溶液與膠體新能源

溶液與膠體新能源第一頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期日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）。第二頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期日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膠粒水第三頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期日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(shí)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)曹洋第四頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期日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，無量綱第五頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期日1.2.1物質(zhì)的量濃度(濃度)單位：mol·L-1

mmol·L-1

μmol·L-1第六頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期日1.2.2質(zhì)量濃度單位：g·L-1mg·L-1

μg·L-1

μg·ml-1

第七頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期日第八頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期日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)的量濃度第九頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期日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)第十頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期日二、摩爾分?jǐn)?shù)第十一頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期日三、體積分?jǐn)?shù)第十二頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期日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(diǎn)升高值、凝固點(diǎn)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)性第十三頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期日1.3.1溶液的蒸氣壓下降Question什么是蒸氣壓？第十四頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期日在一個敞開的燒杯里的水，在持續(xù)的蒸發(fā)第十五頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期日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(qiáng)p=cRT即為定值，即飽和蒸氣壓，簡稱蒸氣壓(vaporpressure)第十六頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期日蒸氣壓的測定：第十七頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期日一定溫度下，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)曹洋第十八頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期日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。第十九頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期日當(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(jìn)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(dá)到平衡。第二十頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期日第二十一頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期日因此，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(yàn)公式：Raoult定律測定蒸汽壓下降值的裝置第二十二頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期日1.3.2溶液的沸點(diǎn)升高與凝固點(diǎn)降低1.3.2溶液的沸點(diǎn)升高與凝固點(diǎn)降低第二十三頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期日沸點(diǎn)(boilingpoint,Tb)是液體的蒸氣壓等于外壓時的溫度。沸點(diǎn)隨外壓而變化，在一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓(1atm=101.325kPa)時的沸點(diǎn)為正常沸點(diǎn)。第二十四頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期日凝固點(diǎn)(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。第二十五頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期日一、沸點(diǎn)升高溶劑的質(zhì)量摩爾沸點(diǎn)升高常數(shù)第二十六頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期日二、凝固點(diǎn)降低溶劑的質(zhì)量摩爾凝固點(diǎn)降低常數(shù)第二十七頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期日三、沸點(diǎn)升高和凝固點(diǎn)降低的應(yīng)用1.利用沸點(diǎn)升高和凝固點(diǎn)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(diǎn)為4.51℃,求該試樣的分子量。解：溶劑苯的質(zhì)量摩爾凝固點(diǎn)降低常數(shù)：Kf=5.12K·kg·mol-1第二十八頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期日例題測得4.94gK3[Fe(CN)6]溶解在100g水中，所得溶液的凝固點(diǎn)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(qiáng)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-第二十九頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期日NaCl=Na++Cl-

MgCl2=Mg2++2Cl-第三十頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期日2.使用溶液作冷卻劑NaCl+冰-22℃(實(shí)際溫度為：-5~-10℃)CaCl2+冰-55℃乙醇-冰：-20

℃干冰-丙酮-78℃第三十一頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期日3.使用溶液作抗凍劑/解凍劑如乙二醇/CaCl2第三十二頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期日4.助熔如冰晶石(KAlF6)用于制鋁工業(yè)中Al2O3的熔融第三十三頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期日滲透現(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(kuò)散的過程為滲透（osmosis)1.3.3溶液的滲透壓力

第三十四頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期日單位體積內(nèi)水分子的個數(shù)越多，擴(kuò)散的速度越快，因此剛開始，由外向內(nèi)擴(kuò)散的水分子比由內(nèi)到外擴(kuò)散的水分子多。滲透現(xiàn)象的本質(zhì)——擴(kuò)散第三十五頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期日當(dāng)半透膜里面的壓力增大到一定時候，從內(nèi)向外擴(kuò)散的水分子數(shù)=從外向內(nèi)擴(kuò)散的水分子數(shù)，此時就達(dá)到了滲透平衡滲透平衡第三十六頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期日產(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第三十七頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期日滲透壓滲透壓測定滲透壓的裝置第三十八頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期日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范霍夫定律第三十九頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期日解：測定分子量的三種方法：小分子：凝固點(diǎn)降低法、沸點(diǎn)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。第四十頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期日第四十一頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期日反滲透，海水淡化反滲透第四十二頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期日滲透濃度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(qiáng)電解質(zhì)，則Cos=iCB,i表示強(qiáng)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第四十三頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期日二、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、低滲和高滲溶液第四十四頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期日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第四十五頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期日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第四十六頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期日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(dá)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。第四十七頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期日粗分散相：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)曹洋第四十八頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期日二、動力學(xué)性質(zhì)1.Brown運(yùn)動

第四十九頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期日

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(yùn)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(yùn)動的現(xiàn)象為布朗運(yùn)動。第五十頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期日布朗運(yùn)動示意圖第五十一頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期日液體分子對膠體粒子的碰撞COPYRIGHTCY&SOOCHOWUNIVERSTIYALLRIGHTSRESERVED第五十二頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期日2.擴(kuò)散現(xiàn)象在生物體內(nèi)，擴(kuò)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(kuò)散進(jìn)行的。高濃度低濃度擴(kuò)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(kuò)散第五十三頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期日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(yùn)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(dá)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.沉降第五十四頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期日三、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?；虼蠓肿釉谕饧与妶龅淖饔孟孪驇喾措姾傻碾姌O作定向移動的現(xiàn)象稱為電泳。

第五十五頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期日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)電第五十六頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期日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(yùn)動第五十七頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期日溶膠帶電的原因1.解離SiO2+H2O=H2SiO3H2SiO3=H++HSiO3-第五十八頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期日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+使溶膠帶上正電第五十九頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期日As2S3溶膠As2O3+3H2S=As2S3+3H2OH2S=HS-+H+吸附的HS-使溶膠帶上負(fù)電第六十頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期日1.4.3膠團(tuán)的結(jié)構(gòu)

膠核膠粒膠團(tuán)吸附層擴(kuò)散層1.4.3膠團(tuán)的結(jié)構(gòu)

第六十一頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期日AgNO3+KCl=AgCl+KNO3KCl過量,做穩(wěn)定劑優(yōu)先吸附Cl-,然后吸附K+AgCl溶膠第六十二頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期日[(AgCl)m·nCl-·(n-x)K+]x-·xK+

膠核吸附層膠粒擴(kuò)散層膠團(tuán)第六十三頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期日AgNO3+

KI→KNO3+AgI↓

過量的AgNO3

作穩(wěn)定劑膠團(tuán)的結(jié)構(gòu)表達(dá)式：[(AgI)mnAg+(n-x)NO