溶液與膠體新能源

1.1分散系分散系由一種或幾種物質(zhì)以細(xì)小的顆粒分散在另一種物質(zhì)中所形成的系統(tǒng)稱為分散體系，簡稱分散系。其中，被分散的物質(zhì)稱為分散相（分散質(zhì)），容納分散相的物質(zhì)稱為分散介質(zhì)（分散劑）。目前一頁\總數(shù)六十七頁\編于十九點分散系分散相分散介質(zhì)食鹽水Na+,Cl-

水糖水蔗糖水牛奶蛋白質(zhì)、脂肪水泥漿砂石水Fe(OH)3膠體Fe(OH)3膠粒水目前二頁\總數(shù)六十七頁\編于十九點分散系的分類分散相顆粒大小分散系統(tǒng)類型分散相組成實例<1nm真溶液(溶液）小分子、離子食鹽水、糖水鹽酸…….1~~100nm膠體分散系溶膠膠粒(分子、離子、原子的聚集體）Fe(OH)3膠體、As2S3膠體、金溶膠高分子溶液高分子蛋白質(zhì)、核酸的水溶液>100nm粗分散系(乳狀液、懸浮液)粗顆粒牛奶、泥漿本課件版權(quán)所有人：蘇州大學(xué)曹洋目前三頁\總數(shù)六十七頁\編于十九點1.2溶液組成標(biāo)度的表示方法溶液組成標(biāo)度分兩大類：1.xxx濃度：一定體積或一定質(zhì)量的溶液（溶劑）中所含溶質(zhì)的物質(zhì)的量或質(zhì)量的多少2.xxx分?jǐn)?shù)：溶質(zhì)與溶液（溶劑）的相對比值，無量綱目前四頁\總數(shù)六十七頁\編于十九點1.2.1物質(zhì)的量濃度(濃度)單位：mol·L-1

mmol·L-1

μmol·L-1目前五頁\總數(shù)六十七頁\編于十九點1.2.2質(zhì)量濃度單位：g·L-1mg·L-1

μg·L-1

μg·ml-1

目前六頁\總數(shù)六十七頁\編于十九點目前七頁\總數(shù)六十七頁\編于十九點1.2.3質(zhì)量摩爾濃度是溶劑的質(zhì)量單位：mol·kg-1

極稀的溶液，其質(zhì)量摩爾濃度數(shù)值上等于物質(zhì)的量濃度目前八頁\總數(shù)六十七頁\編于十九點1.2.4質(zhì)量分?jǐn)?shù)、摩爾分?jǐn)?shù)和體積分?jǐn)?shù)一、質(zhì)量分?jǐn)?shù)(質(zhì)量百分比濃度)目前九頁\總數(shù)六十七頁\編于十九點二、摩爾分?jǐn)?shù)目前十頁\總數(shù)六十七頁\編于十九點三、體積分?jǐn)?shù)目前十一頁\總數(shù)六十七頁\編于十九點1.3稀溶液的依數(shù)性溶液的物理性質(zhì)分類：顏色、密度、粘度、導(dǎo)電性和溶液中溶質(zhì)的本性有關(guān)蒸氣壓下降值、沸點升高值、凝固點降低值、滲透壓

