第3章溶液和胶体溶液

第3章溶液和胶体1.1分散系1.2溶液浓度的表示方法1.3稀溶液的通性1.4胶体溶液溶液（solution）:凡是由一种或多种物质分散在另一种物质中形成的混合体系。

分散质(dispersionphase)

分散系

分散剂(dispersionmedium)分散质和分散剂可以是固体、液体或气体。3.1分散系表3-1按聚集状态分类的各种分散系分散质分散剂实例

气气空气、家用煤气液气云、雾固气烟、灰尘气液泡沫、汽水液液牛奶、豆浆、农药乳浊液固液泥浆、油漆、墨水气固泡沫塑料、木炭、浮石液固肉冻、硅胶、珍珠固固红宝石、合金、有色玻璃

表3-2按分散质粒子大小分类的各种分散系分散质分散系类型分散质主要性质

粒子直径<1nm低分子或离子小分子或离子均相，稳定，扩散快分散系颗粒能透过半透膜1-100nm胶体分散系：高分子溶液高分子均相，稳定，扩散慢颗粒不能透过半透膜

溶胶分子、离子、多相，较稳定，扩散慢原子的聚集体颗粒不能透过半透膜

>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

3.2

溶液浓度的表示方法

3.2.1物质的量浓度

cB—B的物质的量浓度，单位为mol·L-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。

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)=0.10mol·L-1

c(1/5KMnO4)=0.10mol·L-1的两个溶液。两种溶液浓度数值相同，但是，它们所表示1L溶液中所含KMnO4的质量是不同的，前者15.8克，后者为3.16克。3.2.2质量摩尔浓度

bB—溶质B的质量摩尔浓度，单位为mol·Kg-1。

nB—溶质B的物质的量，单位为mol。

mA

—溶剂的质量，单位为kg。3.2.3摩尔分数

nB—B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；—物质B的摩尔分数，量纲为一。溶质B的摩尔分数:溶剂A的摩尔分数:

所以两组分的溶液系统：

对任何一个多组分系统：则3.2.4质量分数

mB—

物质B的质量；m—混合物的质量；—B的质量分数，量纲为一。

解：根据题意，100g溶液中含有NaCl10g，水90g。即m(NaCl)=10g,而m(H2O)=90g因此例3-1求ω(NaCl)=10%的NaCl水溶液中溶质和溶剂的摩尔分数。3.2.5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的量浓度;

—溶液的密度;—溶质B的质量分数;

MB—溶质B的摩尔质量。

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。例1-2已知浓硫酸的密度＝1.84g·mL-1,含硫酸为96.6%，如何配制c(H2SO4)=0.10mol·L-1的硫酸溶液500mL?

解：根据题意,则有：

根据C(A)V(B)=C’(A)V’(B)

则有

所以需量取2.8mL浓硫酸，将浓硫酸慢慢加入400mL左右的蒸馏水中，然后稀释至500mL。3.3稀溶液的通性

稀溶液的通性，或者称为依数性(colligativeproperty):

稀溶液蒸气压的下降、沸点上升、凝固点下降和稀溶液的渗透压与溶液中溶质的独立质点数有关，而与溶质的本身性质无关。3.3.1溶液蒸气压的下降

饱和蒸气压（saturatedvaporpressure）,简称蒸气压(po)：

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称为溶剂在该温度下的饱和蒸气压。拉乌尔定律p=po×χA法国物理学家拉乌尔(RoultFM)在1887年总结出一条关于溶剂蒸气压的规律。P—溶液的蒸气压，单位为Pa；

po

—溶剂的饱和蒸气压，单位为Pa；χA

—溶剂的摩尔分数。

由于

χA十χB＝l，即

χA＝l一χB所以

p=po×（1-χB）=po-p

o·χB

po-p=p

o·χB△p

=po-p=p

o·χB△p—溶液蒸气压的下降值，单位为Pa；B—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的下降值与溶质的摩尔分数成正比。——拉乌尔定律

