Hóa học bề mặt và keo
Hóa học bề mặt và keo nghiên cứu vật lý và hóa học của các giao diện và vật chất phân tán mịn, nơi tỷ lệ diện tích bề mặt trên thể tích lớn làm cho các lực giao diện chi phối hành vi.
Definition
Hóa học bề mặt và keo là một nhánh của hóa lý liên quan đến các tính chất của giao diện và của các hệ thống keo, trong đó một chất được phân tán mịn trong một chất khác và các hiện tượng giao diện chi phối hành vi.
Scope
Lĩnh vực này bao gồm hóa học của các giao diện và hệ thống phân tán: sức căng bề mặt và nhiệt động lực học của các giao diện; sự hấp phụ khí và chất tan lên bề mặt và các đẳng nhiệt của nó; các tính chất và độ ổn định của các phân tán keo; chất hoạt động bề mặt và sự tự lắp ráp của chúng thành micelle và màng; và cấu trúc của các giao diện tích điện và lớp điện kép. Hóa học xúc tác của bề mặt có liên quan đến động học, trong khi ở đây trọng tâm là nhiệt động lực học, lực và cấu trúc giao diện.
Sub-topics
Core questions
- Sức căng bề mặt phát sinh từ nhiệt động lực học của các giao diện như thế nào?
- Các phân tử hấp phụ lên bề mặt như thế nào, và những đẳng nhiệt nào mô tả quá trình này?
- Những lực nào làm ổn định hoặc làm mất ổn định các phân tán keo?
- Chất hoạt động bề mặt tự lắp ráp như thế nào, và các giao diện tích điện cấu trúc dung dịch xung quanh như thế nào?
Key concepts
- Sức căng bề mặt và năng lượng giao diện
- Đẳng nhiệt hấp phụ
- Phân tán keo và độ ổn định
- Chất hoạt động bề mặt và sự tự lắp ráp
- Lớp điện kép
Key theories
- Đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir
- Sự hấp phụ lên một bề mặt đồng nhất với một số lượng cố định các vị trí tương đương và không có tương tác giữa các phân tử hấp phụ dẫn đến một độ phủ bão hòa theo áp suất hoặc nồng độ, đây là mô hình cơ bản của hấp phụ bề mặt.
- Lý thuyết DLVO về độ ổn định của keo
- Độ ổn định của các hạt keo tích điện được điều chỉnh bởi sự cân bằng giữa các lực van der Waals hấp dẫn và các lực đẩy của lớp điện kép, giải thích tại sao các phân tán bị kết tụ khi thêm muối làm che chắn lực đẩy.
Clinical relevance
Hóa học bề mặt và keo là nền tảng của xúc tác dị thể, chất tẩy rửa và nhũ tương, sơn, thực phẩm và dược phẩm, độ ổn định của mực và gốm sứ, hành vi của màng sinh học và tế bào, và các quá trình như tuyển nổi, làm ướt và xử lý nước.
History
Thomas Graham đã phân biệt keo với tinh thể vào những năm 1860; Gibbs đã đặt nền tảng nhiệt động lực học cho các giao diện, công trình đầu thế kỷ XX của Langmuir đã thiết lập lý thuyết phân tử về hấp phụ và đơn lớp, và lý thuyết DLVO của những năm 1940 đã giải thích định lượng độ ổn định của keo.
Key figures
- Irving Langmuir
- Thomas Graham
- Jacob Israelachvili
Related topics
Seminal works
- langmuir1916
- adamson1997
- israelachvili2011
Frequently asked questions
- Tại sao các hiệu ứng giao diện lại chiếm ưu thế trong keo mà không phải trong vật chất khối?
- Các hạt keo rất nhỏ đến mức một phần lớn các phân tử của chúng nằm ở bề mặt; tỷ lệ diện tích bề mặt trên thể tích khổng lồ này làm cho năng lượng và lực giao diện, vốn không đáng kể trong các mẫu khối, kiểm soát hành vi của hệ thống.
- Điều gì giữ cho một phân tán keo không bị lắng xuống?
- Các lực đẩy giữa các hạt, chủ yếu là lực đẩy tĩnh điện từ các bề mặt tích điện và lực đẩy không gian từ các lớp hấp phụ, giữ chúng cách xa nhau chống lại các lực van der Waals hấp dẫn; khi các lực đẩy này giảm đi, các hạt sẽ kết tụ và phân tán bị mất ổn định.