第二章氣體和分散系統(tǒng)

第二章氣體和分散系統(tǒng)第一頁，共四十七頁，2022年，8月28日教學基本要求31第一節(jié)稀溶液的依數(shù)性32第二節(jié)表面化學33第三節(jié)膠體4第二頁，共四十七頁，2022年，8月28日教學基本要求1.掌握稀溶液的蒸汽壓、沸點、凝固點和滲透壓這些依數(shù)性的變化規(guī)律，以及溶液組成的各種表示方法。2.掌握表面活性物質(zhì)的定義，了解其應用。3.掌握膠體的基本特征，了解膠體的基本性質(zhì)。第三頁，共四十七頁，2022年，8月28日能力目標：1.能夠應用稀溶液的依數(shù)性求物質(zhì)的摩爾質(zhì)量。2.能正確地選擇和使用表面活性物質(zhì)。3.能寫出膠團結構的表達式，能破壞溶膠穩(wěn)定性，使之聚沉。第四頁，共四十七頁，2022年，8月28日第一節(jié)稀溶液的依數(shù)性一、溶液組成及表示法溶液的一般概念凡兩種以上的物質(zhì)混和形成的均勻穩(wěn)定的分散體系稱為溶液。有氣體溶液、固體溶液、液體溶液等。溶液多指液體溶液，通常分為電解質(zhì)溶液、非電解質(zhì)溶液。溶液由溶質(zhì)和溶劑組成。溶解過程：溶質(zhì)分子或離子的離散過程；溶劑化過程。溶液的形成伴隨隨能量、體積、顏色的變化。第五頁，共四十七頁，2022年，8月28日質(zhì)量分數(shù)(%)：物質(zhì)的量濃度(mol/L)：摩爾分數(shù)(%)：質(zhì)量摩爾濃度(mol/kg)：第六頁，共四十七頁，2022年，8月28日

習題：30g乙醇(B)溶于50g四氯化碳(A)中形成溶液，其密度為ρ=1.28×103kg/m3，試用質(zhì)量分數(shù)、摩爾分數(shù)、物質(zhì)的量濃度和質(zhì)量摩爾濃度來表示該溶液的組成。

解：質(zhì)量分數(shù)

w＝（乙醇的質(zhì)量）/｛（乙醇的質(zhì)量+四氯化碳的質(zhì)量）×100％｝＝30/（30+50）×100％＝37.5％乙醇的物質(zhì)的量：30/46=0.65mol；四氯化碳物質(zhì)的量:50/47=1.06mol；乙醇的摩爾分數(shù)＝0.65/(0.65+1.06)=0.38；四氯化碳的摩爾分數(shù)＝1.06/(0.65+1.06)=0.62或者＝1-0.38＝0.62。

物質(zhì)的量濃度c=(1×1.28×103×37.5%)/(1000×46)=0.0104mol/L

質(zhì)量摩爾濃度b=(0.65×1000)/50=13mol/kg第七頁，共四十七頁，2022年，8月28日二、稀溶液的依數(shù)性溶液的某些性質(zhì)只與溶液的濃度有關，而與溶質(zhì)的本性無關。這些性質(zhì)包括：蒸氣壓下降、沸點升高、凝固點下降及滲透壓增大等，適用于難揮發(fā)非電解質(zhì)稀溶液。2.1蒸氣壓下降第八頁，共四十七頁，2022年，8月28日實驗測定25C時，水的飽和蒸氣壓:p(H2O)=3167.7Pa；0.5mol/kg糖水的蒸氣壓為:p(H2O)=3135.7Pa；

