第1章物質(zhì)的狀態(tài)

1、1第一章 物質(zhì)的狀態(tài) 氣態(tài) 液態(tài) 固態(tài) 等離子態(tài) 中子態(tài)物質(zhì)的聚集狀態(tài)2物質(zhì)的狀態(tài)氣態(tài)氣體的物理特性 氣體沒有固定的體積和形狀 氣體是最易被壓縮的一種聚集狀態(tài) 不同的氣體能以任意比例相互均勻地混合 氣體的密度比液體和固體的密度小得多描述氣體的參數(shù)為體積(V) 壓力(p) 溫度(T) 物質(zhì)的量(n)3pVTnRpVTmMRpTRMn氣體的物質(zhì)的量(mol)V氣體的體積(m3)T氣體的溫度(K)p氣體的壓力(Pa)R氣體常數(shù)(8.314J/molK)m氣體的質(zhì)量(kg)M氣體的摩爾質(zhì)量(kg/mol)氣體的密度(kg/m3)若V的單位取L，則R的單位為(8.314kPaL/molK)理想氣體的狀態(tài)

2、方程4理想氣體的分壓定律312121231233iiiiiiinnnnnnnRRRRRpppppppppppnpTTTTTTnnxxnVVVVVVVTpRR總總總總總總總物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)（）組分氣體的分壓是指在相同溫度下占有與混合氣體相同體積時所產(chǎn)生的壓力（摩爾分?jǐn)?shù)）5實例氣體分壓的計算某容器中有NH3、O2 、N2氣體的混合物。取樣分析后知n(NH3) = 0.320mol，n(O2) = 0.180mol，n(N2) = 0.700mol，混合氣體的總壓p = 133.0kPa。計算各組分氣體的分壓。n= n(NH3) + n(O2) + n(N2)= 0.320mol + 0.180mol

3、+ 0.700mol = 1.200mol33()0.320()133.035.51.2kPH0aNNH0pnnp6分壓定律的應(yīng)用實例7實際氣體的狀態(tài)方程22()()VnpRVTabnn(實際)(實際)V實際V理想p實際p理想a、b為范德華常數(shù)8物質(zhì)的狀態(tài)液態(tài)液體的物理特性n 可壓縮性比氣體的小，具有一定體積n 改變壓力時對液體的體積幾乎沒有影響 n 液體分子的相互擴散是一個較慢的過程 n 液體具有對抗流動的性質(zhì)，即具有粘度 n 液體具有表面張力9液體的蒸發(fā)與凝結(jié)液體分子與氣體分子一樣在不停地運動，在一定溫度下每個分子的動能是不同的，對于具有足夠高能量的分子可以克服分子間的引力而逸出液體成為氣

4、體，這一過程稱為氣化或蒸發(fā)。液體蒸發(fā)到液面上的氣態(tài)分子叫蒸氣。蒸氣分子也可以失去能量重新回到液體中，這一過程成為凝結(jié)或冷凝。蒸發(fā)為吸熱過程，冷凝為放熱過程。在一定溫度下，1mol液體蒸發(fā)所需要的能量稱為該液體的摩爾蒸發(fā)熱，1mol蒸氣冷凝所放出的能量稱為該蒸氣的摩爾凝聚熱。pmmva2222kJ / mol40.640 kJ / mol.6( ) ( )( ) lggl H OH O ( )H OH OHH 凝聚10液體的飽和蒸氣壓和沸點在一定的溫度下，液體的蒸發(fā)和蒸氣的凝結(jié)速度相同，此時氣液達成動態(tài)平衡，這時蒸氣所具有的壓力稱為飽和蒸氣壓。不同的物質(zhì)分子間作用力不一樣，在相同的溫度下，具有不

5、同的蒸氣壓。當(dāng)液體的飽和蒸氣壓等于外壓時，液體內(nèi)部就會有大量氣泡生成，蒸氣會連續(xù)不斷地由液體變?yōu)闅怏w，這種現(xiàn)象成為液體的沸騰，此時的溫度為該液體的沸點。沸點與外壓有直接的關(guān)系。不同的液體有不同的沸點。11液體的凝固點q當(dāng)一種液體受冷凍時，分子運動逐漸變慢，最后達到一種溫度狀態(tài)，分子的動能足夠低，使分子間引力足以把分子固定在晶格結(jié)點上，此時物質(zhì)開始凝固了。因為凝固的分子放出了它們多余的能量，所以要使溫度保持恒定，必須對體系繼續(xù)冷凍取走多余的能量。 q一種液體的正常凝固點是在100 kPa下該物質(zhì)液相與固相達成平衡時的溫度。在凝固點時，液固平衡體系的溫度一直保持恒定，直到液體完全凝固時為止。在凝固