和溶液中溶質(zhì)的本性無關(guān)，只和濃度有關(guān)——依數(shù)性目前十二頁\總數(shù)六十七頁\編于十九點1.3.1溶液的蒸氣壓下降Question什么是蒸氣壓？目前十三頁\總數(shù)六十七頁\編于十九點在一個敞開的燒杯里的水，在持續(xù)的蒸發(fā)目前十四頁\總數(shù)六十七頁\編于十九點在一個封閉的燒杯里，當(dāng)水蒸氣蒸發(fā)的速度==凝結(jié)的速度時，形成動態(tài)平衡，此時，水蒸氣的濃度是一個確定值，水蒸氣產(chǎn)生的壓強p=cRT即為定值，即飽和蒸氣壓，簡稱蒸氣壓(vaporpressure)目前十五頁\總數(shù)六十七頁\編于十九點蒸氣壓的測定：目前十六頁\總數(shù)六十七頁\編于十九點一定溫度下，同一種液體的蒸氣壓是固定的。蒸氣壓隨溫度上升而上升。本課件版權(quán)所有人：蘇州大學(xué)曹洋目前十七頁\總數(shù)六十七頁\編于十九點固體的蒸氣壓一般小于液體的蒸氣壓，并且也隨著溫度的上升而增大。目前十八頁\總數(shù)六十七頁\編于十九點當(dāng)在水中加入溶質(zhì)后，降低了單位體積內(nèi)和液面上溶劑分子的數(shù)目，因而就減少了單位時間內(nèi)可能離開液面進入氣相的溶劑分子數(shù)目，導(dǎo)致溶劑與其蒸氣在較低的溶劑蒸氣壓力下即可達到平衡。目前十九頁\總數(shù)六十七頁\編于十九點目前二十頁\總數(shù)六十七頁\編于十九點因此，溶液的蒸氣壓要低于純?nèi)軇┑恼魵鈮?887年，法國化學(xué)家拉烏爾總結(jié)出經(jīng)驗公式：Raoult定律測定蒸汽壓下降值的裝置目前二十一頁\總數(shù)六十七頁\編于十九點1.3.2溶液的沸點升高與凝固點降低1.3.2溶液的沸點升高與凝固點降低目前二十二頁\總數(shù)六十七頁\編于十九點沸點(boilingpoint,Tb)是液體的蒸氣壓等于外壓時的溫度。沸點隨外壓而變化，在一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓(1atm=101.325kPa)時的沸點為正常沸點。目前二十三頁\總數(shù)六十七頁\編于十九點凝固點(freezingpoint,Tf)是一定外壓下，物質(zhì)的液相與固相具有相同蒸氣壓時的溫度，此時固液可以共存。目前二十四頁\總數(shù)六十七頁\編于十九點一、沸點升高溶劑的質(zhì)量摩爾沸點升高常數(shù)目前二十五頁\總數(shù)六十七頁\編于十九點二、凝固點降低溶劑的質(zhì)量摩爾凝固點降低常數(shù)目前二十六頁\總數(shù)六十七頁\編于十九點三、沸點升高和凝固點降低的應(yīng)用1.利用沸點升高和凝固點降低計算溶質(zhì)的摩爾質(zhì)量（分子量）例題苯的Tf=5.53℃,將5.50g某試樣溶解于250g苯中，測得凝固點為4.51℃,求該試樣的分子量。解：溶劑苯的質(zhì)量摩爾凝固點降低常數(shù)：Kf=5.12K·kg·mol-1目前二十七頁\總數(shù)六十七頁\編于十九點例題測得4.94gK3[Fe(CN)6]溶解在100g水中，所得溶液的凝固點為-1.1℃,已知K3[Fe(CN)6]的分子量為329,寫出K3[Fe(CN)6]在水中的解離方程。解：由于強電解質(zhì)在水中解離產(chǎn)生水合離子，所以各個溶質(zhì)顆粒對依數(shù)性均產(chǎn)生影響b=0.150mol·kg-1b總=0.591mol·kg-1ΔTf=Kfb總b總/b≈4可能的解離方式：K3Fe(CN)6=3K++[Fe(CN)6]3-目前二十八頁\總數(shù)六十七頁\編于十九點NaCl=Na++Cl-

MgCl2=Mg2++2Cl-目前二十九頁\總數(shù)六十七頁\編于十九點2.使用溶液作冷卻劑NaCl+冰-22℃(實際溫度為：-5~-10℃)CaCl2+冰-55℃乙醇-冰：-20

℃干冰-丙酮-78℃目前三十頁\總數(shù)六十七頁\編于十九點3.使用溶液作抗凍劑/解凍劑如乙二醇/CaCl2目前三十一頁\總數(shù)六十七頁\編于十九點4.助熔如冰晶石(KAlF6)用于制鋁工業(yè)中Al2O3的熔融目前三十二頁\總數(shù)六十七頁\編于十九點滲透現(xiàn)象半透膜：只能讓溶劑分子通過，不能讓溶質(zhì)分子通過的膜溶劑分子透過半透膜自動擴散的過程為滲透（osmosis)1.3.3溶液的滲透壓力

