第一章 分散体系.ppt

1、1,第一章 分散体系 Disperse System,1.1 分散系、气体、溶液 1.2 稀溶液的通性 1.3 电解质溶液 1.4 胶体溶液 1.5 乳浊液和高分子溶液,2,学习要求1.了解分散系的分类及主要特征。2.掌握理想气体状态方程式和气体分压定理。3.掌握稀溶液的通性及其应用。4.熟悉胶体的基本概念、结构及其性质等。5.了解高分子溶液、表面活性物质、乳浊液的基本概念和特征。,无机及分析化学 第一章,3,分散系（disperse system）: 由一种或多种物质分散在另一种物质中形成的混合体系。,分散相(dispersion phase) 分散系 分散介质(dispersion med

2、ium) 分散相和分散介质可以是固体、液体或气体。,1.1 分散系,无机及分析化学 第一章,4,表 按聚集状态分类的各种分散系分散相 分散介质 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,无机及分析化学 第一章,5,无机及分析化学 第一章,表 按分散相粒子大小分类的各种分散系分散相 分散系类型 分散相 主要性质 粒子直径/nm100 乳浊液 分子的大集合体 多相,不稳定,扩散很慢 悬浮液 颗粒不能透过滤纸,胶体分散

3、系,溶液,粗分散系,6,相：系统中任何一个均匀的部分称为一个相，在同一相内具有相同的物理性质和化学性质。单相系统：只含有一相，是均匀的。多相系统：多于一相的系统叫多相系统。说明：相与组分不同，相与物态不同，通常两相 之间有明确的界面分开 气态混合物均为一（单）相。液态混合物视互溶 与否分一、二、三相。固态混合物有多少种纯固体物质，即有多少相。,无机及分析化学 第一章,7,气体,理想气体状态方程,p 气体的压力 ，单位为Pa V 气体的体积，单位为m3 n 气体的物质的量，单位为molR 摩尔气体常数，8.314Jmol-1L-1T 气体的热力学温度，单位为K,压力不太高、温度不太低，分子本身体

4、积和分子间的作用力可以忽略,适用条件,无机及分析化学 第一章,8,道尔顿分压定律,由于在通常条件下，气体分子间的距离大，分子间的作用力很小，所以气体具有两大特征，即扩散性和可压缩性，任何气体都可以均匀充满它所占据的容器。如果将几种彼此不发生化学反应的气体放在同一容器中，各种气体如同单独存在时一样充满整个容器。分压力：在相同温度下，混合气体中某组分气体单独占有混合气体的容积时所产生的压力。,无机及分析化学 第一章,9,分压定律(law of partial pressure):混合气体 的总压等于组成混合气体的各组分 气体的分压之和。,p 气体的总压pB 组分气体B的分压,(1-2),无机及分析

5、化学 第一章,10,(1-2a),(1-2b),两式相除，得,(1-3),将组分气体B的摩尔分数xB=nB/n代入，得,(1-4),无机及分析化学 第一章,11,(1-5),将式(1-5)代入式(1-3)，得,(1-6),在同温同压状态下,无机及分析化学 第一章,分压定律只适用于理想气体混合物，但对压力不太高的真实混合气体，在温度不太低的情况下也可以使用。,12,外加例题：在250C与101 kPa 压力下，已知丁烷气中 有1.00%(重量)的H2S , 求: H2S 和C4H10 的分压力。,解：设现有1 公斤丁烷气，则其中：,n(H2S) =,n(C4H10) =,P(H2S) =,P(C

6、4H10 ) =,13,广义地说，两种或两种以上的物质均匀混合而且彼此呈现分子（或离子）状态分布者均称为溶液。,溶液的浓度：是指一定量溶液或溶剂中所含溶质的量。 由于“溶质的量”可取物质的量、质量、体积，溶液的量可取质量、体积，溶剂的量常可取质量、体积等，所以在实际生活中我们所遇到的浓度的表示方法是多种多样的。,1.1 溶液浓度的表示方法,14,1.1.1 物质的量浓度cB 溶质B的物质的量浓度 ，单位为molL-1 nB 溶质B的物质的量，单位为molV 混合物的体积，单位为L,无机及分析化学 第一章,(1-7),15,注意: 使用物质的量单位mol时，要指明物质的基本单元。,例： c(KM

