无机及分析化学 溶液和胶体.ppt

1、1,第一章 溶液和胶体,Solution and Colloid,2,1.1 分散系1.2 气体1.3 溶液浓度的表示方法1.4 稀溶液的通性 1.5 胶体溶液 1.6 高分子溶液和乳浊液,3,学习要求,1.了解分散系的分类及主要特征。2.掌握理想气体状态方程式和气体 分压定理。3.掌握溶液浓度的表示方法。4.掌握稀溶液的通性及其应用。5.理解胶体的基本概念、结构及其性质。6.了解高分子溶液、表面活性物质、乳 浊液的基本概念和特征。,4,1.1 分散系,分散系（disperse system）:由一种或几种物质分散到另一种物质中所形成的体系.分散相（dispersed phase）:被分散的物

2、质，粒子间有间隔，或称不连续相，相当于溶液中的溶质;分散介质（dispersion medium）:容纳分散相的均匀介质，或称连续相，相当于溶液中的溶剂.分散质和分散剂可以是固体、液体或气体。,5,按聚集状态分类的各种分散系,6,世界最轻固体气凝胶：,气凝胶是一种世界上最轻的固体，可以经受住1公斤炸药的爆炸威力，让你远离1300摄氏度以上喷灯的高温。从下一代网球球拍到执行火星探险任务的宇航员所穿的超级隔热太空服，科学家们正在努力探索这种物质的新用途。,7,星尘号探测器携带的气凝胶所捕捉到的彗星尘埃,尽管气凝胶属于一种固体，但这种物质99%是由气体构成，这使得它外观看起来像云一样。研究人员认为，

3、一些形式的由铂金制成的气凝胶能用于加速氢的产生。这样的话，气凝胶就能用来生产以氢为基础的燃料。,8,引言,按分散相粒子大小分类的液体分散系,分散相 分散系类型 分散相 主要性质 粒子直径 100nm 粗分散系：分子的大集合体 多相,不稳定,扩散很慢 乳浊液、颗粒不能透过滤纸 悬浮液,9,1.2 气体 1.2.1 理想气体状态方程式(ideal or perfect gas equation)p为气体的压力，SI单位为Pa；V为气体的体积，SI单位为为m3；n为物质的量，SI单位为mol；T为气体的热力学温度，SI单位为K；R为气体常数，8.314J.mol-1.K-1,10,理想气体：一种假想

4、的气体。真实气体，特别是非极性分子或极性小的分子，在压力不太高，温度不太低的情况下，若能较好地服从理想气体状态方程，则可视为理想气体。例1-1 某氢气钢瓶容积为50.0 L,25.0 时，压力为500k Pa，计算钢瓶中氢气的质量。解：根据理想气体方程式,钢瓶中氢气的质量为：10.1 mol-12.01 gmol-1=20.3 g,11,1.2.2.分压定律分压:在相同温度时，某组分气体单独占有混合气体 总体积时的压力。道尔顿（Dalton）分压定律：或推论：,两式相除,可得,或 表明混合气体组分B的分压等于组分B的摩尔分数与混合气体总压之乘积。,12,在同温同压的条件下，气态物质的量与它的体

5、积成正比，因此混合气体中组分气体B的体积分数等于物质B的摩尔分数，即 所以,例1-2 冬季草原上的空气主要含氮气(N2)、氧气（O2）和氩气（Ar）。在压力为9.7104 Pa及温度为-22 时的一份空气试样经测定其中氮气、氧气和氩气的体积分数依次为0.780、0.21、0.010。计算收集试样时各气体的分压。解：p(N2)=0.78 p=0.789.7104 Pa=7.6104 Pa p(O2)=0.21 p=0.219.7104 Pa=2.0104 Pa p(Ar)=0.01 p=0.019.7104 Pa=0.97104 Pa,13,1.3 溶液浓度的表示方法,14,1.3.1 物质的量

6、浓度 CB 物质的量浓度，单位为molL-1。nB 物质B的物质的量，单位为mol。V 混合物的体积，单位为L。,15,注意：使用物质的量单位mol时，要指明物 质的基本单元。,例：c(KMnO4)=0.10 molL1 c(1/5KMnO4)=0.10 molL1 的两种溶液。两种溶液浓度数值相同，但是，它们所表示1 L溶液中所含KMnO4的物质的量n是不同的，前者为0.10mol，后者为0.10/5=0.02mol。,16,1.3.2 质量摩尔浓度,bB 质量摩尔浓度，单位为molKg-1。nB 溶质B的物质的量，单位为mol。mA 溶剂的质量，单位为kg。,17,1.3.3 摩尔分数,n

