无机及分析化学 第一章

1、2022-7-51第一章物质的聚集状态 第一章第一章 物质的聚集状态物质的聚集状态2022-7-52第一章物质的聚集状态2022-7-53第一章物质的聚集状态2022-7-54第一章物质的聚集状态 1.1 1.1 分散系分散系分散系分散系（disperse system）:颗粒大小不等颗粒大小不等,形状不同形状不同的物体分散在均匀介质中所形成的体系。的物体分散在均匀介质中所形成的体系。分散相分散相（dispersed phase）:被分散的物质，粒子间被分散的物质，粒子间有间隔，或称不连续相，相当于溶液中的溶质。有间隔，或称不连续相，相当于溶液中的溶质。分散介质分散介质（dispersion

2、medium）:容纳分散相的均匀容纳分散相的均匀介质，或称连续相，相当于溶液中的溶剂介质，或称连续相，相当于溶液中的溶剂。2022-7-55第一章物质的聚集状态按聚集状态分类的各种分散系按聚集状态分类的各种分散系2022-7-56第一章物质的聚集状态引言引言 溶液溶液(或或真溶液真溶液): 分散质粒子直径分散质粒子直径小于小于1 nm, 均相系统均相系统, 透透明明, 不能发生光的散射不能发生光的散射, 扩散速率快扩散速率快, 为热力学稳定状态。为热力学稳定状态。 胶体分散系统胶体分散系统: 分散相在某方向上的直径在分散相在某方向上的直径在1100 nm之之间间,可透明或不透明可透明或不透明,

3、 均可发生光散射均可发生光散射, 胶体粒子扩散速率胶体粒子扩散速率慢慢, 不能透过半透膜不能透过半透膜, 有较高的渗透压。有较高的渗透压。 粗分散系统粗分散系统: 分散相粒子在某方向上的直径分散相粒子在某方向上的直径大于大于100 nm, 如悬浮液、如悬浮液、 乳状液、乳状液、 泡沫、泡沫、 粉尘等。粉尘等。 与胶体有许多共与胶体有许多共同特性。同特性。按分散相粒子大小分类的各种分散系按分散相粒子大小分类的各种分散系2022-7-57第一章物质的聚集状态pVnRT2022-7-58第一章物质的聚集状态mol 1 .10298.15KKmolm8.314Pam100 .50Pa5000001 -

4、1 -33-3RTpVn钢瓶中氢气的质量为：10.1 mol2.01 gmol-1 =20.3 g。2022-7-59第一章物质的聚集状态1.2.2.1.2.2. 分压定律分压定律分压: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.ppppnBppVRTnpBBVRTnp nnppBBBBnppn2022-7-510第一章物质的聚集状态nnVVBBpVVpBB2022-7-511第一章物质的聚集状态名称数学表达式单位 物质的量浓度 molL-1质

5、量分数量纲为1 质量摩尔浓度molkg-1摩尔（物质的量）分数量纲为1 ( )( )n Bc BV( )Bmw Bm( )( )n Bm Bm()()n Bx Bn2022-7-512第一章物质的聚集状态VncBB2022-7-513第一章物质的聚集状态2022-7-514第一章物质的聚集状态ABBmnb 2022-7-515第一章物质的聚集状态BBnxn2022-7-516第一章物质的聚集状态BBABnxnnAAABnxnnAB1xx1ix 2022-7-517第一章物质的聚集状态mmwBB2022-7-518第一章物质的聚集状态(NaCl)0.17mol(NaCl)0.03(NaCl)(H

6、 O)(0.175.0)mol2nxnnmol0 . 5mol18.0gg90O)H(O)H(O)(Hmol17. 0molg58g10NaCl)(NaCl)(NaCl)(1 -2221 -MmnMmn(H O)5.0mol2(H O)0.972(NaCl)(H O)(0.175.0)mol2nxnn2022-7-519第一章物质的聚集状态BBBBBBBBBB/MwmMmmMmVMmVnc2022-7-520第一章物质的聚集状态mnmnVncBBBB/2022-7-521第一章物质的聚集状态 BBBBAnncbmmBBbc 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

7、溶剂的质量 mA，上式可近似成为：若该溶液是稀的水溶液，则：2022-7-522第一章物质的聚集状态 2022-7-523第一章物质的聚集状态1.蒸气压下降（The lowering of the vapor pressure)2.沸点上升 (The elevation 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难挥发的非电解质稀溶液有一定的共同性共同性和规律性规律性。该类性质称为稀溶液的通性通性

