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医护化学教材
第一章溶液和胶体
溶液和胶体是物质的不同存在形式，在自然界中普遍存在，与工农业生产以及人类生命活动过程有着密切的联系。
广大的江河湖海就是最大的水溶液，生物体和土壤中的液态部分大都为溶液或胶体。
溶液和胶体是物质在不同条件下所形成的两种不同状态。
例如NaCl溶于水就成为溶液，把它溶于酒精则成为胶体。
那么，溶液和胶体有什么不同呢？
它们各自又有什么样的特点呢?
要了解上述问题，需要了解有关分散系的概念。
1．1分散系及其分类
1．1．1分散系的概念
一种或几种物质分散在另一种物质里所形成的系统称为分散系统，简称分散系。
例如粘土分散在水中成为泥浆，水滴分散在空气中成为云雾，奶油、蛋白质和乳糖分散在水中成为牛奶等都是分散系。
在分散系中，被分散的物质叫做分散质（或分散相），而容纳分散质的物质称为分散剂（或分散介质）。
在上述例子中，粘土、水滴、奶油、蛋白质、乳糖等是分散质，水、空气就是分散剂。
分散质和分散剂的聚集状态不同，分散质粒子大小不同，分散系的性质也不同。
我们可以按照物质的聚集状态或分散质颗粒的大小将分散系进行分类。
1．1．2分散系的分类
物质一般有气态、液态、固态三种聚集状态，若按分散质和分散剂的聚集状态进行分类，可以把分散系分为九类，见表1－1。
表1－1分散系分类
（一）
分散质
分散剂
实例
固
液
气
固
液
气
固
液
气
液
液
液
固
固
固
气
气
气
糖水、溶胶、油漆、泥浆
豆浆、牛奶、石油、白酒
汽水、肥皂泡沫
矿石、合金、有色玻璃
珍珠、硅胶、肌肉、毛发
泡沫塑料、海绵、木炭
烟、灰尘
云、雾
煤气、空气、混合气
若按分散质粒子直径大小进行分类，则可以将分散系分为三类，见表1－2。
表1－2分散系分类
（二）
类型
粒子直径/nm
分散系名称
主要特征
分子、离子分散系
＜1
真溶液
最稳定，扩散快，能透过滤纸及半透
膜，对光散射极弱。
单相系统
胶体分散系
1～100
高分子溶液
很稳定，扩散慢，能透过滤纸及半透膜，对光散射极弱，粘度大。
溶胶
稳定，扩散慢，能透过滤纸，不能透过半透膜，光散射强。
多相系统
粗分散系
＞100
乳状液
悬浊液
不稳定，扩散慢，不能透过滤纸及半透膜，无光散射
分子与离子分散系统中，分散质粒子直径<1nm，它们是一般的分子或离子，与分散剂的亲和力极强，均匀、无界面，是高度分散、高度稳定的单相系统。
这种分散系统即通常所说的溶液，如蔗糖溶液、食盐溶液。
胶体分散系中，分散质粒子直径为1～100nm，它包括溶胶和高分子化合物溶液两种类型。
一类是溶胶，其分散质粒子是由许多一般的分子组成的聚集体，这类难溶于分散剂的固体分散质高度分散在液体分散剂中，所形成的胶体分散系称为溶胶。
例如氢氧化铁溶胶、硫化砷溶胶、碘化银溶胶、金溶胶等。
溶胶中，分散质和分散剂的亲和力不强，不均匀，有界面。
故溶胶是高度分散，不稳定的多相系统。
由于亲和力不强，故又称为疏液溶胶（或憎液溶胶）。
另一类是高分子化合物溶液，如淀粉溶液、纤维素溶液、蛋白质溶液等。
高分子溶液中，分散质粒子是单个的高分子，与分散剂的亲和力强，故高分子溶液是高度分散、稳定的单相系统。
高分子溶液在某些性质上与溶胶相似。
由于高分子粒子与溶剂的亲和力强，故又称为亲液溶胶。
粗分散系中，分散质粒子直径>100nm，用普通显微镜甚至肉眼也能分辩出，是一个多相系统。
按分散质的聚集状态不同，粗分散系又可分为两类：
一类是液体分散质分散在液体分散剂中，称为乳状液，如牛奶。
另一类是固体分散质分散在液体分散剂中，称为悬浊液，如泥浆。
由于粒子大，容易聚沉，分散质也容易从分散剂中分离出来，故粗分散系统是极不稳定的多相系统。
以上三类分散系之间虽然有明显的区别，但没有明显的界线，三者之间的过渡是渐变的，某些系统可以同时表现出两种或者三种分散系的性质，因此以分散质粒子直径大小作为分散系分类的依据是相对的。