7、BB的物质的量，SI单位为mol；n 混合物总的物质的量，SI单位为mol；量纲为1。,18,两组分的溶液系统：,溶质B的摩尔分数:溶剂A的摩尔分数:任何一个多组分系统，则,19,1.3.4 质量分数,mB 物质B的质量；m 混合物的质量；wB 物质B的质量分数，量纲为1。,20,例1-3 求(NaCl)=10%的NaCl水溶液中溶质和溶剂的 摩尔分数。,解：根据题意，100 g溶液中含有NaCl 10 g，水 90g。即 m(NaCl)=10 g,而m(H2O)=90 g 因此,21,1.3.5 几种溶液浓度之间的关系,1.物质的量浓度与质量分数 cB 溶质B的物质的量浓度;溶液的密度;wB

8、溶质B的质量分数;MB 溶质B的摩尔质量。,22,2物质的量浓度与质量摩尔浓度,cB 溶质B的量浓度;溶液的密度;m 溶液的质量;nB 溶质B的物质的量。,23,若该系统是一个两组分系统，且B组分的含量较少，则溶液的质量m 近似等于溶剂的质量 mA，上式可近似成为：,若该溶液是稀的水溶液，则：,24,1.4 稀溶液的通性溶液有两大类性质：1.与溶液中溶质的本性有关：颜色、比重、酸碱性和导电性等2.与溶液中溶质的独立质点数有关 如溶液的蒸气压、凝固点、沸点和渗透压等。,25,1、蒸气压下降（The lowering of the vapor pressure)2、沸点上升(The elevati

9、on of the boiling point)3、凝固点降低(The depression of the freezing point)4、渗透压(The phenomenon of osmotic pressure),难挥发的非电解质稀溶液有一定的共同性和规律性。该类性质称为稀溶液的通性，或称为依数性。包括四个方面：,26,1.4.1 溶液蒸气压的下降,饱和蒸气压(po)（saturated vapor pressure）将一种纯液体（纯溶剂）置于一个密封容器中，当蒸发为气态的溶剂粒子数目与气态粒子凝聚成液态的溶剂粒子数目相等时，这时液体上方的蒸气所具有的压力。,温度升高，蒸气压增大,蒸气

10、压温度曲线,27,固体也有饱和蒸气压。如干冰、萘、碘等固体，蒸气压很大，可直接由固体变成气体（升华）。饱和蒸气压与物质的种类有关。有些物质的蒸气压很大，如乙醚、汽油等，有些物质的蒸气压很小，如甘油、硫酸等。蒸气压的大小，与液体分子间的吸引力有关，吸引力越大，蒸气压越小。极性分子的吸引力强，蒸气压小。非极性分子的吸引力小，蒸气压大。分子量越大，分子间的作用力越强，蒸气压越小。,28,溶液的饱和蒸气压:指的是溶液中，作为溶剂的那种物质，所具有的饱和蒸气压（分压力）。溶液的饱和蒸气压同样与温度密切相关：,溶液的蒸气压下降 同一温度下，溶液的蒸气压比纯溶剂的蒸气压要小，它们之间的差值，叫“溶液的蒸气压

11、下降”。,29,溶液的蒸气压下降,当溶质分散于溶剂之中，溶液表面的部分位置，被溶质分子所占据，使得单位表面所能逸出的溶剂的分子个数减少，因此溶液蒸气压较之纯溶剂有所降底。,30,法国物理学家拉乌尔(FMRoult)在1887年总结出一条关于溶液蒸气压的规律。,=p0 xAp 溶液的蒸气压，单位为Pa；p0 溶剂的饱和蒸气压，单位为Pa；xA 溶剂的摩尔分数。,31,由于 xA+xB=l，即 xA=lxB，所以 p=p0(1xB)=p0p0 xB,0 p=p0 xB p=p0 p=p0 xB p溶液蒸气压的下降值，单位为Pa；xB 溶质的摩尔分数。结论:在一定温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸气压

