《工科基礎(chǔ)化學(xué)》第5章動(dòng)力學(xué)

1、11.5.5 彎曲表面上的蒸氣壓與開爾文公式彎曲表面上的蒸氣壓與開爾文公式 純液體的飽和蒸氣壓與溫度和液體壓力溫度和液體壓力有關(guān)。微小液滴的蒸氣壓因附加壓力的作用而比普通狀態(tài)時(shí)高。 用用p*和和pr*分別表示平面液體和微小液滴的蒸氣壓分別表示平面液體和微小液滴的蒸氣壓, 結(jié)合拉普拉斯方程，可推得：結(jié)合拉普拉斯方程，可推得：開爾文公式:r2lnpMpRTr2開爾文公式: 對(duì)凹液面 (氣泡內(nèi)，毛細(xì)管中水的液面),r 0, pr*0 , pr*p*?！究梢妏r*(凸面) p*(平面) pr*(凹面)】【且曲率半徑越小, 偏離程度越大】0.1 1 10 100 1000r / nm123Pr / p曲

2、率半徑對(duì)水的蒸曲率半徑對(duì)水的蒸氣壓的影響氣壓的影響(25)小液滴小液滴小氣泡小氣泡平面液體平面液體r2lnpMpRTr關(guān)于壓差的符號(hào)，可以記住這個(gè)規(guī)律：壓力較高關(guān)于壓差的符號(hào)，可以記住這個(gè)規(guī)律：壓力較高的一側(cè)，曲率半徑為正。凹液面，曲率半徑為負(fù)的一側(cè)，曲率半徑為正。凹液面，曲率半徑為負(fù)值，而小滴液等凸液面，曲率半徑為正值。值，而小滴液等凸液面，曲率半徑為正值。 3 Kelvin公式也可以表示為兩種不同曲率半徑公式也可以表示為兩種不同曲率半徑的液滴或蒸汽泡的蒸汽壓之比，或兩種不同大小的液滴或蒸汽泡的蒸汽壓之比，或兩種不同大小顆粒的飽和溶液濃度之比。顆粒的飽和溶液濃度之比。2121211lnpMR

3、Tprrs2121211lnlMcRTcrr對(duì)凸面：r取取正值正值，r越小，液滴的蒸汽壓越高，越小，液滴的蒸汽壓越高， 或小顆粒的溶解度越大。或小顆粒的溶解度越大。對(duì)凹面：r取取負(fù)值負(fù)值，r越小，小蒸汽泡中的蒸汽越小，小蒸汽泡中的蒸汽 壓越低。壓越低。4（1 1）毛細(xì)管凝結(jié)）毛細(xì)管凝結(jié)【對(duì)于凹面對(duì)于凹面】 在毛細(xì)管內(nèi)，液體如果能潤(rùn)濕管壁，則管內(nèi)液面呈在毛細(xì)管內(nèi)，液體如果能潤(rùn)濕管壁，則管內(nèi)液面呈凹形，一定溫度下，對(duì)于一般平面尚未達(dá)到飽和蒸凹形，一定溫度下，對(duì)于一般平面尚未達(dá)到飽和蒸汽壓，而對(duì)毛細(xì)管內(nèi)凹液面，已經(jīng)達(dá)到飽和或過飽汽壓，而對(duì)毛細(xì)管內(nèi)凹液面，已經(jīng)達(dá)到飽和或過飽和了，蒸汽開始凝聚為水，稱為

4、毛細(xì)管凝聚。和了，蒸汽開始凝聚為水，稱為毛細(xì)管凝聚。 毛細(xì)管凝聚在生產(chǎn)上經(jīng)常起作用，如陶瓷生坯中有毛細(xì)管凝聚在生產(chǎn)上經(jīng)常起作用，如陶瓷生坯中有很多毛細(xì)管孔隙，水又潤(rùn)濕生坯，這樣水蒸氣易在很多毛細(xì)管孔隙，水又潤(rùn)濕生坯，這樣水蒸氣易在毛細(xì)管內(nèi)凝聚，故生坯排出水分需要加溫干燥。毛細(xì)管內(nèi)凝聚，故生坯排出水分需要加溫干燥。 水泥地面在冬天易凍裂水泥地面在冬天易凍裂【但毛細(xì)管內(nèi)液態(tài)水的冰點(diǎn)但毛細(xì)管內(nèi)液態(tài)水的冰點(diǎn)隨著孔徑的減小而降低，抗凍性試驗(yàn)要求在隨著孔徑的減小而降低，抗凍性試驗(yàn)要求在-18-18以下以下】，硅膠能吸附空氣中的水分等，都是毛細(xì)吸，硅膠能吸附空氣中的水分等，都是毛細(xì)吸附現(xiàn)象。附現(xiàn)象。開爾文公

5、式的應(yīng)用開爾文公式的應(yīng)用5開爾文公式的應(yīng)用開爾文公式的應(yīng)用（2）微晶的溶解度）微晶的溶解度【對(duì)于凸面對(duì)于凸面】s2121211lnlMcRTcrr將開爾文公式結(jié)合克勞修斯將開爾文公式結(jié)合克勞修斯克拉貝隆方程，可計(jì)算克拉貝隆方程，可計(jì)算固體顆粒半徑對(duì)其熔化溫度的影響：固體顆粒半徑對(duì)其熔化溫度的影響：002vSMTTTTHr開水文公式可用于固體的溶解度：開水文公式可用于固體的溶解度：結(jié)論：微小晶粒溶解度大于普通晶體的溶解度。結(jié)論：微小晶粒溶解度大于普通晶體的溶解度。（3）微晶的熔點(diǎn)）微晶的熔點(diǎn)【對(duì)于凸面對(duì)于凸面】式中：式中：T T 、T T0 0 分別為半徑為分別為半徑為r 的小晶體和大晶體的熔化

6、溫度；的小晶體和大晶體的熔化溫度； vs晶體表面張力；晶體表面張力；H熔化熱；熔化熱；結(jié)論：微小晶粒熔化溫度降低。結(jié)論：微小晶粒熔化溫度降低。6 綜上所述：表面曲率對(duì)其蒸氣壓、溶解綜上所述：表面曲率對(duì)其蒸氣壓、溶解度和熔化溫度等物理性質(zhì)有著重要的影響。度和熔化溫度等物理性質(zhì)有著重要的影響。 固體顆粒愈小，表面曲率愈大，則蒸氣固體顆粒愈小，表面曲率愈大，則蒸氣壓和溶解度增高，而熔化溫度降低。壓和溶解度增高，而熔化溫度降低。 彎曲表面的這些效應(yīng)在以微細(xì)粉體作原彎曲表面的這些效應(yīng)在以微細(xì)粉體作原料的材料加工中，無疑將會(huì)影響一系列工藝料的材料加工中，無疑將會(huì)影響一系列工藝過程和最終產(chǎn)品的性能。過程和最

7、終產(chǎn)品的性能。7 工藝意義工藝意義 噴霧干燥法噴霧干燥法 對(duì)于液體：液滴呈凸面，對(duì)于液體：液滴呈凸面，r 0，則，則pr*p* ；且且r， pr*，意味著其蒸發(fā)速率越快。陶瓷，意味著其蒸發(fā)速率越快。陶瓷工業(yè)中利用這一原理，開發(fā)出噴霧干燥法技工業(yè)中利用這一原理，開發(fā)出噴霧干燥法技術(shù)，用于將泥漿制成干粉料。術(shù)，用于將泥漿制成干粉料。 普通方法：普通方法：需經(jīng)榨泥、烘干、打粉等多道復(fù)需經(jīng)榨泥、烘干、打粉等多道復(fù)雜工序；雜工序； 噴霧干燥法：噴霧干燥法：只需用壓縮泵將泥漿噴散成霧只需用壓縮泵將泥漿噴散成霧狀，呈極小液滴，狀，呈極小液滴，r 很小，故其表面水分的很小，故其表面水分的飽和蒸汽壓很大，水分迅

8、速蒸發(fā)，即能快速飽和蒸汽壓很大，水分迅速蒸發(fā)，即能快速得到干粉料。得到干粉料。 8物物 質(zhì)質(zhì)表面張力表面張力（mN/m）曲率半徑曲率半徑（m）壓力差壓力差（MPa）石英玻璃石英玻璃300 0.112.3 1.0 1.2310.0 0.123液態(tài)鈷液態(tài)鈷（1550）1935 0.1 7.80 1.0 0.7810.0 0.078水（水（15）72 0.1 2.94 1.0 0.29410.0 0.0294固體固體Al2O3（1850）905 0.1 7.4 1.0 0.7410.0 0.074硅酸鹽熔體硅酸鹽熔體300100 0.006彎曲表面的壓力差彎曲表面的壓力差9 工藝意義工藝意義粉體燒結(jié)