8、，或称为依数性依数性。包括四个方面：2022-7-524第一章物质的聚集状态温度升高，蒸气压增大蒸气压温度曲线2022-7-525第一章物质的聚集状态 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。 相对分子质量越大，分子间的作用力越强，蒸气压越小。 2022-7-526第一章物质的聚集状态溶液的饱和蒸气压溶液的饱和蒸气压:

9、 : 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“溶液的蒸气压下降”。2022-7-527第一章物质的聚集状态溶液的蒸气压下降溶液的蒸气压下降 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低。2022-7-528第一章物质的聚集状态2022-7-529第一章物质的聚集状态2022-7-530第一章物质的聚集状态沸点沸点：液体蒸气压与外界压力相等时的温度

10、。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。 pT溶剂溶液101.325kPaT0Tbp101.325kPa沸点升高示意图2022-7-531第一章物质的聚集状态 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。特点特点不随溶液性质而变，只不随溶液性质而变，只与溶剂有关与溶剂有关同种溶剂：同种溶剂：Kf Kb凝固点凝固点：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。pT溶剂溶液溶剂的气-固平衡线T0Tf 凝固点降低示意图2022-

11、7-532第一章物质的聚集状态2022-7-533第一章物质的聚集状态BABffMmmKTfABfBTmmKM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18611.86K kg mol1.00%10.186kg molB273.15K273.05KM2022-7-534第一章物质的聚集状态制冷剂工作原理制冷剂工作原理食盐冰（30g 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

12、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。2022-7-535第一章物质的聚集状态 植物的抗旱性和抗寒性植物的抗旱性和抗寒性2022-7-536第一章物质的聚集状态2022-7-537第一章物质的聚集状态 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。即阻止渗透作用进行时所需加的额外压力。2022-7-538第一章物质的聚集状态稀溶液渗透压与浓度、温度的关系稀溶液渗透压与浓度、温度的关系 在定温下，

13、溶液的渗透压与溶质的浓度成正比。在定温下，溶液的渗透压与溶质的浓度成正比。溶液愈稀，公式愈准确溶液愈稀，公式愈准确 。2022-7-539第一章物质的聚集状态 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 。 2022-7-540第一章物质的聚集状态 将红细胞置于不同浓度的将红细胞置于不同浓度的NaClNa

14、Cl溶液中，在显溶液中，在显微镜下观察发现：微镜下观察发现：在生理盐水中在较浓的在较浓的NaClNaCl溶液中溶液中在较稀的在较稀的NaClNaCl溶液中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相等，细胞内外液处于渗透平衡状态。态。红细胞逐渐胀大，最后破裂，释放出红细胞内的血红蛋白使溶液染成红色，即溶血。这是因为红细胞内液的渗透压高于浓NaCl溶液，细胞外的水向细胞

15、内渗透引起。2022-7-541第一章物质的聚集状态纯水向红萝卜内渗透纯水向红萝卜内渗透 渗透原理被用渗透原理被用来处理尿毒症来处理尿毒症. 在人工肾里在人工肾里, 病人的血液在病人的血液在玻璃软管玻璃软管(用作用作半透膜半透膜)循环循环, 血液里的小分血液里的小分子废物向管外子废物向管外渗透渗透, 从而使从而使血液得到净化。血液得到净化。渗透渗透2022-7-542第一章物质的聚集状态3115.18g8.314 10 Pa L molK298.15KBB413Pa1L413.11 10 g molmRTMV 即该蛋白质的相对分子质量为3.11 104。 2022-7-543第一章物质的聚集状

16、态2022-7-544第一章物质的聚集状态2022-7-545第一章物质的聚集状态 渗透压的应用渗透压的应用2022-7-546第一章物质的聚集状态2022-7-547第一章物质的聚集状态2022-7-548第一章物质的聚集状态2022-7-549第一章物质的聚集状态1.1.5.2 5.2 胶团的结构胶团的结构溶胶具有扩散双电层结构扩散层扩散层吸附层吸附层ClClClClClClFeOFeOFeOFeOFeOFeOFeOFeOClClFe(OH)3m胶核电位离子反离子反离子吸附层吸附层扩散层扩散层胶团胶团ClCl)(FeOFe(OH)3xxnnxm胶粒胶粒2022-7-550第一章物质的聚集状

