《現(xiàn)代化學基礎叢書32:膠體科學》用通俗易懂的語言，引用大量的實例和圖示，重點闡述膠體科學的基礎知識和基本原理。全書分為如下5個部分：（一）膠體科學基礎，包括第1、2、3、4章，這一部分的主要內(nèi)容為膠體及膠體科學簡介、膠體粒子的特點及其質(zhì)量和尺寸的表征方法、膠體研究中常見的大分子體系的特點；（二）膠體體系的重要性質(zhì)，包括第5、6、7章，分別闡述膠體粒子的雙電層現(xiàn)象、流變性質(zhì)以及電動性質(zhì)；（三）膠體的穩(wěn)定性，包括第8、9兩章，主要內(nèi)容包括憎液膠體的抗聚結穩(wěn)定性、大分子對膠體穩(wěn)定性的影響；（四）不同膠體體系的制備及性質(zhì)，包括第10、11、12章，主要闡述憎液溶膠的制備及生長規(guī)律、泡沫及乳狀液的穩(wěn)定性、締合膠體的形成及膠束形成熱力學；（五）習題及參考答案，包括各章思考題、第13章和第14章，其中第13章為附加習題，第14章為各章思考題／習題的參考答案。
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《現(xiàn)代化學基礎叢書32:膠體科學》適合作為膠體化學、高分子化學專業(yè)的本科生及研究生的參考教材，也適合用作物理化學、材料、食品、制藥、生物等領域科技人員的參考書。
目錄
序
譯者的話
前言
第1章 引言 1
1.1 什么是膠體科學？ 1
1.2 膠體體系的重要特征 2
1.2.1 尺寸 2
1.2.2 界面 3
1.2.3 相互作用 3
1.2.4 時間尺度 3
1.3 膠體科學歷史簡要回顧 3
1.4 膠體的分類 4
1.4.1 按穩(wěn)定性劃分 4
1.4.2 按相組成劃分憎液膠體 5
1.4.3 重要膠體概覽 6
1.5 粒子形狀 7
1.6 簡單氣體與溶膠的相似之處 8
思考題 10
第2章 粒子尺寸分布 12
2.1 多分散和單分散膠體 12
2.2 不同的平均方法 12
2.3 有代表性的質(zhì)量分布 13
2.4 平均相對分子質(zhì)量 15
2.4.1 數(shù)均相對分子質(zhì)量 16
2.4.2 質(zhì)均相對分子質(zhì)量 16
2.4.3 Z均相對分子質(zhì)量 17
2.5 多分散度 18
2.6 比表面積 18
思考題 18
第3章 粒子質(zhì)量和大小的測量 20
3.1 滲透壓法 20
3.1.1 理想溶液 20
3.1.2 非理想體系的滲透壓 21
3.1.3 第二維里系數(shù)的物理意義 22
3.1.4 非理想溶液示例 24
3.1.5 滲透壓計 24
3.2 顯微鏡法 24
3.3 庫爾特（Coulter)顆粒計數(shù)儀 26
3.4 沉降法 27
3.4.1 沉降速度 27
3.4.2 沉降平衡 28
3.4.3 超離心機中的沉降 28
3.4.4 沉降測量技術 29
3.4.5 沉降天平 30
3.5 擴散和布朗運動 31
3.6 光的吸收和散射 33
3.6.1 引言 33
3.6.2 電磁波 34
3.6.3 光的散射 36
3.6.4 光散射法測定粒子摩爾質(zhì)量 38
3.6.5 瑞利（Rayleigh)公式忽略了干涉效應 39
3.6.6 形狀因子F(Q)由粒子內(nèi)部的干涉引起 39
3.6.7 結構因子S(Q)由粒子間的干涉引起 41
3.7 超顯微鏡 42
3.8 利用動態(tài)光散射測量擴散系數(shù) 42
思考題 43
附錄 44
3.A 連續(xù)沉降曲線 44
3.B 根據(jù)Einstein方法推導擴散系數(shù)D 44
3.C 折射率增量的引入 45
