分散体系课件

第8章

分散体系

8.1

分散系的概念

8.2稀溶液的依数性

8.3溶胶

8.4乳浊液

2006-81分散系的概念分散系——一种或几种物质(分散质)分散在另一种物质(分散剂)中所形成的体系。即分散系=分散质+分散剂分散系的分类按分散质粒子直径的大小来分类：共分三类。按分散质和分散剂的聚积状态来分类：共分9类。8.1分散系的概念和分类2006-82按分散质粒子直径的大小分类分散体系分散质粒子大小实例溶液0.1~1nm酸碱盐水溶液蔗糖水胶体1~100nm氢氧化铁溶胶,AgI溶胶

硅酸溶胶，食盐酒精溶胶淀粉溶液，蛋白质溶液粗分散系>100nm牛奶泥浆2006-838.2

稀溶液的依数性

8.2.1

非电解质稀溶液的依数性8.2.2

电解质稀溶液的依数性2006-858.2.1

非电解质稀溶液的依数性溶液的性质大体上可分为两类：1.由溶质不同而引起的各种性质，为溶液的特性，其变化与溶质的本性有关。溶质不同，这些性质也不同。

如：颜色、体积、导电性、密度和酸碱性等。2.由溶质的粒子数目不同而引起的各种性质，这类性质称为依数性(也叫通性)，它们与溶质的本性无关，只与溶质粒子数目(浓度)有关。如：溶液的蒸汽压下降、沸点上升、凝固点下降和渗透压等。2006-86依数性的特点依数性的变化只与溶质的粒子数目即溶液浓度有关，与溶质的本性无关。溶液越稀，依数性的表现越有规律。电解质与非电解质溶液的依数性有所不同。难挥发与易挥发溶质溶液有所不同。先讨论难挥发非电解质稀溶液的依数性，再讨论难挥发电解质稀溶液的依数性。2006-87溶剂转移实验表明：溶液的蒸气压<纯溶剂的蒸气压1.溶液的蒸气压下降水浓溶液空杯稀溶液初始状态

终止状态图8-2溶剂转移实验2006-89溶液蒸气压下降实验结果表明：溶液的蒸气压p小于纯溶剂的蒸气压pθ(A)

即p=pθ(A)-p

溶液的蒸气压下降示意图

纯水0.1mol.L-1蔗糖水0.5mol.L-1蔗糖水液体饱和蒸气压p随温度t变化曲线，即气液两相平衡线pt2006-8101887年，法国物理学家拉乌尔由实验结果总结得出：①在一定温度下，难挥发非电解质稀溶液

p’=pA·xA

摩尔分数xA

p’=pA[1-xB]=pA-pA·xB

则

p=pA–p’=

pA·

xB

②一定温度下，难挥发非电解质稀溶液的p∝

xB

，与溶质的本性无关→

→拉乌尔定律。拉乌尔定律只适应于稀溶液2006-8112.

溶液沸点升高沸腾:p液＝p外，汽化在其表面和内部同时发生沸点Tb:沸腾时的温度。特点？沸点时气液两相平衡共存，温度不变。当p外＝101.325kPa时，正常沸点Tb

。

如:Tb(水)＝373.15K从拉乌尔定律可导出稀溶液沸点上升公式：

Tb=Tb－Tb’

=Kb·b(B)

Kb—沸点上升常数，与溶剂有关。表8-3常见溶剂的Kb。为什么？2006-813水溶液的沸点上升示意图t/℃100Tb′101.325p/kPa0Tbp

p2006-814表8-3

常用溶剂的Kb和Kf值溶剂沸点/KKb/K·kg·mol-1凝固点/KKf/K·kg·mol-1水H2O373.150.512273.151.86乙酸CH3COOH391.651.22289.753.90苯C6H6353.302.53278.655.12环己烷C6H12354.152.79279.6520.2萘C10H8491.155.80353.356.90樟脑C10H16O481.405.95451.5537.72006-815凝固点（freezingpoint）