1.0mol/kg糖水的蒸氣壓為:

p(H2O)=3107.7Pa。溫度壓強純?nèi)軇〤1C2C2>C1結論：

溶液的蒸氣壓比純?nèi)軇┑?，溶液濃度越大，蒸氣壓下降越多?/p>

第九頁，共四十七頁，2022年，8月28日稀溶液的蒸氣壓下降溫度壓強純?nèi)軇〤1p1p0t第十頁，共四十七頁，2022年，8月28日拉烏爾定律（1887年，法國物理學家）在一定溫度下，難揮發(fā)非電解質(zhì)稀溶液的蒸氣壓等于純?nèi)軇┑恼魵鈮撼艘匀軇┑哪柗謹?shù)。設溶劑的摩爾分數(shù)為XA，溶質(zhì)的摩爾分數(shù)為XBΔp:純?nèi)軇┱魵鈮号c稀溶液蒸氣壓之差第十一頁，共四十七頁，2022年，8月28日結論：在一定溫度下，難揮發(fā)非電解質(zhì)稀溶液的蒸汽壓下降值與溶質(zhì)的摩爾分數(shù)成正比。應用：蒸氣壓下降常數(shù)

質(zhì)量摩爾濃度第十二頁，共四十七頁，2022年，8月28日2.2溶液的沸點升高液體的沸點是指其蒸氣壓等于外界大氣壓力時的溫度。因為溶液的蒸氣壓總是低于純?nèi)軇┑恼魵鈮海凰匀芤旱姆悬c升高。稀溶液的沸點升高示意圖溫度壓強純?nèi)軇〤1p1pA0Tb0TbΔTb第十三頁，共四十七頁，2022年，8月28日ΔTb=KbbBKb：溶劑沸點上升常數(shù)，單位為K.Kg/mol決定于溶劑的本性，與溶劑的摩爾質(zhì)量、沸點、汽化熱有關。bB：溶液的質(zhì)量濃度，單位為

mol/kg第十四頁，共四十七頁，2022年，8月28日2.3溶液的凝固點下降在標準狀況下，純液體蒸氣壓和它的固相蒸氣壓相等時的溫度為該液體的凝固點。溶液蒸氣壓總是低于純?nèi)軇┑恼魵鈮?，溶液凝固點會下降。Kf：溶劑凝固點降低常數(shù)K.Kg/mol

；

bB：溶質(zhì)的質(zhì)量摩爾濃度mol/kg

。第十五頁，共四十七頁，2022年，8月28日2.4溶液的滲透壓1、滲透現(xiàn)象第十六頁，共四十七頁，2022年，8月28日2、溶液的滲透壓由于半透膜兩邊的溶液單位體積內(nèi)水分子數(shù)目不同而引起稀溶液溶劑分子滲透到濃溶液中的傾向。為了阻止發(fā)生滲透所需施加的壓力，叫溶液的滲透壓。半透膜：可以允許溶劑分子自由通過而不允許溶質(zhì)分子通過。濃度差：溶劑透過半透膜進入溶液的趨向取決于溶液濃度的大小，溶液濃度差大，滲透趨向大。3、滲透現(xiàn)象產(chǎn)生的條件第十七頁，共四十七頁，2022年，8月28日4、溶液的滲透壓的計算Van’tHoff(范特霍夫)公式：

與理想氣體方程無本質(zhì)聯(lián)系。：滲透壓，kPa

V：溶液體積，L

R：氣體常數(shù)R=8.314J·mol-1·K-1nB：溶質(zhì)物質(zhì)的量

c：物質(zhì)的量濃度，mol/LT：溫度，K第十八頁，共四十七頁，2022年，8月28日對于電解質(zhì)溶液i為一分子電解質(zhì)離解生成的離子個數(shù)。

NaCl，i≈2CaCl2，i≈3第十九頁，共四十七頁，2022年，8月28日5、滲透壓在醫(yī)學上的應用A毫滲摩爾濃度（滲透濃度）溶液中能產(chǎn)生滲透效應的各種物質(zhì)質(zhì)點的總濃度，以mmol/L或（mOsm/L)來計算滲透壓單位。B等滲液滲透壓相等的兩種溶液稱為等滲液，滲透壓高/低者稱為高/低滲液。小詞典：osmosis---滲透第二十頁，共四十七頁，2022年，8月28日正常人血漿總滲透壓的范圍在280-320mOsm/L；在此范圍的溶液（注射液）稱為生理等滲液。第二十一頁，共四十七頁，2022年，8月28日滲透壓平衡與生命過程的密切關系①給患者輸液的濃度②植物的生長③人的營養(yǎng)循環(huán)第二十二頁，共四十七頁，2022年，8月28日依數(shù)性小結結論：