9、的氣相傳質(zhì)粉體燒結(jié)的氣相傳質(zhì) 對(duì)于固體：對(duì)于固體：固體升華過程與液體蒸發(fā)過程相類似固體升華過程與液體蒸發(fā)過程相類似。表面曲率。表面曲率1m時(shí)，由曲率半徑差異引起的壓差時(shí)，由曲率半徑差異引起的壓差已十分顯著，在高溫下足以使微細(xì)粉體表面上出已十分顯著，在高溫下足以使微細(xì)粉體表面上出現(xiàn)由凸面蒸發(fā)向凹面凝聚的氣相傳質(zhì)過程現(xiàn)由凸面蒸發(fā)向凹面凝聚的氣相傳質(zhì)過程粉粉體燒結(jié)傳質(zhì)的一種方法。體燒結(jié)傳質(zhì)的一種方法。10 工藝意義工藝意義泥料可塑性及燒結(jié)收縮泥料可塑性及燒結(jié)收縮 由于毛細(xì)管半徑很小，則由于表面張力引由于毛細(xì)管半徑很小，則由于表面張力引起的毛細(xì)管引力可達(dá)幾十起的毛細(xì)管引力可達(dá)幾十kg/cm2壓力，造成

10、壓力，造成陶瓷泥料可塑性，并推動(dòng)陶瓷坯體燒結(jié)過程進(jìn)陶瓷泥料可塑性，并推動(dòng)陶瓷坯體燒結(jié)過程進(jìn)行和形成收縮。行和形成收縮。 毛細(xì)管引力與毛細(xì)管引力與曲面半徑成反比曲面半徑成反比而與而與表面張表面張力成正比力成正比。112022-3-31.5.6 亞穩(wěn)狀態(tài)亞穩(wěn)狀態(tài)亞穩(wěn)狀態(tài): 熱力學(xué)不完全穩(wěn)定的狀態(tài)。按照相平衡條熱力學(xué)不完全穩(wěn)定的狀態(tài)。按照相平衡條件應(yīng)當(dāng)相變的物質(zhì)件應(yīng)當(dāng)相變的物質(zhì), , 由于初始新相體積極小由于初始新相體積極小, ,具有很大具有很大的比表面積和表面吉布斯函數(shù)而難以形成的比表面積和表面吉布斯函數(shù)而難以形成, ,系統(tǒng)仍以原系統(tǒng)仍以原相存在相存在, , 處于亞穩(wěn)狀態(tài)。處于亞穩(wěn)狀態(tài)。12202

11、2-3-3 按相平衡條件應(yīng)當(dāng)凝結(jié)而未凝按相平衡條件應(yīng)當(dāng)凝結(jié)而未凝結(jié)的蒸氣。原因是蒸氣不能變成化結(jié)的蒸氣。原因是蒸氣不能變成化學(xué)勢(shì)更高的學(xué)勢(shì)更高的微小液滴微小液滴。 過飽和蒸氣的壓力超過了相應(yīng)過飽和蒸氣的壓力超過了相應(yīng)溫度下通常體積液體的飽和蒸氣壓溫度下通常體積液體的飽和蒸氣壓, 但仍小于該液體微小液滴的飽和蒸但仍小于該液體微小液滴的飽和蒸氣壓氣壓(見圖示見圖示).p過飽和蒸氣的產(chǎn)生過飽和蒸氣的產(chǎn)生gT引入凝結(jié)中心可使液滴核心易引入凝結(jié)中心可使液滴核心易于生成于生成, 減輕過飽和程度減輕過飽和程度(如人工增如人工增雨雨).（1）過飽和蒸氣）過飽和蒸氣132022-3-3（2） 過熱液體過熱液體

12、在表面光潔的容器中加熱純凈的液體，當(dāng)溫度升至液體的在表面光潔的容器中加熱純凈的液體，當(dāng)溫度升至液體的沸點(diǎn)時(shí)，由于液體內(nèi)生成的微小氣泡曲率半徑很小，在凹液面沸點(diǎn)時(shí)，由于液體內(nèi)生成的微小氣泡曲率半徑很小，在凹液面上的附加壓力使氣泡難以生成，只有繼續(xù)加熱液體，使其蒸汽上的附加壓力使氣泡難以生成，只有繼續(xù)加熱液體，使其蒸汽壓大到和外界壓力相等時(shí)，液體才會(huì)沸騰。這種溫度高于沸點(diǎn)壓大到和外界壓力相等時(shí)，液體才會(huì)沸騰。這種溫度高于沸點(diǎn)但仍不沸騰的液體稱作過熱液體。但仍不沸騰的液體稱作過熱液體。過熱水的產(chǎn)生過熱水的產(chǎn)生373.15Kp(大氣大氣)h=0.02m在液體中加入少量素?zé)善蛎?xì)管等物質(zhì)可大大降低過

13、熱的程度.142022-3-3（3） 過冷液體過冷液體pT過冷液體的產(chǎn)生過冷液體的產(chǎn)生氣相區(qū)氣相區(qū)TfT f按相平衡條件應(yīng)當(dāng)凝固而未凝固的液體按相平衡條件應(yīng)當(dāng)凝固而未凝固的液體. .原因是原因是新生相微粒新生相微粒具有高具有高表面吉布斯能表面吉布斯能( (高的飽和蒸氣壓高的飽和蒸氣壓) )而不能在正常凝固溫度下生成。而不能在正常凝固溫度下生成。 在過冷液體中投入小晶體作在過冷液體中投入小晶體作為新相的種子為新相的種子, , 劇烈攪拌或用玻劇烈攪拌或用玻棒摩擦器壁可以破壞過冷狀態(tài)，棒摩擦器壁可以破壞過冷狀態(tài)，使液體迅速凝固。使液體迅速凝固。152022-3-3（4）過飽和溶液）過飽和溶液:與微小

14、液滴一樣與微小液滴一樣, 微小晶體的飽微小晶體的飽和蒸氣壓大于普通晶體。蒸氣壓與和蒸氣壓大于普通晶體。蒸氣壓與溶解度有密切的關(guān)系溶解度有密切的關(guān)系,微小晶粒具有微小晶粒具有比普通晶體更大的溶解度比普通晶體更大的溶解度。晶體的。晶體的顆粒愈小顆粒愈小, 溶解度愈大。溶解度愈大。(見圖見圖)pT分散度對(duì)溶解度的影響c3c2c10T可知可知, 當(dāng)溶液濃度達(dá)到普通晶體當(dāng)溶液濃度達(dá)到普通晶體的飽和濃度時(shí)的飽和濃度時(shí), 相對(duì)于微小晶粒還未相對(duì)于微小晶粒還未飽和飽和, 微小晶粒就不能從中析出。微小晶粒就不能從中析出。 在一定溫度下在一定溫度下, 濃度超過飽和濃度濃度超過飽和濃度, 而仍未析出晶體的溶而仍未析

15、出晶體的溶液液. 原因是原因是微小晶粒微小晶粒具有高表面吉布斯函數(shù)具有高表面吉布斯函數(shù)(高的飽和蒸氣壓高的飽和蒸氣壓)而不能在正常飽和濃度下析出。而不能在正常飽和濃度下析出。161.5.7 吸附現(xiàn)象吸附現(xiàn)象 定義定義：流體與固體表面接觸時(shí)：流體與固體表面接觸時(shí), , 流體中某一組分流體中某一組分或多個(gè)組分能在固體表面產(chǎn)生積蓄的現(xiàn)象稱為或多個(gè)組分能在固體表面產(chǎn)生積蓄的現(xiàn)象稱為吸吸附附。 本質(zhì)：通過范德華力或剩余化學(xué)鍵力，使吸附質(zhì)本質(zhì)：通過范德華力或剩余化學(xué)鍵力，使吸附質(zhì)附著于固體表面，降低表面張力。附著于固體表面，降低表面張力。 物理吸附：范德華力作用；可發(fā)生在任何固體表物理吸附：范德華力作用；