7、nO4)=0.10molL-1 c(1/5KMnO4)=0.10molL-1的两个溶液。 两种溶液浓度数值相同，但是，它们所表示1 L溶 液中所含KMnO4的质量是不同的，前者15.8克， 后者为3.16克。,无机及分析化学 第一章,16,1mol H3PO4与3mol (1/3 H3PO4 )的基本单元和基本单元数是否相同？质量是否也相同？摩尔质量比是多少？,Question,17,无机及分析化学 第一章,1.1.2 质量摩尔浓度,bB 溶质B的质量摩尔浓度，单位为molkg-1nB 溶质B的物质的量，单位为molmA 溶剂A的质量，单位为kg,质量摩尔浓度与温度无关,(1-8),18,无机

8、及分析化学 第一章,1.1.3 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1,摩尔分数,(1-9),19,【例】：在常温下取NaCl饱和溶液10.00cm3，测得其质量为12.003g，将溶液蒸干，得NaCl固体3.173g。求：（1）NaCl饱和溶液的质量分数，（2）物质的量浓度，（3）质量摩尔浓度，（4）饱和溶液中NaCl和H2O的摩尔分数。,(2) NaCl饱和溶液的物质的量浓度为：,解：(1) NaCl饱和溶液的质量分数为：,20,(3) NaCl饱和溶液的质量摩尔浓度为：,（4）NaCl饱和溶液中,21,无机及分析化学 第一章,1.1.4 几种溶液浓度之间的

9、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,22,无机及分析化学 第一章,2物质的量浓度与质量摩尔浓度,cB 溶质B的物质的量浓度 溶液的密度 m 溶液的质量 nB 溶质B的物质的量,若系统为二组分系统，且B组分含量较少，可认为,23,无机及分析化学 第一章,例 已知浓硫酸的密度1.84gmL-1,含硫酸为96.6%，如何配制c(H2SO4)=0.10molL-1的硫酸溶液500mL?,解：根据题意, 则有：根据 C(B)V= C(B)V则有 所以需量取2.8mL浓硫酸，将浓硫酸慢慢加入400 mL左右的蒸馏水中，然后稀释至500

10、mL。,24,无机及分析化学 第一章,1.2 稀溶液的通性,对于难挥发的非电解质稀溶液而言，他们具 有一些共同的通性，或者称为依数性(colligative property) :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。,25,无机及分析化学 第一章,1.2.1 溶液蒸气压的下降,饱和蒸气压（saturated vapor pressure）,简称蒸气压(po) ：将一种纯液体（纯溶剂）置于一个真空 容器中，当蒸发速率与凝聚速率相 等时，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。用符号 p*表示。,在

11、纯溶剂中加入难挥发的物质以后，达平衡时，p总是小于同 T 下的p* ，即溶液的蒸气压下降。蒸气压下降值p = p* p。,26,p p* ，c 越大，p 越小， p* - p的差值也越大。,纯溶剂,溶液,蒸汽压下降的原因：,27,无机及分析化学 第一章,拉乌尔定律,p =poA,法国物理学家拉乌尔(Roult F M) 在1887年总结出一条关于溶液蒸气压的规律。p 溶液的蒸气压，单位为Pa； po 纯溶剂的饱和蒸气压，单位为Pa； A 溶剂的摩尔分数。,28,无机及分析化学 第一章,由于 A十Bl，即 Al一B所以 p = p*（1-B）=p*-p *B p*-p = p*Bp = p*-p

12、 = p*Bp 溶液蒸气压的下降值，单位为PaB 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,29,沸点（bp） 液体的蒸气压等于外界压力时，液体 就会沸腾，此时的温度称为该液体的沸点。凝固点（fp）物质的液相蒸气压力和固相蒸气压力相等时的温度。,1.2.2 溶液沸点升高和凝固点下降,30,无机及分析化学 第一章,溶液的沸点升高凝固点降低示意图,31,无机及分析化学 第一章,Tb = KbbBTb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molkg-1;Kb溶液沸点上升常数，单位为Kkgmol-1或kgmol

13、-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 。,32,无机及分析化学 第一章,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mo1kg-1；Kf 溶液凝固点下降常数，单位为Kkgmol-1 或kgmol-1。 Kf只与溶剂的性质有关，而与溶质的本性无关。,TfKfbB,33,冰和盐混合物常用作制冷剂：冰的表面总附有少量水，当撒上盐后，盐溶解在水中形成溶液，由于溶液蒸气压下降，使其低于冰的蒸气压，冰就要融化。随着冰的融化，要吸收大量的热，于是冰盐混合物的温度就降低。采用NaCl和冰，温度最低可降到-22，用CaCl26H2O和冰最低可降到-5

