第二章 分散体系

第一章溶液和胶体第一节分散体系第二节

溶液的浓度第三节稀溶液的依数性第四节胶体溶液第五节乳状液和表面活性剂第一节分散体系

分散体系：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.按分散质粒子的大小分类，分散体系分为三类:分散质粒类型子大小 主要性质 实例 分子/离子单相,很稳定,扩散速度快食盐水分散体系

<1nm能透过半透膜，电子显微镜蔗糖水(溶液)

不可见胶体分散系1~100多相/单相,较稳定,扩散速度慢,Fe(OH)3(溶胶和

nm

不能透过半透膜,能透过滤纸溶胶高分子溶液)

超显微镜可看见淀粉溶液

粗分散系

>100nm

多相,很不稳定,粒子扩散慢牛奶(乳浊液/

不能透过滤纸，普通显微镜可见泥浆悬浊液)溶液与胶体的区别实验蒸发实验：将糖、无机盐等溶液蒸发至饱和，有晶体析出。将蛋白质、明胶、硅胶等胶体蒸发，最后得到无定形胶状物。过滤实验：把各种溶液或胶体按右图实验，观察分散质是否能透过羊皮纸。结果：溶液的分散质（溶质）能透过羊皮纸，但胶体的分散质不能。三、分散度与比表面界面——两相之间的接面。常和“表面”混用。表面——两相中有一相是气体时的接面。分散度——一相在另一相中分散的程度。比表面s0——表示单位体积固体所具有的表面积。用来表示固体分散度的大小。比表面越大，分散度越大。表示为：分散度例一个边长为1cm的立方体

表面积S=6*12=6cm2体积V=1cm3比表面S0=6cm-1

将此立方体分割为边长为100nm的小立方体，则:小立方体的体积为10-15cm3小立方体的个数为1015个总表面积为S=6*105cm2比表面S0=6*105cm-1

1cm第一章溶液和胶体第一节分散体系第二节

溶液的浓度第三节稀溶液的依数性第四节胶体溶液第五节乳状液和表面活性剂一、物质的量及其单位物质的量n——表示系统中所含基本单元的数量。SI制基本物理量,单位为mol，称为“摩尔”。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。摩尔——是一系统的物质的量，该系统中所包含的基本单元与0.012kg12C的原子数目相等。1mol的任何物质均含有6.02*1023个基本单元数。摩尔质量——物质的质量除以该物质的物质的量。常用单位为g.mol-1。第二节溶液的浓度酸碱的基本单元根据得失质子的数目相等的原则：以酸给出一个H+或碱得到一个H+的特定组合为基本单元。如HCl、HAc、H2SO4、1/2H2SONaOH、Ca(OH)2、1/2Ca(OH)21/2H2SO4表示与碱反应时只能给出1个H+离子。反应式为

NaOH+1/2H2SO4=1/2Na2SO4+H2O氧化剂或还原剂的基本单元根据得失电子数目相等的原则：氧化剂以得到一个电子，还原剂以失去一个电子的特定组合为基本单元。如KMnO4

Mn2+，KMnO4得到5个电子，则基本单元为1/5KMnO4。Na2C2O4

2CO2，Na2C2O4得到2个电子，则基本单元为1/2Na2C2O4。二、物质的量浓度（简称浓度）单位体积溶液中所含溶质B的物质的量数。常用单位molL－1例1-2

三、质量摩尔浓度单位质量溶剂A中所含溶质B的物质的量数。A—溶剂，B—溶质常用单位为mol

kg－1

例1-3四、摩尔分数物质A或B的物质的量与混合物中各物质的物质的量总和之比。例1-4

xA+xB=1五、质量分数物质B的质量与混合物质量之比在分析化学中常用质量分数表示混合物中某物质的含量。例

(1)将40g乙二醇溶于600g水中，计算溶液的bB。

(2)将40g乙二醇溶于水中配成600mL溶液，计算cB。解乙二醇的相对分子质量M=62.1第一章溶液和胶体第一节分散体系第二节

溶液的浓度第三节稀溶液的依数性第四节胶体溶液第五节乳状液和表面活性剂第三节稀溶液的依数性溶液的性质大体上可分为两类：由溶质不同而引起的各种性质，如密度、导电率、酸碱性、颜色等；由溶质的粒子数目不同而引起的各种性质，如蒸气压下降、沸点上升、凝固点下降、渗透压等。这类性质称为依数性（通性）。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的溶液的依数性有所不同，这里着重讨论难挥发非电解质稀溶液的依数性。一、水的蒸气压

