胶体与表面化学在实际中的应用(之一)

（之一）

1、引言

胶体与表面化学是物理化学的一个重要组成部分，是一门应用性极强的学科，它所研究的领域涉及到化学、物理学、材料科学、环境科学、生物化学等，是诸学科的交叉和重叠。因此，它的应用领域是极其广泛的，近年Hiemenz就列举了涉及胶体和表面化学的实例：（1）分析深化中的吸附指示剂、离子交换、沉淀物的可滤性、色谱等；（2）物理化学中的成核作用，过饱和及液晶等；（3）生物化学和分子生物学中的电泳、膜现象、蛋白质和核酸等；（4）化学制造中的催化剂、洗涤剂、润滑剂、粘合剂等；（5）环境科学中的气溶胶、泡沫、污水处理等；（6）材料科学中的陶瓷制品、水泥、纤维、塑料等；（7）石油科学中的油器回收、乳化等；（8）日用品中的牛奶、啤酒、雨衣等。

以上均是胶体与表面化学的基本理论在实际中的应用，我从中选取了几个实例，运用所学过的知识，从以下三方面进行了简单的分析。

2、理论应用实际

（1）胶体与表面化学在日常生活中的应用

眼镜防雾

众所周知，当玻璃表面温度低于大气露点或对其呵气，均会有小水滴凝结在玻璃上，亦即所谓“起雾”，它防碍光线透过，显然若能阻止水在表面上形成半球形水滴即可达到防雾目的。

关键词：亲水性，润湿，铺展，表面张力，表面活性剂

理论原理：增大铺展系数，使液体在固体表面上自动展开，形成一层薄膜。

实验方法：

从表面化学角度说，最基本的方法是提高玻璃表面的亲水性，使其易为水所润湿，形成薄薄的水层，这样便不产生光散射而变得透明，一种最简单的方法是在玻璃（包括透明塑料）表面涂上表面活性剂溶液，由于表面活性剂能大大降低水的表面张力，故使水易于在玻璃表面上铺展，涂表面活性剂的缺点是耐久性差，为提高活性剂对玻璃的粘附性，可将其与含有亲水性的高分子物质（如聚丙烯酸）并用。

雨衣防水

关键词：憎水性，接触角，监界表面张

理论原理：增大固液界面的接触角θ，使液滴呈球状不润湿固体。

以往的雨衣均为致密的棉织品，将其纤维表面加以防水处理（即令其表面憎水化）使水/布之间的接触角θ变大，如图所示，故水不能自由通过而起防水作用，但空气可以透过，所谓水不能自由通过是指在加压条件下可以透过纤维间隙，目前使用的耐洗性防水剂有吡啶盐型和羟甲基酰胺型等。

常用的塑料雨衣为聚氯乙烯等薄膜制品，其监界表面张力为39mN/m，而水的表面张为72mN/m左右，故聚氯乙烯本身具有憎水性，不被水润湿。

洗涤剂的去污作用

洗涤剂的去污作用是一个很复杂的过程，它与渗透、乳化、分散、增溶以及起泡等各种因素有关，不同的污垢，要求不同的洗涤剂。

关键词：表面活性剂，界面，表面张力，吸附

理论原理：表面活性物质的分子能定向地排列于任意两相之间的界面层中产生正吸附，使界面的不饱和力场得到某种程度的补偿，从而降低界面张力，使系统的表面吉布斯函数降低，稳定性增加。

表明由于水的界面张力大，而且润湿性差，只靠水是不能去污的。

说明加入洗涤剂后洗涤剂分子以亲油基向固体表面或污垢的方式吸附，结果在机械力作用下污垢开始从固体表面脱落洗涤剂分子在干净固体表面和污垢粒子表面上形成吸附层或增溶，使污垢脱离固体表面而悬浮在水相中很容易被水冲走。

一种好的洗涤剂应能吸附在固（如织物）-水界面和污垢-水界面上，表面活性剂一般都能吸附在水-气界面上使表面张力降低，有利于形成泡沫，但这并不表示它必然是一种好的洗涤剂，根据起泡的多少来判断洗涤剂的好坏实际上是人们的一种误解。例如：非离子型表面活性剂一般有很好的洗涤效果，但并不是好的起泡剂，表面活性剂产生泡沫的多少不是唯一判断洗涤剂好坏的指标，在工业上或用洗衣机洗涤时人们都喜欢用低泡洗涤剂。

单独使用洗涤剂中的有效成分（如C2～C4烷基苯磺酸钠）其去污效果并不显著，只有添加某些助剂后，才能进一步提高去污力，例如：Na2CO3、三聚磷酸钠、羟甲基纤维素或甲基纤维素等，称为污垢悬浮剂，对洗下的污垢起到分散作用，其中三聚磷酸钠等是最好的和应用最广的助剂，它与水中Ca2+和Mg2+形成不被织物吸附的可溶性螯合物，有助于避免形成浮渣和防止污垢再沉积。

纸上电泳

生物化学中常用电泳来分离各种氨基酸和蛋白质等，医学上利用血清的“纸上电泳”可以协助诊断患者是否有肝硬变。

关键词：电泳、电泳速度

理论原理：在外电场的作用下，不同的胶体粒子在分散介质中以不同的电泳速度定向移动。

将血清样品点在湿的滤纸条上通电后，血清中荷负电的清蛋白以及α、β、γ三种球蛋白，由于其分子量和电荷密度不同，向正极的电泳速度不同，故可将它们彼此分离，再经显色处理，便可获得电泳图谱。

结果分析：

纸上电泳是用惰性的滤纸作胶体泳动时的支持体，试验时，不仅样品用量少（微量），而且可避免电泳时扩散和对流的干扰，因此特别适用于混合物的分离和组分含量的测定。