14、5。 凝固点下降还可用来测定作为溶质的未知物的相对分子质量。,溶液凝固点下降的应用,34,无机及分析化学 第一章,用测凝固点的方法来估算溶质的相对分子质量。 例 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=KfbB 则有所以有,35,无机及分析化学 第一章,即mB/mA1.0%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+mBmA,36,无机及分析化学 第一章,思考题：难挥发的非电解质稀溶液在不断沸腾时， 它的沸点是否恒定？在冷却过程中它的凝固点是 否恒定？,否；不断沸腾的过程中，溶质浓度不断发生变化，由于依数

15、性与溶液中溶质的质量摩尔浓度有关，因此，浓度的改变会使沸点不断发生变化。对于凝固点也是同理。,37,无机及分析化学 第一章,1.2.3 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(semipermeable membrane)：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。,渗透作用产生的条件： 半透膜存在；膜两侧溶液的浓度不相等。,38,无机及分析化学 第一章,渗透压示意图,渗透压(osmosis pressure)：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。,39,无机及分析化学 第一章,溶

16、液的渗透压，单位为Pa cB溶液的浓度，单位为mo1L-1 R气体常数，为8.31kPaLmol-1K-1 T体系的温度，单位为K,V = nBRT 即 = cBRT,40,渗透压平衡与生命过程的密切关系： 给患者输液的浓度； 植物的生长； 人的营养循环。,41,例 相同质量的蔗糖和葡萄糖分别溶解于相同 体积的水中，所得溶液的渗透压（ ）蔗糖 (C12H22O11)葡萄糖(C6H12O6)(A)前者大于后者 (B)后者大于前者(C)两者相同 (D)不能判断,B,42,反渗透：在浓溶液一侧增加较大的压力 可使溶剂进入稀溶液（或溶剂）。,P,依此 可实现溶液的浓缩和海水的淡化。,渗 透,反渗透,4

17、3,【例】海水在298K时的渗透压为1479kPa，采用反渗透法制取纯水，试确定用1000cm3的海水通过只能使水透过的半透膜，提取100cm3的纯水，所需要的最小外加压力是多少?,解： 随着反渗透的进行，海水中盐的浓度增大，当得到100cm3纯水时，最终海水的渗透压2和初始海水的渗透压1的比值为,44,c1 = n mol1000cm3 c2 n mol (1000 -100)cm3,因为渗透前后溶质的物质的量未减少，,45,无机及分析化学 第一章,即该蛋白质的相对分子质量为30569。,例 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 413P

18、a,求此蛋白质的相对分子质量。 解：根据公式 =cBRT,测定溶液渗透压，也能估算溶质的相对分子质量。,46,无机及分析化学 第一章,稀溶液定理（依数性定律）：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？,47,1.3 电解质溶液,强电解质溶液简介,几种电解质水溶液的Tf,电解质溶液的依数性偏离了拉乌尔定律,48,对于正负离子都是一价的电解质，如 KNO3，NaCl，其Tf(实)较为接近，而且近似为计算值Tf的2倍； 电解质溶液越浓，实验

19、值与计算值比值越小； 正负离子为二价的电解质溶液的实验值Tf(实)与计算值Tf(计)比值较一价的大。,结果分析：,49,无机及分析化学 第一章,1.4 胶体溶液,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）,胶体分散系,50,无机及分析化学 第一章,1.4.1 分散度和表面吸附,分散系的分散度(dispersion degree):物质的分散 程度，分散质粒子越小，分散程度越大。常用比 表面积(specific surface)来衡量。S0分散质的比表面积，单位是m-1 A分散质的总表面积，单位是m2 V分散质的体积，单位是m3,51,例 1立方厘米的