：熔点或凝固点:一定外压下，固液p外＝101.325kPa，p液相＝p固相时的温度→正常凝固点或熔点如：101.325kPa,水冰,Tf＝273.15K，此时p水＝p冰。早在1771年人们就发现加盐会使水的凝固点降低。拉乌尔将29种有机物分别溶于水，测其凝固点下降值。发现：不同有机溶液只要浓度相同，凝固点下降值就相同；浓度增加一倍，下降的度数也会增加一倍。3.溶液的凝固点降低

2006-817水溶液的凝固点下降示意图T/K373.15Tb101.325p/kPaTf0pTbTf2006-818溶液的凝固点降低0℃冰水平衡状态:

p冰

=p水

0℃

冰水溶液

p冰

>p水溶液非平衡状态

p冰

>p系统

>p水溶液，冰→融化，T系统↘，p冰和p水溶液都下降。由于p冰下降较快，当温度降到Tf

时,p冰=p水溶液,系统重新平衡2006-819应用：

测定非电解质(有机物)的相对分子质量沸点上升法：少用。凝固点下降法：较沸点上升法准确，易观察，常用。

有时也可以利用此法来测定已知化合物的纯度。2006-8214.溶液的渗透压渗透现象的产生：有半透膜；半透膜两边溶液浓度不等，或一边为纯溶剂。渗透方向：溶剂分子由低浓度→高浓度渗透压：半透膜两边的液位差所示的静压半透膜(semi-permeablemembrane):一种只透过溶剂不透过溶质的膜。例如，动物膀胱、猪羊的肠衣、细胞膜等。自然界中的渗透现象，例如？2006-822渗透半透膜糖水纯水渗透压糖水纯水半透膜2006-823稀溶液的渗透压定律1886年范特霍夫(Van’tHoff)提出

稀溶液的渗透压定律：

Π

＝c(B)RTb(B)RT

其中：

Π为溶液的渗透压，量纲为kPa；

R＝8.314kPa.L.mol-1.K-1

T

为绝对温度(K)适用于非电解质稀溶液渗透压的大小与溶液的浓度和温度有关。2006-825高分子化合物相对分子质量的测定高分子化合物，分子质量较大，只能配成稀溶液。可不可以用凝固点下降法测其分子量？Π

较大，实验误差较小，实际工作中用渗透压法测高分子化合物的分子量渗透压法的缺点：不易得到合适的半透膜2006-826生物体的细胞膜非常完美的半透膜，可以分离新陈代谢中的废物，维持体内电解质的平衡，通过膜吸收营养成分为各器官提供能量，维持生命过程的持续。合成人工膜，用以进行各种分离，如气体分离膜，离子交换膜，超滤膜，透析膜。2006-829反渗透渗透方向：浓溶液→稀溶液必须在浓溶液一边施加超过渗透压的静液压。例如：海水淡化，成本约为城市自来水的3倍。2006-830稀溶液依数性的应用实例1·抗寒性和抗旱性

蒸气压下降可预防动植物过快脱水；

但使水果等难干燥。

预防冻伤，一般水果在-1～-4℃时才结冰；

但食品冷藏时需较低的温度。

2·干燥剂 CaCl2、P2O5

3·冷冻剂100g冰＋30gNaCl，

－22.4℃。

100g冰＋42.5gCaCl2，

－55℃。4·施肥过多，盐碱土5·输液:葡萄糖和生理盐水浓度？6·反渗透制纯水等渗溶液：5％葡萄糖0.9％生理盐水2006-8317.南极鱼类的抗寒性南极鱼类血液的冰点为–2.0℃温带鱼类血液的冰点为–0.8℃生物化学研究确定，当外界温度偏离室温时，无论升高或降低，在有机体细胞中都会强烈产生可溶碳水化合物。8.植物细胞的渗透压可达2000kPa，使水可由植物的根部输送到高达数十米的树冠。9.浓溶液也具有依数性。10.稀溶液的依数性也称为稀溶液的通性。2006-8328.2.2电解质溶液依数性电解质浓度c/mol·L-1计算值ΔTf/K实验值ΔTf

