無機(jī)及分析化學(xué)：第1章 溶液和膠體

1、1,第一章 溶液和膠體,Solution and Colloid,2,1.1 分散系 1.2 氣體 1.3 溶液濃度的表示方法 1.4 稀溶液的通性 1.5 膠體溶液 1.6 高分子溶液和乳濁液,3,學(xué)習(xí)要求,1.了解分散系的分類及主要特征。 2.掌握理想氣體狀態(tài)方程式和氣體 分壓定理。 3.掌握溶液濃度的表示方法。 4.掌握稀溶液的通性及其應(yīng)用。 5.理解膠體的基本概念、結(jié)構(gòu)及其性質(zhì)。 6.了解高分子溶液、表面活性物質(zhì)、乳 濁液的基本概念和特征,4,1.1 分散系,分散系（disperse system）:顆粒大小不等,形狀不同的物體分散在均勻介質(zhì)中所形成的體系. 分散質(zhì)（dispersed

2、 phase）:被分散的物質(zhì)，粒子間有間隔，或稱不連續(xù)相，相當(dāng)于溶液中的溶質(zhì); 分散介質(zhì)（dispersion medium）:容納分散質(zhì)的均勻介質(zhì)，或稱連續(xù)相，相當(dāng)于溶液中的溶劑,5,按聚集狀態(tài)分類的各種分散系,6,世界最輕固體氣凝膠：（每升3克,氣凝膠是一種世界上 最輕的固體，可以經(jīng) 受住1公斤炸藥的爆炸 威力，讓你遠(yuǎn)離1300 攝氏度以上噴燈的高 溫。從下一代網(wǎng)球球 拍到執(zhí)行火星探險(xiǎn)任 務(wù)的宇航員所穿的超 級(jí)隔熱太空服，科學(xué) 家們正在努力探索這 種物質(zhì)的新用途,7,氣凝膠具有超強(qiáng)的隔熱效果,它是將硅土膠體吸干水分后用二氧化碳等氣體注入。它能夠承受1公斤的炸藥爆炸產(chǎn)生的威力，以及吹管吹出的

3、1300攝氏度以上的高溫。這種物質(zhì)既可以隔絕極端高溫，又可以吸收污染物如原油。 10年前美國(guó)宇航局開始對(duì)這種物質(zhì)感興趣， 美國(guó)國(guó)家航空和宇宙航行局（NASA）早就用這種物質(zhì)來制作宇航服，這種新材料能夠從水中清除鉛和水銀，還能夠吸取濺落的油滴,8,星塵號(hào)探測(cè)器攜帶的氣凝膠所捕捉到的彗星塵埃,盡管氣凝膠屬于一種固體，但這種物質(zhì)99%是由氣體構(gòu)成，這使得它外觀看起來像云一樣。研究人員認(rèn)為，一些形式的由鉑金制成的氣凝膠能用于加速氫的產(chǎn)生。這樣的話，氣凝膠就能用來生產(chǎn)以氫為基礎(chǔ)的燃料,9,引言,溶液(或真溶液): 分散質(zhì)粒子直徑小于1nm, 均相系統(tǒng), 透明, 不能發(fā)生光的散射, 擴(kuò)散速度快, 為熱力學(xué)

4、穩(wěn)定狀態(tài). 膠體分散系統(tǒng): 分散質(zhì)在某方向上的直徑在1100nm之間,可透明或不透明, 均可發(fā)生光散射, 膠體粒子擴(kuò)散速率慢, 不能透過半透膜, 有較高的滲透壓. 粗分散系統(tǒng): 分散相粒子在某方向上的直徑大于100nm,如懸浮液, 乳狀液, 泡沫, 粉塵等. 與膠體有許多共同特性,按分散質(zhì)粒子大小分類的各種分散系,10,應(yīng)用相的概念需區(qū)分： *相與聚集態(tài)不同,相,系統(tǒng)可分為: 單相（均 勻）系統(tǒng)；多相（不均勻）系統(tǒng)。 相與相之間有明確的界面,系統(tǒng)中任何物理和化學(xué)性質(zhì)完全相同的部分,相數(shù)與物質(zhì)種類數(shù),相與界面的關(guān)系,11,1.2 氣體 1.2.1 理想氣體狀態(tài)方程式 ( ideal or per

5、fect gas equation ) p為氣體的壓力，SI單位為Pa； V為氣體的體積，SI單位為為m3； n為物質(zhì)的量，SI單位為mol； T為氣體的熱力學(xué)溫度，SI單位為K； R為氣體常數(shù)，8.314J.mol-1.K-1,12,理想氣體：一種假想的氣體。 真實(shí)氣體，特別是非極性分子或極性小的分子，在壓力不太高，溫度不太低的情況下，若能較好地服從理想氣體狀態(tài)方程，則可視為理想氣體。 例1-1 某氫氣鋼瓶容積為50.0 L, 25.0 時(shí)，壓力為500k Pa，計(jì)算鋼瓶中氫氣的質(zhì)量。 解：根據(jù)理想氣體方程式,鋼瓶中氫氣的質(zhì)量為：10.1 mol2.01 gmol-1 =20.3 g,13,

