胶体与表面化学课件.ppt

胶体与表面化学,东北石油大学石油工程学院,章 节 结 构,第五章 表面活性剂,第四章 界面现象和吸附,第三章 凝胶,第二章 胶体的制备和性质,第一章 绪论,第六章 乳状液,要 求主要是通过本课程的学习，使学生掌握胶体与表面化学原理在石油工程中的应用，用胶体化学理论解释油田开发中的一些现象，用胶体与表面化学原理解决油田开发中所遇到的一些问题。,教学目的本课程为石油工程专业的必修课，其目的是使学生掌握胶体与表面化学的基本原理和基本理论，为其它专业课的学习奠定坚实的理论基础。,难点胶体的电学性质、DLVO理论，表面活性剂的Gibbs吸附方程及应用，Langmuir等温吸附式及应用；HLB值的计算与应用,教学重点 胶体的制备方法及原理；胶体的性质；胶体稳定性；表面现象及应用；吸附作用原理及应用；表面活性剂的性质和分类；表面活性剂在油田中的应用。,第一章 绪论,东北石油大学石油工程学院,一、基本概念,无机化学,有机化学,物理化学,化学,分析化学,一、基本概念,相、界面、表面、比表面 S0=S/V 对于立方体：S0=6L2/L3=6/L 对于球体：S0=3/R胶体化学、表面化学,二、胶体体系,粘土-水分层小实验,二、胶体体系,1、胶体体系定义及体系的分类,2、特 点,（1）特有的分散程度,（2）多相不均匀性,（3）热力学不稳定性,3、常见胶体体系,气、固、液三相除气气外，形成8种胶体体系,4、分 类,分散介质,气 溶 胶,将气体作为分散介质所形成的溶胶。当分散相为固体或液体时，形成气-固或气-液溶胶，但没有气-气溶胶，因为不同的气体混合后是单相均一体系，不属于胶体。A.气-固溶胶 如:烟，含尘的空气 B.气-液溶胶 如:雾，云,液 溶 胶,将液体作为分散介质所形成的溶胶。当分散相为不同状态时，则形成不同的液溶胶：A.液-固溶胶 如：油漆，AgI溶胶B.液-液溶胶 如：牛奶，原油乳状液C.液-气溶胶 如：泡沫,固 溶 胶,将固体作为分散介质所形成的溶胶。当分散相为不同状态时，则形成不同的固溶胶：A.固-固溶胶 如:有色玻璃，合金B.固-液溶胶 如:珍珠C.固-气溶胶 如:泡沫塑料，沸石分子筛,三、胶体与石油工程的关系,1、油田的发现2、钻井 钻井液 完井、固井3、采油：油气水、多孔介质与液相的相互作用。一次采油 二次采油 三次采油 压裂4、增产增注措施 酸化,防蜡 防砂5、油水井的正常维护 化学堵水 稠油降粘 破乳6、油气集输 乳化,三、胶体与石油工程的关系,四、胶体化学的发展史,古老而年轻的科学,史 前：陶器,汉 朝：纤维造纸,后 汉：墨的发明、豆腐制作,古 埃 及：木材浸水膨胀来破裂山岩,瑞 典：化学家Scheele于1777年木炭 吸附气体实验,俄罗斯：1809年化学家土粒的电泳,英国：1829年Brown发现了Brown运动,一八六一年以前,四、胶体化学的发展史,1861年，英国科学家Graham系统研究。,Thomas Graham 实验,I:一些物质，如氯化钠等无机盐，可以透过半透膜，溶液蒸干后，溶质以晶体形式析出。晶体II：如氢氧化铁、蛋白质等，其溶液不能透过半透膜，蒸干后，以粘稠形式出现。胶体,1861年,Thomas Graham 实验,实验现象,1）糖、无机盐、尿素等溶液，扩散快，易从羊皮纸渗析出来；2）明胶、氢氧化铝、硅酸等，扩散慢，不能或难以渗析出来。,若将待测溶液蒸去水分后：前者(扩散快者)：易于成晶体析出；后者(扩散慢者)：大多成无定型的胶状物；Graham首先提出这种胶状物为“胶体”，其溶液叫作“溶胶”。,Thomas Graham 实验,胶体化学的发展中的飞跃,1907年,近现代,德国化学家Ostwald创办了胶体化学和工业杂志。,纳米材料的应用，为胶体化学的发展提供了新的方向。,五、胶体化学研究的对象,研究对象：溶胶、凝胶、乳状液、表面活性剂、界面现象等等。人们不仅要研究这些体系的基本性质，而且要研究与其基本性质相联系的许多实际问题。例如：(1)明矾为什么能净水？(2)肥皂为什么能去污？(3)向高空抛撒的粉剂为什么能人工降雨？(4)鱼汤为什么能“冻”起来？(5)含水原油如何脱水？,现代应用,胶体化学的应用领域,(1)分析化学中的吸附指示剂，离子交换、沉淀物的可滤性等(2)物理化学中的成核作用，过饱和液(3)生物科学中的电泳、膜现象(4)化学制造中的催化剂、洗涤剂、润滑剂、粘结剂等(5)环境科学中的气溶胶、泡沫和污水处理(6)材料科学中的陶瓷、水泥塑料等(7)石油科学（重中之重）,六、胶体与表面化学的发展,1、自然科学带动胶体与表面化学的提高：现代物理化学理论，解决胶体化学中的基本理论问题；现代精密仪器和方法解决胶体化学许多悬而未决的问题；胶体知识应用广泛，丰富了科学内容，促进了对知识的探索。2、工农业飞跃发展对胶体表面化学提出新要求：新产品开发：单分散溶胶制备，超细颗粒；老产品升级：洗涤剂、化妆品、染料；旧工艺更新：三采、血液流变学、正电荷溶胶。