本章将重点讨论溶液和胶体分散系的一些性质。
1．2溶液的浓度
溶液的浓度是指一定量溶液或溶剂中所含溶质的量。
由于“溶质的量”可取物质的量、质量、体积，溶液的量可取体积，溶剂的量常可取质量、体积等，所以在实际生活中我们所遇到的浓度的表示方法是多种多样的[1]。
下面重点介绍几种常用的浓度表示方法。
1．2．1物质的量及物质的量浓度
物质的量是国际单位制SI规定的一个基本物理量，用来表示系统中所含基本单元的量，用符号“n”表示，其单位为摩尔（简称摩），符号mol。
摩尔是一系统物质的物质的量，该系统中所包含的基本单元数与0.012kg12C的原子数目相等时，其物质的量为1mol。
1mol12C所含的原子数，叫阿佛加德罗常数，用“NA”表示，其数值为6.02×1023。
因此，1摩尔任何物质，均含有NA个基本单元。
在使用物质的量时，基本单元应予指明，它可以是分子、原子、离子、电子及其他粒子，也可以是这些微粒的特定组合。
基本单元要求用加圆括号的化学式（或化学式的组合）表示，而不宜用中文名称。
例如“1摩尔氢”的质量多大？
这句话的含义较模糊。
这里所指的氢到底是氢气（H2）还是氢原子（H）？
前者的质量比后者大一倍，因此，1molH2相当于2molH。
当基本单元为微粒特定组合时，通常用加号连接，例如4mol（H2＋0.5O2）就是4molH2和2molO2的特定组合。
再如，求
KMnO4的物质的量时，若分别用KMnO4和作基本单元，则相同质量的KMnO4
其物质的量之间有如下关系：
n（KMnO4）＝＝5n（5KMnO4）
可见，基本单元的选择是任意的，它既可以是实际存在的，也可以根据需要而人为设定。
1mol物质的质量称为该物质的“摩尔质量”，符号为M，单位为kg·mol－1，常用单位为g·mol－1。
例如1mol12C的质量是0.012kg，则12C的摩尔质量M（C）＝12g·mol－1。
任何分子、原子或离子的摩尔质量，当单位为g·mol－1时，数值上等于其相对原子质量、相对分子质量或离子式量。
若用m表示B物质的质量，则该物质的物质的量为：
（1－1）
物质的量浓度，是指单位体积溶液中所含溶质B的物质的量，以符号cB表示。
（1－2）
式中，表示溶液中溶质B的物质的量，V表示溶液的体积，B是溶质的基本单元。
cB的SI单位为摩尔每立方米（mol·m－3），法定单位为摩尔每升（mol·L－1）。
例1－1将36g的HCl溶于64gH2O中，配成溶液，所得溶液的密度为1.19g·mL－1求c（HCl）为多少？
解：
已知m（HCl）＝36gm（H2O）=64gd=1.19g·mL－1
M（HCl）=36.46g·mol－1，
m（HCl）＝=428.4g
由
则
例1－2用分析天平称取1.2346gK2Cr2O7基准物质，溶解后转移至100.0mL容量瓶中定容，试计算c（K2Cr2O7）和
解：
已知
由于溶液的体积随温度而变，导致“物质的量浓度”也随温度而变。
为避免温度对数据的影响，常使用不受温度影响的浓度表示方法，如质量摩尔浓度，质量分数等。
1．2．2质量摩尔浓度
1000g溶剂中所含溶质B的物质的量，称为溶质B的质量摩尔浓度，用符号bB表示，单位为mol·kg－1。
表达式为：
（1—3）
例1－350g水中溶解0.585gNaCl，求此溶液的质量摩尔浓度。
解：
NaCl的摩尔质量M（NaCl）＝58.44g·mol－1
质量摩尔浓度与体积无关，故不受温度变化的影响，常用于稀溶液依数性的研究。
对于较稀的水溶液来说，质量摩尔浓度近似地等于其物质的量浓度。
1．2．3摩尔分数
在一物系中，某物质i的物质的量ni占整个物系的物质的量n的分数称为该物质i的摩尔分数，符号为xi，其量纲为1，表达式为：
（1—4）