16、可發(fā)生在任何固體表面；是多分子層的吸附；吸附過程可逆。面；是多分子層的吸附；吸附過程可逆。 化學(xué)吸附：剩余化學(xué)鍵力作用；是單分子層吸附化學(xué)吸附：剩余化學(xué)鍵力作用；是單分子層吸附；吸附過程緩慢且不可逆；化學(xué)吸附之前都發(fā)生；吸附過程緩慢且不可逆；化學(xué)吸附之前都發(fā)生物理吸附。物理吸附。17應(yīng)用實(shí)例：應(yīng)用實(shí)例：道路瀝青對(duì)酸性巖石（石英道路瀝青對(duì)酸性巖石（石英SiO2）的吸附的吸附道路瀝青對(duì)堿性巖石（石灰石道路瀝青對(duì)堿性巖石（石灰石CaCO3）的吸附的吸附18 在氣、液、固三相交界點(diǎn)，氣-液與液-固界面張力之間的夾角稱為接觸角，通常用q q表示。g- ls - lg- scosq 接觸角的大小可以用實(shí)驗(yàn)

17、測(cè)量，也可以用公式計(jì)算：1.5.8 潤(rùn)濕與接觸角潤(rùn)濕與接觸角(contact angle)19 若接觸角接觸角q q 90，說明液體不能潤(rùn)濕固體，如汞在玻璃表面； 若接觸角接觸角q q 90，液體能潤(rùn)濕固體，如水在潔凈的玻璃表面。20 潤(rùn)濕與不潤(rùn)濕在工業(yè)中的應(yīng)用潤(rùn)濕與不潤(rùn)濕在工業(yè)中的應(yīng)用 水泥熟料礦物與水的作用；水泥熟料礦物與水的作用； 減水劑在水泥混凝土中的作用；減水劑在水泥混凝土中的作用； 有機(jī)類防水材料的憎水性有機(jī)類防水材料的憎水性 乳化劑及乳膠漆乳化劑及乳膠漆 電鍍工業(yè)電鍍工業(yè) 礦石浮選礦石浮選211.5.9 表面活性劑表面活性劑 通常指能夠通常指能夠顯著降低顯著降低水的表面張力的物質(zhì)

18、。水的表面張力的物質(zhì)。 類型類型 陰離子型陰離子型 陽(yáng)離子型陽(yáng)離子型 兩性離子型兩性離子型 非離子型非離子型Na+cl-表面活性劑分子模型圖示表面活性劑分子模型圖示22 油酸表面活性劑的結(jié)構(gòu)特征COO-CH3(CH2)7=CH(CH2)7H+23表面活性物質(zhì)的分子在溶液本體及表面層中的分布：表面活性物質(zhì)的分子在溶液本體及表面層中的分布：(a)(a)稀溶液稀溶液小型小型膠束膠束(b)(b)開始形成開始形成膠束的溶液膠束的溶液球狀球狀膠團(tuán)膠團(tuán)單分子膜單分子膜(c)(c)大于臨界大于臨界膠束的溶液膠束的溶液膠束可以是球狀、層狀、棒狀，如下圖：膠束可以是球狀、層狀、棒狀，如下圖：24 臨界膠束濃度（臨

19、界膠束濃度（CMC） 定義：定義：開始形成膠束的最低濃度稱作臨界膠束濃開始形成膠束的最低濃度稱作臨界膠束濃度（度（CMC）。）?；钚詣舛鹊陀贑MC小型膠束活性劑濃度等于CMC層狀膠束 活性劑濃度大于CMC25CMC 當(dāng)液體表面活性劑濃當(dāng)液體表面活性劑濃度達(dá)到度達(dá)到CMC時(shí)時(shí)，在表面，在表面張力對(duì)濃度繪制的曲線上張力對(duì)濃度繪制的曲線上會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)折。繼續(xù)增加活會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)折。繼續(xù)增加活性劑濃度，表面張力不再性劑濃度，表面張力不再降低，而體相中的膠束不降低，而體相中的膠束不斷增多、增大。斷增多、增大。26 表面活性劑的作用表面活性劑的作用（利用相界面及吸附作用原理）（利用相界面及吸附作用原理） 潤(rùn)濕作用

20、潤(rùn)濕作用 起泡作用起泡作用 增溶作用增溶作用 乳化作用乳化作用 洗滌作用洗滌作用27Hydrophile-Lipophile Balance 親水親油平衡親水親油平衡（HLB值） 表面活性劑都是兩親分子，由于親水和親油基團(tuán)表面活性劑都是兩親分子，由于親水和親油基團(tuán)的不同，很難用相同的單位來衡量，所以的不同，很難用相同的單位來衡量，所以Griffin提出了用一個(gè)相對(duì)的值即提出了用一個(gè)相對(duì)的值即HLB值來表示表面活性值來表示表面活性物質(zhì)的親水性。物質(zhì)的親水性。對(duì)非離子型的表面活性劑，對(duì)非離子型的表面活性劑，HLB的計(jì)算公式為：的計(jì)算公式為：HLB值=親水基質(zhì)量親水基質(zhì)量+憎水基質(zhì)量100/528例

21、如：石蠟無親水基，所以例如：石蠟無親水基，所以HLB=0 聚乙二醇，全部是親水基，聚乙二醇，全部是親水基，HLB=20。其余非離子型表面活性劑的其余非離子型表面活性劑的HLB值介于值介于020之間。之間。291.5.10 乳化與破乳乳化與破乳 一種或幾種液體以大于一種或幾種液體以大于10-7m直徑的液珠分散在另一不相直徑的液珠分散在另一不相混溶的液體之中形成的混溶的液體之中形成的粗分散粗分散體系稱為乳狀液。體系稱為乳狀液。 要使它穩(wěn)定存在必須加乳化劑。根據(jù)乳化劑結(jié)構(gòu)的不同要使它穩(wěn)定存在必須加乳化劑。根據(jù)乳化劑結(jié)構(gòu)的不同可以形成以水為連續(xù)相的可以形成以水為連續(xù)相的水包油水包油乳狀液乳狀液(O/W

22、)，或以油為或以油為連續(xù)相的連續(xù)相的油包水油包水乳狀液乳狀液(W/O)。 有時(shí)為了破壞乳狀液需加入另一種表面活性劑，稱為有時(shí)為了破壞乳狀液需加入另一種表面活性劑，稱為破破乳劑乳劑，將乳狀液中的分散相和分散介質(zhì)分開。例如原油，將乳狀液中的分散相和分散介質(zhì)分開。例如原油中需要加入破乳劑將油與水分開。中需要加入破乳劑將油與水分開。30 乳化劑在建筑中的應(yīng)用乳化劑在建筑中的應(yīng)用 內(nèi)外墻乳膠漆內(nèi)外墻乳膠漆表面裝飾 可再分散乳膠粉可再分散乳膠粉水泥砂漿抗裂、增韌、防水 乳化瀝青乳化瀝青屋面、室內(nèi)防水、道路維修311.5.11 膠體膠體 膠體膠體(Colloid)是一種分散系統(tǒng)分散系統(tǒng)(Disperse s

23、ystem) 分散系統(tǒng)：分散系統(tǒng)：一種或幾種物質(zhì)分散在另一種物質(zhì)之中；一種或幾種物質(zhì)分散在另一種物質(zhì)之中； 分散相：分散相：被分散的物質(zhì)；被分散的物質(zhì)； 分散介質(zhì)：分散介質(zhì)：另一種連續(xù)分布的物質(zhì)；另一種連續(xù)分布的物質(zhì)；32分子分散系統(tǒng)（溶液）膠體分散系統(tǒng)粗分散系統(tǒng)根據(jù)分散相粒子的大小根據(jù)分散相粒子的大小表 12.0.1 分散系統(tǒng)的分類及特征系統(tǒng)分散相粒子直徑 d系統(tǒng)相態(tài)熱力學(xué)穩(wěn)定性 實(shí)例 真溶液 d 1 nm 均相 穩(wěn)定各種分子、原子、離子溶液如乙醇水溶液、NaCl 水溶液、空氣等 膠體系統(tǒng) 1d 100 nm 多相 不穩(wěn)定乳狀液、懸浮液、泡沫如牛奶、豆?jié){、泥漿等331.5.11 膠體膠體 作

24、為作為分散相分散相的粒子粒徑在的粒子粒徑在10-710-9 m，分散在分散在分散介質(zhì)分散介質(zhì)中形成的分散體系稱為膠體。中形成的分散體系稱為膠體。 分散介質(zhì)可以是氣體、液體或固體，根據(jù)分散相分散介質(zhì)可以是氣體、液體或固體，根據(jù)分散相膠體粒子在分散介質(zhì)中的密度大小，相應(yīng)行成膠體粒子在分散介質(zhì)中的密度大小，相應(yīng)行成氣氣溶膠、溶膠和凝膠。溶膠、溶膠和凝膠。 膠體因比表面積大，表面能大，吸附力強(qiáng)，具有膠體因比表面積大，表面能大，吸附力強(qiáng)，具有較大粘結(jié)力（如瀝青、硅酸鹽凝膠等）較大粘結(jié)力（如瀝青、硅酸鹽凝膠等）34表 12. 0. 2 分散系統(tǒng)按聚集狀態(tài)分類 分散介質(zhì) 分散相 名稱 實(shí)例 氣 液 固 氣溶

