基礎(chǔ)應(yīng)用化學(xué)（高職）全套教學(xué)課件

第一章

物質(zhì)結(jié)構(gòu)全套可編輯PPT課件第1章-物質(zhì)結(jié)構(gòu)第2章-溶液和膠體第3章-化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡第4章-分析化學(xué)基礎(chǔ)知識第5章-酸堿平衡與酸堿滴定法第6章-沉淀溶解平衡與沉淀滴定法第7章-氧化還原平衡與氧化還原滴定法第8章-配位平衡與配位滴定法第9章-分光光度法第10章-電勢分析法第11章-元素及重要的化合物第12章-烴第13章-對映異構(gòu)第14章-鹵代烴第15章-醇、酚、醚第16章-醛、酮、醌第17章-羧酸及其衍生物第18章-有機含氮化合物第19章-雜環(huán)化合物與生物堿第20章-生物高分子目錄CONTENTS12原子結(jié)構(gòu)與元素周期系化學(xué)鍵和分子結(jié)構(gòu)

不同的物質(zhì)性質(zhì)各不相同，這是由物質(zhì)的結(jié)構(gòu)所決定的?？茖W(xué)研究發(fā)現(xiàn)，大部分物質(zhì)都是由極微小的粒子組成的，我們把其中保持物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的最小微粒叫做分子。分子由原子構(gòu)成，原子是指化學(xué)反應(yīng)的基本微粒，在化學(xué)反應(yīng)中原子的數(shù)量和種類都不會發(fā)生變化。原子學(xué)說最初由約翰·道爾頓（John·Dalton，1766～1844，英國化學(xué)家和物理學(xué)家）創(chuàng)立。1869年，陰極射線發(fā)現(xiàn)以后，科學(xué)家們又證實了電子的存在。原子能釋放出帶負(fù)電的電子，這就說明原子內(nèi)部還有結(jié)構(gòu)，即原子核，它能和電子所帶的負(fù)電中和，使原子呈中性。那么，電子是以什么狀態(tài)存在于原子內(nèi)部的？帶負(fù)電的電子和帶正電的原子核是怎樣相互作用的？分子內(nèi)部的結(jié)構(gòu)式什么樣的？帶著這些問題，讓我們一起學(xué)習(xí)本章的內(nèi)容。PART1原子結(jié)構(gòu)與元素周期系原子結(jié)構(gòu)與元素周期系（一）原子核外電子運動狀態(tài)1、電子云的概念化學(xué)反應(yīng)是以原子反應(yīng)為基礎(chǔ)的，在化學(xué)反應(yīng)中，通常原子核是不發(fā)生變化的，主要是原子核外電子在運動。電子帶負(fù)電荷，質(zhì)量很小，僅為，它在原子這樣大小的空間（直徑約為）內(nèi)運動，速度很快，接近光速。電子的運動情形與質(zhì)量大的宏觀物體不同，它不是沿著一定的軌道繞核運轉(zhuǎn)，而是在原子核周圍空間的各區(qū)域里無序地運動著，猶如籠罩在核外周圍的一層帶電云霧，我們形象地稱其為電子云。另外，由于電子在原子核外同不區(qū)域出現(xiàn)的幾率不同，我們通常用小黑點來表示核外電子在某處出現(xiàn)的幾率大小。小黑點密，說明電子云密度值大，即電子在該處出現(xiàn)的幾率大；小黑點疏，說明電子云密度值小，即電子在該處出現(xiàn)的幾率小。電子出現(xiàn)機會最大的區(qū)域，就是電子云密度最大的地方。把電子出現(xiàn)的幾率相等的地方聯(lián)接起來的線，稱為等密度線，亦稱電子云的界面，這個界面所包括的空間范圍稱為原子軌道。原子結(jié)構(gòu)與元素周期系（一）原子核外電子運動狀態(tài)2、原子核外電子運動狀態(tài)1924年，法國物理學(xué)家德布羅意根據(jù)光的波粒二象性（wave-particleduality，指某物質(zhì)同時具備波及粒子的特質(zhì)）規(guī)律提出了實物粒子如電子、原子等微粒也像光一樣，也具有波粒二象性的假設(shè)，后來科學(xué)家證實了這一假設(shè)。由于微觀粒子具有波粒二象性的特點，因此不能同時準(zhǔn)確測定其位置和動量。要描述一個電子的運動狀態(tài)，需要用到四個量子數(shù)（n，l，m，ms）。原子結(jié)構(gòu)與元素周期系（一）原子核外電子運動狀態(tài)2、原子核外電子運動狀態(tài)1）主量子數(shù)n

