第一章 溶液和膠體溶液

第一節(jié)溶液組成標度的表示方法第二節(jié)稀溶液的依數(shù)性第三節(jié)滲透壓力在醫(yī)學上的意義第四節(jié)膠體溶液第一章溶液和膠體Solution&ColloidalSolution第一節(jié)溶液組成標度的表示方法溶液:[定義]是一種物質以分子、原子或離子狀態(tài)分散在另一種物質中所形成的均勻而穩(wěn)定的體系。

固體溶液（如合金）氣體溶液（如空氣）液體溶液通常不指明溶劑的溶液即是水溶液第一節(jié)溶液組成標度的表示方法一、物質的量和物質的量濃度(一)物質的量（amountofsubstance，nB

）

單位：摩爾(mole)，符號為mol、mmol或μmol（二）物質的量濃度（amountofsubstanceconcentration，

cB

）單位：摩爾每升（mol·L-1）、毫摩爾每升（mmol·L-1）和微摩爾每升（μmol·L-1）等。【例1-1】正常人血漿中每100ml含葡萄糖100mg、HCO3-164.7mg、Ca2+10mg，它們的物質的量濃度（單位mmol·L-1）各為多少？解c(C6H12O6)=×

=5.6(mmol·L-1)

c(HCO3-)=

×

=27.0(mmol·L-1)

c(Ca2+)=

×

=2.5(mmol·L-1)

（三）質量濃度（massconcentration，ρB)１.定義：溶質B的質量(mB)除以溶液的體積(V)2.單位：g·L-1或mg·L-1注意：世界衛(wèi)生組織提議，凡是摩爾質量已知的物質，在人體內的含量統(tǒng)一用物質的量濃度表示；對于摩爾質量未知的物質，在人體內的含量則可用質量濃度表示。質量濃度多用于溶質為固體的溶液，如生理鹽水為9g·L-1的NaCl溶液。二、質量摩爾濃度和摩爾分數(shù)（一）摩爾分數(shù)(molefraction

xB)定義：物質B的物質的量(nB)除以混合物的物質的量(∑inI)若溶液由溶質B和溶劑A組成，則溶質B和溶劑A的摩爾分數(shù)分別為：

xA＋xB=1（二）質量摩爾濃度（molality

bB

）１.定義：溶質B的物質的量（nB)除以溶劑的質量(mA)

２.單位：mol·kg-1或mmol·kg-1３.稀的水溶液：數(shù)值上cB≈bB

４.注意:mA的單位用㎏表示?！纠?-2】將7.00g結晶草酸(H2C2O4·2H2O)溶于93.0g水中，求草酸的質量摩爾濃度b(H2C2O4)和摩爾分數(shù)x(H2C2O4)。解

M(H2C2O4·2H2O)=126g·mol-1，M(H2C2O4)=90.0g·mol-1在7.00gH2C2O4·2H2O中H2C2O4的質量為：草酸的質量摩爾濃度和摩爾分數(shù)分別為：

m(H2C2O4)==5.00（g）

溶液中水的質量為：m(H2O)=93.0+(7.00－5.00)=95.0（g）

b(H2C2O4)==0.585(mol·kg

–1)

x(H2C2O4)==0.0104三、溶液組成量度的其它常用表示方法（一）質量分數(shù)（massfraction

ωB

）１.定義：為物質B的質量（mB）除以混合物的質量（∑i

mi)２.對于溶液，溶質B和溶劑A的質量分數(shù)分別為

：

ωA＋ωB=13.表達：例100gNaCl溶液中含NaCl10g，可表示為

ω

NaCl=0.1=10%（二）體積分數(shù)（volumefraction

jB）1.定義：物質B的體積（VB）除以混合物的體積（∑iVi)2.表達：

例：醫(yī)用的消毒酒精φ(C2H5OH)=75%，表示該溶液是純乙醇75ml加25ml水配制而成，也可近似認為是100ml溶液中含有乙醇75ml。

【例1-3】市售濃硫酸的密度為1.84kg·L-1，質量分數(shù)為96％，試求該溶液的c(H2SO4)、x(H2SO4)和b(H2SO4)。解：M(H2SO4)=98g·mol-1

c(H2SO4)=

=18(mol·L-1)

x(H2SO4)=

=0.815b(H2SO4)=

=245(mol·kg

-1)