25、膠云、霧、噴霧煙、粉塵 液 氣 液 固 泡沫 乳狀液溶膠或懸浮液肥皂泡沫牛奶、含水原油金溶膠、油墨、泥漿 固 氣 液 固 固溶膠泡沫塑料珍珠、蛋白石有色玻璃、某些合金35膠體分散系統(tǒng)的三大基本特征：膠體分散系統(tǒng)的三大基本特征：高度分散性高度分散性多相性多相性熱力學(xué)不穩(wěn)定性熱力學(xué)不穩(wěn)定性36氣溶膠氣溶膠37硅溶膠：納米級(jí)的硅溶膠：納米級(jí)的二氧化硅二氧化硅顆粒在水中或溶劑中的分散顆粒在水中或溶劑中的分散液液 38 硅溶膠用途：硅溶膠用途：1 1、用于各種、用于各種耐火材料粘合劑耐火材料粘合劑，具有粘結(jié)力強(qiáng)、耐高溫（，具有粘結(jié)力強(qiáng)、耐高溫（1500150016001600）等特點(diǎn)）等特點(diǎn)2 2、用于

26、、用于涂料工業(yè)涂料工業(yè)，能使涂料牢固，又有抗污防塵、耐老化、防火等功能，能使涂料牢固，又有抗污防塵、耐老化、防火等功能3 3、用于薄殼、用于薄殼精密鑄造精密鑄造，可使殼型強(qiáng)度大、鑄造光潔度高。，可使殼型強(qiáng)度大、鑄造光潔度高。4 4、硅溶膠有較高的比表面積，可用于、硅溶膠有較高的比表面積，可用于催化劑制造及催化劑載體催化劑制造及催化劑載體。5 5、用于造紙工業(yè)，可作為玻璃紙防粘劑、照相用紙前處理劑、水泥袋防滑劑等、用于造紙工業(yè)，可作為玻璃紙防粘劑、照相用紙前處理劑、水泥袋防滑劑等6 6、用作紡織工業(yè)上漿劑，它與油劑并用處理羊毛、兔毛，可以改善羊毛、兔毛、用作紡織工業(yè)上漿劑，它與油劑并用處理羊毛、

27、兔毛，可以改善羊毛、兔毛的可紡性，減少斷頭，防止飛花，提高成品率，增加經(jīng)濟(jì)效益。的可紡性，減少斷頭，防止飛花，提高成品率，增加經(jīng)濟(jì)效益。39珍珠：珍珠：含含碳酸鈣碳酸鈣的礦物（的礦物（文石）珠粒，是由大量微小文石）珠粒，是由大量微小的文石晶體集合而成的。的文石晶體集合而成的。 紅玻璃紅玻璃硅凝膠硅凝膠40蛋白石：天然的硬化的二氧化硅蛋白石：天然的硬化的二氧化硅膠凝體，含膠凝體，含5-10%5-10%的水分的水分。雨花石雨花石41水化硅酸鈣的掃描電子水化硅酸鈣的掃描電子顯微鏡顯微鏡SEM圖。被稱之圖。被稱之為為“水泥之花水泥之花”42浙江大學(xué)實(shí)驗(yàn)室誕生浙江大學(xué)實(shí)驗(yàn)室誕生的的全碳?xì)饽z全碳?xì)饽z，

28、固態(tài)，固態(tài)材料密度為每立方厘材料密度為每立方厘米米0.160.16毫克毫克 ，僅為空，僅為空氣的六分之一。氣的六分之一。432011年美國(guó)年美國(guó)HRL實(shí)驗(yàn)室、實(shí)驗(yàn)室、加州大學(xué)歐文分校加州大學(xué)歐文分校和和加州理工學(xué)院加州理工學(xué)院合作制備了一種鎳構(gòu)成的合作制備了一種鎳構(gòu)成的氣凝膠氣凝膠。密度為密度為0.9mg/cm3。44硅硅( (SiO2) )氣凝膠氣凝膠這種材料雖然很輕這種材料雖然很輕( (3mg/cm3），但是非常堅(jiān)固耐用，它可以承受相當(dāng)于自身），但是非常堅(jiān)固耐用，它可以承受相當(dāng)于自身質(zhì)量幾千倍的壓力，熔點(diǎn)高達(dá)質(zhì)量幾千倍的壓力，熔點(diǎn)高達(dá)12001200攝氏度，絕緣能力比最好的玻璃纖維還要攝氏

29、度，絕緣能力比最好的玻璃纖維還要強(qiáng)強(qiáng)3939倍。倍。 45一塊重一塊重2.52.5公斤的磚頭由一塊重公斤的磚頭由一塊重2 2克的氣凝膠支撐克的氣凝膠支撐46氣凝膠制品的隔熱試驗(yàn)氣凝膠制品的隔熱試驗(yàn)二氧化硅氣凝膠又被稱作二氧化硅氣凝膠又被稱作“藍(lán)煙藍(lán)煙”、“固體煙固體煙”，是目前已知的最輕，是目前已知的最輕固體材料之一，也是迄今為止保溫性能最好的材料。因其具有納米多固體材料之一，也是迄今為止保溫性能最好的材料。因其具有納米多孔結(jié)構(gòu)（孔結(jié)構(gòu)（1100nm）、低密度（）、低密度（3250kg/m3）、低介電常數(shù)（）、低介電常數(shù)（1.12.5）、低導(dǎo)熱系數(shù)（）、低導(dǎo)熱系數(shù)（0.0130.025W/(m

30、k)）、高孔隙率（）、高孔隙率（8099.8%）、）、高比表面積（高比表面積（5001000m2/g）.47濁液、膠體、溶液的區(qū)別：濁液、膠體、溶液的區(qū)別：分散系分散系 溶溶 液液膠膠 體體濁濁 液液分散質(zhì)粒子的直徑分散質(zhì)粒子的直徑分散質(zhì)粒子分散質(zhì)粒子特特點(diǎn)點(diǎn)外外 觀觀穩(wěn)定性穩(wěn)定性能否透過濾紙能否透過濾紙能否透過半透膜能否透過半透膜1nm1nm100nm100nm離子或分子離子或分子許多分子集合許多分子集合體或高分子體或高分子巨大數(shù)目分巨大數(shù)目分子集合體子集合體 均一、透明均一、透明 均一、透明均一、透明 不均一、不均一、不透明不透明 穩(wěn)定穩(wěn)定 較穩(wěn)定較穩(wěn)定 不穩(wěn)定不穩(wěn)定 能能 能能 不能不能

31、 能能 不能不能 不能不能48粗分散系統(tǒng)粗分散系統(tǒng)膠體系統(tǒng)膠體系統(tǒng)分子分散系統(tǒng)分子分散系統(tǒng)分散法分散法凝聚法凝聚法大變小大變小小變大小變大nm100 nm1100nm1 1、分散法、分散法研磨法研磨法氣流粉碎法氣流粉碎法超聲波粉碎法超聲波粉碎法電弧法電弧法 膠體系統(tǒng)的制備膠體系統(tǒng)的制備492、凝聚法、凝聚法物理凝聚物理凝聚化學(xué)凝聚化學(xué)凝聚蒸氣凝聚法蒸氣凝聚法過飽和法過飽和法復(fù)分解反應(yīng)法復(fù)分解反應(yīng)法水解反應(yīng)法水解反應(yīng)法3、溶膠的凈化、溶膠的凈化：滲析法和超過濾法滲析法和超過濾法50 膠體的性質(zhì)膠體的性質(zhì) 光學(xué)性質(zhì)光學(xué)性質(zhì)丁達(dá)爾效應(yīng)丁達(dá)爾效應(yīng) 動(dòng)力性質(zhì)動(dòng)力性質(zhì)布朗運(yùn)動(dòng)布朗運(yùn)動(dòng) 布朗運(yùn)動(dòng)（擴(kuò)散、沉降