主量子數(shù)n描述的是原子中電子出現(xiàn)幾率最大區(qū)域離核的遠(yuǎn)近，它是決定電子能量高低的主要因素。在多電子原子里，各個電子所具有的能量并不相同。能量較高的電子通常在離核較遠(yuǎn)的區(qū)域內(nèi)運動；能量較低的電子通常在離核較近的區(qū)域內(nèi)運動。根據(jù)電子能量的高低和運動區(qū)域離核遠(yuǎn)近的不同，可以將核外電子分成不同的電子層，電子就在相應(yīng)的電子層上運動。原子結(jié)構(gòu)與元素周期系（一）原子核外電子運動狀態(tài)2、原子核外電子運動狀態(tài)1）主量子數(shù)n主量子數(shù)n的取值為1，2，3…等正整數(shù)。離核最近的為第一層，n＝1；第二層n＝2；第三層n＝3……在光譜學(xué)上還使用大寫字母來表示電子層數(shù)，對應(yīng)如表所示。主量子數(shù)1234567電子層符號KLMNOPQ電子云形狀相同時，電子所處電子層數(shù)越大，說明電子離核越遠(yuǎn)，電子的能量也就越高。由于n只能取正整數(shù)，所以電子的能量是不連續(xù)的，或者說能量是量子化的。原子結(jié)構(gòu)與元素周期系（一）原子核外電子運動狀態(tài)2、原子核外電子運動狀態(tài)2）角量子數(shù)l

角量子數(shù)l描述的是電子在原子核外出現(xiàn)的概率密度隨空間角度的變化，它決定了原子軌道或電子云的形狀。處在同一電子層的電子，其能量也不完全相同，通過角量子數(shù)我們可以確定某一電子所處的電子亞層及電子云的形狀。換句話說，角量子數(shù)和主量子數(shù)一起決定了電子的能級。l只能取小于n的正整數(shù)，即0，1，2，…，n－1。每一個l的取值代表一個亞層，由內(nèi)向外依次用s，p，d，f等表示，如表所示。當(dāng)n的取值相同時，不同亞層的電子能量按s，p，d，f的順序逐漸增大。不同的電子亞層有不同的電子云形狀：s亞層電子云是以原子核為中心的球形，p亞層的電子云是紡錘形（或啞鈴形），d亞層的電子云是四瓣梅花形（或十字花瓣形），f亞層電子云形狀比較復(fù)雜，本書不做討論。n1234l00，10，1，20，1，2，3亞層符號ss，ps，p，ds，p，d，f原子結(jié)構(gòu)與元素周期系（一）原子核外電子運動狀態(tài)2、原子核外電子運動狀態(tài)3）磁量子數(shù)m磁量子數(shù)規(guī)定電子運動狀態(tài)（或電子云）在空間的伸展方向。電子云在空間的每一個伸展方向稱作一個軌道。同一電子亞層中磁量子數(shù)不同不影響電子的能量。m的數(shù)值受角量子數(shù)限制，可取0，±1，±2，…，±l，共2l+1個值。也就是說，l亞層共有2l+1個原子軌道。例如：第一電子層n=1，l的取值只能是0，即只有一個亞層s層，m的取值也只能有一個數(shù)值0，即只有1個軌道。第三電子層n=3，l可以取0、1、2三個數(shù)值，也就是說有三個電子亞層，分別對應(yīng)s亞層、p亞層、d亞層。l取0時m的取值也只能有一個數(shù)值0，說明電子云只有一個伸展方向，即s亞層只有1個軌道；l取1時m的取值可以是0，+1，-1三個數(shù)值，說明電子云有三個伸展方向，也就是對應(yīng)了3個軌道，即p亞層有3個軌道；l取2時m的取值可以是0，+1，–1，+2，–2五個數(shù)值，說明電子云有五個伸展方向，也就是對應(yīng)了5個軌道，即d亞層有5個軌道，最終第三電子層共有1+3+5=9九個軌道。每個電子層可能有最多原子軌道數(shù)應(yīng)為n2。各電子層的原子軌道數(shù)如表所示。原子結(jié)構(gòu)與元素周期系3）磁量子數(shù)m電子層n電子亞層l亞層符號磁量子數(shù)m軌道數(shù)10s0120s041p0，+1，-130s091p0，+1，-12d0，+1，-1，+2，-240s0161p0，+1，-12d0，+1，-1，+2，-23f0，+1，-1，+2，-2，+3，-3

