物质聚集状态、分散体系与界面化学.pptVIP

1、1,第一章 物质聚集状态、分散系与界面化学,2,第一章 物质聚集状态、分散系与界面化学, 1-1 物质聚集状态 1-2 分散系 1-3 溶液的浓度 1-4 稀溶液的依数性 1-5 胶体溶液 1-6 粗分散系与界面化学简介,3,1-1 物质聚集状态,一、 气体 二、 液体 三、 固体,4,一、气体,1理想气体状态方程 气体的基本特征：扩散性和可压缩性 忽略气体分子本身占有的空间和分子间作用力，该气体就是理想气体 实际气体在低压高温条件下，才能被近似地看成理想气体,5,理想气体状态方程为 pV=nRT (1-1),式中R 为摩尔气体常数， R=8.314 Pam3K-1mol-1。 由于1 J =

2、1 Pam3， 所以 R=8.314 JK-1mol-1。,6,2道尔顿分压定律,对两种或两种以上互不发生化学反应的理想气体的混合物，其状态方程是 pV=(n1+n2+ni)RT =n总RT pV=n1RT+n2RT+niRT =n总RT P=p1+p2+ +pi,7,混合气体中任意理想气体B在同一温度下占有混合气体体积时所呈现的压力称为气体B的分压力pB,气体B分压力pB： pB=xBp xB-组分气体B的摩尔分数,8,3阿玛格分体积定律,混合气体中任意理想气体B在具有与混合气体相同的温度和压力时所占有的体积称为气体B的分体积VB。类似分压定律的推导，混合气体中气体B的分体积VB为 VB=x

3、BV,9,4相对湿度,相对湿度H：H = pw / p*w 通常H以百分数表示。式中pw代表大气中实测的水蒸气压，p*w 代表该温度条件下的饱和水蒸气压。,10,二、 液体,液体的特征 液体的性质 (1)蒸气压 (2)沸点,(3)凝固点,11,三、固体,晶体与非晶体 (1)概念 (2)晶体与非晶体的不同点 a 可压性和扩散性均不同 b 晶体有规则的几何外形，非晶体没有 c 晶体有固定的熔点，非晶体没有 d 晶体有各向异性，非晶体则是各向同性的,12,1-2 分散系,一、分散系的概念 二、分散系的分类 三、分散度与比表面积,13,一、分散系的概念,分散系：一种或几种物质分散在另一种物质里所形成的

4、系统称为分散系统 ，简称分散系。如泥浆、云雾、牛奶等分散系。 分散质：被分散的物质叫做分散质(或分散相)； 分散剂：而容纳分散质的物质称为分散剂(或分散介质)。,14,二、分散系的分类,若按分散质粒子直径大小进行分类，则可以将分散系分为九类，见教材P3 表11。 按分散质和分散剂的聚集状态可把分散系分为三类，见教材P4 表12。,15,2 胶体分散系中，分散质粒子直径为 1100 nm，它包括溶胶和高分子化合物溶液两种类型。 一类是溶胶，如氢氧化铁溶胶、硫化砷溶胶、碘化银溶胶、金溶胶等。 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。,16,1-3 溶液的浓度,一、物质的量

5、二、物质的量浓度 三、质量摩尔浓度 四、摩尔分数 五、质量分数 六、质量浓度,17,一、 物质的量,物质的量是国际单位制(SI)规定的七个基本单位之一的基本量的名称，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。1mol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，也可以是这些粒子的特定组合。基本单元要求用加圆括号的化学式(或其组合)表示，不宜用中文名称。,18,例1：已知M(KMnO4)=158 gmol-1。现有158g KMnO4，若基本 单元各 为 KMnO4、 KMnO4、 2

6、KMnO4，求相应物质的量？ 解： n (KMnO4)= m /M (KM nO4)=158g/(158 gmol-1)= 1 mol n ( KMnO4)= m /M ( KMnO4) =158g / 158 gmol-15 = 5 mol 即： n ( KMnO4)= 1 mol n (2KMnO4)= m /M (2KMnO4) = 158g / 158 gmol-12 =0.5 mol 即：2n(2KMnO4)= 1 mol 所以n (KMnO4)= n ( KMnO4)= 2n(2KMnO4) (此例说明了以上注意点。基本单元不同，n值不同，但均是描述158g KMnO4，均是正确的

7、。何时用 KMnO4？应根据计算需要而定。),19,二、物质的量浓度,指单位体积溶液中所含溶质B的物质的量，以符号cB表示，SI单位为摩尔每立方米(molm-3)，法定单位：摩尔每升(molL-1) 。,20,例2 求质量分数为10%的NaCl水溶液中溶质和溶剂的摩尔分数？若该溶液密度 =1.01gmL-1,求c(NaCl)、 c( NaCl)、及 b(NaCl)。 解：已知：wB=10 %， =1.01gmL-1= 1.01kg L-1，则 100g该溶液 : mA=m (H2O)=90g, mB=m (NaCl)=10g M (H2O)=18.0gmol -1, M (NaCl)=58.5

