1、1,2. 3 液体和液晶,1掌握水的重要物理性质，氢键的产生及对水性质的影响，水的电导率和pH概念及其应用，理解熔化热、气化热、摩尔热容、质量摩尔浓度等概念。 2理解溶液的蒸气压降低、凝固点下降、沸点上升和产生渗透压的原因，了解稀溶液依数性定量计算公式的适用条件和应用实例。 3了解液体燃料的来源、开发、规格和应用。 4能联系实例指出表面活性物质的类型及亲水基团、憎水基团的组成，掌握十二烷基苯磺酸钠、硬脂酸钠、平平加型和OP 型等表面活性物质的化学式，理解润湿、渗透、增溶、胶束、发泡、消泡等概念，了解 WO，OW 表示的意义，了解 HLB 值的概念及应用。,学 习 要 求,2,液体中的原子及其结
2、合态微粒不像晶体中那样有序排列，而只在局部范围内保持一定程度的有序排列，即远程无序，近程有序。液体没有固定的形状，具有流动性。介于晶体与液体之间的一种介晶状态，称为液晶态，液晶不同于一般的固体和液体。,3,一、水的性质和应用,水分子中，氢、氧原子以共价键相结合，OH 键长为 0. 09572 nm，HOH 为104. 52，水分子是V型结构，能形成氢键。,气相水的结构,水的气态二聚体,掌握,4,水分子的结构和水分子间的氢键作用决定了水具有许多特殊性质。,雪花,据有关研究，每 1 亿片雪花中，很难找到两片外形相同的雪花,了解,5,图2-15 水团簇的稳定结构,水分子间存在氢键而发生缔合，形成水的
3、团簇结构(H2O)n，如图2-15所示。,水的团簇结构,氢键,了解,6,水在4时密度最大。晶体水冰具有如图2-16的稳定六方晶型结构，氧原子相距 0. 276 nm，中心的水分子以氢键和其4个相邻水分子相联构成四面体，三维伸展形成空间网状结构。随着温度升高，冰熔化，这种“冰山”结构塌陷，水分子排列变得更紧密，在4时达到极值，此时密度最大，出现所谓的“冷胀热缩”现象。,图2-16 冰的结构,水的密度,掌握,7,水缔合程度大，活性丧失严重，因而变成了“死水”。但水分子间的氢键在加热、磁场等条件下将被破坏，从而降低了缔合度。,水是最常见的液体和工程上应用最多的溶剂。物质一般在热水中的溶解度大，热水洗
4、涤效果好；热茶较冷水解渴等都与水的缔合度降低或被解除有关。用磁化水做溶剂，可增大矿物质的溶解度，因此常饮磁化水能降低人体“结石病”。,了解,8,表2. 7 不同水样的电导率,纯水几乎是不导电的。实际应用的水中常含有可溶性电解质使其导电能力增大。可用电导率仪测定水样的电导率，可从电导率数值确定水的纯度。表2. 7列出了常见水样的电导率，其单位为西门子米1（Sm1）,水的导电性,掌握,9,热学性质,冰,水,汽,掌握,10,插短片：2，03结冰,11,地表水汽化，带去大量汽化热 水（M=18）比空气（M=28）轻，上升高空 在高空，水汽云、雾、雨、雪 放出凝结热,冰比水轻，浮在表面：易熔、参加循环；
5、保护物种,水的生态价值,了解,12,纯水中的 H 浓度很小，在 107 moldm3 左右。当水溶液中c(H+) 1. 0moldm3 时，,水会发生解离：,其标准平衡常数（俗称离子积，）用Kw表示,(2.1),式中 c 为标准浓度 c = 1. 00 moldm3。,25 时水的 Kw = 1. 001014,Kw 值随温度的升高而增大，在 0，35，50时，分别为1. 141015，2. 061014 和 5. 351014。,通常用 H+ 浓度的负对数来表示，称为pH,水的解离,掌握,13,例2. 1 求纯水在 50 时的 pH 值。,50时，水的Kw=5. 351014，由于c(H+)
6、 = c (OH),所以,c(H+) = (5. 351014)1/2 c moldm3 = 2. 31107 moldm3,= 1g2. 31107 moldm31. 00 moldm3,= 6. 64,解：,掌握,14,二、溶液的蒸气压、凝固点、沸点和渗透压,一定温度下，液相（固相）与其气相达到平衡时的压力称为液体（固体）在该温度的饱和蒸气压，简称蒸气压。饱和蒸气压-温度关系线称作饱和蒸气压曲线，也叫气液（固）平衡线，它表达了饱和蒸气压与温度之间具有一一对应关系。不同温度时水和冰的饱和蒸气压数据列于表2. 8中。,掌握,15,表2. 8 不同温度时水和冰的饱和蒸气压,了解,16,当一种难挥