蒸氣壓下降，沸點上升，凝固點下降，滲透壓都是難揮發(fā)的非電解質(zhì)稀溶液的通性；它們只與溶劑的本性和溶液的濃度有關，而與溶質(zhì)的本性無關。第二十三頁，共四十七頁，2022年，8月28日例：已知20oC時水的蒸氣壓為2333Pa，將17.1g某易溶難揮發(fā)非電解質(zhì)溶于100g水中，溶液的蒸氣壓為2312Pa，試計算該物質(zhì)摩爾質(zhì)量。解：設該物質(zhì)的摩爾質(zhì)量為M，則其物質(zhì)的量nB=17.1/M(mol);

溶劑水的物質(zhì)的量nA=100/18（mol);

所以：xB=nB/(nA+nB)∵∴第二十四頁，共四十七頁，2022年，8月28日例:

已知煙草中的有害成分尼古丁的實驗式是C5H7N，將496mg尼古丁溶于10.0g水中，所得溶液在105Pa下沸點100.17oC，求尼古丁的摩爾質(zhì)量。已知Kb-1

解：得到

尼古丁摩爾質(zhì)量為M，則第二十五頁，共四十七頁，2022年，8月28日一、比表面第二節(jié)表面化學

表面現(xiàn)象：肥皂水的起泡，微小液滴的蒸發(fā)。用來衡量多相分散體系的分散程度，即單位體積或單位質(zhì)量的物質(zhì)所具有的表面積。

提示：1g水若成為一個球狀水滴時，其球面積為4.84×10-4m2。若把它分散成直徑為10-9m的微小質(zhì)點時，總表面積為6000m2，是原有表面積的100多萬倍。因此，當體系的分散程度很高時，表面現(xiàn)象不能忽略。

第二十六頁，共四十七頁，2022年，8月28日二、表面張力垂直作用于表面上單位長度線段上的表面收縮力。其作用結果使液體表面積縮小，其方向?qū)τ谄揭好媸茄刂好娌⑴c液面平行，對于彎曲液面則與液面相切。表面張力實驗示意圖表面張力與物質(zhì)的本性和與所接觸相的性質(zhì)有關：分子間的相互作用力或化學鍵力越大，表面張力越大。表面張力隨溫度的升高而降低。表面張力一般隨壓力增加而下降。第二十七頁，共四十七頁，2022年，8月28日三、溶液的表面吸附

溶液的表面張力：

I：無機鹽、非揮發(fā)性的酸或堿以及蔗糖、甘露醇等多羥基有機物；Ⅱ：短鏈醇、醛、酮、酸和胺等有機物；Ⅲ：碳原子數(shù)為八個以上的直長鏈有機酸堿金屬鹽、磺酸鹽、硫酸鹽和苯磺酸鹽等。溶液表面張力與濃度的關系

第三類物質(zhì)，分子中的非極性基團比第二類的要大，只需少量這樣的物質(zhì)，溶液的表面張力就會顯著降低，這類物質(zhì)稱做表面活性劑。第二十八頁，共四十七頁，2022年，8月28日吉布斯吸附等溫式：(1)若＜0，則＞0。即表面張力隨著溶質(zhì)的加入而降低者，為正值，是正吸附，此時溶質(zhì)濃度表面層高于體相，例如表面活性劑。(2)若＞0，則＜0。溶液的表面張力隨著溶質(zhì)的加入而升高時，為負值，是負吸附。此時表面層中溶質(zhì)濃度低于體相中溶質(zhì)的濃度，表面惰性物質(zhì)即屬于這種情況。第二十九頁，共四十七頁，2022年，8月28日