对于双组分系统的溶液来说，若溶质的物质的量为nB，溶剂的物质的量为nA，则其摩尔分数分别为：
（1—5）
显然，xA＋xB＝1
对于多组分系统来说，则有∑xi＝1
1．2．4质量分数
混合系统中，某组分B的质量（mB）与混合物总质量（m）之比，称为组分B的质量分数，用符号ωB表示，其量纲为1，表达式为：
（1—6）
质量分数，以前常称质量百分浓度（用百分率表达则再乘以100％）。
1．2．5质量浓度
每升溶液中所含溶质B的质量（g），用符号ρ表示,单位为g·L－1,计算公式为:
（1—7）
例1－4在常温下取NaCl饱和溶液10.00cm3，测得其质量为12.003g，将溶液蒸干，得NaCl固体3.173g。
求：
（1）物质的量浓度，
（2）质量摩尔浓度，（3）饱和溶液中NaCl和H2O的摩尔分数，（4）NaCl饱和溶液的质量分数，（5）质量浓度。
解：
（1）NaCl饱和溶液的物质的量浓度为：
（2）NaCl饱和溶液的质量摩尔浓度为：
（3）NaCl饱和溶液中
（4）NaCl饱和溶液的质量分数为：
（5）NaCl饱和溶液的质量浓度为：
1．3稀溶液的依数性
溶质的溶解过程是个物理化学过程。
溶解的结果是溶质和溶剂的某些性质相应地发生了变化，这些性质变化可分为两类：
一类是溶质本性不同所引起的，如溶液的密度、体积、导电性、酸碱性和颜色等的变化，溶质不同则性质各异。
另一类是溶液的浓度不同而引起溶液的性质变化，如蒸气压下降、沸点上升、凝固点下降、渗透压等，是一般溶液的共性。
这些性质只与溶质的粒子数目有关，而与溶质的本性无关，如不同种类的难挥发的非电解质葡萄糖、甘油等配成相同浓度的水溶液，它们的沸点上升、凝固点下降、渗透压等几乎都相同，所以称为溶液的依数性。
溶液的依数性只有在溶液的浓度很稀时才有规律，而且溶液越稀，其依数性的规律性越强。
稀溶液的依数性与溶剂的相平衡有关，因此先介绍溶剂水的相平衡及其相图。
1．3．1水的相图
被人为划定作为研究对象的物质叫系统。
在一个系统中，物理性质和化学性质完全相同并且组成均匀的部分称为相。
如果系统中只有一个相叫做单相系统，含有两个或两个以上相的系统则称为多相系统。
系统里的气体，无论是纯气体还是混合气体，总是单相的。
系统中若只有一种液体，无论是纯液体（如水）还是真溶液（如NaCl水溶液）也总是单相的。
若系统里有两种液体，则情况较复杂:
酒精和水这两种液体能以任意比例混合，则是单相系统，而乙醚与水其中间有液—液界面隔开，为互不相溶的油和水在一起构成两相系统。
不同固体的混合物，是多相系统，如花岗岩是由石英、云母、长石等多种矿物组成的多相系统。
不同相之间具有明显的光学界面，光由一相进入另一相会发生反射和折射，光在不同相里行进的速度不同。
相和态是两个不同的概念，态是指物质的聚集状态，如上述由乙醚和水所构成的系统，只有一个状态——液态，却包含有两个相。
相和组分也不是一个概念。
例如同时存在水蒸气、液态水和冰的系统是三相系统，但这个系统中只有一个组分——水。
冰、水、水蒸气的化学组成相同，三者之间的转化没有发生化学变化，却发生了相的变化。
固、液、气三相之间的转化称为相变，相变达到平衡状态时称为相平衡。
为了表示水的固、液、气三态之间在不同温度和压力下的平衡关系，以压力为纵坐标，温度为横坐标，表达系统状态及温度和压力间关系的图称为相图或状态图。
水的相图由三条线、三个区和一个点组成。
OA线是水的蒸气压曲线，它代表了水和蒸气两相平衡关系随温度和压力的变化。
OA线上的各点表示在某一温度下所对应的水的蒸气压，或达到水的某一蒸气压时，所需的对应温度。
所以OA线上的各点表示的是水和其蒸气长久共存的温度和压力条件。
A点为临界点，该点的温度是374℃，称临界温度（高于此温度时，不论多大的压力也不能使水蒸气液化）；此点的
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