小結物質的量濃度（cB

）質量濃度（ρB)質量摩爾濃度（bB)摩爾分數(shù)(χB)質量分數(shù)（ωB

）體積分數(shù)mol.L-1,mmol.L-1g.L-1,mg.L-1mol.kg-1,mmol.kg-1無單位第二節(jié)稀溶液的依數(shù)性

物質

蒸氣壓P

沸點Tb凝固點T

f

（mmHg,20℃）(℃)(℃)1L純水17.510000.5mol糖水17.3100.27-0.930.5mol尿素溶液17.3100.24-0.940.5mol甘油溶液17.30.198mol糖水17.5-0.0610.395mol糖水17.5-0.1230.596mol糖水17.5-0.1860.793mol糖水17.5-0.248蒸氣壓下降

沸點升高

凝固點降低滲透壓力稀溶液（bB≤0.2mol·kg-1）的依數(shù)性（Colligativeproperties）

第二節(jié)稀溶液的依數(shù)性1.稀溶液的依數(shù)性變化與溶質的本性無關，只與溶液的濃度有關2.稀溶液的依數(shù)性本質是溶液的蒸氣壓下降（一）蒸氣壓

p（vapourpressure）

1.水（l）水（g）蒸發(fā)凝結

當v蒸發(fā)=v凝結時，氣液相達到平衡，這種與液相處于動態(tài)平衡的氣體叫做飽和蒸氣。單位為Pa（帕）或kPa（千帕）。一、溶液的蒸氣壓下降

蒸氣壓：飽和蒸氣具有的壓力稱為該溫度下的飽和蒸氣壓。

液體的本性（同溫下不同的物質有不同的p

）；

p隨溫度升高而增大；

固體具有一定的p

；

易揮發(fā)物質：p大難揮發(fā)物質：p小。2.影響蒸氣壓p的因素（二）溶液的蒸氣壓下降（Δp）

加入一種難揮發(fā)的非電解質束縛一部分高能水分子占據(jù)了一部分水的表面P↓溶液的蒸氣壓下降1.原因：降低了蒸發(fā)速度2.溶液的蒸氣壓下降—Raoult定律

表明：在一定溫度下，難揮發(fā)性非電解質稀溶液的蒸氣壓下降與溶液中溶質的摩爾分數(shù)成正比，與本性無關。內容：在一定溫度下，難揮發(fā)性非電解質稀溶液的蒸氣壓等于純溶劑的蒸氣壓（P0）乘以溶液中溶劑的摩爾分數(shù)（xA）。由于：1BA=+xx所以：()B01xpp-=B00xppp=-即：B0xpp=Δ對于稀溶液：nA

>>n

B所以：得：又：表明：稀溶液的蒸氣壓下降與溶液的質量摩爾濃度成正比。即難揮發(fā)性非電解質稀溶液的蒸氣壓下降只與一定量的溶劑中所含溶質的微粒數(shù)有關，而與溶質的本性無關。AABABBABB/Mmnnnnnnx=?+=若把一杯水和一杯糖水放在一密閉容器里，將會發(fā)生什么變化？【例1-4】已知20℃時水的飽和蒸氣壓為2.338kPa，將17.1g蔗糖(C12H22O11)與3.00g尿素[CO(NH2)2]分別溶于100g水，試計算這兩種溶液的質量摩爾濃度和蒸氣壓分別是多少？解蔗糖的摩爾質量M=342g·mol-1，溶液的質量摩爾濃度為：

b(C12H22O11)=

×=0.500(mol·kg

–1)