表面活性物質(zhì)：表面活性物質(zhì)由極性的親水基團和非極性的疏水基團共同組成，具有兩親特性，其親水作用使分子的極性端進入水中。類別實例離子型表面活性劑陰離子型羧酸鹽RCOOM+，硫酸酯鹽ROSO3M+，磺酸鹽RSOM+，磷酸酯鹽ROPOM+陽離子型伯胺鹽RNHX，季胺鹽RN+(CH3)3X吡啶鹽兩性型氨基酸型RN+CH2CH2COO甜菜堿型RN+（CH3）2CH2COO非離子型表面活性劑聚氧乙烯醚RO(CH2CH2O)nH聚氧乙烯酯RCOO(CH2CH2O)nH多元醇酯型RCOOCH2C(CH2CH2O)3第三十頁，共四十七頁，2022年，8月28日

表面活性物質(zhì)的HLB值：親水親油平衡值HLB表示表面活性物質(zhì)的親水性和親油性的相對強弱。HLB值越大，其親水性越強，HLB值越小，其親水性越弱，親油性越強。HLB值范圍主要用途HLB值范圍主要用途1～3消泡劑12～15潤濕劑3～6油包水型（W/O）乳化劑13～15洗滌劑8～18水包油型（O/W）乳化劑15～18增溶劑第三十一頁，共四十七頁，2022年，8月28日四、固體的表面吸附物理吸附與化學吸附

物理吸附化學吸附吸附作用力分子間力化學鍵力吸附選擇性無選擇性有選擇性吸附速度快，不需活化能較慢，需活化能吸附分子層多分子層單分子層吸附熱較小，與液化熱相近較大，與化學反應熱相近吸附穩(wěn)定性不穩(wěn)定，易解吸比較穩(wěn)定，不易解吸第三十二頁，共四十七頁，2022年，8月28日

固體表面對氣體分子的吸附一定T、p下，在吸附平衡時，被吸附氣體在標準狀況下的體積與吸附劑質(zhì)量之比稱為平衡吸附量，簡稱吸附量?；?1)等溫吸附經(jīng)驗式(2)單分子層吸附理論或第三十三頁，共四十七頁，2022年，8月28日第五節(jié)膠體一、分散體系的分類：

分散系統(tǒng)是指一種或幾種物質(zhì)分散在另一種物質(zhì)中形成的體系。分散系統(tǒng)粒子線度實例主要特征分子分散<10-9m乙醇的水溶液、空氣能透過濾紙與半透膜，擴散速度快，超顯微鏡也看不見膠體分散10-9～10-7mAgI或Al（OH）3能透過濾紙，不能透過半透膜；超顯微鏡可看到粗分散>10-7m牛奶、豆?jié){不能透過濾紙和半透膜，無擴散能力；顯微鏡可見第三十四頁，共四十七頁，2022年，8月28日膠體按聚集狀態(tài)分類分散介質(zhì)分散相名稱實例

液氣液固

液溶膠

肥皂泡沫含水原油，牛奶金溶膠、泥漿、油墨

固氣液固

固溶膠浮石，泡沫玻離珍珠某些合金，染色的塑料氣液固氣溶膠霧，油煙粉塵，煙第三十五頁，共四十七頁，2022年，8月28日二、膠體的性質(zhì)丁達爾效應1、丁達爾效應第三十六頁，共四十七頁，2022年，8月28日