32、與沉降平衡）布朗運(yùn)動(dòng)（擴(kuò)散、沉降與沉降平衡） 電學(xué)性質(zhì)電學(xué)性質(zhì)電動(dòng)現(xiàn)象電動(dòng)現(xiàn)象 雙電層理論雙電層理論 電泳和電滲電泳和電滲51森林中炫麗的光線森林中炫麗的光線光學(xué)性質(zhì)光學(xué)性質(zhì)丁達(dá)爾效應(yīng)丁達(dá)爾效應(yīng)52當(dāng)一束光照射當(dāng)一束光照射Fe(OH)3膠膠體時(shí)體時(shí), ,在入射光束的垂直方在入射光束的垂直方向上可以看到膠體里出現(xiàn)向上可以看到膠體里出現(xiàn)一條光亮的一條光亮的“通路通路”, ,這種這種現(xiàn)象叫做現(xiàn)象叫做“丁達(dá)爾效應(yīng)丁達(dá)爾效應(yīng)”【膠體粒子發(fā)生的光的散膠體粒子發(fā)生的光的散射射】CuSO4溶液則沒有溶液則沒有 53用超顯微鏡可以觀察到溶膠粒子不斷地作不規(guī)則的用超顯微鏡可以觀察到溶膠粒子不斷地作不規(guī)則的Brow

33、n運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。通過大量觀察，得出結(jié)論：通過大量觀察，得出結(jié)論：粒子越小，粒子越小，Brown運(yùn)動(dòng)越運(yùn)動(dòng)越激烈。激烈。其運(yùn)動(dòng)激烈的程度不隨時(shí)間而改變，但其運(yùn)動(dòng)激烈的程度不隨時(shí)間而改變，但隨溫度隨溫度的升高而增加。的升高而增加。動(dòng)力性質(zhì)動(dòng)力性質(zhì)布朗運(yùn)動(dòng)布朗運(yùn)動(dòng)54Brown運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)是運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)是分散介質(zhì)分子以不同大小和方向的力對(duì)膠分散介質(zhì)分子以不同大小和方向的力對(duì)膠體粒子不斷撞擊而產(chǎn)生的。體粒子不斷撞擊而產(chǎn)生的。由于受到的力不平衡，所以連續(xù)以不同方向、不同速度作不規(guī)由于受到的力不平衡，所以連續(xù)以不同方向、不同速度作不規(guī)則運(yùn)動(dòng)。隨著粒子增大，撞擊的次數(shù)增多，而作用力抵消的可能則運(yùn)動(dòng)。隨著粒子增大，撞

34、擊的次數(shù)增多，而作用力抵消的可能性亦大。性亦大。當(dāng)粒子半徑大于當(dāng)粒子半徑大于5 m，Brown運(yùn)動(dòng)消失運(yùn)動(dòng)消失。膠體體系是膠體體系是熱力學(xué)不穩(wěn)定的體系熱力學(xué)不穩(wěn)定的體系，布朗運(yùn)動(dòng)是保持膠體穩(wěn)定和，布朗運(yùn)動(dòng)是保持膠體穩(wěn)定和膠體粒子分布均勻的重要原因。膠體粒子分布均勻的重要原因。55動(dòng)電性質(zhì)動(dòng)電性質(zhì)電動(dòng)現(xiàn)象電動(dòng)現(xiàn)象斯特恩擴(kuò)散雙電層模型斯特恩擴(kuò)散雙電層模型當(dāng)溶膠相對(duì)靜止時(shí)，整個(gè)溶膠當(dāng)溶膠相對(duì)靜止時(shí)，整個(gè)溶膠體系是電中性的，但當(dāng)分散相體系是電中性的，但當(dāng)分散相粒子和液體介質(zhì)相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，粒子和液體介質(zhì)相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生電位差，這種電位差就會(huì)產(chǎn)生電位差，這種電位差叫叫電動(dòng)電勢(shì)電動(dòng)電勢(shì)（ZetaZeta電

35、勢(shì)）。電勢(shì)）。膠粒是帶電的，由于靜電引力膠粒是帶電的，由于靜電引力使反粒子在表面周圍，又由于使反粒子在表面周圍，又由于分子熱運(yùn)動(dòng)，使分子熱運(yùn)動(dòng)，使反粒子在表面反粒子在表面附近呈擴(kuò)散分布。附近呈擴(kuò)散分布。離表面近的一層離表面近的一層緊密層緊密層( (內(nèi)層內(nèi)層) )，厚度，厚度 ( (約幾個(gè)水分子直徑大小，因約幾個(gè)水分子直徑大小，因?yàn)殡x子的水化所致為離子的水化所致) )，當(dāng)固體，當(dāng)固體( (膠粒膠粒) )移動(dòng)時(shí)，緊密層隨固體一起移動(dòng)。移動(dòng)時(shí)，緊密層隨固體一起移動(dòng)。 外層外層擴(kuò)散層擴(kuò)散層，緊密層與擴(kuò)散層的界面叫，緊密層與擴(kuò)散層的界面叫切動(dòng)面切動(dòng)面( (滑動(dòng)面或滑移界面滑動(dòng)面或滑移界面) )。560+

36、-ABx 緊密層緊密層擴(kuò)散層擴(kuò)散層滑動(dòng)面滑動(dòng)面 電動(dòng)電勢(shì)：電動(dòng)電勢(shì)： 0 0熱力學(xué)電勢(shì)差：熱力學(xué)電勢(shì)差：固體表面與溶液本體間的電勢(shì)差固體表面與溶液本體間的電勢(shì)差滑動(dòng)面與溶液本體間的電滑動(dòng)面與溶液本體間的電勢(shì)差。勢(shì)差。電動(dòng)電勢(shì)的數(shù)值可電動(dòng)電勢(shì)的數(shù)值可由電泳或電滲實(shí)驗(yàn)確定，由電泳或電滲實(shí)驗(yàn)確定，電動(dòng)電勢(shì)決定著膠粒在電電動(dòng)電勢(shì)決定著膠粒在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)速度。場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)速度。電動(dòng)電勢(shì)電動(dòng)電勢(shì) ：固液兩相發(fā)：固液兩相發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)滑動(dòng)面與液生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)滑動(dòng)面與液體本體間的電勢(shì)差，體本體間的電勢(shì)差，與雙與雙電層的結(jié)構(gòu)狀態(tài)有關(guān)，外電層的結(jié)構(gòu)狀態(tài)有關(guān)，外加電解質(zhì)的種類、濃度對(duì)加電解質(zhì)的種類、濃度對(duì)其影響很大。其

37、影響很大。57電泳：電泳：指膠體粒子在外電場(chǎng)作指膠體粒子在外電場(chǎng)作用下發(fā)生定向移動(dòng)的現(xiàn)象。用下發(fā)生定向移動(dòng)的現(xiàn)象。在形管兩端各插入鉑電極，在形管兩端各插入鉑電極，通電后可看到，通電后可看到，F(xiàn)e(OH)3 溶膠溶膠的紅棕色界面在陰極一端緩緩的紅棕色界面在陰極一端緩緩上升，而陽(yáng)極一端溶膠界面則上升，而陽(yáng)極一端溶膠界面則下降。這表明了下降。這表明了溶膠帶正電溶膠帶正電。從電泳的速度和方向可以反映從電泳的速度和方向可以反映出膠體粒子的大小、電荷、結(jié)出膠體粒子的大小、電荷、結(jié)構(gòu)等性質(zhì)。構(gòu)等性質(zhì)。利用電泳速度的不同還可以將利用電泳速度的不同還可以將不同帶電膠粒進(jìn)行分離。電泳不同帶電膠粒進(jìn)行分離。電泳技術(shù)

38、是生物化學(xué)領(lǐng)域經(jīng)常采用技術(shù)是生物化學(xué)領(lǐng)域經(jīng)常采用的重要分離技術(shù)，可以把不同的重要分離技術(shù)，可以把不同蛋白質(zhì)和核酸分子進(jìn)行分離。蛋白質(zhì)和核酸分子進(jìn)行分離。Fe(OH)3溶膠溶膠NaCl溶液溶液界面法測(cè)電泳裝置示意圖界面法測(cè)電泳裝置示意圖58電滲：電滲：外電場(chǎng)作用下，外電場(chǎng)作用下，分散介分散介質(zhì)質(zhì)通過多孔膜或極細(xì)的毛細(xì)管通過多孔膜或極細(xì)的毛細(xì)管而運(yùn)動(dòng)。而運(yùn)動(dòng)。電滲與電泳原理相同，而運(yùn)動(dòng)電滲與電泳原理相同，而運(yùn)動(dòng)方式相反。方式相反。在電滲過程中，在在電滲過程中，在電場(chǎng)中作定向移動(dòng)的不是溶膠電場(chǎng)中作定向移動(dòng)的不是溶膠中的分散相（膠體粒子），而中的分散相（膠體粒子），而是分散介質(zhì)（溶劑）。利用電是分散介