6、點時，使1mol物質(zhì)完全凝固所需取走的熱量，叫做該物質(zhì)的摩爾凝固熱。 12“體系”與“相”的概念在科學(xué)研究中，往往將研究討論的對象稱為體系。體系中化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)完全相同的部分稱為相，且相與相之間在指定的條件下有明顯的界面。體系內(nèi)不論有多少種氣體都只有一個氣相。液體則按其互溶程度通常可以是一相、兩相或三相共存。對于固體，一般是有一種固體便有一個相，而不論它們的質(zhì)量和大小。 相與態(tài)的概念不同，態(tài)是指物質(zhì)存在的狀態(tài)，如油和水構(gòu)成的體系，只有一個態(tài)液態(tài)，但卻包含兩個相。13水的相圖描述多相體系的狀態(tài)如何隨體系的組分、溫度、壓力等變量而變化的圖叫做相圖。(固態(tài))(液態(tài))(氣態(tài))14固體晶體晶體的性質(zhì)

7、晶體具有規(guī)則的幾何外形。非晶體為無定形體。晶體呈現(xiàn)各向異性。許多物理性質(zhì)，如光學(xué)性質(zhì)、導(dǎo)電性、熱膨脹系數(shù)和機械強度等在晶體的不同方向上測定時，是各不相同的。非晶體的各種物理性質(zhì)不隨測定的方向而改變。 晶體具有固定的熔點。非晶體如玻璃受熱漸漸軟化成液態(tài)，有一段較寬的軟化溫度范圍。 晶體是由原子、離子或分子在空間按一定規(guī)律周期性地重復(fù)排列構(gòu)成的固體。15離子晶體和原子晶體NaCl的晶體結(jié)構(gòu)金剛石的晶體結(jié)構(gòu)16液 晶晶體是各向異性的，液體則是各向同性的。一般的晶體熔化后就由各向異性轉(zhuǎn)化為各向同性的液體。但是，有些物質(zhì)在由晶體向液體的轉(zhuǎn)變過程中，要經(jīng)歷一種各向異性的液態(tài)，這種狀態(tài)的物質(zhì)稱液晶。正常液體

8、向列型液晶近晶型液晶17固體非晶體結(jié)構(gòu)特點組成物質(zhì)的原子、分子等微粒在三維空間的排列呈雜亂無序狀態(tài)物理特性組成可變，各向同性，無固定熔點，導(dǎo)熱率和熱膨脹性小，可塑性變形性大等幾種典型的非晶體物質(zhì)玻璃 橡膠 塑料 18物質(zhì)的第四態(tài)等離子態(tài) 把氣體物質(zhì)施以高溫、電磁場、放電、高能磁場、熱核反應(yīng)等作用，氣態(tài)原子電離成帶電的離子和自由電子。它們的電荷數(shù)相等，符號相反。這種狀態(tài)叫等離子體，是物質(zhì)的第四種狀態(tài)。 如霓虹燈里是氖或氬的等離子體在發(fā)光。閃電、電弧、電車的“長辮子”在夜間冒的火花，都是由空氣放電形成的等離子體。19物質(zhì)的第五態(tài)中子態(tài)如果將固態(tài)物質(zhì)施以高壓，非金屬可變成金屬。如Te、I2、P等，加

9、壓到l 0005000MPa就變成了金屬，此時它們能導(dǎo)電。若把金屬態(tài)再加高壓或超高壓，此時，核外電子被壓到核里面去，電子與質(zhì)子結(jié)合成中子，物質(zhì)就成了中子態(tài)，這是物質(zhì)的第五態(tài)。此時，體積很小，密度就會大得驚人。天文學(xué)家已在宇宙中發(fā)現(xiàn)“中子星”的存在，它就是密度極大的星體。20物質(zhì)的分散狀態(tài)一種或幾種物質(zhì)以微小粒子的形式分散在另外一種物質(zhì)中所構(gòu)成的系統(tǒng)稱為分散系。被分散的物質(zhì)叫分散質(zhì)(分散相)。 起分散作用的物質(zhì)叫分散劑(分散介質(zhì))。分散質(zhì)氣態(tài) 液態(tài) 固態(tài)分散劑氣態(tài)空氣 云霧 煙塵液態(tài)泡沫 牛奶 墨汁固態(tài)沸石 珍珠 合金21分散系的分類類 型粒子直徑 分散系名稱主 要 特 征相分子、離子分散系1n

10、m真溶液最穩(wěn)定，擴散快，能透過濾紙及半透膜，光散射極弱單相系統(tǒng)膠體分散系1100nm高分子溶液很穩(wěn)定，擴散慢，能透過濾紙，不能透過半透膜，光散射弱，粘度大溶膠穩(wěn)定，擴散慢，能透過濾紙，不能透過半透膜，光散射強多相系統(tǒng)粗分散系100nm乳膠液懸濁液不穩(wěn)定，擴散慢，不能透過濾紙及半透膜，無光散射22分散系溶液一種物質(zhì)以分子、原子或離子狀態(tài)分散于另一種物質(zhì)中所構(gòu)成的均勻而又穩(wěn)定的體系稱為溶液。物質(zhì)的三種狀態(tài)之間均可形成溶液。通常所指的溶液是固體溶解到液體或液體溶解到液體所形成的混合物。溶于液體中的固體稱為溶質(zhì)。溶解溶質(zhì)的液體稱為溶劑。在熔融狀態(tài)下或溶于水后能導(dǎo)電的物質(zhì)稱為電解質(zhì)。由電解質(zhì)所形成的溶液