17、态过量的稀AgNO3与稀KI溶液反应制备的AgI溶胶2022-7-551第一章物质的聚集状态胶体溶液的性质2022-7-552第一章物质的聚集状态透镜透镜溶胶溶胶 丁铎尔效应丁铎尔效应光光源源2022-7-553第一章物质的聚集状态2022-7-554第一章物质的聚集状态2022-7-555第一章物质的聚集状态2. 2. 溶胶的动力学性质溶胶的动力学性质布朗布朗(Brown)(Brown)运动运动: : 溶胶中的分散相粒子的不停息的和无规则溶胶中的分散相粒子的不停息的和无规则的运动。的运动。 这种现象是植物学家这种现象是植物学家BrownBrown于于18271827年首先从水中悬年首先从水中

18、悬浮花粉的运动中观察到的。浮花粉的运动中观察到的。 用超显微镜可以观察布朗运动。用超显微镜可以观察布朗运动。 分散介质分子处于无规则的热运动状态分散介质分子处于无规则的热运动状态, , 从各个方向不断撞击分散相粒子。从各个方向不断撞击分散相粒子。 布朗运动布朗运动是分子热运动的必然结果是分子热运动的必然结果, , 是胶体粒子的热运是胶体粒子的热运动动。2022-7-556第一章物质的聚集状态 3.3.溶胶的电学性质溶胶的电学性质电泳电泳 (electrophoresis) : 在外电场作用下, 胶体粒子在分散介质中定向移动的。电泳现象表明胶体粒子是带电的。蒸馏水蒸馏水Fe(OH)3 溶胶溶胶+

19、电泳示意图电泳示意图 图中Fe(OH)3 溶胶在电场作用下向阴极方向移动, 证明Fe(OH)3的胶体粒子是带正电荷的。 2022-7-557第一章物质的聚集状态2022-7-558第一章物质的聚集状态2022-7-559第一章物质的聚集状态三种溶胶聚沉三种溶胶聚沉. (左左)Al(OH)3; (中中)Fe(OH)3; (右右)Cu(OH)22022-7-560第一章物质的聚集状态2022-7-561第一章物质的聚集状态2022-7-562第一章物质的聚集状态2022-7-563第一章物质的聚集状态2022-7-564第一章物质的聚集状态2. 高分子溶液的盐析和保护作用高分子溶液的盐析和保护作用

20、在高分子溶液中在高分子溶液中 加入少量电解质不会聚沉。加入少量电解质不会聚沉。盐析作用盐析作用2022-7-565第一章物质的聚集状态高分子化合物对溶胶的保护作用高分子化合物对溶胶的保护作用 高分子化合物对溶胶聚沉和保护作用示意图高分子化合物对溶胶聚沉和保护作用示意图(b)聚沉作用聚沉作用(a)保护作用保护作用若在溶胶中加入较多的高分子化合物若在溶胶中加入较多的高分子化合物, 许多个高分子化合许多个高分子化合物的一端吸附在同一个分散相粒子的表面上物的一端吸附在同一个分散相粒子的表面上, 或者是许多个高或者是许多个高分子线团环绕在胶体粒子周围分子线团环绕在胶体粒子周围, 形成水化外壳形成水化外壳

21、, 将分散相粒子将分散相粒子完全包围起来完全包围起来, 对溶胶则起保护作用。对溶胶则起保护作用。2022-7-566第一章物质的聚集状态 乳状液乳状液: 由两种不互溶或部分互溶的液体所形成的粗由两种不互溶或部分互溶的液体所形成的粗分散系统分散系统. 如牛奶如牛奶, 含水石油含水石油, 炼油厂的废水炼油厂的废水, 乳乳化农药等。化农药等。乳化作用乳化作用: 油水互不相溶油水互不相溶, 只有加入乳化剂才能得到只有加入乳化剂才能得到比较稳定的乳状液比较稳定的乳状液, 乳化剂的这种作用称为乳化乳化剂的这种作用称为乳化作用。常用的乳化剂多为表面活性剂作用。常用的乳化剂多为表面活性剂, 某些固体某些固体也能起乳化作用。也能起乳化作用。乳状液的类型乳状液的类型:水包油型，水包