饱和蒸汽压P*(蒸汽压):

蒸发凝结，当蒸发=凝结时，饱和蒸汽产生的压力;

P*的大小主要取决于物质的本性，外因上只随温度的升高而增大。难挥发物质：蒸气压较低的物质，如葡萄糖、食盐等；

易挥发物质：蒸气压较高的物质，如苯、乙醇、碘等。动态法测定液体饱和蒸气压---通用化学实验技术p131

蒸发凝结

水葡萄糖aq一段时间后葡萄糖aq溶剂转移实验:现象?1、溶液蒸气压下降

在溶剂中加入少量难挥发非电解质（如葡萄糖、蔗糖、甘油等），同一温度时，paq＜p*。蒸汽压下降值:Δp=p*-p蒸汽压下降原因：溶质分子→溶剂化，束缚了一些高能量的溶剂分子；溶剂表面被溶质分子占据。单位时间内逸出液面的溶剂分子数目便相应地减少了；葡萄糖(少量)二、稀溶液的依数性一定T下，难挥发非电解质稀溶液的蒸气压p等于纯溶剂的蒸气压p*乘以溶剂在溶液中的物质的量分数xA：p=p*xA

因是稀溶液,nA>>nB，nA+nB≈nA拉乌尔定律(定量计算)：

p=p*

p=p*xB

若溶剂质量1kg，在数值上nB=bB，

K——蒸汽压下降常数，只与溶剂有关Δp=KbB：在一定温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸气压下降值与溶液的质量摩尔浓度成正比，与溶质种类无关。2、溶液的沸点上升

沸点(b.p.)：

paq=p外时液体沸腾,这时的温度称--；沸点上升原因：373K，101.325kpa时：paq＜p*，所以要提高温度才能使Paq＝P*，即沸腾。P外＝P*PaqPaq＜P*拉乌尔定律：

Tb=Tb－Tb*=

Kb

bB

Kb：沸点上升常数，与溶剂性质有关，

bB：溶液的质量摩尔浓度。3、溶液凝固点下降

凝固点(f.p.)：p液=p固，固、液两相平衡时的温度。Kf：摩尔凝固点下降常数，只与溶剂本性有关；

Tf=Tf0－Tf

=KfbB由于p冰*下降较快，当温度下降到tf时,

p冰*

=p溶液,系统再次处于平衡状态原因：冰水共存：p水*=p冰*=p加蔗糖后：p溶液<p冰融化(吸热)系统温度下降冰水蔗糖(少许)将1.29g丙酮(CH3)CO溶解在200g水中，测得此溶液的凝固点为-0.210C，求丙酮的相对分子质量。

Tf=Tf0－Tf

=KfbB=Kf(mB/mAMB)MB=KfmB1000

/

TfmA

=1.86×1.29×1000/0.21×200=57(g.mol-1)解例题：溶液的沸点上升和凝固点下降都可以测定溶质的摩尔质量，较常用的是凝固点下降法。原因：1、达到溶液的凝固点时，溶液中有晶体析出，易于观察。2、只有稀溶液才符合拉乌尔定律，实验测得的ΔTf和ΔTb值均比较小，同一溶剂的Kf值均比Kb值要大，同一溶液的ΔTf会比ΔTb大，实验误差要小；说明：溶液蒸气压下降规律，有助于植物耐寒与抗旱性的说明。