11、成為電解質(zhì)溶液。在水溶液中完全解離成離子的電解質(zhì)為強電解質(zhì)；在水溶液中部分解離成離子的電解質(zhì)為弱電解質(zhì)。在熔融狀態(tài)下或溶于水后不能導(dǎo)電的物質(zhì)稱為非電解質(zhì)。非電解質(zhì)在水溶液中不解離。23溶質(zhì)的溶解度和溶液的濃度在指定的溫度下，一種物質(zhì)在定量溶劑中可溶的最大量，稱為該物質(zhì)的溶解度。 在單位體積的溶液中所含溶質(zhì)的量稱為該溶液的濃度。濃度相對低的溶液叫做稀溶液，濃度相對高的溶液叫做濃溶液，溶解度達到最大的溶液叫做飽和溶液。在飽和溶液中，溶解了的溶質(zhì)和未溶解的溶質(zhì)達成動態(tài)平衡：溶質(zhì)（純） 溶質(zhì)（已溶）24溶液濃度的表示法(1) 物質(zhì)的量濃度單位體積的溶液中所含溶質(zhì)的物質(zhì)的量的多少cnV式中：c濃度，單位

12、mol/Ln溶質(zhì)的物質(zhì)的量，單位molV溶液的體積，單位L溶液稀釋或濃縮時：1212ccVV25溶液濃度的表示法(2)質(zhì)量摩爾濃度單位質(zhì)量的溶劑中所含溶質(zhì)的物質(zhì)的量的多少 式中：b質(zhì)量摩爾濃度，單位mol/kgn溶質(zhì)的物質(zhì)的量，單位molm溶劑的質(zhì)量，單位kg溶液稀釋或濃縮時：1212bbmmbnm26稀溶液的依數(shù)性一般情況下，溶液的性質(zhì)取決于溶質(zhì)的性質(zhì)，但是溶液的某些性質(zhì)卻與溶質(zhì)的本性無關(guān)，只取決于溶質(zhì)的粒子數(shù)目。這些只與溶液中溶質(zhì)粒子數(shù)目有關(guān)，而與溶質(zhì)本性無關(guān)的性質(zhì)稱為溶液的依數(shù)性。溶液的依數(shù)性有溶液的蒸氣壓下降溶液的沸點升高溶液的凝固點降低溶液滲透壓的產(chǎn)生27稀溶液的依數(shù)性蒸氣壓下降A(chǔ)p

13、p x1ABxx(1)BBpxppp x在一定溫度下，難揮發(fā)非電解質(zhì)稀溶液的蒸氣壓可表示為：式中：p溶液的蒸氣壓p*純?nèi)軇┑娘柡驼魵鈮簒A溶劑的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)xB溶質(zhì)的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)(雙組分體系)Bppp xp28蒸氣壓下降圖釋29稀溶液的依數(shù)性沸點升高和凝固點下降*bbbbttbtK*ffffbKttt30稀溶液的依數(shù)性溶液的滲透壓半透膜：只允許水分子透過而不允許溶質(zhì)分子透過的薄膜(如腸衣、雞蛋內(nèi)皮、細胞壁等) 31范特霍夫定律滲透壓T 熱力學(xué)溫度V 溶液的體積R摩爾氣體常數(shù)n 溶質(zhì)的物質(zhì)的量c溶液的物質(zhì)的量濃度b溶液的質(zhì)量摩爾濃度TnVRRTcVnRTTbR(稀溶液)32稀溶液依數(shù)性的應(yīng)用 分子量的測定 制作防凍劑和制冷劑 生理鹽水的配制 海水的淡化反滲透33膠體光學(xué)性質(zhì)34膠體光學(xué)性質(zhì)35膠體動力學(xué)性質(zhì)36膠體電學(xué)性質(zhì)在電場中溶膠粒子向某一電極方向運動，有的溶膠粒子向陽極運動，有的粒子向陰極運動，這說明膠體粒子帶正電或帶負電。在電場作用下，帶電質(zhì)點在介質(zhì)中的移動現(xiàn)象稱為電泳。分散在水中的黏土粒子向陽極運動，因此黏土粒子帶負電；Fe(OH)3溶膠向負極運動，說明Fe(OH)3溶膠粒子帶正電。 37表面活性劑溶于水后能顯著降低水的表面張力的