6、1.2.2. 分壓定律 分壓:在相同溫度時(shí)，某組分氣體單獨(dú)占有混合氣體 總體積時(shí)的壓力。 道爾頓（Dalton）分壓定律： 或 推論： , 兩式相除,可得, 或 表明混合氣體組分B的分壓等于組分B的摩爾分?jǐn)?shù)與混合氣體總壓之乘積,14,在同溫同壓的條件下，氣態(tài)物質(zhì)的量與它的體積成正比，因此混合氣體中組分氣體B的體積分?jǐn)?shù)等于物質(zhì)B的摩爾分?jǐn)?shù)，即 所以, 例1-2 冬季草原上的空氣主要含氮?dú)?N2)、氧氣（O2）和氬氣（Ar）。在壓力為9.7104 Pa及溫度為-22 時(shí)，收集的一份空氣試樣經(jīng)測(cè)定其中氮?dú)?、氧氣和氬氣的體積分?jǐn)?shù)依次為0.780、0.21、0.010。計(jì)算收集試樣時(shí)各氣體的分壓。 解：

7、 p(N2) = 0.78 p = 0.789.7104 Pa = 7.6104 Pa p(O2) = 0.21 p = 0.219.7104 Pa =2.0104 Pa p(Ar) = 0.01 p = 0.019.7104 Pa =0.97104 Pa,15,1.3 溶液濃度的表示方法,16,1.3.1 物質(zhì)的量濃度 CB 物質(zhì)的量濃度 ，單位為molL-1。 nB 物質(zhì)B的物質(zhì)的量，單位為mol。 V 混合物的體積，單位為L(zhǎng),17,注意：使用物質(zhì)的量單位mol時(shí)，要指明物 質(zhì)的基本單元,例： c(KMnO4) = 0.10 molL1 c(1/5KMnO4) = 0.10 molL1 的

8、兩種溶液。 兩種溶液濃度數(shù)值相同，但是，它們所表示1 L溶液中所含KMnO4的物質(zhì)的量n是不同的，前者為0.10mol， 后者為0.10/5=0.02mol,18,例如c(H2SO4)=0.10molL-1 c(1/2H2SO4)=0.10molL-1的兩個(gè)溶液，它們所表示1 L溶液中所含H2SO4的質(zhì)量:分別為9.8g 與4.9g,c(H2SO4)=0.10molL-1,c(1/2H2SO4)=,0.20molL-1,19,1.3.2 質(zhì)量摩爾濃度,bB 質(zhì)量摩爾濃度，單位為molKg-1。 nB 溶質(zhì)B的物質(zhì)的量，單位為mol。 mA 溶劑的質(zhì)量，單位為kg,20,1.3.3 摩爾分?jǐn)?shù),n

9、BB的物質(zhì)的量，SI單位為mol； n 混合物總的物質(zhì)的量，SI單位為mol ； 量綱為1,21,兩組分的溶液系統(tǒng),溶質(zhì)B的量分?jǐn)?shù): 溶劑A的量分?jǐn)?shù): 任何一個(gè)多組分系統(tǒng)，則,22,1.3.4 質(zhì)量分?jǐn)?shù),mB 物質(zhì)B的質(zhì)量； m 混合物的質(zhì)量； wB 物質(zhì)B的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，量綱為1,23,例1-3 求 (NaCl) =10 %的NaCl水溶液中溶質(zhì)和溶劑的 摩爾分?jǐn)?shù),解：根據(jù)題意，100 g溶液中含有NaCl 10 g， 水 90g。即 m(NaCl) = 10 g, 而m(H2O) = 90 g 因此,24,1.3.5 幾種溶液濃度之間的關(guān)系,1. 物質(zhì)的量濃度與質(zhì)量分?jǐn)?shù) cB 溶質(zhì)B的量濃度;

10、 溶液的密度; wB溶質(zhì)B的質(zhì)量分?jǐn)?shù); MB 溶質(zhì)B的摩爾質(zhì)量,25,2物質(zhì)的量濃度與質(zhì)量摩爾濃度,cB 溶質(zhì)B的量濃度; 溶液的密度; m 溶液的質(zhì)量; nB 溶質(zhì)B的物質(zhì)的量,26,若該系統(tǒng)是一個(gè)兩組分系統(tǒng)，且B組分的含量較少，則溶液的質(zhì)量m 近似等于溶劑的質(zhì)量 mA，上式可近似成為,若該溶液是稀的水溶液，則,27,1.4 稀溶液的通性 溶液有兩大類性質(zhì)： 1.與溶液中溶質(zhì)的本性有關(guān)：顏色、比重、酸堿性和導(dǎo)電性等 2.與溶液中溶質(zhì)的獨(dú)立質(zhì)點(diǎn)數(shù)有關(guān) 如溶液的蒸氣壓、凝固點(diǎn)、沸點(diǎn)和滲透壓等,28,1、蒸氣壓下降（The lowering of the vapor pressure) 2、沸點(diǎn)上