目前三十三頁\總數(shù)六十七頁\編于十九點單位體積內(nèi)水分子的個數(shù)越多，擴散的速度越快，因此剛開始，由外向內(nèi)擴散的水分子比由內(nèi)到外擴散的水分子多。滲透現(xiàn)象的本質(zhì)——擴散目前三十四頁\總數(shù)六十七頁\編于十九點當(dāng)半透膜里面的壓力增大到一定時候，從內(nèi)向外擴散的水分子數(shù)=從外向內(nèi)擴散的水分子數(shù)，此時就達到了滲透平衡滲透平衡目前三十五頁\總數(shù)六十七頁\編于十九點產(chǎn)生滲透現(xiàn)象的兩個條件：1.有半透膜存在2.膜兩邊要有濃度差產(chǎn)生滲透現(xiàn)象的條件與滲透的方向滲透的方向是：溶劑分子從純?nèi)軇┫蛉芤簼B透，或者從稀溶液向濃溶液滲透目前三十六頁\總數(shù)六十七頁\編于十九點滲透壓滲透壓測定滲透壓的裝置目前三十七頁\總數(shù)六十七頁\編于十九點1886年，范霍夫（van’tHoff）提出：溶液的滲透壓與溫度、濃度的關(guān)系，即范霍夫定律ΠV=nBRTΠ=cBRT范霍夫定律目前三十八頁\總數(shù)六十七頁\編于十九點解：測定分子量的三種方法：小分子：凝固點降低法、沸點升高法（不常用）高分子：滲透壓法例題：1L馬的血紅素5.0g，298K時測得滲透壓為1.80×102Pa,求血紅素的分子量。目前三十九頁\總數(shù)六十七頁\編于十九點目前四十頁\總數(shù)六十七頁\編于十九點反滲透，海水淡化反滲透目前四十一頁\總數(shù)六十七頁\編于十九點滲透濃度1.3.4滲透壓力的意義滲透濃度（osmolarity)Cos/mmol·L-1,也有用mOsmol·L-1表示的例題

計算50.0g·L-1葡萄糖溶液和生理鹽水的滲透濃度。對于非電解質(zhì)，如葡萄糖,則Cos=CB，即非電解質(zhì)的滲透濃度就等于其物質(zhì)的量濃度。對于強電解質(zhì)，則Cos=iCB,i表示強電解質(zhì)完全電離出來的離子的數(shù)目，如NaCl,則Cos=2CNaCl；MgCl2,則Cos=3CMgCl2目前四十二頁\總數(shù)六十七頁\編于十九點二、等滲、低滲和高滲溶液(“三滲”)高滲cos>320mmol·L-1等滲cos=280~~320mmol·L-1低滲cos<280mmol·L-1等滲、低滲和高滲溶液目前四十三頁\總數(shù)六十七頁\編于十九點1.4膠體溶液由一種或幾種物質(zhì)以1~100nm的粒子分散于另一種物質(zhì)所構(gòu)成的分散系統(tǒng)稱為膠體分散系.分類：1.溶膠(sol)：分散相為膠粒的分散系膠粒：由大量分子、原子、離子構(gòu)成的聚集體2.大分子溶液：由大分子分散于分散劑中形成的分散系目前四十四頁\總數(shù)六十七頁\編于十九點1.4.1溶膠的制備1.4.1溶膠的制備一、分散法研磨法、電弧法、膠溶法二、凝聚法化學(xué)凝聚法：通過化學(xué)反應(yīng)使難溶物質(zhì)在一定的條件下生成膠體。3H2S+2H3AsO3=As2S3+6H2OFeCl3+3H2O(沸水）=Fe(OH)3+3HClAgNO3+KCl=AgCl+KNO3目前四十五頁\總數(shù)六十七頁\編于十九點1.4.2溶膠的性質(zhì)

1.4.2溶膠的性質(zhì)一、光學(xué)性質(zhì)——丁鐸爾現(xiàn)象（丁達爾現(xiàn)象，Tyndall)產(chǎn)生原因：分散相粒子的直徑(1~100nm)略小于入射光波長(400~760nm)，形成散射,產(chǎn)生乳光。目前四十六頁\總數(shù)六十七頁\編于十九點粗分散相：分散相粒子直徑大于光波波長，發(fā)生發(fā)射。溶液：溶質(zhì)的直徑遠(yuǎn)小于光波波長，發(fā)生透射。膠體：發(fā)生散射，形成乳光。高分子溶液：發(fā)生散射，但由于均相體系，散射光微弱。

Tyndall現(xiàn)象是用來判別溶膠與分子溶液的最簡便的方法。本課件版權(quán)所有人：蘇州大學(xué)曹洋目前四十七頁\總數(shù)六十七頁\編于十九點二、動力學(xué)性質(zhì)1.Brown運動