,1861年Thomas Graham提出“胶体”等胶体化学词汇，标志胶体化学的产生。Colloid源自希腊文的(胶)，意为粘稠状的物质。,Thomas Graham 英国化学家(1805-1869),七、著名学者,傅鹰（），物理化学家和化学教育家。中国胶体科学的主要奠基人。他献身科学和教育事业长达半个多世纪，对发展表面化学基础理论和培养化学人才做出了贡献。他倡导在高等院校开展科学研究，创建了我国胶体化学第一个教研室，并培养了第一批研究生。傅鹰字肖鸿，祖籍福建省闽侯县，年月日出生于北京。童年时代受到在外务部供职的父亲傅仰贤的薰陶，深感国家频遭外国列强欺侮，是国家贫弱和清廷腐败所致，遂萌发了强国富民的愿望。年他入燕京大学化学系学习，轰轰烈烈的“五四”运动和新青年杂志对他有很大的影响，从此发奋苦读，立志走科学救国的道路。年公费赴美国留学，年以后，在密执安（）大学研究院获得科学博士学位，时年岁。,七、著名学者,傅鹰是我国少数有突出贡献的物理化学家之一，尤其在胶体和表面化学的研究上有着很深的造诣。他从青年时代起，就对我们祖先制造陶器，发明纸、墨，加工面食等许多最早应用胶体的实例发生浓厚的兴趣。胶体科学是研究物质在一定介质中经高度分散而成的分散体系和表（界）面现象的科学。虽说胶体的应用几乎和人类文明史一样长久，但对它进行系统的理论研究却是进入世纪以后才开始的。傅鹰正是从年代初到美国留学时，加入到胶体和表面化学开拓性研究的行列之中。在密执安大学研究院，他师从巴特尔教授，主攻表面现象和吸附作用，旁及多种胶体体系。他潜心研究，勇于探索，取得了系统而有开创性的丰硕成果，受到国际学术界的重视和好评。,七、著名学者,戴安邦，男，1901年4月生。江苏丹徒人。1924年毕 业于金陵大学化学系。后赴美留学，1931年获哥伦比亚大学博士学位。著名无机化学家、教授、博士生导师，中科院院士。主要研究方向 胶体化学 配位化学.他在南京大学筹建胶体化学专业，1955年首批大学生毕业。,七、著名学者,陈宗淇 1932年生，浙江人。教授。1953年毕业于复旦大学化学系，1957年考入北大化学系研究生，1961年毕业后在山东大学化学系工作。1979年升为副教授，1986年为正教授，到青岛化工学院工作。是第一批国务院批准的硕士生导师。自1983年开始，承担国家自然科学基金任务共六项，其中三项为主持。在国内外著名杂志上发表论文百余篇。出版著作有：胶体化学（高教）（1985）、物理化学与胶体化学实验（1983）（高教）、胶体化学实验（山大出版社）（1987），获1978年“工农泥浆”科学大会奖，1984年“低固相不分散湿浆”石油部科技进步奖。1990年获山东省教委科技进步奖。1992年“分散体系的异常流变性”获山东省科委科技进步奖。1994年再次获省科技进步奖，1995年获国家科技进步奖。享受国务院特殊津贴。,七、著名学者,虞宏正（）胶体化学、物理化学家和教育家。毕生致力于农科大学的教育和科学研究，为国家培育了几代科学技术人才；还长期从事胶体化学和热力学的研究工作，创建并组织领导了一批科学研究机构，为我国西北地区的农业科学教育事业做出了开拓性工作。,七、著名学者,江龙 福建人，1933年出生于上海，中国科学院化学研究所研究员，2001年当选中国科学院院士。1953年毕业于南京大学化学系胶体化学专业。1960年研究生毕业于莫斯科苏联科学院物理化学研究所，获副博士学位。长期从事胶体与界面化学研究。早年跟随戴安邦先生从事硅酸聚合理论的研究，研究了关于SiO2溶胶胶凝速度与pH关系的定量理论，并于1982年获国家自然科学二等奖。八十年代初从事代油燃料水煤浆以及强化采油的研究。解决了高浓度分散体系（70）流动与稳定性的一系,列难题。在强化采油工作中，开展了界面流变的研究，自行设计和制造了扭摆界面粘度计，证明了稳定性与界面粘度的密切关系，得到学术界的普遍认可。八十年代以来，在国内倡导并开展有序分子薄膜及生物分子电子器件的研究。在仿生酶膜、仿视觉薄膜、泡囊仿生传感器，DNA生物传感器以及纳米颗粒制备、组装和纳米颗粒生物效应等研究中做了大量创造性工作，其中利用变色泡囊测定大肠杆菌的系列工作发表在J.Amer.Chem.Soc.和 Langmuir等国际著名杂志上，得到国际学术界的高度评价。曾任中国化学会第一届分子有序组合体委员会主任，发起了中日双边LB膜会议和亚洲有序薄膜会议，担任过一届亚洲有序薄膜会议、两届中日双边LB膜会议主席。在推动我国胶体与界面化学的研究和发展方面作出了重要贡献。曾获国家自然科学二等奖等八项奖励，学术论文186篇,著作一本，译著三本，国家发明专利7项。并在中国科学院研究生院讲授“胶体与界面化学”近10年。1998年获中国科学院教育局优秀导师奖。,七、著名学者,Thank You!,