11、升 (The elevation of the boiling point) 3、凝固點(diǎn)降低 (The depression of the freezing point) 4、滲透壓 (The phenomenon of osmotic pressure,難揮發(fā)的非電解質(zhì)稀溶液有一定的共同性和規(guī)律性。該類性質(zhì)稱為稀溶液的通性，或稱為依數(shù)性。包括四個(gè)方面,29,1.4.1 溶液蒸氣壓的下降,飽和蒸氣壓 (po) （saturated vapor pressure） 將一種純液體（純?nèi)軇┲糜谝粋€(gè)密封容器中，當(dāng)蒸發(fā)為氣態(tài)的溶劑粒子數(shù)目與氣態(tài)粒子凝聚成液態(tài)的溶劑粒子數(shù)目相等時(shí)，這時(shí)液體上方的蒸氣所具

12、有的壓力,溫度升高，蒸氣壓增大,蒸氣壓溫度曲線,30,固體也有飽和蒸氣壓。如干冰、萘、碘等固體，蒸氣壓很大，可直接由固體變成氣體（升華）。 飽和蒸氣壓與物質(zhì)的種類有關(guān)。有些物質(zhì)的蒸氣壓很大，如乙醚、汽油等，有些物質(zhì)的蒸氣壓很小，如甘油、硫酸等。 蒸氣壓的大小，與液體分子間的吸引力有關(guān)，吸引力越大，蒸氣壓越小。 極性分子的吸引力強(qiáng)，蒸氣壓小。非極性分子的吸引力小，蒸氣壓大。 分子量越大，分子間的作用力越強(qiáng)，蒸氣壓越小,31,溶液的飽和蒸氣壓: 指的是溶液中，作為溶劑的那種物質(zhì)，所具有的飽和蒸氣壓（分壓力）。 溶液的飽和蒸氣壓同樣與溫度密切相關(guān),溶液的蒸氣壓下降 同一溫度下，溶液的蒸氣壓比純?nèi)軇┑?/p>

13、蒸氣壓要小，它們之間的差值，叫“溶液的蒸氣壓下降,32,溶液的蒸氣壓下降,當(dāng)溶質(zhì)分散于溶劑之中，溶液表面的部分位置，被溶質(zhì)分子所占據(jù)，使得單位表面所能逸出的溶劑的分子個(gè)數(shù)減少，因此溶液蒸氣壓較之純?nèi)軇┯兴档?33,水自動(dòng)轉(zhuǎn)移到糖水中去, 為什么?這種轉(zhuǎn)移, 只能通過蒸氣來進(jìn)行. 因此, 要研究蒸氣的行為, 才能弄清楚問題的實(shí)質(zhì),34,法國(guó)物理學(xué)家拉烏爾(FMRoult)在1887年總結(jié)出一條關(guān)于溶液蒸氣壓的規(guī)律,p = p0 xA p 溶液的蒸氣壓，單位為Pa； p0 溶劑的飽和蒸氣壓，單位為Pa； xA 溶劑的摩爾分?jǐn)?shù),35,由于 xA+ xB= l，即 xA= lxB， 所以 p = p

14、0(1xB)= p0p0 xB,p0 p = p0 xB p = p0 p = p0 xB p溶液蒸氣壓的下降值，單位為Pa； xB 溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)。 結(jié)論 : 在一定溫度下，難揮發(fā)非電解質(zhì)稀溶液的蒸氣壓的下降值與溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)成正比。拉烏爾定律,36,1.4.2 溶液沸點(diǎn)的升高和凝固點(diǎn)下降1. 溶液的沸點(diǎn)上升,沸點(diǎn)： 液體蒸氣壓與外界壓力相等時(shí)的溫度,難揮發(fā)物質(zhì)的溶液的沸點(diǎn)總是高于純?nèi)軇┑姆悬c(diǎn)，二者之差為： Tb = Tb T0 = kbbB kb稱為溶劑的摩爾沸點(diǎn)上升常數(shù)，單位為Kkgmol-1,沸點(diǎn)上升示意圖,37,2 .溶液的凝固點(diǎn)下降,溶液的凝固點(diǎn)總是低于純?nèi)軇┑哪厅c(diǎn) Tf = T