3.D 由散射計算濁度 45
3.E 波矢量 45
3.F Zimm圖 46
3.G 光散射中的噪聲分析 47
第4章 大分子 48
4.1 什么是大分子？ 48
4.2 可溶性大分子 48
4.3 溶液中鏈狀分子的構象 51
4.4 理想無規(guī)線團 52
4.5 大分子線團是稀薄的 54
4.6 鏈段間的相互作用導致線團膨脹或收縮 54
4.6.1 致密的大分子 55
4.6.2 溶脹的線團 55
4.7 稀溶液、半稀溶液和濃溶液 56
4.8 很多蛋白質(zhì)分子可以視為不良溶劑中的鏈狀大分子 58
4.9 聚電解質(zhì) 58
4.9.1 強電解質(zhì)舉例 58
4.9.2 弱聚電解質(zhì)舉例 59
4.9.3 兩性聚電解質(zhì) 60
4.10 凝聚和復合凝聚 60
4.11 大分子鏈被溶劑溶脹形成具有網(wǎng)絡結構的凝膠 61
思考題 63
附錄 63
4.A 理想線團的均方根末端距 63
4.B 具有固定鍵角和側鏈的碳鏈 64
4.C 高斯熵彈簧 65
第5章 雙電層 66
5.1 膠體粒子在水中以反離子的形式釋放出電荷 66
5.2 帶電的膠體粒子被擴散的電荷所包圍 66
5.3 反離子的擴散分布：能與熵的折中 67
5.4 帶電表面附近離子的Boltzmann分布 68
5.5 離子吸附造成表面荷電 69
5.6 表面電荷：由離子吸附實驗獲得 70
5.7 能斯特定律決定表面對離子的吸附 71
5.8 古伊-查普曼（Gouy-Chapman)模型的雙電層電勢曲線 72
5.9 總的擴散電荷和表面電荷 74
5.10 斯特恩（Stern)模型 76
5.11 雙電層中的熵與能 77
5.12 離子的特異性吸附可以使表面電荷發(fā)生反轉(zhuǎn) 78
5.13 帶電粒子的排鹽效應 79
5.14 可視為膜平衡的排鹽現(xiàn)象-唐南（Donnan)效應 81
思考題 83
附錄 84
5.A 靜電作用的相關公式 84
5.B 能斯特（Nernst)定律 87
5.C 泊松-玻耳茲曼（Poisson-Boltzmann)方程的不同求解 88
5.D 斯特恩（Stern)模型 89
5.E 雙電層中能量和熵的計算 90
5.F 平板附近的同離子排出效應 90
第6章 流變學 91
6.1 流變學描述物質(zhì)在外力作用下的流動和形變行為 91
6.2 流動是通過剪切速率和剪切應力之間的關系來表征的 93
6.3 泊肅葉（Poiseuille)定律描述牛頓流體在管中的流動 94
6.4 測量黏度的兩種方法 94
6.5 非牛頓行為的分類 95
6.5.1 靜態(tài)行為 96
6.5.2 非靜態(tài)行為 97
6.6 分散的粒子增加體系黏度 98
6.7 親液溶膠的黏度僅取決于粒子的體積分數(shù)，而與粒子大小無關 98
6.7.1 非溶脹粒子 99
6.7.2 非溶脹型粒子的濃溶液 100
6.8 溶脹的粒子：低剪切速率下的不帶電高分子溶液 100
6.9 低剪切速率下的聚電解質(zhì)溶液 102
6.10 形變與粒子間相互作用導致非牛頓行為 103
6.11 高剪切速率下的高分子溶液的黏度 103
思考題 104
附錄 105
泊肅葉（Poiseuille)方程的推導 105
第7章 電動學 107
7.1 液體通過帶電表面時產(chǎn)生電動現(xiàn)象 107
7.2 剪切平面是流動液體和帶電表面之間的邊界 108
7.3 離子拖動液體：電滲 109
7.4 液體沿著帶電表面的流動引起的電流或電壓：流動電流或流動電勢 110
7.5 膠體粒子在電場中的運動：電泳 111
7.6 電泳速度的測量 113