蔗糖溶液的蒸氣壓：

p=p0(H2O)·x(H2O)=2.338×0.991=2.32(kPa)

尿素的摩爾質量M=60.0g·mol-1，溶液的質量摩爾濃度：b[CO(NH2)2]=

×=0.500(mol·kg

–1)

H2O的摩爾分數(shù)：x(H2O)=

=0.991

所以尿素溶液中，x(H2O)=0.991，蒸氣壓p=2.32kPa。

二、溶液的沸點升高與凝固點降低（一）溶液的沸點升高1．液體的沸點

(boilingpoint)Tb：p液=p大氣時的溫度（沸騰）。

液體的正常沸點是指外壓為101.3kPa時的沸點。沒有專門注明壓力條件的沸點通常都是指正常沸點。101.3P(kPa)

373TBT(K)純水水溶液△TB2.溶液的沸點升高原因原因：p溶液＜p溶劑，由蒸氣壓降低引起ΔTb

=Kb?bB（Kb

稱為沸點升高常數(shù)）ΔP∝ΔTb

ΔP∝bB

ΔTb∝bB

幾種常用溶劑的沸點升高常數(shù)溶劑沸點/KKb

水373.00.52

苯353.22.53

三氯甲烷333.23.63

萘491.05.80

乙醚307.42.16（二）溶液的凝固點降低1．液體的凝固點（freezingpoint）在一定外壓下，物質固、液兩相平衡共存時的溫度。如：H2O(l)H2O(s)101.325kPa273KP(s)=P(l)P(kPa)T(K)水冰

Tf２.溶液的凝固點降低原因P(kPa)T(K)水冰溶液AB0.61273

A：冰-水共存⊿Tf

ΔTf=Kf·bBKf稱為凝固點降低常數(shù)

TfB：冰-溶液共存也是溶液蒸氣壓下降的直接結果幾種常用溶劑的凝固點降低常數(shù)溶劑凝固點/KKf

水273.01.86

苯278.54.90

醋酸289.63.90

樟腦452.839.7

萘353.06.90

溴乙烯283.012.5小結稀溶液的依數(shù)性：溶液的蒸氣壓P↓ΔP

=K?bB溶液的沸點Tb↑

ΔTb

=Kb?bB溶液的凝固點Tf↓ΔTf

=Kf?bB１.稀溶液的依數(shù)性變化只與溶液的濃度有關；２.稀溶液的依數(shù)性本質是溶液的蒸氣壓下降；3.適用條件：難揮發(fā)、非電解質、稀溶液。3.凝固點降低法的應用↓應用：測定溶質的摩爾質量

ABBfBff/mMmKbKT==D【例1-5】將0.322g萘溶于80g苯中，測得溶液的凝固點為278.34K，求萘的摩爾質量。查表1-5知苯的凝固點Tf0=278.5K，Kf=5.10K·kg·mol-1

解：△Tf=278.5－278.34=0.16(K)

MB=

5.10×

×1000=128(g·mol-1)所以，萘的摩爾質量為128g·mol-1。

說明：利用溶液的沸點升高和凝固點降低都可以測定溶質的相對分子質量，但是在醫(yī)學和生物科學實驗中凝固點降低法的應用更為廣泛。ΔTb法會因溫度高而引起溶劑揮發(fā)，使溶液變濃而引起誤差；大多數(shù)溶劑的Kf值>Kb值，因此同一溶液的ΔTf>ΔTb，因而靈敏度高、實驗誤差小；某些生物樣品不耐高溫，在沸點易變性或破壞。應用：測定溶質的摩爾質量

三、溶液的滲透壓力（一）滲透現(xiàn)象與滲透壓力溶劑分子通過半透膜發(fā)生的表面上單方面的擴散現(xiàn)象⑴產(chǎn)生條件有半透膜膜兩側有濃度差⑵滲透方向：從稀溶液向濃溶液進行滲透。溶劑(a)滲透現(xiàn)象