15、0Tf = kf bB kf 稱為溶劑的下降常數(shù),特點(diǎn) 不隨溶液性質(zhì)而變，只與溶劑有關(guān) 同種溶劑：kf kb,凝固點(diǎn)：液相和固相蒸氣壓相等時(shí)的溫度固相與液相 共存時(shí)的溫度,凝固點(diǎn)下降示意圖,38,水的相圖,相圖：在不同溫度和壓力下，系統(tǒng)的氣、液、固三態(tài)可以互相轉(zhuǎn)化，用幾何圖形表示這種轉(zhuǎn)化，稱為相圖。 COB區(qū)域固態(tài)冰 AOC區(qū)域液態(tài)水 AOB區(qū)域氣態(tài)水 OC, 熔化曲線，固液共存 OB, 升華曲線，固氣共存 OA, 氣化曲線，氣液共存 作用:分析體系平衡時(shí)存在的物相的狀態(tài),以及物相變化的規(guī)律,39,表1-3幾種溶劑的Kb和Kf,40,估算溶質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量,例1-5 有一質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.00%的

16、水溶液,測(cè)得其凝固點(diǎn)為273.05K計(jì)算溶質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量。 解： 根據(jù)公式：Tf=KfbB 則有 所以有,由于溶液的濃度較小，所以mA + mBmA， 即mB/mA1.00% 溶質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量為186,41,冷凍劑工作原理 食鹽-冰（30g NaCl + 100g H2O(s)） -22 CaCl2-冰（42.5g CaCl2 + 100g H2O(s)） -55 冰因吸收環(huán)境熱量稍有熔化,表面有少量液態(tài)水存在, NaCl與冰混合時(shí)產(chǎn)生 NaCl 溶液,由于生成的溶液中水的蒸氣壓力小于冰的蒸氣壓力,使冰熔化而大量吸熱,使周圍物質(zhì)的溫度降低。 防凍劑工作原理 冬天為防止汽車水箱凍裂，可加入甘

17、油、乙二醇等以降低水的凝固點(diǎn)，避免因結(jié)冰，體積膨脹而使水箱破裂,42,環(huán)境溫度發(fā)生較大改變時(shí)，植物細(xì)胞中的有機(jī)體會(huì)產(chǎn)生大量可溶性碳水化合物來提高細(xì)胞液濃度，凝固點(diǎn)下降，使細(xì)胞液能在較低的溫度環(huán)境中不結(jié)凍。 溫度升高時(shí)，細(xì)胞液濃度增加，細(xì)胞液蒸氣壓下降較大，使得細(xì)胞的水份蒸發(fā)減少，因此表現(xiàn)出植物的抗旱能力,植物的抗旱性和抗寒性,43,1.4.3 溶液的滲透壓,滲透：由物質(zhì)粒子通過半透膜單向擴(kuò)散的現(xiàn)象。 半透膜：一種多孔分離膜，它可以選擇性地讓一部分物質(zhì)通過，而不讓某些物質(zhì)地通過。常見的半透膜有雞蛋膜、雞的嗉囊、魚鰾、蠶豆種皮、玻璃紙、青蛙皮、動(dòng)物膀胱、腸衣、蛋白質(zhì)膠膜，火棉膠膜以及其他一些可從生

18、物體上剝離的薄膜類物質(zhì)。 活細(xì)胞內(nèi)的生物膜只允許水分子自由通過，它所選擇的離子、小分子物質(zhì)可以通過，而其他的離子、小分子和大分子不能透過，是嚴(yán)格的半透膜,44,滲透壓,圖2. 顯示滲透壓現(xiàn)象的簡(jiǎn)單裝置,滲透壓是為維持被半透膜所隔開的溶液與純?nèi)軇┲g的滲透平衡而需要的額外壓力,純水,半透膜,cBRT,溶液,45,V = nBRT即 = cBRT,溶液的滲透壓，單位為Pa； cB溶液的濃度，單位為mo1L-1； R氣體常數(shù)，為8.31 kPaLmol-1K-1； T體系的溫度，單位為K,稀溶液滲透壓與 濃度、溫度的關(guān)系,在定溫下，溶液的滲透壓與溶質(zhì)的濃度成正比。 溶液愈稀，公式愈準(zhǔn)確,46,滲透現(xiàn)

19、象不僅在溶液與溶劑之間存在，在不同濃度 溶液中同樣存在 . 等滲溶液：相等滲透壓的溶液彼此稱為等滲溶液； 等滲溶液在藥學(xué)上有重要意義,如眼藥水必須與眼球組織內(nèi)的液體具有相同的滲透壓，否則會(huì)引起疼痛； 靜脈注射用的鹽水與血液是等滲溶液. 高滲溶液：對(duì)于滲透壓不相等的兩種溶液，滲透壓相對(duì)高的叫高滲溶液； 低滲溶液：滲透壓相對(duì)較低的叫做低滲溶液,47,將紅細(xì)胞置于不同濃度的NaCl溶液中，在顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn),在生理鹽水中,在較濃的NaCl溶液中,在較稀的NaCl溶液中,紅細(xì)胞逐漸皺縮，皺縮的紅細(xì)胞互相聚結(jié)成團(tuán)。這是因?yàn)榧t細(xì)胞內(nèi)液的滲透壓力低于濃NaCl溶液，紅細(xì)胞內(nèi)的水向外滲透引起,紅細(xì)胞的形態(tài)沒有