′/Ki＝ΔTf′/ΔTf

KCl0.20.3720.6731.81KNO30.20.3720.6641.79NaCl0.10.1860.3471.86MgCl20.10.1860.5192.79Ca(NO3)20.10.1860.4612.48表8-4几种电解质溶液的凝固点下降值范特霍夫发现：电解质稀溶液也有依数性，但偏离了拉乌尔定律和渗透压定律。2006-833当引入校正系数i

后电解质溶液的依数性就可用拉乌尔定律和渗透压定律计算。即Tb=iKbb(B)Tf=iKf

b(B)

Π=

i

c(B)RT

i是实验结果，取值？1:1型(NaCl)：1<i<22:1型或1:2型(Na2SO4或CaCl2)：2<i<3…2006-834稀溶液的依数性拉乌尔定律：p=i

Kp·b(B)Tb=Tb－Tb*

=i

Kbb(B)Tf=Tf－Tf*

=i

Kfb(B)范特霍夫渗透压定律：Π

＝i

c(B)RTi

b(B)RT对于非电解质，i=1；对于电解质，i>1，由电解质的类型决定。2006-8358.3溶胶8.3.1分散度与表面能及表面吸附现象8.3.2溶胶的性质8.3.3胶团结构8.3.4溶胶的稳定性与聚沉2006-836分散度与比表面比表面S0=S/V表面能:表面粒子比内部粒子多出的能量称为表面能。表面粒子比内部粒子具有较高的能量，为了降低表面能液体：表面有自动收缩到最小趋势(球形)，以减小表面能固体：吸附作用降低表面能,如活性炭、硅胶、沸石等常用作吸附剂。8.3.1分散度与表面能及表面吸附2006-837一定量的胶体物质，表面积越大，表面上的粒子就越多，表面能就越大。

溶胶粒子具有很大的表面能。体系能量高不稳定胶粒聚结选择吸附降低表面能2006-838分散度与比表面分散度固体在液体中的分散程度,用比表面表示。比表面S0——单位体积固体所具有的表面积S0越大，分散度越大。如图所示：1cm2006-839任何两相的界面上都存在表面能溶胶粒子具有很大的表面能高能量不稳定体系→相互聚结(S0↘)

+吸附性

→降低表面能。吸附：一种物质聚集到另一种物质表面上的过程。一定量的物质，表面积越大，表面上的粒子就越多，表面能就越大。

吸附质吸附剂2006-840吸附作用固体→吸附气体的：如:竹碳/木炭/茶叶→装修气体固体→溶液中的分子的吸附(非电解质/弱电解质溶液)示例：活性炭吸附色素分子(脱色)吸附过程:…洗脱过程:…吸附规律：极性相似相吸固体→溶液中的离子的吸附(电解质溶液)离子交换吸附——离子交换树脂离子选择吸附——吸附过程放热2006-841可逆吸附阳离子交换树脂R-SO3H+Na+=R-SO3Na+H+

阴离子交换树脂R-N+(CH3)3OH-+Cl-

=R-N+(CH3)3Cl-+OH-离子交换吸附阳离子交换树脂阴离子交换树脂去离子水自来水return2006-842离子选择吸附固体吸附剂优先吸附与它组成相关的离子/性质相似且溶液中浓度较大的离子。例:AgNO3过量+KI→AgI↓(或胶体)

AgI

优先选择吸附过量的Ag+。AgNO3+KI过量→AgI↓(或胶体)