12、的下降值与溶质的摩尔分数成 正比。拉乌尔定律,32,1.4.2 溶液沸点的升高和凝固点下降1.溶液的沸点上升,沸点：液体蒸气压与外界压力相等时的温度。,难挥发物质的溶液的沸点总是高于纯溶剂的沸点，二者之差为：Tb=Tb T0=kbbB kb称为溶剂的沸点升高常数，单位为Kkgmol-1。,沸点上升示意图,33,2.溶液的凝固点下降,溶液的凝固点总是低于纯溶剂的凝固点 Tf=T0Tf=kf bBkf 称为溶剂的凝固点降低常数。,特点kf只与溶剂有关，与溶质本性无关同种溶剂：kf kb,凝固点：液相和固相蒸气压相等时的温度固相与液相 共存时的温度。,凝固点下降示意图,34,*水的相图,相图：在不同

13、温度和压力下，系统的气、液、固三态可以互相转化，用几何图形表示这种转化，称为相图。COB区域固态冰 AOC区域液态水 AOB区域气态水 OC,熔化曲线，固液共存 OB,升华曲线，固气共存 OA,气化曲线，气液共存作用:分析体系平衡时存在的物相的状态,以及物相变化的规律,35,表1-3几种溶剂的Kb和Kf,36,估算溶质的相对分子质量：,例1-5 有一质量分数为1.00%的水溶液,测得其凝固点为273.05K计算溶质的相对分子质量。解：根据公式：Tf=KfbB 则有 所以有,由于溶液的浓度较小，所以mA+mBmA，即mB/mA1.00%溶质的相对分子质量为183,37,冷冻剂工作原理食盐-冰（3

14、0g NaCl+100g H2O(s)）-22CaCl2-冰（42.5g CaCl2+100g H2O(s)）-55 冰因吸收环境热量稍有熔化,表面有少量液态水存在,NaCl与冰混合时产生 NaCl 溶液,由于生成的溶液中水的蒸气压力小于冰的蒸气压力,使冰熔化而大量吸热,使周围物质的温度降低。防冻剂工作原理冬天为防止汽车水箱冻裂，可加入甘油、乙二醇等以降低水的凝固点，避免因结冰，体积膨胀而使水箱破裂。,38,环境温度发生较大改变时，植物细胞中的有机体会产生大量可溶性碳水化合物来提高细胞液浓度，凝固点下降，使细胞液能在较低的温度环境中不结冻。温度升高时，细胞液浓度增加，细胞液蒸气压下降较大，使得

15、细胞的水份蒸发减少，因此表现出植物的抗旱能力。,植物的抗旱性和抗寒性,39,1.4.3 溶液的渗透压,渗透：由物质粒子通过半透膜单向扩散的现象。半透膜：一种多孔分离膜，它可以选择性地让一部分物质通过，而不让某些物质地通过。常见的半透膜有鸡蛋膜、鸡的嗉囊、鱼鳔、蚕豆种皮、玻璃纸、青蛙皮、动物膀胱、肠衣、蛋白质胶膜，火棉胶膜以及其他一些可从生物体上剥离的薄膜类物质。活细胞内的生物膜只允许水分子自由通过，它所选择的离子、小分子物质可以通过，而其他的离子、小分子和大分子不能透过，是严格的半透膜。,40,渗透压示意图,渗透压：为维持半透膜所隔开的 溶液与纯溶剂之间的渗透平衡而需要的超额压力。即阻止渗透作

16、用进行时所需加给的额外压力。,41,V=nBRT即=cBRT,溶液的渗透压，单位为Pa；cB溶液的浓度，单位为mo1L-1；R气体常数，为8.31103 PaLmol-1K-1；T体系的温度，单位为K。,稀溶液渗透压与 浓度、温度的关系,在定温下，溶液的渗透压与溶质的浓度成正比。溶液愈稀，公式愈准确。,42,渗透现象不仅在溶液与溶剂之间存在，在不同浓度溶液中同样存在.等渗溶液：相等渗透压的溶液彼此称为等渗溶液；等渗溶液在药学上有重要意义,如眼药水必须与眼球组织内的液体具有相同的渗透压，否则会引起疼痛；静脉注射用的盐水与血液是等渗溶液.高渗溶液：对于渗透压不相等的两种溶液，渗透压相对高的叫高渗溶液；低渗溶液：渗透压相对较低的叫做低渗溶液。,43,将红细胞置于不同浓度的NaCl溶液中，在显微镜下观察发现：,在生理盐水中,在较浓的NaCl溶液中,在较稀的NaCl溶液中,红细胞逐渐皱缩，皱缩的红细胞互相聚结成团。这是因为红细胞内液的渗透压力低于浓NaCl溶液，红细胞内的水向外渗透引起。,红细胞的形态没有什么改变，因为生理盐水与红细胞内液的渗透压力相等，细胞内外液处于渗透平衡状态。,红细胞逐渐胀