20、什么改變，因?yàn)?生理鹽水與紅細(xì)胞內(nèi)液的滲透壓力 相等，細(xì)胞內(nèi)外液處于滲透平衡狀態(tài),紅細(xì)胞逐漸脹大，最后破裂，釋放出紅細(xì)胞內(nèi)的血紅蛋白使溶液染成紅色，即溶血。這是因?yàn)榧t細(xì)胞內(nèi)液的滲透壓力高于稀NaCl溶液，細(xì)胞外的水向細(xì)胞內(nèi)滲透引起,48,純水向紅蘿卜內(nèi)滲透,滲透原理被用來處理尿毒癥. 在人工腎里, 病人的血液在玻璃軟管(用作半透膜)循環(huán), 血液里的小分子廢物向管外滲透, 從而使血液得到凈化,滲透,49,滲透壓測(cè)定法常被用來測(cè)定生物體內(nèi)大分子的相對(duì)分子質(zhì)量,例1-6 有一蛋白質(zhì)的飽和水溶液，每升含有蛋白質(zhì)5.18克，已知在298.15K時(shí),溶液的滲透壓為413Pa,求此蛋白質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量。 解

21、：根據(jù)公式 =cBRT,即該蛋白質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量為31100,50,稀溶液的依數(shù)性定律,難揮發(fā)、非電解質(zhì)的稀溶液的某些性質(zhì)(蒸氣壓下降、沸點(diǎn)上升、凝固點(diǎn)下降和滲透壓)與一定量的溶劑中所含溶質(zhì)的物質(zhì)的量成正比，而與溶質(zhì)的本性無關(guān)。 注意： 為什么稀溶液的各項(xiàng)通性，不適用于濃溶液和電解質(zhì),p = poB 下降 Tf KfbB 下降 Tb = KbbB 上升 = cBRT,51,因?yàn)樵跐馊芤褐?，溶質(zhì)濃度大，使溶質(zhì)粒子之間的相互影響大為增加 電解質(zhì)溶液的蒸氣壓、凝固點(diǎn)、沸點(diǎn)和滲透壓的變化要比相同濃度的非電解質(zhì)都大。這是因?yàn)橄嗤瑵舛鹊碾娊赓|(zhì)溶液在溶液中會(huì)電離產(chǎn)生正負(fù)離子，因此它所具有總的粒子數(shù)就要多。此

22、時(shí)稀溶液的依數(shù)性取決于溶質(zhì)分子、離子的總組成量度，稀溶液通性所指定的定量關(guān)系不再存在，必須加以校正。 但可用于定性判斷電解質(zhì)溶液的蒸氣壓、凝固點(diǎn)、沸點(diǎn)的變化情況,在濃溶液及電解質(zhì)中的情況,依數(shù)性的定量關(guān)系不再適用,52,葡萄糖 1HAc 2 質(zhì)點(diǎn)數(shù) 1NaCl 2Na2SO4 3,53,i1個(gè)溶質(zhì)分子能離解的質(zhì)點(diǎn)的數(shù)目p14表1-4 NaCl和HAc溶液的凝固點(diǎn)下降,p = i poB Tf iKfbB Tb =i KbbB = icBRT,一般溶液的依數(shù)性為,54,電解質(zhì)溶液的依數(shù)性取決于溶質(zhì)分子、離子的總組量 度，稀溶液通性所指定的定量關(guān)系不再存在,但可以比 較大小。 選擇題 1. 下列溶

23、液濃度相同,沸點(diǎn)最高的是 （ ） A. C6H12O6 B. H3BO3 C. KCl D. BaCl2 2稱取同樣質(zhì)量的兩種難揮發(fā)的電解質(zhì)A和B,分別溶解在1升水中, 測(cè)得A溶液的凝固點(diǎn)比B溶液的凝固點(diǎn)低，則 （ ） A. B的分子量小于A的分子量 B. A的分子量和B的分子量相同 C.B的分子量大于A的分子量,2. C,1、D,55,將淡水魚放人海水中由于其細(xì)胞液濃度較低，因而滲透壓較小。它在海水中就會(huì)因細(xì)胞大量失去水分而死亡。 人體發(fā)高燒時(shí)，需要及時(shí)喝水或通過靜脈注射與細(xì)胞液等滲的生理鹽水和葡萄糖溶液以補(bǔ)充水分 。 反滲透 ：在滲透壓較大的溶液一邊加上比其滲透壓還要大的壓力，迫使溶劑從高