7、发的溶质溶解于溶剂后，溶液表面的溶剂分子数目由于溶质质点的存在而减少，使相同温度下溶液蒸发出的溶剂分子数目比纯溶剂要少，即溶液的蒸气压(如图2-17中的bb线所示)比纯溶剂的蒸气压(如图2-17中的aa线所示)低。,1、溶液的蒸气压降低,掌握,17,图2-18 水、冰和水溶液的蒸气压随温度的变化,液,固,气,溶液,T fp,T bp,101. 325,t / ,t沸,100,p(H2O)/kPa,0. 611,0. 01,a,b,a,c,b,t凝,掌握,18,某些固体物质，如氯化钙(CaCl2)、五氧化二磷(P2O5)等，常用作干燥剂。这是由于它们的强吸水性使其在空气中易潮解成饱和水溶液，因蒸
8、气压比空气中水蒸气的压力小，从而使空气中的水蒸气不断凝结进人“溶液”。,P2O5 KOH 浓H2SO4 NaOH CaCl2,常见干燥剂的干燥能力,了解,19,上式也称拉乌尔定律(法国物理学家),(2.3),实验证明，在一定温度下，稀溶液的蒸气压降低值等于该稀溶液中难挥发溶质的物质的量分数(摩尔分数)与纯溶剂蒸气压的乘积，而与溶质的性质无关：,蒸气压下降的定量关系,掌握,20,图2-17中 aa，ac，bb 线分别表示水、冰和溶液的蒸气压与温度的关系。可见：a 点 (0. 01，0. 611 kPa)纯水和冰的蒸气压相等，此时达到冰、水和水蒸气三相平衡，0. 01 即为水的凝固点；水溶液中由于
9、加入了溶质而蒸气压降低，溶液蒸气压曲线与冰的蒸气压曲线相交于 b 点，这是溶液的凝固点。显然，溶液的凝固点比纯溶剂的凝固点下降了。难挥发物质溶液的凝固点总是低于纯溶剂的凝固点。,2、溶液的凝固点下降,掌握,21,实验证明：在稀溶液中，凝固点下降(Tf )为,式中Tf 表示溶液的凝固点下降， Tf*、Tf 分别表示纯溶剂和溶液的凝固点，bB 是质量摩尔浓度，单位为molkg1，,例如 l kg水中溶解了 62 g 乙二醇 C2H4(OH)2，其质量摩尔浓度是 1 molkg1；,Kf 为凝固点下降常数，它取决于纯溶剂的特性而与溶质特性无关。,凝固点下降的定量关系,掌握,22,表2. 9 一些溶剂
10、的凝固点下降常数和沸点升高常数,掌握,23,3溶液的沸点升高,当液体的蒸气压等于外界压力时，液体就沸腾，这时的温度称为该压力下的沸点。纯水在100时的蒸气压等于101. 325 kPa (常压)，故水的常压沸点是100。水中加入难挥发性溶质后，由于溶液的蒸气压降低，只有在更高的温度下才能使它的蒸气压达到101. 325 kPa 而沸腾。于是出现了沸点升高的现象。难挥发物质溶液的沸点总是高于纯溶剂的沸点。,掌握,24,实验证明：在稀溶液中，沸点升高(Tb )为,式中Tb 表示溶液的沸点升高， Tb*、Tb 分别表示纯溶剂和溶液的沸点，bB 是质量摩尔浓度，单位为molkg1，,Kb 为沸点升高常
11、数，它取决于纯溶剂的特性而与溶质特性无关。,沸点升高的定量关系,掌握,25,4溶液的渗透压,图2. 显示渗透压现象的简单装置,渗透压是为维持被半透膜所隔开的溶液与纯溶剂之间的渗透平衡而需要的额外压力。,纯水,半透膜,= cBRT,溶液,掌握,26,实验发现，难挥发的非电解质稀溶液的渗透压与溶液的体积摩尔浓度及热力学温度成正比。,或,(2. 6),渗透压的定量关系,1887年，荷兰物理学化学家范特霍夫(J. H. van t Hoff)，提出了稀溶液的渗透压与温度和溶质浓度的关系式：,掌握,27,渗透压具有重要的生物学意义，它是引起水在生物体中运动的重要推动力。按式（2.6）计算，298. 15