溶液溶液溶劑

(b)滲透壓力Π

(二）滲透壓方程：V=nBRT

或

=cBRT

≈RTbB（稀溶液cB≈bB）

[單位]

R=8.314J·K-1·mol-1、T(K)滲透壓力法測定大分子化合物的分子量

↓【例1-6】將2.00g蔗糖(C12H22O11)溶于水，配制成50.0ml溶液，求溶液在37℃時的滲透壓力。解

:M(C12H22O11)=342g·mol-1c(C12H22O11)==0.117(mol·L-1)

П

=0.117×8.314×310=302(kPa)

例【1-7】將1.00g血紅素溶于適量水中，配制成100ml溶液，在293K時，測得溶液的滲透壓力為0.366kPa，試求血紅素的分子量。解

:M

(血紅素)=

=6.66×104(g·mol-1)

所以血紅素的分子量為6.66×104。

【歸納】血紅素的濃度僅為1.50×10-4mol·L-1，凝固點下降僅為2.79×10-4℃，故很難測定。但此溶液的滲透壓力相當于37.3mmH2O柱，因此完全可以準確測定。因此，滲透壓力法是測定蛋白質等高分子化合物的相對分子質量的最好方法。

非電解質稀溶液的四個依數(shù)性1.蒸氣壓下降2.沸點升高3.凝固點降低依數(shù)性之間的關系4.滲透壓力ΔP

=K?bB

ΔTb

=Kb?bBΔTf

=Kf?bB

=cBRT∴可以相互換算四、稀溶液的依數(shù)性

≈bBRT解

補例：測得人的眼淚的凝固點為-0.560C，求在310K時人的眼淚的滲透壓。

查表知Kf（H2O）=1.86K·㎏·mol-1T0f（H2O）=0

0CΔTf

=T0f-Tf=0.56K強電解質稀溶液的依數(shù)性

BffbiKT=D弱電解質的依數(shù)性計算可近似等同于非電解質。校正因子i

：一“分子”電解質解離出的粒子個數(shù)。

A-B2或A2-B型強電解質如(MgCl2、Na2SO4等)，i=3

A-B型強電解質(如KCl、CaSO4、NaHCO3等)，i=2BbbbiKT=D

=icBRT≈ibBRT【例1-8】臨床上常用的生理鹽水是9.0g·L-1的NaCl

溶液，求該溶液在310K時的滲透壓力。解：

NaCl在稀溶液中完全解離，i=2，NaCl的摩爾質量為58.5g·mol-1。則：П=icBRT==7.9×102(kPa)第三節(jié)滲透壓力在醫(yī)學上的意義一、滲透濃度(osmolarity)溶液中能產(chǎn)生滲透效應的溶質粒子（分子、離子等）統(tǒng)稱為滲透活性物質，其物質的量的濃度即為滲透濃度(osmolarity)，用符號cos

表示。單位：mol·L-1或mmol·L-1

П

=icBRT=cosRT可用滲透濃度代替滲透壓力

【例1-9】計算醫(yī)院補液用的50.0g·L-1葡萄糖溶液和生理鹽水的滲透濃度（用mmol·L-1表示）。解：葡萄糖(C6H12O6)的摩爾質量為180g·mol-1，50.0g·L-1葡萄糖溶液的滲透濃度為：cos=

=278(mmol·L-1)NaCl的摩爾質量為58.5g·mol-1，生理鹽水的滲透濃度為：cos=

2×

=308(mmol·L-1)