各電子層的原子軌道數(shù)原子結(jié)構(gòu)與元素周期系3）磁量子數(shù)m

由以上3個量子數(shù)就可以確定一個原子軌道離核的遠(yuǎn)近、形狀和在空間的伸展方向，如氫原子的1s、2p、3d電子云分別如圖所示。原子結(jié)構(gòu)與元素周期系（一）原子核外電子運動狀態(tài)2、原子核外電子運動狀態(tài)4）自旋量子數(shù)ms用以上3個量子數(shù)就可以確定原子軌道的波函數(shù)表達(dá)式。但根據(jù)科學(xué)家的的進(jìn)一步研究表明，電子除了做軌道運動外，還做自旋運動，因此，還需要第4個量子數(shù)——自旋量子數(shù)ms，來描述電子的自旋狀態(tài)。電子在核外的自旋運動有兩個相反的方向，因此自旋量子數(shù)只能取兩個值，即ms=±1/2。通常用“↑”和“↓”來表示電子的兩種自旋狀態(tài)，即順時針自旋和逆時針自旋。每個軌道最多只能容納2個電子且這2個電子的自旋方向是相反的。這是由于自旋方向相同的兩個電子相互排斥，不能在同一軌道內(nèi)運動，而自旋方向相反的兩個電子相互吸引，可以在同一個原子軌道內(nèi)運動。原子結(jié)構(gòu)與元素周期系下表展示了電子運動的各量子數(shù)和原子軌道，以及電子層可容納的電子數(shù)。量子數(shù)原子軌道電子層可容納電子數(shù)nlmms軌道名稱電子數(shù)1（K）00+1/2，-1/21s222（L）00+1/2，-1/22s281+1+1/2，-1/22p60+1/2，-1/2-1+1/2，-1/23（M）00+1/2，-1/23s2181+1+1/2，-1/23p60+1/2，-1/2-1+1/2，-1/22+2+1/2，-1/23d10+1+1/2，-1/20+1/2，-1/2-1+1/2，-1/2-2+1/2，-1/24（N）00+1/2，-1/24s2321+1+1/2，-1/24p60+1/2，-1/2-1+1/2，-1/22+2+1/2，-1/24d10+1+1/2，-1/20+1/2，-1/2-1+1/2，-1/2-2+1/2，-1/23+3+1/2，-1/24f14+2+1/2，-1/2+1+1/2，-1/20+1/2，-1/2-1+1/2，-1/2-2+1/2，-1/2-3+1/2，-1/2