3.3.2溶液沸点升高和疑固点下降

图1—1溶液的沸点升高凝固点降低示意图

△Tb=Kb×bB△Tb—溶液沸点的变化值，单位为K或℃；

bB—溶质的质量摩尔浓度，单位为mol·kg-1;

Kb—溶液沸点上升常数，单位为K·kg·mol-1或

℃·kg·mol-1,Kb只与溶剂的性质有关，而与溶质的本性无关。不同的溶剂有不同的Kb值。

表3-3几种溶剂的Tb和Kb

△Tf

—溶液凝固点下降值，单位为K或℃；

bB—溶质的质量摩尔浓度，单位为mo1·kg-1；

Kf—溶液凝固点下降常数，单位为K·kg·mol-1

或

℃·kg·mol-1。Kb只与溶剂的性质有关，而与溶质的本性无关。△Tf＝Kf×bB表3-4几种溶剂的Tf和Kf值

思考题：难挥发物质的溶液在不断沸腾时，它的沸点是否恒定？在冷却过程中它的凝固点是否恒定？用测凝固点的方法来估算溶质的相对分子质量。例3-3有一质量分数为1.0%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=Kf×bB则有所以有

即mB/mA≈1.0%所以溶质的相对分子质量为183

由于该溶液的浓度较小，

所以mA+mB≈mA3.3.3溶液的渗透压

渗透(osmosis)：由物质粒子通过半透膜单向扩散的现象。半透膜(semipermeablemembrane)：在两个不同浓度的溶液之间，存在一种能有选择地通过或阻止某些粒子的物质。

图1-2渗透压示意图渗透压(osmosispressure)：为维持只允许溶剂通过的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。П—溶液的渗透压，单位为Pa；cB—溶液的浓度，单位为mo1·L-1；

R—气体常数，为8.31kPa·L·mol-1·K-1；

T—体系的温度，单位为K。П×V=nB×R×T

即

П=cB×R×T

即该蛋白质的相对分子质量为30569。

例3-4有一蛋白质的饱和水溶液，每升含有蛋白质5.18克，已知在298.15K时,溶液的渗透压为413Pa,求此蛋白质的相对分子质量。解：根据公式

П=cB×R×T

测定溶液渗透压，也能估算溶质的相对分子质量。稀溶液的定理：

难挥发、非电解质稀溶液的某些性质(蒸气压下降、沸点上升、凝固点下降和渗透压)与一定量的溶剂中所含溶质的物质的量成正比，而与溶质的本性无关。思考题：稀溶液的各项通性，为什么不适用于浓溶液和电解质？表3-5NaCl和HAc溶液的凝固点下降

3.4胶体溶液

胶体分散系溶胶（如Fe(OH)3胶体和As2S3胶体等）

高分子溶液（淀粉溶液和蛋白质溶液等）3.4.1分散度和表面吸附

分散系的分散度(dispersiondegree)常用比表面积(specificsurface)来衡量。s—分散质的比表面积，单位是m-1；S—分散质的总表面积，单位是m2；V—分散质的体积，单位是m3。3.4.2胶团的结构

图1-3KI过量时形成的AgI胶团结构示意图

例：稀AgNO3与过量的稀KI溶液反应制备AgI溶胶。AgI胶团结构简式：{（AgI)m

·nI-·

（n-x）K+}x-·xK+

胶核电位离子反离子反离子

吸附层扩散层

胶粒

胶团氢氧化铁、三硫化二砷和硅胶的胶团结构简式可表示如下:{(Fe(OH)3)m·nFeO+·(n-x)Cl-}x+·xCl-{(As2S3)m·nHS-·(n-x)H+}x-·xH+{(H2SiO3)m·nHSiO3-·（n-x）H+}X-·xH+注意:在制备胶体时,一定要有稳定剂存在。通常稳定剂就是在吸附层中的离子。