39、質(zhì)（溶劑）。利用電滲過程可以進(jìn)行水的凈化、對(duì)滲過程可以進(jìn)行水的凈化、對(duì)海水進(jìn)行淡化等。海水進(jìn)行淡化等。如圖示，充有如圖示，充有0.001moldm-3 KCl溶液的溶液的容器之間用容器之間用AgCl多孔塞相連，細(xì)孔道多孔塞相連，細(xì)孔道充滿充滿AgCl，多孔塞兩邊接直流電，則，多孔塞兩邊接直流電，則溶液向陰極遷移。溶液向陰極遷移。 電泳現(xiàn)象是膠粒帶電的證明，電泳現(xiàn)象是膠粒帶電的證明，電滲是分散介質(zhì)帶電的證明電滲是分散介質(zhì)帶電的證明。固體。固體表面因電離或吸附而帶電，溶液中表面因電離或吸附而帶電，溶液中有反號(hào)粒子，在電場(chǎng)作用下，反號(hào)有反號(hào)粒子，在電場(chǎng)作用下，反號(hào)粒子帶著水合水定向移動(dòng)。粒子帶著水合

40、水定向移動(dòng)。59 膠團(tuán)的結(jié)構(gòu)膠團(tuán)的結(jié)構(gòu) 膠粒的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，先有一定量的難溶物分子膠粒的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，先有一定量的難溶物分子聚結(jié)形成膠粒的中心，稱為聚結(jié)形成膠粒的中心，稱為膠核膠核； 然后膠核選擇性的吸附穩(wěn)定劑中的一種離子然后膠核選擇性的吸附穩(wěn)定劑中的一種離子(I-)，形成緊密吸附層；由于正、負(fù)電荷相吸，在緊密形成緊密吸附層；由于正、負(fù)電荷相吸，在緊密層外形成反號(hào)離子層外形成反號(hào)離子(K+)的包圍圈，從而形成了帶的包圍圈，從而形成了帶與緊密層相同電荷的與緊密層相同電荷的膠粒膠粒； 膠粒與擴(kuò)散層中的反號(hào)離子膠粒與擴(kuò)散層中的反號(hào)離子(K+) ，形成一個(gè)電中，形成一個(gè)電中性的性的膠團(tuán)膠團(tuán)。膠核膠粒膠

41、團(tuán)60例1：AgNO3 + KIKNO3 + AgI 過量的 KI 作穩(wěn)定劑 膠團(tuán)的結(jié)構(gòu)表達(dá)式 ： (AgI)m n I (n-x)K+x xK+ |_| |_|膠核膠粒（帶負(fù)電）膠團(tuán)（電中性）膠核膠粒膠團(tuán) 膠團(tuán)的圖示式：61例2：AgNO3 + KIKNO3 + AgI 過量的 AgNO3 作穩(wěn)定劑 膠團(tuán)的結(jié)構(gòu)表達(dá)式： (AgI)m n Ag+ (n-x)NO3x+ x NO3 |_|_|膠核膠粒（帶正電）膠團(tuán)（電中性）膠核膠粒膠團(tuán) 膠團(tuán)的圖示式：62如如SiO2溶膠，其膠團(tuán)結(jié)構(gòu)為溶膠，其膠團(tuán)結(jié)構(gòu)為H2H)2(nnSiO)(SiO223m2xxx若考慮一級(jí)電離若考慮一級(jí)電離HH)(nHSiO

42、)(SiO3m2xxnx再如再如Fe(OH)3溶膠溶膠(FeCl3是穩(wěn)定劑是穩(wěn)定劑)Cl3Cl)(3Fe)(Fe(OH)33m3xxnnx63影響溶膠影響溶膠穩(wěn)定性穩(wěn)定性的因素的因素2.濃度的影響。濃度的影響。濃度增加，粒子碰撞機(jī)會(huì)增多。濃度增加，粒子碰撞機(jī)會(huì)增多。3.溫度的影響。溫度的影響。溫度升高，粒子碰撞機(jī)會(huì)增多，碰撞強(qiáng)度增加。溫度升高，粒子碰撞機(jī)會(huì)增多，碰撞強(qiáng)度增加。4.膠體體系的相互作用。膠體體系的相互作用。帶不同電荷的膠粒互吸而聚沉。帶不同電荷的膠?；ノ鄢?。1.外加電解質(zhì)的影響。外加電解質(zhì)的影響。這影響最大，主要影響膠粒的帶電情況，使這影響最大，主要影響膠粒的帶電情況，使 電電

43、 位下降，促使膠粒聚結(jié)。位下降，促使膠粒聚結(jié)。64表面化學(xué)的實(shí)際應(yīng)用表面化學(xué)的實(shí)際應(yīng)用65聚乳酸聚乳酸微球，指的是聚乳酸以微球形式存在微球，指的是聚乳酸以微球形式存在。一般被用作藥物載體使用。一般被用作藥物載體使用。 66水性環(huán)氧樹脂涂料的水性環(huán)氧樹脂涂料的固化成膜過程示意圖固化成膜過程示意圖 固化成膜機(jī)理為水性環(huán)氧樹脂體系由水包油的狀態(tài)向油包固化成膜機(jī)理為水性環(huán)氧樹脂體系由水包油的狀態(tài)向油包水轉(zhuǎn)變水轉(zhuǎn)變 水性環(huán)氧樹脂涂料水性環(huán)氧樹脂涂料為多相體系，環(huán)氧樹脂以分散相形式分為多相體系，環(huán)氧樹脂以分散相形式分散在水相中，水性環(huán)氧固化劑則溶解在水中。散在水相中，水性環(huán)氧固化劑則溶解在水中。 67PM

44、MA（有機(jī)玻璃）光擴(kuò)散粉顆粒（有機(jī)玻璃）光擴(kuò)散粉顆粒產(chǎn)品應(yīng)用于：光擴(kuò)散燈罩，磨砂燈罩，霧面光擴(kuò)散燈罩、陽(yáng)光板、產(chǎn)品應(yīng)用于：光擴(kuò)散燈罩，磨砂燈罩，霧面光擴(kuò)散燈罩、陽(yáng)光板、LED發(fā)發(fā)光面板，電子顯示牌，燈箱廣告板數(shù)碼管，發(fā)光字等。光面板，電子顯示牌，燈箱廣告板數(shù)碼管，發(fā)光字等。68以工業(yè)純以工業(yè)純鋁溶膠和硅溶膠鋁溶膠和硅溶膠為原料采用溶膠凝膠工藝在工業(yè)化為原料采用溶膠凝膠工藝在工業(yè)化生產(chǎn)條件下制備了莫來石晶須，用于增強(qiáng)鈦酸鋁陶瓷和鋁合金生產(chǎn)條件下制備了莫來石晶須，用于增強(qiáng)鈦酸鋁陶瓷和鋁合金 69臺(tái)灣大學(xué)材料系利用聚苯臺(tái)灣大學(xué)材料系利用聚苯乙烯乳乙烯乳膠膠粒子以最密堆粒子以最密堆積積方式自方式自組裝

45、組裝而成的而成的膠體膠體晶晶體體( (合成蛋白石合成蛋白石) )為為模板模板製製得的聚苯胺反蛋白石。得的聚苯胺反蛋白石。圖圖中聚苯胺部分厚度中聚苯胺部分厚度約約8080奈米，奈米，規(guī)則規(guī)則排列的大空洞排列的大空洞為為乳乳膠膠粒子去除後所留下粒子去除後所留下，這這些空洞彼此又有些空洞彼此又有對(duì)稱對(duì)稱的小孔的小孔連連通。通。 左上角左上角下一下一層層的的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)可可進(jìn)進(jìn)一步一步說說明其三明其三維維有序多孔有序多孔的特性。的特性。反蛋白石光子晶體是由不同介電常數(shù)的材料構(gòu)成的一種空間周期性反蛋白石光子晶體是由不同介電常數(shù)的材料構(gòu)成的一種空間周期性結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu), ,它能夠在特定方向上禁阻、控制和操縱光子的運(yùn)

46、動(dòng)。它能夠在特定方向上禁阻、控制和操縱光子的運(yùn)動(dòng)。 70Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+OH-Ca2+OH-OH-SiO44-SiO44-SiO44-SiO44- SiO44- SiO44-C3SCa2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+OH-Ca2+OH-OH-SiO44-SiO44-OH-硅酸三鈣早期水化示意圖硅酸三鈣早期水化示意圖71H3SiO4-H4Si2O7=圖示：圖示：硅酸三鈣早期硅酸三鈣早期水水化擴(kuò)散雙電層化擴(kuò)散雙電層的的形成示意圖形成示意圖50C3SCa+OH-Ca+Ca+Ca+Ca+