因此，要描述一個電子的運動狀態(tài)，需要用到四個量子數(shù)（n，l，m，ms）。在同一個原子中，沒有四個量子數(shù)完全相同的兩個電子存在。原子結(jié)構(gòu)與元素周期系（二）多電子原子軌道的能級多電子原子軌道能量的高低（也稱能級）主要由主量子數(shù)n和角量子數(shù)l決定。當(dāng)主量子數(shù)n相同時，角量子數(shù)l越大，軌道能級越高，如E3s＜E3p＜E3d。當(dāng)角量子數(shù)l不變時，主量子數(shù)n越大，原子軌道能量E越高，例如E1s＜E2s＜E3s，E2p＜E3p＜E4p。當(dāng)n和l都不同時，情況比較復(fù)雜，雖然能量高低主要由n的大小決定，但是由于電子之間的相互作用，有時也會出現(xiàn)高電子層中低亞層（如4s）的能量反而低于某些低電子層中高亞層（如3d）的能量，這種現(xiàn)象稱為能級交錯，如E4s＜E3d，E5s＜E4d。能級交錯是由于核電荷增加，核對電子的引力增強，各亞層的能量均降低，但各自降低的幅度不同所致。能級交錯對原子中電子的分布有影響。原子結(jié)構(gòu)與元素周期系（二）多電子原子軌道的能級.著名化學(xué)家鮑林（L·Pauling，1901～1994）根據(jù)實驗數(shù)據(jù)配合理論計算的結(jié)果，提出了多電子原子軌道的近似能級圖，如圖所示：小圓圈代表原子軌道，按能量高低順序排列起來，然后將軌道能量相近的放在同一個方框中組成一個能級組，共有7個能級組。第一能級組包括1s，第二能級組包括2s、2p，第三能級組包括3s、3p，第四能級組包括4s、3d、4p，第五能級組包括5s、4d、5p，第六能級組包括6s、4f、5d、6p，第七能級組包括7s、5f、6d、7p。原子結(jié)構(gòu)與元素周期系（二）多電子原子軌道的能級應(yīng)用多電子原子的近似能級圖，并根據(jù)能量最低原理，就可以確定電子排入各原子軌道的次序，如圖所示。軌道近似能級圖電子填充順序圖原子結(jié)構(gòu)與元素周期系（三）原子核外電子的排布1、核外電子分布的三個原理根據(jù)大量光譜實驗結(jié)果，同時結(jié)合對元素周期律的分析，科學(xué)家提出基態(tài)原子的電子分布遵循三個基本原理。1泡利不相容原理2能量最低原理3洪特規(guī)則原子結(jié)構(gòu)與元素周期系1、泡利不相容原理科學(xué)家泡利（W·Pauli，1900～1958）于1925年根據(jù)元素在周期表中的位置和光譜分析的結(jié)果提出：“在同一個原子中沒有運動狀態(tài)四個方面完全相同的電子存在”，即泡利不相容原理。由此可以推出：1）每個原子軌道只能容納兩個電子，且自旋方向相反。因為只有這樣才能使原子的能量最低。2）s、p、d和f亞層最多容納的電子數(shù)分別為2、6、10和14。泡利不相容原理限制了每一原子軌道中的電子數(shù)，各亞層的軌道數(shù)又是一定的，則每一亞層中可容納的最多電子數(shù)也就確定了。3）各電子層最多容納2n2個電子。例如，氦原子的1s軌道中有兩個電子，描述其中一個電子運動狀態(tài)的一組量子數(shù)（n，l，m，ms）為1，0，0，+1/2，另一個電子的一組量子數(shù)必然是1，0，0，－1/2，即兩個電子的其他狀態(tài)相同但自旋方向相反。原子結(jié)構(gòu)與元素周期系2、能量最低原理自然界一個普遍的規(guī)律是“能量越低越穩(wěn)定”。因此，當(dāng)多電子原子處于基態(tài)時，在不違背泡利不相容原理的前提下，電子將盡可能先占據(jù)能量較低的軌道，只有當(dāng)能量較低的原子軌道被占滿后，電子才依次進(jìn)入能量較高的軌道，從而使原子體系的總能量最低，處于最穩(wěn)定狀態(tài)。這一原則稱為能量最低原理。核外電子填充次序如圖所示。原子結(jié)構(gòu)與元素周期系3、洪特規(guī)則德國理論物理學(xué)家洪特（F·Hund，1896～1997）于1925年根據(jù)大量的光譜實驗數(shù)據(jù)總結(jié)出一個規(guī)律：電子在等價軌道（即能量相同的原子軌道）上排布時，總是盡可能分占不同的軌道，且自旋方向相同。