20、正方体粒子。,S = 6 （平方厘米） S。= 6/1 = 6厘米-1,平均分为1000个小立方体后 S = 0.10.161000 = 60（平方厘米） S。= 60/1 = 60厘米-1,L愈小，则So愈大。在胶体分散系中，分散质的颗粒较小，其分散程度很高，具有很大的比表面积，这对胶体溶液的性质有着重要的作用。,52,表面能: 液体或固体表面粒子比内部粒子多出的这部分能量。,系统的分散度越高，比表面积越大，表面能就越高，系统就越不稳定，因此液体和固体都有自动降低表面自由能的能力。表面吸附是降低表面能的有效手段之一。,无机及分析化学 第一章,1.4.2 表面能,53,1.4.3 固体对气体的

21、吸附 物质分子自动聚集到界面的过程，称为吸附。,被吸附的粒子由于自身的热运动，有些可能脱离固体表面重新回到周围的介质中去，此过程叫做解吸。,吸附和解吸的关系： 动态平衡,被固体表面所吸住的分子或离子称为吸附质，具有吸附能力的固体物质称为吸附剂,吸附剂的比表面积越大，则吸附作用越显著。,吸附质+吸附剂 吸附质吸附剂+吸附热,54,气固吸附中，吸附量与温度、气体的分压有关：,在压力较小范围内，吸附量随着气体压力的增大而急剧增加；压力继续增大，吸附量随压力增大的速率减慢；最后，当压力大到一定程度，吸附量不再随着气体分压的增大而增大。 温度升高，平衡向着解吸的方向移动，吸附量减少。,55,（1）分子吸

22、附：是指固体吸附剂对溶液中的非电解质或弱电解质分子的吸附。,这类吸附与溶质、溶剂及固体吸附剂三者的性质都有关。遵循的原则是所谓的“相似相吸原理”。即极性的吸附剂容易吸附极性的溶质或溶剂；非极性的吸附剂容易吸附非极性的溶质或溶剂。,1.4.4 固体在溶液中的吸附,56,品红的苯溶液 + 活性炭,红墨水+活性炭,57,（2）离子吸附：,固体吸附剂对强电解质溶液的吸附主要是离子吸附。离子选择性吸附,As2S3 选择吸附HS- 而带负电荷。,58,、离子交换吸附：当固体从溶液中吸附某种离子后，同时它本身又向溶液排放出等电量的同种电荷离子，这种过程称为离子交换吸附。,能进行离子交换的物质为离子交换剂。如

23、；NaR（磺化媒）、阴、阳离子交换树脂。,59,2R-SO3H+Ca2+ = (R-SO3)2+2H+,2R-N(CH3 )3OH+SO42- = R-N(CH3 )32 SO4+2OH-,2H+ + 2OH- 2H2O,60,无机及分析化学 第一章,1.4.5 胶体溶液的性质,光学性质（丁达尔效应）溶胶的动力学性质（布朗运动）溶胶的电学性质 （电泳）,胶体溶液的性质,61,无机及分析化学 第一章,1.4.7 胶团的结构,KI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。,胶体是一个高度分散的系统，胶体粒子的总表面积非常大，因而具有很高的吸附能力，并能

24、选择性地吸附异性电荷的离子。,62,无机及分析化学 第一章,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,思考题：如果AgNO3过量，那么其胶团结构式如何表示？,63,例: 在AgNO3 稀溶液中加入少量的 KI 稀溶液。,无机及分析化学 第一章, （AgI)m nAg+ （n-x）NO3-x+ xNO3-胶核 电位离子 反离子 反离子 吸附层 扩散层胶粒胶团,64,无机及分析化学 第一章,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)mnFeO+(n-x)Cl-x+xCl-(As2S3

25、)mnHS-(n-x)H+x-xH+(H2SiO3)mnHSiO3-（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。,胶粒带电，胶团不带电 （电中性）,65,无机及分析化学 第一章,1.4.8 溶胶的稳定性和聚沉,1. 溶胶的稳定性动力学稳定性 布朗运动 同种电荷的排斥作用 溶胶的聚结稳定性 溶剂化作用,66,无机及分析化学 第一章,2. 溶胶的聚沉聚沉(coagulation) ：胶体分散系中的分散相从 分散介质中分离出来的过程。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,胶体的聚沉是不可逆的。,67,无机及分析

26、化学 第一章,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：K3Fe(CN)6 MgSO4 NaCl,68,无机及分析化学 第一章,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：AlCl3MgSO4KNO3,69,无机及分析化学 第一章,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。,70,无机及分析化学 第一章,1.6 乳浊液和高分子溶液(自学),作业：P30 1-1、6、9、10、11、15、16,