二、等滲、低滲和高滲溶液1.正常人血漿的滲透濃度為303.7mmol·L-1

臨床上常用的等滲溶液有：9.0g/L生理鹽水（NaCl）、50.0g/L葡萄糖溶液。2.臨床上規(guī)定:等滲溶液:cos在280-320mmol·L-1的溶液;高滲溶液:cos＞320mmol·L-1的溶液；低滲溶液:cos＜280mmol·L-1的溶液等滲、高滲和低滲溶液在醫(yī)學上的應用

a.等滲溶液(生理鹽水):“維持原狀”b.高滲溶液(15g·L-1NaCl):“皺縮”

c.低滲溶液(5g·L-1NaCl):“溶血”三、晶體滲透壓力和膠體滲透壓力晶體滲透壓力：小離子和小分子物質所產(chǎn)生的滲透壓力膠體滲透壓力：高分子物質所產(chǎn)生的滲透壓力1、將相同質量的葡萄糖和甘油分別溶解在100g水中，則形成溶液的ΔP、ΔTb、ΔTf、П均相同。（A）對（B）錯

2、與非電解質稀溶液依數(shù)性有關的因素是A、溶液的體積B、溶液的溫度C、溶質的本性D、溶質的濃度3、下列各對溶液中，中間用半透膜隔開，有較多水分子自左向右滲透的是A、0.1mol·L-1NaCl

┃0.1mol·L-1葡萄糖B、0.1mol·L-1NaCl

┃0.1mol·L-1BaCl2C、0.1mol·L-1葡萄糖

┃0.1mol·L-1蔗糖D、0.1mol·L-1CaCl2┃0.1mol·L-1Na2SO44、質量分數(shù)3％的某Na2CO3(M=106g·mol-1)溶液，溶液的質量摩爾濃度(單位：mol·kg–1)為（A）0.0292（B）292（C）0.292（D）0.000292

5、血紅細胞置于下列哪種溶液中將會引起溶血現(xiàn)象？

A、9g·L-1NaCl溶液B、50g·L-1葡萄糖溶液

C、5g·L-1葡萄糖溶液

D、29g·L-1NaCl溶液

6、人的血漿在-0.56℃凝固，則37℃的滲透濃度為（已知Kf=1.86）(A)0.301mmol.L-1（B）301mmol.L-1

（C）775mmol.L-1（D）0.775mmol.L-1

7、將兩種或兩種以上的等滲溶液按任意體積比混合，所得的溶液依然是等滲溶液（A）對（B）錯8、將0.450g某物質溶于30.0g水中，使冰點降低了0.150℃，這種化合物的分子量是（已知Kf=1.86）

(A)100(B)83．2(C)186(D)204

8、Each?100ml?blood?plasma?contains?K+?of?20mg?and?Cl-?of?366mg.Counttheir?amount?of?substace?concentration,with?the?unit?mmol·L-1.

解：

The?amount?ofsubstace?concentration?of?K+?and?Cl-?are：

c(K+)==5.13(mmol·L-1)

c(Cl-)==103(mmol·L-1)

9、（習題5）質量分數(shù)為3％的某Na2CO3溶液，密度為1.05g·ml-1，試求溶液的c(Na2CO3)、x(Na2CO3)和b(Na2CO3)。解：

M(Na2CO3)=106g·mol-1

c(Na2CO3)==0.297(mol·L-1)x(Na2CO3)==0.005b(Na2CO3)==0.292(mol·kg

–1)10、（習題9)有兩種溶液在同一溫度時結冰，已知其中一種溶液為1.5g尿素[CO(NH2)2]溶于200g水中，另一種溶液為42.8g某未知物溶于1000g水中，求該未知物的摩爾質量（尿素的摩爾質量為60g·mol-1）。解：由于兩溶液在同一溫度下結冰，則△Tf（尿素）=△Tf（未知物）M（未知物）=342.4(g·mol-1)即該未知物的摩爾質量為342.4g·mol-1

Kf×=Kf×

11.(習題10)測得人體血液的凝固點降低值△Tf=0.56K，求在310K時人體血液的滲透壓。解：Π=776kPa查表知Kf（H2O）=1.86K·㎏·mol-1，由于=，則=