24、濃度溶液處向低濃度處擴(kuò)散，從而達(dá)到濃縮溶液的目的,滲透壓的應(yīng)用,56,1.5 膠體溶液,溶膠: 高度分散的多相系統(tǒng), 分散相與分散介質(zhì)之間親和力較弱, 有很大的相界面, 很高的表面能, 能自動(dòng)聚集成大顆粒, 自動(dòng)吸附某種離子而帶電, 是熱力學(xué)不穩(wěn)定系統(tǒng). 液溶膠傳統(tǒng)上稱憎液溶膠.如Fe(OH)3膠體和As2S3膠體. 高分子溶液: 由于高分子以分子形式溶于介質(zhì)中, 分散相與分散介質(zhì)之間沒有相界面, 大多是均相的熱力學(xué)穩(wěn)定系統(tǒng). 傳統(tǒng)上稱親液溶膠.如淀粉溶液和蛋白質(zhì)溶液等,57,1.5.1 分散度和表面吸附,1.比表面積 分散系的分散度(dispersion degree) 常用比表面積 來衡量

25、。 s = S/V s 分散質(zhì)的比表面積，單位是m-1； S 分散質(zhì)的總表面積，單位是m2； V 分散質(zhì)的體積，單位是m3。 單位體積的分散質(zhì)表面積越大，即分散質(zhì)的顆粒越小, 則比表面積越大，體系的分散度越高,58,2表面吸附,內(nèi)部質(zhì)點(diǎn):同時(shí)受到各個(gè)方向并且大小相近的作用力，它所受到的總的作用力為零。 物質(zhì)表面的質(zhì)點(diǎn):受到的來自各個(gè)方向的作用力的合力就不等于零。 表面能：表面質(zhì)點(diǎn)比內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)所多余的能量。 減少表面能的方法：吸附其他物質(zhì)、減少表面積,59,1.5.2 膠團(tuán)結(jié)構(gòu),溶膠具有擴(kuò)散雙電層結(jié)構(gòu),Cl,Cl,Cl,Cl,Cl,Cl,FeO,FeO,FeO,FeO,FeO,FeO,FeO,Fe

26、O,Cl,Cl,電位離子,反離子,反離子,60,AgI)m nAg (nx)NO3x+xNO3 膠核 電位離子 反離子 反離子 吸附層 擴(kuò)散層 膠粒 膠團(tuán),過量的稀AgNO3與稀KI溶液反應(yīng)制備的AgI溶膠,AgI膠團(tuán)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式,61,膠團(tuán)結(jié)構(gòu)式,氫氧化鐵 (Fe(OH)3)mnFeO+(nx)Clx+xCl 三硫化二砷 (As2S3)mnHS(nx)H+xxH+ 硅膠 (H2SiO3)mnHSiO3(nx)H+xxH,62,1.5.3 膠體溶液的性質(zhì),光學(xué)性質(zhì) 溶膠的動(dòng)力學(xué)性質(zhì) 溶膠的電學(xué)性質(zhì),膠體溶液的性質(zhì),63,1.溶膠的光學(xué)性質(zhì),丁鐸爾效應(yīng)：由于溶膠的高度分散性和多相不均勻性, 當(dāng)一束波

27、長(zhǎng)大于溶膠分散相粒子尺寸的入射光照射到溶膠系統(tǒng), 可發(fā)生散射現(xiàn)象丁鐸爾現(xiàn)象,64,65,產(chǎn)生原因,光線照射到物體表面時(shí)，可能產(chǎn)生兩種情況： （1）顆粒的直徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于入射光的波長(zhǎng)，此時(shí)入射光被完全反射； （2）物質(zhì)的顆粒直徑比入射波長(zhǎng)小的話，則發(fā)生光的散射作用而出現(xiàn)丁達(dá)爾現(xiàn)象。 因?yàn)槿苣z的粒子直徑在1一100nm，而一般可 見光的波長(zhǎng)范圍在400一760nm,66,2. 溶膠的動(dòng)力學(xué)性質(zhì),布朗(Brown)運(yùn)動(dòng): 溶膠中的分散相粒子的不停息的和無規(guī)則的運(yùn)動(dòng). 這種現(xiàn)象是植物學(xué)家(Brown)于1827年首先從水中懸浮花粉的運(yùn)動(dòng)中觀察到的. 用超顯微鏡可以觀察布朗運(yùn)動(dòng),分散介質(zhì)分子處于無規(guī)則的熱運(yùn)