這樣分布時，原子的能量較低，體系較穩(wěn)定。洪特規(guī)則實際上是能量最低原理的補充。因為兩個電子同占一個軌道時，電子間的排斥作用會使原子的能量升高，只有分占等價軌道，才有利于降低原子的能量。例如：N原子（）的7個電子在軌道中的分布情況如左圖所示，而不是右圖所示。原子結(jié)構(gòu)與元素周期系3、洪特規(guī)則光譜實驗還表明，當(dāng)?shù)葍r軌道中的電子處于半充滿、全充滿或全空的狀態(tài)時具有額外的穩(wěn)定性。半充滿全充滿全空此規(guī)則稱為全滿、半滿、全空規(guī)則。例如，鉻（Cr）原子的外層電子排布是，而不是；銅（Cu）原子的外層電子排布是而不是。原子結(jié)構(gòu)與元素周期系（三）原子核外電子的排布2、核外電子分布式和外層電子分布式多電子原子的核外電子分布表達(dá)式叫做電子分布式。例如，鈦（Ti）原子有22個電子，按上面所說的三個基本原理和近似能級順序，電子的分布情況應(yīng)為，但在書寫電子分布式時，要將3d軌道放在4s前面，與同層的3s、3p軌道一起，即為。由于化學(xué)反應(yīng)中通常只涉及外層電子的改變，所以一般不必寫完整的電子分布式，只需寫出外層電子分布式即可。外層電子分布式又稱為外層電子構(gòu)型，對于主族元素即為最外層電子分布的形式，例如，氯原子的外層電子分布式為；對于副族元素則是指最外層s電子和次外層d電子的分布形式，例如，上述鈦原子的外層電子分布式分別為。原子結(jié)構(gòu)與元素周期系（四）原子中電子層結(jié)構(gòu)與元素周期表1、元素周期表1869年，俄國化學(xué)家門捷列夫總結(jié)對比了當(dāng)時已知的63種元素的性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)化學(xué)元素之間存在本質(zhì)聯(lián)系：把化學(xué)元素按原子量遞增的順序排序，元素的性質(zhì)呈周期性的遞變。這是元素周期律的早期表述。后來人們發(fā)現(xiàn)門捷列夫化學(xué)元素周期系中的原子序數(shù)是原子核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)。因此，現(xiàn)在元素周期律是指：隨核內(nèi)質(zhì)子數(shù)遞增，核外電子呈現(xiàn)周期性排布，元素性質(zhì)呈現(xiàn)周期性遞變。原子結(jié)構(gòu)與元素周期系（四）原子中電子層結(jié)構(gòu)與元素周期表1、元素周期表（1）周期元素周期表有7個橫行，稱作7個周期。第一周期只有2個元素，叫特短周期，它的原子只有s電子；第二、三周期有8個元素，叫短周期，它們的原子有s和p電子；第四、五周期有18個元素，叫長周期，它們的原子除鉀和鈣外有s、p電子，還有d電子；第六周期有32個元素，叫特長周期，它的原子除銫和鋇外有s、p、d電子，還有f電子；第七周期是未完成周期，預(yù)測應(yīng)有32種元素，能否完全發(fā)現(xiàn)還是個謎。在主表中的第6、7行不是完整的第六、七周期，其中的鑭系元素和錒系元素被分離出來，形成了主表下方的副表。每個周期隨原子序數(shù)遞增，元素從金屬漸變成非金屬，以稀有氣體結(jié)束，下一周期又從金屬漸變成非金屬，以稀有氣體結(jié)束，如此循環(huán)反復(fù)。隨周期序號增大，元素數(shù)目增多，金屬元素也隨之增多，非金屬元素則減少。只有第一周期例外，它只有兩種元素（氫和氦），而且它也不像其他周期那樣從金屬到非金屬。但近來證實，氫在低溫高壓下呈金屬態(tài)。原子結(jié)構(gòu)與元素周期系（四）原子中電子層結(jié)構(gòu)與元素周期表1、元素周期表周期的劃分就是核外電子能級組的劃分，各能級組容納的電子數(shù)就等于相應(yīng)周期元素的數(shù)目，如表所示。能量組序含有的原子軌道周期序Ⅰ1s1Ⅱ2s，2p2Ⅲ3s