7.6.1 界面移動法 113
7.6.2 顯微電泳法 114
7.6.3 高頻方法 115
7.6.4 利用電泳原理的定性測量方法 115
7.7 Zeta電勢的解釋 116
思考題 116
附錄 117
7.A 電滲方程的推導 117
7.B 大粒子的電泳速度 118
7.C 流動電流的計算 118
第8章 憎液膠體的抗聚結穩(wěn)定性及DLVO理論 119
8.1 憎液膠體的分散狀態(tài)并不是熱力學平衡 119
8.2 當膠體粒子之間的距離小于粒子直徑時，van der waals引力很大 120
8.3 同號雙電層的重疊導致排斥 123
8.4 總相互作用能有極大值，但在高鹽濃度下此值降低 126
8.5 臨界絮凝濃度 127
8.6 絮凝開始時的情況 129
8.6.1 絮凝速率的測量 131
8.6.2 聚集體的尺寸分布 132
8.7 分形絮體和粒子凝膠的形成 133
8.8 懸浮液的穩(wěn)定性 134
8.9 膠體的穩(wěn)定性在哪些地方起作用？ 135
思考題 136
附錄 137
8.A Hamaker公式的推導 137
8.B 靜電斥力公式的推導 138
8.C 臨界絮凝濃度表達式的推導 139
第9章 高分子對膠體穩(wěn)定性的影響 140
9.1 憎液溶膠的穩(wěn)定性可通過加入高分子提高或降低 140
9.2 非吸附高分子的影響：排空作用 140
9.3 膠體粒子表面的厚高分子層具有穩(wěn)定膠體的作用 141
9.3.1 具有高分子刷的粒子 141
9.3.2 用環(huán)與尾吸附的高分子 144
9.3.3 飽和吸附的高分子鏈提高膠體穩(wěn)定性 146
9.3.4 不飽和吸附的高分子層通過在粒子間“成橋”降低膠體穩(wěn)定性 146
9.4 聚電解質(zhì)可以使憎液溶膠穩(wěn)定或絮凝 148
9.5 高分子在許多膠體體系中均有應用 149
思考題 149
第10章 憎液溶膠的制備 151
10.1 憎液溶膠是介穩(wěn)的 151
10.2 由相圖得出共存相的組成 151
10.3 分散：從粗糙到精細 153
10.4 凝聚法：從非常精細到精細 154
10.5 由過飽和體系制備粒子（凝聚法) 155
10.6 兩種情形 157
10.6.1 成核與生長同步 157
10.6.2 先成核，后生長 157
10.7 溶膠的老化 159
10.8 溶膠的純化 159
思考題 160
第11章 泡沬和乳狀液的穩(wěn)定性 161
11.1 泡沫和乳狀液 161
11.2 氣泡和液滴內(nèi)部的壓力高于外部 162
11.3 小氣泡或液滴在大氣泡或液滴存在時收縮：歧化（Ostwald熟化） 162
11.4 液體由氣泡或液滴之間的縫隙流出：排液 164
11.5 DLVO理論適用于界面上有離子型表面活性劑的排液水膜 165
11.6 有關液膜破裂的完全理論尚未建立 166
思考題 167
第12章 締合膠體 168
12.1 兩親分子締合為膠體粒子 168
12.2 膠束化可用“封閉締合”模型來描述 169
12.3 質(zhì)量守恒定律在膠束化過程中得以充分體現(xiàn) 170
12.4 “停止”機制并非停止膠束在一維或二維空間的生長 173
12.5 微乳 176
12.6 測定CMC的五種方法 176
思考題 180
附錄 181
12.A AG與Km之間的關系 181
12.B 關于Gibbs 公式 181
第13章 附加習題 182
13.1 粒子尺寸分布 182
13.2 滲透壓 182
13.3 沉降 183
13.4 光散射 184
13.5 大分子 184
13.6 雙電層 185
13.7 雙電層與Donnan平衡 186
