.21,课后思考,请选择课堂中所提思考题进行课程预习,