AgI

优先选择吸附过量的I-。离子选择吸附——溶胶胶粒带电的原因之一。2006-843

溶胶的制备往20mL沸水中滴加1~2mL饱和FeCl3，继续煮沸，待溶液呈红褐色后停止加热，可制得Fe(OH)3正溶胶。难溶固体分散质为Fe(OH)3

液体分散剂为水少量相关电解质为FeO+Cl-如何制备具有一定稳定性的溶胶？难溶固体分散质液体分散剂少量相关电解质例如:稀AgNO3+稀KI→Agl+KNO3

若Kl过量→Agl负溶胶；若AgNO3过量→Agl正溶胶。2006-8448.3.2

溶胶的性质Tyndall效应是溶胶特有的光学性质，是判别溶胶与溶液的最简便的方法。1、光学性质——Tyndall（丁达尔）效应2006-8452、动力学性质——布朗运动布朗运动产生的原因：胶粒本身的热运动；分散剂分子对胶粒的不均匀的撞击。布朗运动导致溶胶具有扩散作用，使胶粒不致因重力的作用而迅速沉降。>100nm1~100nm<1nm热运动布朗运动重力2006-8463、

电学性质——电动现象电泳:溶胶分散质（胶粒）在外加电场下的定向移动。电渗:在电渗管中，分散剂在外加电场下的定向移动。电动现象：溶胶的电泳和电渗现象统称为电动现象。2006-847电渗析电渗析器利用离子交换膜的选择透过性，在直流电场的作用下，水中的离子各自作定向迁移，从而达到使介质浓缩或淡化的目的。主要应用于化工、医、电子、轻工、仪器和冶金等工业用水，又能用于海水淡化和苦咸水的淡化处理，也可用于反渗透的前级处理。

2006-848电动现象证实胶粒的带电性。胶粒带电的主要原因是离子的选择吸附。被选择吸附的离子可以是外加的、在制备时生成的、或由弱电解质离解产生的，这些离子或电解质也称为稳定剂。例如：AgI溶胶若胶核选择吸附Ag+，胶粒带正电。若胶核选择吸附I-，胶粒带负电。若两者均不过量，只能生成AgI沉淀。胶粒带电的原因——离子选择吸附2006-849又如：Fe(OH)3正溶胶用FeCl3水解制成。若水解彻底，得到Fe(OH)3沉淀。分散剂中存在：Fe(OH)2+，Fe(OH)2+(FeO+)，Cl-，H+胶核选择吸附FeO+，胶粒(+)。再如：硅酸负溶胶硅酸电离H2SiO3=H++HSiO3-H+进入分散剂，胶核选择吸附HSiO3-，胶粒(-)。离解带电溶胶粒子表层分子发生离解而使溶胶粒子带电。2006-8508.3.3胶团结构Fe(OH)3正溶胶

电位离子——与胶粒带电性相同的离子。如FeO+

反离子——与电位离子电荷相反的离子。如Cl-胶团结构式：[Fe(OH)3]m.nFeO+.(n-x)Cl-x+

.xCl-胶核胶团，电中性胶粒，带正电吸附层扩散层胶核++++++++++++++++----------------------2006-851胶核(AgI)m

胶粒[(AgI)m.nI-.(n-x)K+]x-胶团例：AgNO3+

KI→KNO3+AgI↓ 过量的KI作稳定剂胶团结构式：[(AgI)m.

nI-.(n-x)K+]x-.xK+

扩散双电层结构2006-852例：AgNO3+

KI→KNO3+AgI↓ 过量的AgNO3作稳定剂胶团结构式：[(AgI)m.