13.8 流變學 187
13.9 電動學 189
13.10 溶膠的制備和穩(wěn)定性 191
13.11 締合膠體 193
第14章 參考答案 195
參考書目 228
8.9膠體的穩(wěn)定性在哪些地方起作用？
溶膠和懸浮液的膠體穩(wěn)定性在很多過程和現(xiàn)象中有重要的作用。我們僅舉幾個例子：
（1）土壤結構。好的耕地土壤應具有開放的結構，以允許輸運水和空氣。即土壤粒子應當不具有膠體穩(wěn)定性，以形成疏松多孔的絮凝體系。如圖8.12中所示，當小土壤顆�；ハ嗯懦鈺r（膠體穩(wěn)定），形成的沉淀過于緊密，不利于水和空氣的交換。因此，在好的土壤體系中，黏土顆粒應互相吸引。當土壤中有足夠多的二價Ca2+時，情況通常是這樣的。但是，當海水沖擊過黏土土壤后，很大一部分Ca2+被Na+所取代。雖然這時黏土粒子尚未達到膠體穩(wěn)定狀態(tài)（粒子表面的電荷還不夠多），但當這種土壤再次被淡水沖擊時，Na+也被濾出，體系中就有足夠高的剩余電荷，土壤顆粒就達NT膠體穩(wěn)定狀態(tài)，從而形成致密的沉淀。為了修復這樣的土壤，補救措施是通過灌溉等方法向土壤中加入含Ca2+的礦物，如CaSO4。
土壤結構也可以在高分子的存在下得到改進（參見第9章）。植物中的多糖可形成天然高分子（腐殖酸），后者對粒子間的相互作用存在有利影響。有時候，合成高分子也用作土壤改進劑。
（2）粒子涂層。電視機的熒光屏和日光燈的燈管從內(nèi)部涂了一層能在電子撞擊下發(fā)光的粉末。這種材料是以懸浮液的形式使用的。為了得到致密且均勻的涂層，這一懸浮液必須具有膠體穩(wěn)定性。
（3）水處理。在廢水處理中，一個重要步驟是除掉不易沉降的膠體污染物。這些粒子通常帶負電，通過加入多價陽離子（Al鹽，F(xiàn)e鹽），我們可以實現(xiàn)這些粒子的絮凝。也可以使用高分子絮凝劑。它們是如何作用的將在第9章中予以解釋。當泥沙粒子絮凝時，對這些活性泥沙去水化是非常有意義的。這樣會得到非常容易過濾的多孔沉淀。
（4）三角洲的形成。當河流入海時，河水攜帶的膠體粒子沉降下來。其中一個原因是變慢的流速，此外鹽濃度的增加導致絮凝和快速沉降也是一個重要原因。這個現(xiàn)象的一個實例是當南海+封閉時，由伊塞爾河形成的三角洲因失去鹽度而變小。
（5）化石化。在死亡的有機質(zhì)的孔和毛細管中，硅酸鹽不斷累積，最后形成二氧化硅膠體粒子。經(jīng)過很長的時間后，這些硅膠體粒子絮凝，就形成了化石，如樹化石。
（6）非水體系。有很多在非水溶劑中的膠體分散系，如油漆、煤灰及分散在油中的材料，如油脂等。雖然DLV0理論在這些體系中也適用，但存在很多不同之處。其中一個最重要的方面是非水液體的介電常數(shù)通常比水溶液的小得多。很多電解質(zhì)在這樣的介質(zhì)中根本不電離。這導致的結果是：雙電層非常厚，表面電荷很低。屏蔽效應大大降低，CCC的概念失去了意義。為了實現(xiàn)良好的膠體穩(wěn)定性，通常需要加入高分子。一些強酸（如硫酸）在有機溶劑中溶解得很好，也能夠發(fā)生解離，從而能夠形成一層表面電荷。
（7）油漆。油漆是膠體尺寸的顏料顆粒分散在高分子濃溶液中的分散系。高分子（黏合劑）必須變干以形成均一的光滑薄膜并通過發(fā)生化學交聯(lián)而不溶。在這個過程中，顏料顆粒不應發(fā)生聚集，因為聚集會導致形成粒狀突起且著色變差。當使用混合顏料時，兩種分散系很可能帶有相反的電荷，這樣的混合物是不穩(wěn)定的，在一定的組成范圍內(nèi)將發(fā)生聚集。
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