3.4.3胶体溶液的性质

胶体溶液的性质光学性质溶胶的动力学性质溶胶的电学性质

1.光学性质

1869年，丁达尔(Tyndall)在研究胶体时，他将一束光线照射到透明的溶胶上，在与光线垂直方向上观察到一条发亮的光柱。这一现象称为丁达尔效应(Tyndalleffect)。由于丁达尔效应是胶体所特有的现象，因此，可以通过此效应来鉴别溶液与胶体。（1）颗粒的直径远远大于入射光的波长，此时入射光被完全反射，不出现丁达尔效应；（2）物质的颗粒直径比入射波长小的话，则发生光的散射作用而出现丁达尔现象。

因为溶胶的粒子直径在1一100nm，而一般可见光的波长范围在400一760nm，所以可见光通过溶胶时便产生明显的散射作用。

光线照射到物体表面时，可能产生两种情况：2.溶胶的动力学性质

溶胶的布朗运动：

在超显微镜下看到溶胶的散射现象的同时，还可以看到溶胶中的发光点并非是静止不动的，它们是在作无休止、无规则的运动。3.溶胶的电学性质

1-4表示电泳的实验装置U形管中装入棕红色的氢氧化铁溶胶

结论：氢氧化铁溶胶粒子带正电。

电泳(electrophoresis)：

在电场中，溶胶体系的溶胶粒子在分散剂中能发生定向迁移。

根据电泳实验判断溶胶粒子的带电性。溶胶粒子带电的主要原因：（1）吸附作用：氢氧化铁溶胶，该溶胶是

FeCl3

溶液在沸水中水解而制成的。在整个水解过程中，有大量的FeO+存在，由于Fe(OH)3

对FeO+的吸附因而溶胶带正电。（2）电离作用：硅胶粒子带电就是因为H2SiO3电离形成HSiO3-或SiO32-，并附着在表面而带负电。

H2SiO3＝HSiO3-+H+＝SiO32-+2H+3.4.4溶胶的稳定性和聚沉

溶胶的稳定性1.溶胶的稳定性

布朗运动

胶粒的双电层结构溶胶的聚结稳定性

溶剂化膜

2.溶胶的聚沉

聚沉(coagulation)：胶体分散系中的分散质从分散剂中分离出来的过程。影响溶胶聚沉的因素主要有：（1）电解质对溶胶的聚沉作用（2）溶胶的互聚电解质对溶胶的聚沉作用电解质的聚沉能力：用聚沉值的大小来表示。聚沉值—

指一定时间内，使一定量的溶胶完全聚沉所需要的电解质的最低浓度。电解质的聚沉值，聚沉能力。电解质的聚沉值，聚沉能力。例：Fe(OH)3正溶胶：聚沉能力：K3[Fe(CN)6]>MgSO4>AlCl3

带负电溶胶：聚沉能力：Rb+＞K+＞Na+＞Li+

结论

（1）与胶粒所带电荷相反的离子电荷越高，对溶胶的聚沉作用就越大。（2）随着离子半径的减小，离子的聚沉能力减弱。

As2S3负溶胶：

聚沉能力：AlCl3>MgSO4>K3[Fe(CN)6]溶胶的互聚两种带有相反电荷的溶胶按适当比例相互混合，溶胶同样会发生聚沉。例：

明矾净水作用。天然水中胶态的悬浮物大多带负电，明矾在水中水解产生的Al(OH)3溶胶带正电，它们相互聚沉而使水净化。3.5高分子溶液和乳浊液

1.5.1高分子溶液

（1）高分子溶液由于其溶质的颗粒大小与溶胶粒子相近，属于胶体分散系，所以它表现出某些溶胶的性质，例如，不能透过半透膜、扩散速度慢等。（2）高分子溶液是一种热力学稳定体系。

（3）溶解的可逆性。（4）高分子溶液具有一定的抗电解质聚沉能力。（1）定义：通过加入大量电解质使高分子化合物聚沉的作用称为盐析。胶体分散系中的分散质从分散剂中分离出来的过