nAg+.(n-x)NO3-]x+.xNO3-

胶核胶粒胶团扩散双电层结构2006-853扩散双电层结构吸附层扩散层—热力学电位，只与电位离子的浓度有关。—电动电位，与吸附层中电位离子和反离子的浓度有关。电位降低，溶胶稳定性下降。′2006-8548.3.4溶胶的稳定性与聚沉1、溶胶的稳定性溶胶——多相系统，不均匀、不稳定，胶粒之间存在相互集结成大颗粒而沉淀的趋势。溶胶能稳定存放一段时间的原因：溶胶的动力学稳定性——布朗运动溶胶的聚结稳定性——胶粒带有符号相同的电荷溶剂化膜——电位离子和反离子的溶剂化作用2006-8552、溶胶的聚沉(1)电解质对溶胶的聚沉作用(2)溶胶的相互聚沉(3)温度对溶胶稳定性的影响(4)浓度对溶胶稳定性的影响2006-856电解质对溶胶的聚沉作用电解质的聚沉能力用聚沉值表示。电解质的聚沉能力大小主要取决于反离子：Schulze-Hardy（叔采-哈迪）规则：反离子电荷越高，对溶胶的聚沉能力越强。感胶离子序：对同价反离子，聚沉能力随离子水合半径的减少而增加。如具有相同负离子的碱金属盐和碱土金属盐对AgI负溶胶的聚沉能力大小顺序为Cs+>Rb+>K+>Na+>Li+Ba2+>Sr2+>Ca2+>Mg2+2006-857溶胶聚沉实例溶胶的相互聚沉明矾K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O净水泥沙三角洲的形成加热使溶胶聚沉

加热Fe(OH)3溶胶，产生红棕色沉淀。浓缩使溶胶聚沉

一般很难制得较高浓度（1%以上）的溶胶。2006-8583.溶胶的保护

—高分子溶液对溶胶的保护和敏化作用高分子溶液——均匀、稳定的单相分散系。高分子溶液对溶胶的保护作用高分子溶液对溶胶的敏化作用2006-8598.4乳浊液

8.4.1乳浊液8.4.2乳化剂8.4.3乳化剂与乳状液类型的关系2006-8608.4.1

乳状液乳状液（又称乳浊液）分散质为一种液体分散剂为另一种液体两种液体互不相溶，通常一种称为水，另一种称为油。分散质液滴直径约在100~500nm间，用普通显微镜即可看见。由于液滴对可见光的反射作用，大部分乳状液外观为不透明或半透明的乳白色。乳状液相界面较大，又不能发生布朗运动而扩散，液滴很快便会互相合并而分层。要获得稳定的乳状液，必须加入合适的稳定剂(乳化剂

)。2006-861两种类型的乳状液水包油型乳状液油分散在水中用油/水或O/W表示如牛奶、豆浆、冷霜、地板蜡、沥青、涂料等。油包水型乳状液水分散在油中用水/油或W/O表示如原油、人造黄油奶油，注射液等。2006-8628.4.2乳化剂乳化剂多是表面活性剂凡是溶于水后能显著降低水的表面能的物质称为表面活性剂。如肥皂、洗洁精、洗衣粉等。用于乳状液的表面活性剂称为乳化剂。表面活性剂的结构特征分子由性质截然不同的两部分组成：亲水的极性基团，如—OH、—COOH、—NH2、—SO3H等，它们与水的亲合力较强，称为亲水基；亲油的非极性基团，如R—（烃基）、Ar—（芳基）等，它们与水的亲合力较弱，与油的亲合力较强，称为亲油基。例如，硬脂酸钠C17H35—COONa2006-863图8-14C17H35COONa的分子示意图亲油基（疏水基）亲水基简化表示2006-864表面活性物质能降低水的表面能当表面活性物质的浓度达到饱和时，表面活性物质分子在界面上定向排列，占据了水的界面，从而降低了水的表面能。表面活性物质的碳链越长，憎水性就越强，就越容易聚集在水的界面上。表面活性物质的种类很多，用途极广。根据用途不同，表面活性物质可以分为乳化剂、洗涤剂、润湿剂、发泡剂、增溶剂等等。油水表面活性物质的分子聚集在水的界面上

空气表面水2006-865油水8.4.3

乳化剂与乳浊液类型的关系乳状液的类型取决于所选用的乳化剂钠肥皂——亲水基截面较亲油基大，有利于形成水包油型的乳状液。钙肥皂——亲油基截面较亲水基大，有利于形成油包水型的乳状液。水相把油滴紧紧包围起来油相把水滴紧紧包围起来油水2006-866钠肥皂的去污原理肥皂不能在硬水中去污。因为硬水中含较多Ca2+和Mg2+，会发生下列反应：