溶液的凝固点下降：可用于防冻。应用：h糖水纯水半透膜pp半透膜：只允许水分子及小分子自由通过而限制大分子通过。

渗透过程：自发进行4、渗透压半透膜两边的液位差所表示的静压即为渗透压。只透过溶剂不透过溶质的膜,如动物膀胱,猪羊的肠衣、细胞膜等糖水纯水p+Πp半透膜渗透现象发生在用半透膜隔开的纯溶剂和溶液之间，也发生在用半透膜隔开的两种不同浓度的溶液之间，这时较稀溶液中的溶剂渗入较浓溶液中。等渗溶液：半透膜隔开的两种溶液浓度相同4、溶液的渗透压h溶液2溶液1半透膜pp

渗透压的定量计算

——范特荷甫(van

tHoff)实验规律:

稀溶液的渗透压与浓度及绝对温度成正比，而与溶质本性无关。

即

=cBRT

bBRT

式中：

为渗透压(kPa)；c是溶液的物质的量浓度(mol

L-1)；bB是溶质B的质量摩尔浓度；T为绝对温度(K)；R为气体常数(8.314kPa

L

mol

K-1)。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一般用来测定高分子化合物的摩尔质量。高分子化合物相对分子质量的测定对于高分子化合物，由于其相对分子质量较大，一般只能配成浓度较小的溶液。根据拉乌尔定律，溶液的浓度小，凝固点下降值也小，不能用凝固点下降法测其分子量。虽然不易得到合适的半透膜，使渗透压的测定不具有普遍性。但是由于溶液的渗透压较大，实验误差较小，实际工作中也有用渗透压法来测定高分子化合物的相对分子质量。

例血红素1.00g溶于适量水中，配成100ml溶液，此溶液的渗透压为0.366kPa(20℃)，求血红素的相对分子质量。(1)溶液的物质的量浓度为：

cB=1.50×10-4(mol.L-1)(2)血红素的相对分子质量为：

M=6.7×104(g.mol-1)(3)溶液的沸点上升为：

Δtb=7.68×10-5

凝固点下降值为：

Δtf=2.79×10-4

由计算可见，Δtb和Δtf数值很小，测量起来很困难。但稀溶液的渗透压相当大，容易测量。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。反渗透溶剂分子从溶液流向纯溶剂(或稀溶液)的过程称为反渗透。必须在溶液一边施加超过渗透压的静液压。海水淡化，成本约为城市自来水的3倍。5、强电解质溶液的依数性电解质溶液也具有溶液蒸气压下降、沸点上升、凝固点下降和渗透压等依数性。i——数值约等于电解质一分子能离解出来的离子的个数，溶液越稀，i值越接近于整数。NaCl类：1－1型电解质稀溶液，i→2，MgC12：1－2型或Na2SO4等2－1型电解质稀溶液，i→3，其余类推。i——范特荷甫校正系数稀溶液依数性的实际应用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，但食品冷藏时需较低的温度，一般水果在-1~-4℃时才结冰。

2·干燥剂CaCl2，P2O5

3·冷冻剂100g冰＋30gNaCl，Tf－22.4℃。

100g冰＋42.5gCaCl2，Tf－55℃。4·施肥过多，盐碱土5·输液5％的葡萄糖和0.9％生理盐水为等渗溶液。6·反渗透海水淡化，生产成本约为自来水的3倍。7.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。不管是稀溶液还是浓溶液，不管是非电解质溶液还是电解质溶液，都会产生蒸气压下降等依数性现象。只有非电解质的稀溶液，能进行计算。电解质稀溶液由于溶质分子发生电离，在计算时必须进行校正。对于浓溶液，不能计算。稀溶液一般指C＜0.1mol·l-1的溶液

，其实浓与稀之间并无明确的界线。在理解依数性这一概念时，应注意：解：=cBRT

bBRT

Tf=Tf0－Tf

=KfbB

(

Tf/Kf)RT(

Tf

/Kf

)RT=8.314×310×(0.56/1.86)