8、gmol-1 所以n (NaCl)= m (NaCl)/ M (NaCl)= 10g / (58.5g mol-1)=0.17 mol n (H2O)= m (H2O)/ M (H2O)= 90g/ (18.0gmol -1) =5.0 mol x(NaCl)= n (NaCl)/ n (NaCl)+ n (H2O) = 0.17 mol/ (5.0 + 0.17) mol=0.03 x (H2O)= n (H2O)/n(NaCl)+ n (H2O) = 5.0 mol/ (5.0 + 0.17) mol =0.97 c (NaCl)= w(NaCl)/ M (NaCl) =0.10 1.01

9、kg L-1/ (58.510 -3kgmol-1) =1.73 molL-1 c( NaCl)=2c(NaCl)= 2 1.73 mol L-1=3.46 molL-1 b(NaCl)= n(NaCl)/ m(H2O)= 0.17 mol/(90 10 -3kg)=1.89molkg-1,21,1-4 稀溶液的依数性,一、水的相图 二、稀溶液的依数性 三、强电解质理论,22,溶液的性质,与溶质的本质有关的性质,第一类,第二类,与溶质的本质无关、只与溶液中单位体积的粒子数目有关的性质,(亦称稀溶液的依数性),溶液的蒸气压下降 溶液的沸点升高 3. 溶液的凝固点降低 4. 溶液的渗透压,溶液的颜

10、色、体积、导电性、 溶解度等,1-4 稀溶液的依数性 (本章重点，解释与计算),第一类,23,一、水的相图,被人为划为研究对象的物质叫系统。系统中物理性质和化学性质完全相同且组成均匀的部分称为相。如单相系统或多相系统。 无论是纯气体还是混合气体，总是单相的。若只有一种液体，则是单相系统。若有两种液体，则是单相系统或两相系统。不同固体的混合物，是多相系统。 相和态不同：太，是物质的存在状态（如常态下的水和油） 相和组分也不是一个概念,24,水、冰的蒸气压与温度的关系示意图,A,O,101.3,Tb*,Tf*,p/(kPa),Tf*=0(273K),Tb*=100(373K),T,水的沸点,水的凝

11、固点,气液平衡线,气固平衡线,B,三相点,C,固液平衡线,25,溶剂水的相平衡及其相图。,图 1-1 水的相图 三相点：tO=0.0098 ， pO=6.11102Pa 沸 点：tb=100 ， pb=1.01105Pa 临界点：tc=374 ， pc=2.21107Pa,液相区,气象区,固相区,26,三条曲线的交点称三相点。三相点是纯水在其饱和蒸气压下的凝固点。三相点蒸气压为0.611kPa，温度为0.00981，改变任一条件则三相平衡遭破坏。凝固点是在101.325kPa下被空气饱和的水和冰的平衡温度，凝固点的温度为0。 纯水三相点温度和压力由我国物理化学家黄子卿教授首先精确测定。,27,

12、二、稀溶液的依数性,气态,固态,液态,蒸发,凝冷,凝固,熔化,凝华,升华,(一) 溶液的蒸气压下降,28,(1). 蒸气压,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,(饱和蒸气压),一定温度T下,蒸发速度,=,冷凝速度,蒸气饱和,溶液的蒸气压下降,沸点:液体蒸气压与大气压相等时的温度,29,(2) 溶液的蒸气压,溶液的蒸气压: p,溶液的蒸气压水的蒸气压:p p*,难挥发溶质的溶液,Why？,溶液的蒸气压下降,30,水和溶液的蒸气平衡原理,纯溶剂气液平衡,溶液气液平衡,溶剂分子,难挥发溶质粒子,溶液的蒸气压下降,31,水、冰和溶液的蒸气压与温度的关系示意图

13、,A,O,101.3,p/kPa,T,B,溶液蒸气压,A,O ,O A：溶液的蒸气压曲线,O B：溶液的凝固点曲线,溶液的蒸气压下降,32,2. 拉乌尔定律,在一定温度下，稀溶液的蒸气压等于纯溶剂的蒸气压乘以溶液中溶剂的摩尔分数,p = p* xA,溶液的蒸气压下降,33,xA(溶剂的摩尔分数)=1xB,p = p* xA,p = p*(1xB ),p = p* xB,p* p = p* xB,34,p = p* xB,xBbBMA,p = p* ,p =K bB,MA bB,bB=nB/mA,nA+nBnA,35,在一定温度下，稀溶液的蒸气压下降(p)与溶质的质量摩尔浓度成正比，,而与溶质的

14、种类和本性无关,p =K b,溶液的蒸气压下降,拉乌尔定律,36,(二) 溶液沸点升高和凝固点降低,A,O,101.3,p/kPa,T,B,A,O,水的蒸气压,溶液的蒸气压,37,A,A,O,O,101.3,Tb,Tb*,p/kPa,Tb*=100(373K),T,B,Tb=TbTb*,溶液的沸点,溶液的沸点升高,1. 溶液的沸点升高,38,Tb=KbbB,1. 溶液的沸点升高,39,几种溶剂的沸点及质量摩尔沸点升高常数Kb,溶剂 Tb/ Kb/(Kkgmol-1),乙酸 苯 四氯化碳 乙醚 乙醇 水,118.180.2 76.7 34.7 78.4 100.0,3.07 2.53 5.03