C17H35COO-Na++Ca2+=(C17H35COO-)2Ca2+

硬酯酸钠(溶于水) 硬酯酸钙(不溶于水)

或硬酯酸镁解决办法：加抗硬水剂如三聚磷酸钠Na5P3O10

钠肥皂水

油油2006-867应用很多农药都是不溶于水的有机油状物，不能直接使用，需将它们与亲水性乳化剂配合制成O/W型乳剂后再使用。这样就能以少量药剂较均匀地噴洒在作物上，既能充分发挥药效，又能防止农药太集中而伤害作物。在正常生理活动中，脂肪因不溶于水而难于被机体消化吸收，因此在消化系统内的运输和吸收需经胆汁中胆酸的乳化作用和小肠的蠕动，使脂肪形成乳状液后，就易于进行生化反应而被消化吸收了。健康人体血液中含有MgCO3和Ca3(PO4)2，并以胶体状态存在，这些胶粒都被着。患病时，保护物质含量减少，溶胶稳定性下血清蛋白等高分子保护降，发生聚沉，形成各种结石。2006-868思考题1.稀溶液有哪些依数性？盐碱土地上栽种植物难以生长，试以渗透压现象解释之。2.将一块冰放在273.15K的水中和放在273.15K的盐水中，现象一样吗？为什么？3.难挥发非电解质溶液在不断沸腾时，它的沸点是否恒定？在不断冷却过程中，它的凝固点是否恒定？为什么？4.电解质稀溶液有无依数性？若浓度相同的非电解质和电解质稀溶液，两者的沸点上升值是否相同？为什么？5.为什么物质表面粒子比内部粒子能量高？表面能如何产生？6.电渗管内分散剂液体向负极方向移动时，多孔性固体表面上附着的溶胶粒子带什么电荷？2006-8697.胶粒带电的原因是什么？8.哪些因素会使溶胶发生聚沉？电解质对溶胶的聚沉作用有哪些规律？9.明矾为什么能净水？为什么江河入海口常常形成三角洲？10.什么叫表面活性剂？它在分子结构上有什么特点？

11.表面活性剂溶入水中后能显著降低水的表面能的原因是什么？12.苯和水混合后加入钾肥皂振动，得到哪种类型乳浊液？加入镁肥皂又得到哪种类型乳浊液？家用肥皂为什么能去油污？为什么在硬水中肥皂的去油污能力会丧失？2006-870作业P274～275＃2,＃4,＃62006-871第8章学习要求1.了解分散系的分类和特点。

2.掌握稀溶液依数性的基本概念、计算及其在生活和生产上的应用。3.

掌握胶体的特性及胶团结构式的书写。4.

掌握溶胶的稳定性和聚沉。5.了解乳化剂与乳状液类型的关系。2006-8728.2溶液的浓度

8.2.1物质的量浓度

8.2.2质量摩尔浓度8.2.3

物质的摩尔分数和质量分数8.2.4

农业上常用的其他浓度

2006-8738.2.1物质的量浓度（简称浓度）n(B)—物质的量，表示系统中所含基本单元B的数量。 单位为mol(称为“摩尔”)。m—物质的质量,单位为kg。M(B)—基本单元B的摩尔质量，单位为kg.mol-1。

基本单元——可以是分子、离子、原子及其他粒子，或这些粒子的特定组合。物质的量n(B)的计算：2006-874酸碱的基本单元根据得失质子的数目相等的原则。酸的基本单元：给出一个H+的特定组合。碱的基本单元：得到一个H+的特定组合。如HCl、HAc、NaOH、H2SO4、1/2H2SO4NaOH、NH3、Ca(OH)2、1/2Ca(OH)2可以这样理解：当反应以基本单元来进行时，n酸=n碱例如NaOH+1/2H