47、Ca+Ca+Ca+OH-OH-OH-OH-Ca+富硅層富硅層Ca+OH-Ca+72試驗(yàn)證明陰離子高試驗(yàn)證明陰離子高效減水劑吸附在水泥效減水劑吸附在水泥顆粒表面上顆粒表面上, , 產(chǎn)生了產(chǎn)生了較高的雙電層靜電斥較高的雙電層靜電斥力力。 電位由電位由-10mv提提高到高到- -15mv50mv。這是高效減水劑能這是高效減水劑能解體水泥絮凝結(jié)構(gòu)，解體水泥絮凝結(jié)構(gòu)，在保持水泥漿體大流在保持水泥漿體大流動(dòng)性的同時(shí)，又能減動(dòng)性的同時(shí)，又能減少用水量的原因。少用水量的原因。73水泥對(duì)萘系減水劑的吸附濃度與水泥對(duì)萘系減水劑的吸附濃度與電位的試驗(yàn)曲線電位的試驗(yàn)曲線圖中圖中電位顯著增大電位顯著增大74第第2章章

48、化學(xué)動(dòng)力學(xué)初步化學(xué)動(dòng)力學(xué)初步教材第5章75第第2章章 化學(xué)動(dòng)力學(xué)初步化學(xué)動(dòng)力學(xué)初步Kinetics 的任務(wù)的任務(wù)（動(dòng)力學(xué)）（動(dòng)力學(xué)）Thermodynamics 的任務(wù)的任務(wù) （熱力學(xué)）（熱力學(xué)）化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的快慢程度如何？化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的快慢程度如何？某化學(xué)反應(yīng)是否具有實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)可行性，必須考慮某化學(xué)反應(yīng)是否具有實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)可行性，必須考慮三個(gè)問題三個(gè)問題反應(yīng)是否能發(fā)生？反應(yīng)是否能發(fā)生？ 能達(dá)到何種程度？能達(dá)到何種程度？76 熱力學(xué)解決熱力學(xué)解決反應(yīng)是否能發(fā)生？反應(yīng)是否能發(fā)生？ 能達(dá)到何種程度？能達(dá)到何種程度？通過吉布斯函數(shù)變通過吉布斯函數(shù)變r(jià)Gm判斷反應(yīng)的自發(fā)性判斷反應(yīng)的自發(fā)性rGm0反應(yīng)

49、可自發(fā)進(jìn)行反應(yīng)可自發(fā)進(jìn)行通過標(biāo)準(zhǔn)通過標(biāo)準(zhǔn)吉布斯函數(shù)變吉布斯函數(shù)變與平衡常數(shù)判斷反應(yīng)能達(dá)到的程度與平衡常數(shù)判斷反應(yīng)能達(dá)到的程度()lnrmGTkRT77主要內(nèi)容主要內(nèi)容78本章將討論實(shí)現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)需要多少時(shí)間本章將討論實(shí)現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)需要多少時(shí)間即反應(yīng)速率的問題即反應(yīng)速率的問題79 進(jìn)行較快的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行較快的化學(xué)反應(yīng) 酸堿中和、爆炸、膠片感光等酸堿中和、爆炸、膠片感光等 進(jìn)行較慢的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行較慢的化學(xué)反應(yīng) 金屬腐蝕、石油的形成、橡膠的老化等金屬腐蝕、石油的形成、橡膠的老化等 反應(yīng)速率因不同的反應(yīng)而異反應(yīng)速率因不同的反應(yīng)而異: : 火藥爆炸火藥爆炸瞬間；瞬間； 中和反應(yīng)中和反應(yīng)幾秒；幾秒； 高溫固相

50、合成無機(jī)材料、有機(jī)合成、高分子合成高溫固相合成無機(jī)材料、有機(jī)合成、高分子合成小時(shí)；小時(shí)； 橡膠老化橡膠老化年；年； 石油、煤的形成石油、煤的形成幾百萬(wàn)年幾百萬(wàn)年80化學(xué)反應(yīng)的可能性判斷：化學(xué)反應(yīng)的可能性判斷：可通過可通過吉布斯函數(shù)變吉布斯函數(shù)變 G（吉布斯 - 亥姆霍茲公式) G = HT S （P79 3-21公式）公式） G0 非自發(fā)過程非自發(fā)過程（逆向反應(yīng)自發(fā)）（逆向反應(yīng)自發(fā)）銅鋅原電池銅鋅原電池氫與氧生成水的反應(yīng)氫與氧生成水的反應(yīng)碳與氧生成二氧化碳的反應(yīng)碳與氧生成二氧化碳的反應(yīng)81Zn(s) + Cu2+(aq) = Zn2+(aq) + Cu(s)標(biāo)準(zhǔn)摩爾吉布斯函數(shù)變標(biāo)準(zhǔn)摩爾吉布斯函

51、數(shù)變反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，而且以顯著的速度進(jìn)行，原電反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，而且以顯著的速度進(jìn)行，原電池可以獲得足夠的電流點(diǎn)亮小燈泡。池可以獲得足夠的電流點(diǎn)亮小燈泡。反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，但實(shí)際上不能以顯著的速度進(jìn)反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，但實(shí)際上不能以顯著的速度進(jìn)行，在室溫下即使等一萬(wàn)年，也難以觀察到水生成。行，在室溫下即使等一萬(wàn)年，也難以觀察到水生成。反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，但實(shí)際上不能以顯著的速度進(jìn)反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，但實(shí)際上不能以顯著的速度進(jìn)行，在室溫下碳可以在空氣中穩(wěn)定地存放。行，在室溫下碳可以在空氣中穩(wěn)定地存放。82研究研究反應(yīng)的速率反應(yīng)的速率和和反應(yīng)機(jī)理反應(yīng)機(jī)理的學(xué)科。的學(xué)科。影響反應(yīng)速率的因素：影響反應(yīng)速率的因素：（1

52、）反應(yīng)物的本性；）反應(yīng)物的本性；（2）反應(yīng)物的濃度、系統(tǒng)的溫度、壓力、）反應(yīng)物的濃度、系統(tǒng)的溫度、壓力、 催化劑等；催化劑等；（3）光、電、磁等外場(chǎng)）光、電、磁等外場(chǎng)化學(xué)動(dòng)力學(xué)：化學(xué)動(dòng)力學(xué)：83化學(xué)反應(yīng)速率的快慢，跟人類的生活和生產(chǎn)緊密化學(xué)反應(yīng)速率的快慢，跟人類的生活和生產(chǎn)緊密相關(guān)。我們總希望那些對(duì)人類有益的化學(xué)反應(yīng)，如相關(guān)。我們總希望那些對(duì)人類有益的化學(xué)反應(yīng)，如鋼鋼鐵的冶煉、橡膠的合成鐵的冶煉、橡膠的合成等，進(jìn)行得快些，以利于等，進(jìn)行得快些，以利于提高提高生產(chǎn)效率生產(chǎn)效率；而希望那些時(shí)人類不利的化學(xué)反應(yīng)，如；而希望那些時(shí)人類不利的化學(xué)反應(yīng)，如金金屬的腐蝕屬的腐蝕、橡膠的老化橡膠的老化、食物的

53、腐爛食物的腐爛等進(jìn)行得慢些，等進(jìn)行得慢些，以減少損失以減少損失。因此，研究反應(yīng)速率并掌握它的規(guī)律，。因此，研究反應(yīng)速率并掌握它的規(guī)律，是一個(gè)至關(guān)重要的問題。是一個(gè)至關(guān)重要的問題。842.1 化學(xué)反應(yīng)速率的定義及表示方法化學(xué)反應(yīng)速率的定義及表示方法 化學(xué)反應(yīng)速率的定義：化學(xué)反應(yīng)速率的定義： 單位時(shí)間內(nèi)單位時(shí)間內(nèi)反應(yīng)物或產(chǎn)物反應(yīng)物或產(chǎn)物濃度改變的量濃度改變的量的的絕對(duì)值絕對(duì)值。指在一定條件下反應(yīng)物轉(zhuǎn)變?yōu)樯晌锏乃俾?。指在一定條件下反應(yīng)物轉(zhuǎn)變?yōu)樯晌锏乃俾省?化學(xué)反應(yīng)速率的表示方法化學(xué)反應(yīng)速率的表示方法 單位時(shí)間內(nèi)反應(yīng)物濃度的減少或生成物濃度的增單位時(shí)間內(nèi)反應(yīng)物濃度的減少或生成物濃度的增加（加（對(duì)密