776kPa例：测得人体血液的凝固点下降值为0.56K，求人在体温37℃时血液的渗透压。三、强电解质溶液简介范特霍夫发现电解质稀溶液的依数性极大地偏离了拉乌尔定律和渗透压定律。见表1-5。他发现，当引入校正系数i后电解质溶液的依数性就可以用拉乌尔定律和渗透压定律计算。即

对同种电解质溶液：范特霍夫做了很多努力，但没能解释i值不同的原因，真正解决i值之谜的是瑞典化学家阿累尼乌斯。1:1型电解质(NaCl)：1<i<22:1型或1:2型电解质(Na2SO4或CaCl2)：2<i<3i取值阿累尼乌斯电离学说(1887年)电离学说强极性化合物(强电解质)溶液具有导电性；分子电离不完全、离子间的相互吸引等因素会影响溶液的导电能力，使电离度有大有小。溶液越稀，电离度越大，在无限稀释的溶液中，电离度可达到100％。电解质稀溶液依数性偏大的原因是电解质在水中会发生电离，电离的结果使得相同浓度的电解质溶液和非电解质溶液所含的粒子数不同。阿累尼乌斯因电离学说而获得1903年诺贝尔化学奖。离子互吸学说——离子氛强电解质在水溶液中全部离解，那么强电解质的离解度理论上应为100%。但在实验测定时，强电解质的离解度（表观离解度）一般都小于100%。1923年，荷兰物理学家德拜（Debye）和德国物理学家休克尔（Huckel）提出离子氛的概念；1）强电解质在溶液中是全部离解的。2）但如果溶液中离子浓度较大时，离子间平均距离较小，离子间的吸引力和排斥力都相当显著。在这种情况下，每一个离子周围会分布有多个带有相反电荷的离子，形成“离子氛”。表KCl在不同浓度下的表观离解度c/mol.L-10.20.10.020.010.0010.0001/%83.186.292.394.298.099.2表某些强电解质的表观离解度(0.1mol.L-1）电解质HClHNO3H2SO4KOHNaOHKClNH4ClCuSO4/%9292588984868840活度和活度系数活度——即表观浓度，为离子的有效浓度，用ɑ表示。活度α和理论浓度c之间有如下关系：α=γc/c0

式中：γ——活度系数，无量纲

c0——标准浓度，1mol.L-1

α——活度，无量纲

当溶液极稀时，离子间牵制作用降低到极弱的程度，γ→1，α=c。

在本书的计算中，溶液的浓度大多比较低，离子氛较小，直接用理论浓度代替活度计算。α<c，故γ<1活度的计算学习要求1.了解物质的量及其单位摩尔的概念，掌握物质的量浓度、质量摩尔浓度、摩尔分数、质量分数的计算。2.了解离子活度的概念及强电解质溶液理论。3.了解稀溶液依数性产生的原理，掌握利用稀溶液的依数性测定溶质的摩尔质量的方法，能定性判断各类电解质溶液对稀溶液依数性的影响。作业P25#1-9，#1-10第四节

溶胶一、表面能与吸附二、溶胶的性质三、胶团结构四、溶胶的稳定性与聚沉溶胶溶胶的特点：分散质与分散剂的亲和力不强，体系不均匀，有界面，是高度分散的不稳定多相体系。溶胶具有暂时稳定性，但实验证明，溶胶最终会互相聚结而沉降。如何制备具有一定稳定性的溶胶？溶胶=难溶固体分散质+分散剂+少量相关电解质(稳定剂)难溶固体分散质+液体分散剂

溶胶高度分散非高度分散悬浊液一些溶胶分散质分散剂稳定剂

氢氧化铁溶胶[Fe(OH)3]m水FeO+

碘化银正溶胶[AgI]m水Ag+

碘化银负溶胶[AgI]m水I-

硫化亚砷溶胶[As2S3]m

水HS-溶胶的制备分散法：研磨法、超声波法、胶溶法、电弧法凝聚法：物理凝聚法：将松香的酒精溶液滴入水中化学凝聚法：FeCl3溶于水，煮沸胶溶法：新生成的Fe(OH)3沉淀，用水洗净，加少量FeCl3，搅拌。一、表面能与吸附分散度与比表面为什么液体会自动收缩成球形？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，以减小表面能；固体：表面刚性难收缩，吸附作用可以降低表面能。在任何两相的界面上都存在表面能。表面能产生示意图一定量的物质，表面积越大，表面上的粒子就越多，表面能就越大。