15、2.02 1.22 0.512,溶液的沸点升高和凝固点降低,40,2. 溶液的凝固点降低,A,A,O,O,101.3,Tf*,Tf,p/kPa,T/K,B,TfTf*,溶液的凝固点降低,41,Tf = Tf* Tf,Tf = Kf bB,42,几种溶剂的凝固点及质量摩尔凝固点降低常数Kf,溶剂 Tf/ Kf /(Kkgmol-1),乙酸 苯 四氯化碳 乙醚 萘 水,17 5.5 -22.9 -116.2 80.5 0.0,3.9 5.12 32 1.8 6.8 1.86,43,例：10gL-1蔗糖(C12H22O11)溶液的密度为1gmL-1(蔗糖Mr=342)，,计算该溶液的沸点和凝固点。,

16、解：,bB =,0.030molkg-1,根据：,Tb=KbbB,Kb=0.512kgmol-1,Tb =,=0.015,Tb=Tb+Tb*=(0.015+100) =100.015,或,=(0.015+373) K=373.015,0.030molkg-1,0.512 kgmol-1,溶液的沸点升高和凝固点降低,44,bB =,0.030molkg -1,根据：,Tf=KfbB,Kf=1.86 kgmol-1,Tf=,=0.056,Tf=Tf*-Tf =( 0.0 - 0.056) = -0.056 ,或,=(273-0.056) K =272. 944K,1.86 kgmol-1,0.03

17、0molkg-1,溶液的沸点升高和凝固点降低,45,1. 渗透现象和渗透压,(1)渗透现象,水或低浓度溶液,高浓度溶液,半透膜,渗透条件： 具有半透膜 半透膜两边 溶液有浓度 差,(三) 溶液的渗透压,46,一般解释：低浓度溶液的蒸气压比高浓度溶液的高,p低浓度p高浓度,+p大气,p大气+,大气压,溶液的蒸气压,水的蒸气压,溶液的渗透压,47,纯水,砝码,活塞,渗透压():半透膜两边，纯水与溶液产生渗透平衡时，在溶液上所需要 增加的压力，称为该溶液的渗透压,(2) 渗透压,48,渗透压()=？,49,2. 溶液的渗透压与浓度及温度的关系,van，t Hoff定律：, =cBRT,稀水溶液： c

18、B(molL-1)bB(molkg-1), = bBRT,溶液的渗透压,50, = bBRT,R=8.314JK-1mo1-l,bB:molkg-1(或molL-1),T:K,:kPa,稀溶液的渗透压与溶液的浓度和温度成正比,而与溶质的种类和本性无关,单位：,溶液的渗透压,51,例：37时，0.1molL-1蔗糖的渗透压是多少?,解:=cBRT,8.314kPaLK-1mol-1,=257.7kPa,=2.54atm,=25 米水柱,=,0.1molL-1,(273+37)K,溶液的渗透压力,52,(2) 等渗、高渗和低渗溶液,比(与) 体液渗透压 的溶液,高,低,正常人血浆为:303.7 m

19、molL-1 等渗溶液:280320 mmolL-1 高渗溶液:大于320 mmolL-1 低渗溶液:小于280 mmolL-1,相等,等渗溶液,高渗溶液,低渗溶液,溶液的渗透压,53,临床上应用的等渗溶液： 9.0gL-1NaCl溶液(308 mmolL-1) 50.0gL-1葡萄糖溶液(278 mmolL-1) 12.5gL-1NaHCO3溶液(298 mmolL-1) 18.7gL-1乳酸钠溶液(333 mmolL-1),溶液的渗透压,54,红细胞在不同含量的NaCl溶液中的形态图,在生理盐水 (9.0gL-1NaCl)中,在较稀盐水 (5.0gL-1NaCl)中,在较浓盐水 (15gL-1NaCl)中,溶液的渗透压,55,红细胞在不同含量的NaCl溶液中的形态图,在生理盐水 (9.0gL-1NaCl)中,在较稀盐水 (50gL-1NaCl)中,在较浓盐水 (15gL-1NaCl)中,溶液的渗透压,56,红细胞在不同含量的NaCl溶液中的形态图,溶血！,栓塞！,在生理盐水 (9.0gL-1NaCl)中,在较稀盐水 (5.0gL-1NaCl)中,在较浓盐水 (15gL-1NaCl)中,溶液的渗透压,57,(四) 应用,（1）测定溶质的摩尔质量尤其是大分子 （2）静脉注射液必须与血液等渗 （3）淡水鱼不能在海水中养殖，同理咸水鱼也不能在淡水中养殖 （4）盐碱地不利于植