28、動(dòng)狀態(tài), 從各個(gè)方向不斷撞擊分散相粒子. 布朗運(yùn)動(dòng)是分子熱運(yùn)動(dòng)的必然結(jié)果, 是膠體粒子的熱運(yùn)動(dòng),67,布朗運(yùn)動(dòng),68,3.溶膠的電學(xué)性質(zhì),電泳: (electrophonesis) :在外電場(chǎng)作用 下, 膠體粒子在分散介質(zhì)中定向移動(dòng)的 現(xiàn)象. 電泳現(xiàn)象表明膠體粒子是帶電的,圖中Fe(OH)3 溶膠在電場(chǎng)作用下向陰極方向移動(dòng), 證明Fe(OH)3的膠體粒子是帶正電荷的,69,溶膠粒子帶電的主要原因,吸附作用：氫氧化鐵溶膠，由于Fe(OH)3 對(duì)FeO+的吸附因而溶膠帶正電。 電離作用 ：硅膠粒子帶電就是因?yàn)镠2SiO3 電離形成HSiO3- 或SiO32-，并附著在表面而帶 負(fù)電。 H2SiO3

29、HSiO3- + H+ SiO32- + 2H,70,氫氧化鐵、三硫化二砷和硅膠的膠團(tuán)結(jié)構(gòu)式可表示如下,Fe(OH)3)mnFeO+(n-x)Cl-x+xCl- (As2S3)mnHS-(n-x)H+x-xH+ (H2SiO3)mnHSiO3-（n-x）H+X-xH+ 注意 :在制備膠體時(shí),一定要有穩(wěn)定劑存在。 通常穩(wěn)定劑就是在吸附層中的離子,71,1.5.4 溶膠的穩(wěn)定性和聚沉,1. 溶膠的穩(wěn)定性 溶膠是熱力學(xué)不穩(wěn)定系統(tǒng). 但有些溶膠卻能在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間里穩(wěn)定存在.例如法拉弟制備的金溶膠靜置數(shù)十年才聚沉于管壁上. 為此人們提出了多種理論進(jìn)行解釋。 動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性：布朗運(yùn)動(dòng) 聚結(jié)穩(wěn)定性： 膠粒的雙電

30、層結(jié)構(gòu) 溶劑化膜,72,2. 溶膠的聚沉 聚沉(coagulation) ：膠體分散系中的分散質(zhì)從分散劑中分離出來的過程。 影響溶膠聚沉的因素主要有： （1）電解質(zhì)對(duì)溶膠的聚沉作用 （2）溶膠的互聚 （3）長(zhǎng)時(shí)間加熱,三種溶膠聚沉. (左)Al(OH)3; (中)Fe(OH)3; (右)Cu(OH)2,73,電解質(zhì)對(duì)溶膠的聚沉作用,相反離子起作用 電解質(zhì)的聚沉能力，用聚沉值的大小來表示。 聚沉值 指一定時(shí)間內(nèi)，使一定量的溶膠完全聚 沉所需要的電解質(zhì)的最低濃度。 電解質(zhì)的聚沉值大 ，聚沉能力小 。 電解質(zhì)的聚沉值小，聚沉能力大 。 例：Fe(OH)3正溶膠： 聚沉能力：K3Fe(CN)6MgSO

31、4AlCl3,74,對(duì)As2S3負(fù)溶膠聚沉能力： AlCl3MgSO4K3Fe(CN)6,對(duì)帶負(fù)電溶膠 ： 聚沉能力：Rb+K+Na+Li+ 結(jié)論 （1）與膠粒所帶電荷相反的離子電荷越高，對(duì)溶膠的聚沉作用就越大。 （2）隨著離子半徑的減小，離子的聚沉能 力減弱,75,溶膠的互聚,兩種帶有相反電荷的溶膠按適當(dāng)比例相互混合， 溶膠同樣會(huì)發(fā)生聚沉。 例： 明礬凈水作用。 天然水中膠態(tài)的懸浮物大多帶負(fù)電，明礬在 水中水解產(chǎn)生的Al(OH)3溶膠帶正電，它們相互聚 沉而使水凈化,76,1.6 高分子溶液和乳濁液,1.6.1 高分子溶液 相對(duì)分子量大于104，蛋白質(zhì)、核酸、DNA; 合成橡膠、合成塑料、

32、1.高分子溶液的特性 （1）不能透過半透膜、擴(kuò)散速度慢等。 （2）高分子溶液是一種熱力學(xué)穩(wěn)定體系。 （3）溶解的可逆性。 （4）高分子溶液具有一定的抗電解質(zhì)聚沉能力,77,2. 高分子溶液的鹽析和保護(hù)作用,在高分子溶液中 加入少量電解質(zhì)不會(huì)聚沉。通過加入大量電解質(zhì)使高分子化合物聚沉的作用稱為鹽析。鹽析除中和高分子化合物所帶的電荷外，重要的是破壞其水化膜，需加大量電解質(zhì),鹽析作用,78,高分子化合物對(duì)溶膠的保護(hù)作用,若在溶膠中加入較多的高分子化合物, 許多個(gè)高分子化合物的一端吸附在同一個(gè)分散相粒子的表面上, 或者是許多個(gè)高分子線團(tuán)環(huán)繞在膠體粒子周圍, 形成水化外殼, 將分散相粒子完全包圍起來,