12、（習題13）將1.01g胰島素溶于適量水中配制成100ml溶液，測得298K時該溶液的滲透壓力為4.34kPa，試問該胰島素的分子量為多少？解：所以胰島素的分子量為5.77×103。M（胰島素）=RT=×8.314×298=5.77×103(g·mol-1)第四節(jié)膠體溶液分散相與分散介質把一種或幾種物質分散在另一種物質中就構成分散體系。其中，被分散的物質稱為分散相，另一種物質稱為分散介質。分散體系分類分散相粒子大小分散系類型分散相粒子性質舉例<1nm溶液小分子或離子均相、穩(wěn)定系統(tǒng)；分散相粒子擴散快NaCl水溶液、乙醇水溶液等1~100nm溶膠膠粒(分子、離子、原子聚集體)非均相、亞穩(wěn)定系統(tǒng)；分散相粒子擴散較慢均相、穩(wěn)定系統(tǒng)；分散相粒子擴散慢Fe(OH)3,As2S3溶膠及Au、S等單質溶膠等蛋白質、核酸水溶液，橡膠的苯溶液人造血漿、藥物微乳制劑等>100nm粗分散系（懸濁液、乳濁液）粗分散粒子非均相、不穩(wěn)定系統(tǒng)；易聚沉或分層泥漿、乳汁等膠體分散系高分子溶液微乳液高分子微乳滴非均相、亞穩(wěn)定系統(tǒng)分散相粒子擴散較慢（一）溶膠的光學性質—Tyndall效應

1869年Tyndall發(fā)現(xiàn)，若令一束會聚光通過溶膠，從側面（即與光束垂直的方向）可以看到一個發(fā)光的圓錐體，這就是Tyndall效應。其他分散體系也會產(chǎn)生一點散射光，但遠不如溶膠顯著。

一、溶膠的性質Tyndall效應的本質利用Tyndall現(xiàn)象可以區(qū)分溶膠與其它分散系

丁鐸爾現(xiàn)象的本質當分散相粒子的直徑遠遠小于入射光的波長時，光發(fā)生透射；

可見光（波長400～760nm）照射溶膠（膠粒直徑1～100nm）時，由于發(fā)生光的散射，使膠粒本身好像一個發(fā)光體，因此，我們在丁鐸爾現(xiàn)象中觀察到的不是膠體粒子本身，而只是看到了被散射的光，也稱乳光。當分散相粒子的直徑大于入射光的波長時，光發(fā)生反射；當分散相粒子的直徑略小于入射光的波長時，光發(fā)生散射。（二）溶膠的動力學性質—Brown運動

1827年植物學家布朗（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)許多其它物質如煤、化石、金屬等的粉末也都有類似的現(xiàn)象。人們稱微粒的這種運動為布朗運動。但在很長的一段時間里，這種現(xiàn)象的本質沒有得到闡明。１.Brown運動1903年發(fā)明了超顯微鏡，為研究布朗運動提供了物質條件。

用超顯微鏡可以觀察到溶膠粒子不斷地作不規(guī)則“之”字形的運動，從而能夠測出在一定時間內粒子的平均位移。

通過大量觀察，得出結論：粒子越小，布朗運動越激烈。其運動激烈的程度不隨時間而改變，但隨溫度的升高而增加。Brown運動的本質

1905年和1906年愛因斯坦（Einstein)和斯莫魯霍夫斯基（Smoluchowski)分別闡述了Brown運動的本質。

Brown運動是分散介質分子以不同大小和不同方向的力對膠體粒子不斷撞擊而產(chǎn)生的，由于受到的力不平衡，所以連續(xù)以不同方向、不同速度作不規(guī)則運動。隨著粒子增大，撞擊的次數(shù)增多，而作用力抵消的可能性亦大。當半徑大于5m，Brown運動消失。2.擴散和沉降平衡

[定義]當溶膠中的膠粒存在分散密度差別時，膠粒將從分散密度大的區(qū)域向分散密度小的區(qū)域遷移，這種現(xiàn)象稱為擴散。擴散(diffusion)：

膠粒質量越小，溫度越高，溶膠的粘度越小，