目前四十八頁\總數(shù)六十七頁\編于十九點

1827年植物學(xué)家布朗（Brown)用顯微鏡觀察到懸浮在液面上的花粉粉末不斷地作不規(guī)則的運動。后來又發(fā)現(xiàn)許多其它物質(zhì)如煤、化石、金屬等的粉末也都有類似的現(xiàn)象。人們稱這種微小的顆粒在介質(zhì)中不停的做無規(guī)則的運動的現(xiàn)象為布朗運動。目前四十九頁\總數(shù)六十七頁\編于十九點布朗運動示意圖目前五十頁\總數(shù)六十七頁\編于十九點液體分子對膠體粒子的碰撞COPYRIGHTCY&SOOCHOWUNIVERSTIYALLRIGHTSRESERVED目前五十一頁\總數(shù)六十七頁\編于十九點2.擴散現(xiàn)象在生物體內(nèi)，擴散是物質(zhì)的輸送的動力之一。分子、離子透過細(xì)胞膜的也是通過擴散進行的。高濃度低濃度擴散當(dāng)溶膠存在濃度差時，膠粒自發(fā)地由濃度大的區(qū)域向濃度小的區(qū)域遷移，這種過程稱為擴散目前五十二頁\總數(shù)六十七頁\編于十九點溶膠是高度分散體系，膠粒一方面受到重力吸引而下降，另一方面由于布朗運動促使?jié)舛融呌诰?。?dāng)這兩種效應(yīng)相反的力相等時，粒子的分布達到平衡，粒子的濃度隨高度不同有一定的梯度，如圖所示。這種平衡稱為沉降平衡。3.沉降目前五十三頁\總數(shù)六十七頁\編于十九點三、電學(xué)性質(zhì)1.電泳電泳發(fā)生的原因是：溶膠的分散相——膠粒帶電1.4.2溶膠的性質(zhì)電泳：帶電膠粒或大分子在外加電場的作用下向帶相反電荷的電極作定向移動的現(xiàn)象稱為電泳。

目前五十四頁\總數(shù)六十七頁\編于十九點1.Fe(OH)3向負(fù)極移動:膠粒帶正電2.As2S3向正極移動：膠粒帶負(fù)電3.AgNO3+KI=AgI+KNO3當(dāng)AgNO3過量時，AgI向負(fù)極移動：膠粒帶正電當(dāng)KI過量時，AgI向正極移動：膠粒帶負(fù)電目前五十五頁\總數(shù)六十七頁\編于十九點2.電滲當(dāng)膠粒帶負(fù)電時，分散介質(zhì)帶正電，毛細(xì)管液面上升電滲：在外加電場作用下，帶電的介質(zhì)通過多孔膜作定向移動，這種現(xiàn)象稱為電滲。電滲發(fā)生的原因是：分散介質(zhì)在電場下的運動目前五十六頁\總數(shù)六十七頁\編于十九點溶膠帶電的原因1.解離SiO2+H2O=H2SiO3H2SiO3=H++HSiO3-目前五十七頁\總數(shù)六十七頁\編于十九點2.吸附作用(主要的原因）Fe(OH)3溶膠FeCl3+H2O=Fe(OH)Cl2+HClFe(OH)Cl2+H2O=Fe(OH)2Cl+HClFe(OH)2Cl=FeO++H2O+Cl-吸附的FeO+使溶膠帶上正電目前五十八頁\總數(shù)六十七頁\編于十九點As2S3溶膠As2O3+3H2S=As2S3+3H2OH2S=HS-+H+吸附的HS-使溶膠帶上負(fù)電目前五十九頁\總數(shù)六十七頁\編于十九點1.4.3膠團的結(jié)構(gòu)

膠核膠粒膠團吸附層擴散層1.4.3膠團的結(jié)構(gòu)

目前六十頁\總數(shù)六十七頁\編于十九點AgNO3+KCl=AgCl+KNO3KCl過量,做穩(wěn)定劑優(yōu)先吸附Cl-,然后吸附K+AgCl溶膠目前六十一頁\總數(shù)六十七頁\編于十九點[(AgCl)m·nCl-·(n-x)K+]x-·xK+

膠核吸附層膠粒擴散層膠團目前六十二頁\總數(shù)六十七頁\編于十九點AgNO3+

KI→KNO3+AgI↓

過量的AgNO3

作穩(wěn)定劑膠團的結(jié)構(gòu)表達式：[(AgI)mnAg+(n-x)NO3–]x+x