溶胶粒子具有很大的表面能。体系能量高不稳定，为了降低表面能，溶胶粒子除了会相互聚结以减小分散度之外，还会在分散剂中进行吸附。

吸附作用

吸附：一种物质(吸附质)聚集到另一种物质(吸附剂)表面上的过程。

吸附包括：分子吸附和离子吸附固体吸附：吸附气体中的分子、溶液中的分子、离子，如活性炭/硅胶/分子筛：吸附平衡：吸附剂+吸附质吸附剂·吸附质+热

分子吸附——在非电解质或弱电解质溶液中的吸附。相似相吸溶解度小的分子容易被吸附。吸附解吸离子交换吸附：发生在离子交换树脂上；是可逆吸附。例：

R-SO3H+Na+==R-SO3Na+H+

R-N+(CH3)3OH-+Cl-==R-N+(CH3)3Cl-+OH-离子选择吸附：溶胶中溶胶颗粒优先选择吸附组成相关的离子。例：过量AgNO3中加适量KI，形成AgI沉淀，选择吸附Ag+。

过量KI中加入适量AgNO3，形成AgI沉淀，选择吸附I-。离子选择吸附是造成溶胶颗粒带电的根本原因。离子吸附——在强电解质溶液中的吸附二、溶胶的性质

1、光学性质——Tyndall（丁达尔）效应

Tyndall效应：用一束会聚的强光从侧面射入溶胶，在与光的通路相垂直的方向上，可以看到一个发亮的光锥。可见光的波长(400~700nm)和介质粒子的大小关系：

粒子直径＞——光的反射/折射(粗分散质)粒子直径＜——①透射(溶液,＜1nm)②散射(溶胶粒子:1~100nm)

Tyndall效应就是光在溶胶中的散射现象。Tyndall现象是判别溶胶与溶液的最简便的方法Tyndall（丁达尔）效应2、动力学性质——布朗运动在超显微镜下观察溶胶，发现溶胶中有许多发光点在作无休止、无规则的运动。如右图所示。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。布朗运动是介于宏观与微观之间的粒子特有的运动。即只有溶胶粒子才具有明显的布朗运动。布朗运动1827年布朗(R.Brown)发现：悬浮在液体中的微小颗粒总是不停的作微小的无规则的运动。布朗运动是由于悬浮颗粒受到周围的液体分子不断的随机撞击引起的。1905年，爱因斯坦(A.Einstein)从分子运动论出发对布朗运动提出了完整的理论。1908年，佩林(J.B.Perrin)用实验证实了爱因斯坦的理论结果，并求出了阿伏伽得罗常数N0为(5.5~7.2)*1023摩尔-1。3、

电学性质——电动现象(1)电泳溶胶分散质在在外加电场下的定向移动。(2)电渗

在电渗管中，分散剂在外加电场下的定向移动。电泳或电渗实验证明，溶胶的分散质和分散剂所带的电性是不同的。例如，红色的Fe(OH)3溶胶，胶粒带正电，分散剂带负电。

金黄色As2S3溶胶，胶粒带负电，分散剂带正电。电泳电渗－＋＋－胶粒带电原因

（1）吸附带电

溶胶在分散剂中进行选择性吸附，吸附正离子胶粒带正电，反之带负电。

离子选择性吸附：固体优先吸附与它组成有关的离子。例如：

KBr（过量）+AgNO3==AgBr溶胶(－)

分散剂中：K+,Br-,Ag+(少),NO3-，AgBr溶胶优先吸附Br-

用FeCl3

水解制成Fe(OH)3溶胶：分散剂中：Fe(OH)2+，Fe(OH)2+，Cl-，H+

Fe(OH)3胶粒优先吸附：Fe(OH)2+(FeO+)（2）离解