當光束投射到一個分散系統(tǒng)上時，可以發(fā)生光的吸收、反射、散射和透射等，究竟產(chǎn)生哪一種現(xiàn)象，則與入射光的波長（或頻率）分散相粒子的大小有密切關系。當入射光的頻率與分散相粒子的振動頻率相同時，主要發(fā)生光的吸收，如有顏色的真溶液；當入射光束與系統(tǒng)不發(fā)生任何相互作用時，則發(fā)生透射，如清晰透明溶液；當入射光的波長小于分散相粒子的直徑時，則發(fā)生光反射現(xiàn)象，使系統(tǒng)呈現(xiàn)渾濁，如懸濁液；當入射光的波長略大于分散相粒子的直徑時，則發(fā)生光散射現(xiàn)象，如溶膠系統(tǒng)?？梢姽獾牟ㄩL在400-740nm范圍，膠粒的大小在1-100nm范圍，因此，當可見光束投射于溶膠系統(tǒng)時，會發(fā)生光的散射現(xiàn)象。第三十七頁，共四十七頁，2022年，8月28日2、溶膠的動力學性質(zhì)-布朗運動在超顯微鏡下觀察膠體溶液，可以看到代表膠體粒子的發(fā)光點在介質(zhì)中間不停地作不規(guī)則的運動，這種運動稱為布朗（Brown）運動，如圖1—3所示。超顯微鏡是利用溶膠粒子對光的散射現(xiàn)象設計而成具有強光源、暗視野的目視顯微鏡，其分辨能力比普通顯微鏡大200多倍。布朗運動是溶膠分散系的重要動力學特性之一，它并非由于外力的推動所致，而是介質(zhì)分子的熱運動和膠體粒子的熱運動的綜合表現(xiàn)。第三十八頁，共四十七頁，2022年，8月28日布朗運動示意圖由布朗運動引起的擴散作用在一定程度上可以抵消膠粒受重力作用而引起的沉降，使溶膠具有一定的穩(wěn)定性，稱為溶膠的動力學穩(wěn)定性。第三十九頁，共四十七頁，2022年，8月28日膠體粒子的布朗運動必然導致溶膠具有擴散作用。但由于膠體粒子質(zhì)量比普通分子的質(zhì)量大得多，因此，溶膠的擴散速度比普通溶液要小得多。由于重力作用，懸浮在分散介質(zhì)中的膠體粒子有向下沉降的趨勢，沉降的結果將使底部粒子濃度增大，造成上下粒子濃度的不均勻狀態(tài)，與此同時，布朗運動引起的擴散作用，又會使底部的粒子向上浮，力圖使粒子趨于均勻，沉降和擴散是兩個相反的作用，兩者之間存在著相互競爭，當沉降速率與擴散速率相等時，在一定高度的粒子濃度不再隨時間而改變，這種狀態(tài)就稱為沉降平衡。溶膠粒子的沉降速率和擴散速率均很慢，要達到沉降平衡往往需要很長的時間。第四十頁，共四十七頁，2022年，8月28日3、溶膠的電學性質(zhì)-電動現(xiàn)象在外電場的作用下，分散相與分散介質(zhì)發(fā)生相對移動的現(xiàn)象，稱為溶膠的電動現(xiàn)象。電動現(xiàn)象主要有電泳和電滲。（1）電泳

在電解質(zhì)溶液中插入兩根電極，接通直流電，就發(fā)生離子的定向遷移，即陽離子移向負極、陰離子移向正極。在外電場作用下，帶電的固體分散相粒子在液體介質(zhì)中作定向移動的現(xiàn)象稱為電泳。溶膠能產(chǎn)生電泳，說明膠體粒子帶有電荷。根據(jù)膠體粒子在電泳時移動的方向，就可以確定它們所帶的電荷符號。帶正電荷的膠粒（正溶膠）電泳時移向負極，帶負電荷的膠粒（負溶膠）電泳時移向正極。第四十一頁，共四十七頁，2022年，8月28日研究溶膠的電泳現(xiàn)象不僅有助于了解溶膠粒子的結構及電學性質(zhì)，而且電泳現(xiàn)象在生產(chǎn)和科研中也有很多應用。例如根據(jù)不同蛋白質(zhì)分子、核酸分子電泳速度的不同對它們進行分離，已成為生物化學中的一項重要實驗技術。電泳管第四十二頁，共四十七頁，2022年，8月28日（2）電滲分散介質(zhì)在電埸作用下