33、對(duì)溶膠則起保護(hù)作用,79,高分子化合物對(duì)溶膠的聚沉作用,高分子化合物可使溶膠聚沉. 好的聚沉劑應(yīng)是相對(duì)分子量很大的線型聚合物, 如聚丙烯酰胺及其衍生物, 其相對(duì)分子量可高達(dá)幾百萬. 搭橋效應(yīng): 一個(gè)長(zhǎng)碳鏈的高聚物分子可以同時(shí)吸附在許多個(gè)分散相微粒上, 通過“搭橋”把膠粒聯(lián)結(jié)在一起, 引起聚沉. 脫水效應(yīng): 高聚物分子由于親水作用強(qiáng), 其溶解與水化作用使膠粒脫水, 失去水化外殼而聚沉. 電中和效應(yīng): 離子型高聚物吸附在帶電的膠粒上而中和了膠粒的表面電荷, 使粒子間的斥力勢(shì)能降低, 而使溶膠聚沉,80,乳濁液: 由兩種不互溶或部分互溶的液體所形成的粗分散系統(tǒng). 如牛奶, 含水石油, 煉油廠的廢水,

34、 乳化農(nóng)藥等. 乳化作用: 油水互不相溶, 只有加入乳化劑才能得到比較穩(wěn)定的乳狀液, 乳化劑的這種作用稱為乳化作用. 常用的乳化劑多為表面活性劑, 某些固體也能起乳化作用. 乳狀液的類型: 水包油型 微小油滴(通常指有機(jī)物)分散在水中, 符號(hào)O/W 如牛奶、豆?jié){、農(nóng)藥乳化劑等。 油包水型, 微小水滴分散在油中, 符號(hào)W/O，如石油,1.6.2 乳濁液,81,表面活性劑,表面活性劑性質(zhì)： 當(dāng)它被加入到某一物質(zhì)中后， 能夠顯著降低其表面張力，從而使一些極性相差較大的物質(zhì)也能相互均勻分散、穩(wěn)定存在。 表面活性劑的分子結(jié)構(gòu) ： 由極性基團(tuán)(親水)（通常是一OH、一COOH、一NH2，=NH、一NH3+

35、等基團(tuán)構(gòu)成）和非極性基團(tuán)(疏水)（主要是由碳?xì)浣M成的長(zhǎng)鏈或芳香基團(tuán)所構(gòu)成）兩大部分構(gòu)成,82,表面活性劑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 表面活性劑具有兩類性質(zhì)完全不同的基團(tuán)：親水基團(tuán)和親油基團(tuán)（疏水基團(tuán),水相,油相,表面活性劑在兩相界面作定向排列。使得兩相之間的表面張力大大降低。許多乳化劑都是表面活性物劑。因此，表面活性劑有時(shí)也稱為乳化劑,83,根據(jù)親和能力的差別分為親水性乳化劑和親油性乳化劑。 親水性乳化劑適合制備OW型乳濁液，親水性乳化劑的親水基團(tuán)結(jié)合能力比親油基團(tuán)的結(jié)合能力來得大，乳化劑分子的大部分分布在油滴表面。它在油滴表面形成一較厚的保護(hù)膜，防止油滴之間相互碰撞而聚結(jié)。 常用的親水性乳化劑有：鉀肥皂、鈉

36、肥皂、蛋白質(zhì)、動(dòng)物膠等,親水乳化劑,84,同理在制備水油型乳濁液時(shí)，最好選用親油性乳化劑。*常用親油性乳化劑有鈣肥皂、高級(jí)醇類、高級(jí)酸類、石墨等。 不同類型乳濁液的區(qū)分：加水稀釋后，乳濁液不出現(xiàn)分層，說明水是一種分散劑，則為O/W型乳濁液；加水稀釋后，乳濁液出現(xiàn)分層，則為W/O型乳濁液,親油型乳化劑,85,乳濁液的去乳化,去乳化作用: 使乳狀液破壞的過程.分散相凝聚成更大的液 滴, 在重力場(chǎng)作用下自動(dòng)分層. 破乳方法: 用不能形成牢固膜的表面活性物質(zhì)代替原來的乳化劑; 加入某些能與乳化劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì), 消除乳化劑的保護(hù)作用. 加入類型相反的乳化劑也可達(dá)到破乳的目的 加熱, 加入高價(jià)電解質(zhì), 加強(qiáng)攪拌, 離心分離, 以及電泳法等皆可加速分散相的聚結(jié), 達(dá)到破乳的目的,86,本章知識(shí)點(diǎn),1、稀溶液的依數(shù)性（定義、計(jì)算、滲透方向判斷） 2、膠團(tuán)結(jié)構(gòu)的表示 3、溶膠帶電性的判斷： （1）電泳 （2）電解質(zhì)聚沉作用,87,習(xí)題精解（1,1、 請(qǐng)排出下列稀溶液的凝固點(diǎn)、滲透壓由高到低的順序： （1）