54、閉容器中進(jìn)行的反應(yīng)對(duì)密閉容器中進(jìn)行的反應(yīng)） 單位單位 moldm-3s-1; 符號(hào)：符號(hào)：85化學(xué)反應(yīng)速率的表示方法化學(xué)反應(yīng)速率的表示方法 單位時(shí)間內(nèi)反應(yīng)物濃度的減少或生成物濃度的增加（對(duì)密閉容器中單位時(shí)間內(nèi)反應(yīng)物濃度的減少或生成物濃度的增加（對(duì)密閉容器中進(jìn)行的反應(yīng)）進(jìn)行的反應(yīng)）單位單位 moldm-3s-1; 符號(hào)：符號(hào)： 定義式（對(duì)于非依時(shí)計(jì)量學(xué)反應(yīng)）定義式（對(duì)于非依時(shí)計(jì)量學(xué)反應(yīng)）BBdndC1 d11V dVddBBtttd ：反應(yīng)進(jìn)度：反應(yīng)進(jìn)度定義為定義為； d (def)(def)（1/1/ B ）dndnB B 。d/dt：轉(zhuǎn)化速率：轉(zhuǎn)化速率* （def) （1/1/ B )(dn

55、)(dnB B/dt)/dt)B：反應(yīng)中物質(zhì)反應(yīng)中物質(zhì)B B的化學(xué)計(jì)量數(shù)（的化學(xué)計(jì)量數(shù)（生成物取正值，反應(yīng)物取負(fù)值生成物取正值，反應(yīng)物取負(fù)值）；）；dCB/dt ：由于化學(xué)反應(yīng)引起：由于化學(xué)反應(yīng)引起反應(yīng)中物質(zhì)反應(yīng)中物質(zhì)B的濃度的濃度(C B)隨時(shí)間的變化速率。隨時(shí)間的變化速率。862.1 化學(xué)反應(yīng)速率的定義及表示方法化學(xué)反應(yīng)速率的定義及表示方法對(duì)于恒容反應(yīng)，對(duì)于恒容反應(yīng)，通常以單位時(shí)間內(nèi)某一反應(yīng)物濃度通常以單位時(shí)間內(nèi)某一反應(yīng)物濃度的減少或某一生成物濃度的增加來表示的減少或某一生成物濃度的增加來表示。 設(shè)恒容下的反應(yīng)為設(shè)恒容下的反應(yīng)為 aAeEdDgG 考慮到反應(yīng)速率為正值，若考慮到反應(yīng)速率為正

56、值，若E代表反應(yīng)物，則代表反應(yīng)物，則c(E)為負(fù)值。為負(fù)值。 由于各反應(yīng)物的計(jì)量系數(shù)不同，顯然用不同反應(yīng)物由于各反應(yīng)物的計(jì)量系數(shù)不同，顯然用不同反應(yīng)物表示的反應(yīng)速率不同。將各反應(yīng)速率除以它們的計(jì)量系表示的反應(yīng)速率不同。將各反應(yīng)速率除以它們的計(jì)量系數(shù)，反應(yīng)速率就相等了。所以：數(shù)，反應(yīng)速率就相等了。所以：1111d (A)/dd (E)/dd (D)/dd (G)/dctctctctaedg87對(duì)于某個(gè)化學(xué)反應(yīng)：對(duì)于某個(gè)化學(xué)反應(yīng)：可以表達(dá)為：可以表達(dá)為：對(duì)于恒容反應(yīng)：對(duì)于恒容反應(yīng)：B：反應(yīng)中物質(zhì)反應(yīng)中物質(zhì)B的化學(xué)計(jì)量數(shù)（生成物取正值，反應(yīng)物的化學(xué)計(jì)量數(shù)（生成物取正值，反應(yīng)物取負(fù)值）；取負(fù)值）； d

57、CB/dt ：由于化學(xué)反應(yīng)引起由于化學(xué)反應(yīng)引起反應(yīng)中物質(zhì)反應(yīng)中物質(zhì)B的濃的濃 度度(C B)隨時(shí)間的變化速率。隨時(shí)間的變化速率。0 = BBB標(biāo)準(zhǔn)單位：標(biāo)準(zhǔn)單位：moldm-3 s-1aA + eE = dD + gG8888反應(yīng)速率與反應(yīng)速率與化學(xué)反應(yīng)計(jì)量式書寫化學(xué)反應(yīng)計(jì)量式書寫有關(guān)。有關(guān)。可以采用任何一種反應(yīng)物或產(chǎn)物來表示反應(yīng)速可以采用任何一種反應(yīng)物或產(chǎn)物來表示反應(yīng)速率，結(jié)果一致。一般選主反應(yīng)物。率，結(jié)果一致。一般選主反應(yīng)物。這里反應(yīng)速率是一種這里反應(yīng)速率是一種瞬時(shí)速率瞬時(shí)速率。對(duì)于多數(shù)反應(yīng)，由于反應(yīng)過程中物質(zhì)的濃度時(shí)對(duì)于多數(shù)反應(yīng)，由于反應(yīng)過程中物質(zhì)的濃度時(shí)刻處于變化之中，故反應(yīng)速率也是隨

58、時(shí)間而變刻處于變化之中，故反應(yīng)速率也是隨時(shí)間而變化的。化的。對(duì)于氣相反應(yīng)也可以用對(duì)于氣相反應(yīng)也可以用氣體的分壓氣體的分壓。89在濃度隨時(shí)間變化的圖上，在濃度隨時(shí)間變化的圖上，在時(shí)間在時(shí)間t t 時(shí)，作交點(diǎn)的切時(shí)，作交點(diǎn)的切線，就得到線，就得到 t t 時(shí)刻的瞬時(shí)時(shí)刻的瞬時(shí)速率速率。顯然，反應(yīng)剛開始，。顯然，反應(yīng)剛開始，速率大，然后不斷減小，速率大，然后不斷減小，體現(xiàn)了反應(yīng)速率變化的實(shí)體現(xiàn)了反應(yīng)速率變化的實(shí)際情況。瞬時(shí)速率對(duì)于化際情況。瞬時(shí)速率對(duì)于化學(xué)反應(yīng)而言，更具有實(shí)際學(xué)反應(yīng)而言，更具有實(shí)際意義。意義。RP反應(yīng)物產(chǎn)物90例：例： N2 (g) + 3H2 (g) = 2 NH3 (g) vB

59、: - 1 -3 2 CB(始始)： 1.0 3.0 2.0 mol/m3 t = 2s : 0.8 2.4 1.6 mol/m3 t : 2.0 2.0 2.0 s CB : -0.2 -0.6 0.4 mol/m3 v : 0.10 0.10 0.10 mol/m3 s反應(yīng)速率可通過試驗(yàn)測(cè)定。用化學(xué)方法或用物理方法測(cè)定反應(yīng)速率可通過試驗(yàn)測(cè)定。用化學(xué)方法或用物理方法測(cè)定在不同時(shí)刻反應(yīng)物或生成物的濃度，然后作出在不同時(shí)刻反應(yīng)物或生成物的濃度，然后作出c-t曲線，求得曲線，求得不同時(shí)刻的反應(yīng)速率。不同時(shí)刻的反應(yīng)速率。91上圖：硅酸三鈣與水反應(yīng)時(shí)鈣離子濃度的變化上圖：硅酸三鈣與水反應(yīng)時(shí)鈣離子濃度的

60、變化下圖：硅酸三鈣與水反應(yīng)時(shí)的放熱速率的變化下圖：硅酸三鈣與水反應(yīng)時(shí)的放熱速率的變化92水泥水化熱與水化時(shí)間的試驗(yàn)曲線水泥水化熱與水化時(shí)間的試驗(yàn)曲線上圖曲線的微分就是下圖的形狀上圖曲線的微分就是下圖的形狀93硅酸鹽水泥的水化放熱速率與水化時(shí)間的關(guān)系曲線硅酸鹽水泥的水化放熱速率與水化時(shí)間的關(guān)系曲線942.2 影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素2.2.1 濃度對(duì)反應(yīng)速率的影響濃度對(duì)反應(yīng)速率的影響2.2.2 溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響952.2.1 濃度對(duì)反應(yīng)速率的影響濃度對(duì)反應(yīng)速率的影響 反應(yīng)物只經(jīng)反應(yīng)物只經(jīng)一步反應(yīng)一步反應(yīng)就變?yōu)樯晌锏姆Q為就變?yōu)樯晌锏姆Q為基元反應(yīng)基元反