12、 K时 0. 1 moldm3溶液的渗透压为 248 kPa，数值相当可观。一般植物细胞汁的渗透压可达 2 000 kPa（相当于200 m水柱），所以水分可以籍渗透作用从植物的跟部运送到数十米高的顶端，以供植物白天进行光合作用的需要。人体血液平均的渗透压约为 760 kPa，临床上使用 0. 90% 的生理盐水和 5% 葡萄糖溶液等等渗溶液，就是为了保持人体处于正常的渗透压范围，否则会导致溶血等严重后果。,渗透压的生物学意义,了解,28,了解,29,如果在溶液的一侧施加一个大于渗透压的外压力，则溶剂由溶液一侧通过半透膜向纯溶剂或低浓度方向渗透，这种现象称为反渗透。它为海水淡化和环境保护中的废
13、水处理提供了一个重要方法。,反渗透,海水淡化示意图,纯水,溶液,了解,30,四、表面活性物质,液体表面质点受内部质点拉力的影响，有向液体内部迁移，使液相表面积自动缩小的趋势。水滴呈圆球形就是这个道理。液体表面的收缩张力，称为表面张力。从能量观点来看，要将液体内部的质点移到表面，需要克服表面张力而做功，使系统能量增加，这一能量称为表面能。表面张力或表面能的大小取决于液体质点间作用力的大小。在20时，水的表面张力为 72. 9 mNm1，大多数有机液体的表面张力较小，仅 2030 mNm1。,气相,图2-18 液体表面和液体内部分子受力情况,掌握,31,纯水中加入溶质形成溶液时，表面张力随之改变。
14、例如，加入无机盐（如NaCl），不挥发的酸（如H2SO4）、碱（如KOH）等，由于这些物质的质点对表面水分子的吸引，增大了表面张力。加入有机物，由于碳链的疏水性，降低了水溶液的表面张力。凡能显著降低水溶液表面张力的物质叫表面活性物质。,表面活性物质,掌握,32,插短片：2，03表面张力,掌握,33,结构：双亲分子 amphiphilic molecule,表面活性剂结构,图2-18 表面活性剂在两 相界面的排列,水相,空气,掌握,34,表面活性剂通常采用按化学结构来分类，分为离子型和非离子型两大类，离子型中又可分为阳离子型、阴离子型和两性型表面活性剂。,1.离 子 型,2.非离子型,阳离子型,
15、阴离子型,两 性 型,表面活性剂,显然：阳离子型和阴离子型的表面活性剂不能混用，否则可能会发生沉淀而失去活性作用。,表面活性剂的分类,掌握,35,季铵盐,叔铵盐,伯铵盐,仲铵盐,阳离子表面活性剂,掌握,36,阴离子表面活性剂,RCOONa 羧 酸 盐,R-OSO3Na 硫酸酯盐,R-SO3Na 磺 酸 盐,R-OPO3Na2 磷酸酯盐,两性表面活性剂,R-NHCH2-CH2COOH 氨基酸型,CH3| R-N+-CH2COO- 甜菜碱型|CH3,掌握,37,R-(C6H4)-O(C2H4O)n H烷基酚聚氧乙烯醚,非离子表面活性剂,R2N-(C2H4O)n H聚氧乙烯烷基胺,R-CONH(C2
16、H4O)n H聚氧乙烯烷基酰胺,R-COOCH2(CHOH)3H多元醇型,R-O-(CH2CH2O)n H脂肪醇聚氧乙烯醚,掌握,38,润湿与渗透,表面活性剂的作用,插短片：2，04润湿与渗透,掌握,39,洗涤作用,污渍,图2. 洗涤剂的去污作用,掌握,40,(a) O/W 型乳状液,(b) W/O 型乳状液,图2. 表面活性剂稳定乳状液示意图,乳化作用,掌握,41,乳化与破乳,插短片：2，05乳化与破乳,试剂： 水 苯 透明皂 硫酸,掌握,42,发泡与消泡,插短片：2，06发泡与消泡,试剂 十二烷基苯磺酸钠 消泡剂BPAE,掌握,43,水,空气,液体膜,图2-19 气泡,掌握,44,表面活性物质的种类繁多，应用广泛。那么，在实际应用中如何选择呢?这是一个十分实际的问题。目前已有多种方法，其中HLB值法有较大的参考价值。HLB(HydrophileLipophile Balance，亲水亲油平衡)值表示表面活性物质亲水基的亲水能力和憎水基的憎水能力的平衡关系，也叫亲水值。HLB值愈大，表示该表面活性物质的亲水性愈强。从HLB值的大小大体可以判断其用途。表面活性物质的HLB值与应用的对应关系如表2. 12所示。,表面活性物质的选择,掌握,45,表2. 12 表面活性物质的 HLB 值与应用的对应关系,掌握,46,作业：P58 1. 2. 3. 5.,