，3p3Ⅳ4s，3d，4p4Ⅴ5s，4d，5p5Ⅵ6s，4s，5d，6p6Ⅶ7s，5f，6d，7p

（未定）7原子結(jié)構(gòu)與元素周期系（四）原子中電子層結(jié)構(gòu)與元素周期表1、元素周期表（2）族元素周期表有18列（縱列）。周期表最左邊的兩個縱列是ⅠA（堿金屬）和ⅡA（堿土金屬）主族；周期表最右邊的6個縱列從左到右分別是ⅢA（硼族）、ⅣA（碳族）、ⅤA（氮族）、ⅥA（氧族）、ⅦA（鹵素）主族和零族。主族元素的原子在形成化學(xué)鍵時只使用最外層s/p電子，不使用次外層電子。零族元素在確認(rèn)初期曾叫做惰性氣體，后來發(fā)現(xiàn)它也能形成傳統(tǒng)化合物，現(xiàn)在改稱他們?yōu)橄∮袣怏w。從周期表左邊第3縱列開始有10個縱列，從左到右的順序是ⅢB、ⅣB、ⅤB、ⅥB、ⅦB、Ⅷ、ⅠB、ⅡB副族，其中Ⅷ族中的鐵、鉆、鎳（第4周期元素）又稱鐵系元素，釕、銠鈀、鋨、銥、鉑（第5．6周期元素）則總稱鉑系元素。原子結(jié)構(gòu)與元素周期系（四）原子中電子層結(jié)構(gòu)與元素周期表1、元素周期表（3）區(qū)根據(jù)元素周期表中原子的電子排布特點，可以把元素周期表分為五個區(qū)，即：s區(qū)、p區(qū)、d區(qū)、ds區(qū)和f區(qū)，如右圖和右表所示。元素分區(qū)含族價層電子構(gòu)型s區(qū)ⅠA、ⅡAns1–2p區(qū)ⅢA-ⅦA，0族ns2

np1–6d

區(qū)ⅢB-Ⅷ(n-1)d10ns2（有例外）（n=4、5、6）ds區(qū)ⅠB、ⅡB(n-1)d10ns1–2（n=4、5、6）f區(qū)鑭系和錒系(n–2)f1–14(n-1)d0–1

ns2（n=6、7）原子結(jié)構(gòu)與元素周期系（四）原子中電子層結(jié)構(gòu)與元素周期表2、元素的周期性變化基于元素周期律，元素的性質(zhì)，如原子半徑、電離能、電子親和能和電負(fù)性等會呈現(xiàn)周期性的變化。1）原子半徑原子半徑分為以下幾種類型。1）共價半徑：指同種元素的2個原子以共價單鍵相結(jié)合時的核間距離的一半。2）金屬半徑：指金屬晶格中相鄰兩金屬原子核間距的一半。3）范德華半徑：指原子間不成鍵，而靠分子間力互相接近時，相鄰兩原子核間距的一半。主要適用于稀有氣體（0族元素）。原子結(jié)構(gòu)與元素周期系（四）原子中電子層結(jié)構(gòu)與元素周期表2、元素的周期性變化1）原子半徑一般說來，共價半徑較小，金屬半徑居中，范德華半徑最大。我們在進(jìn)行比較的時候應(yīng)該比較同一類型原子半徑的變化。原子半徑的周期性變化如表所示，具體說明如下。1）同一主族元素，自上而下，原子半徑增大。2）同一副族元素，自上而下，原子半徑一般也增大，但是由于鑭系收縮，自上而下變化幅度小，特別是第五、六周期元素原子半徑非常接近。3）同一周期，從左至右，原子序數(shù)增加，原子半徑減小，主族元素比副族元素減小的幅度大。原子結(jié)構(gòu)與元素周期系（四）原子中電子層結(jié)構(gòu)與元素周期表2、元素的周期性變化2）電離能在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時，基態(tài)的氣體原子失去最外層的第一個電子，成為氣態(tài)+1價離子所需要的能量叫做第一電離能，再繼續(xù)逐個失去一個電子所需的能量稱為第二電離能、第三離能……一般用In作為電離能的符號，n=1，2，3……。例如，I1是第一電離能，I2是第二電離能。通常如果沒有特別說明，電離能指的都是第一電離能。在主族元素中，同周期元素的第一電離能在總體上呈現(xiàn)從小到大的變化。同一主族自上向下大體上呈現(xiàn)第一電離能變小的趨勢，如圖所示。第一電離能大小是堿金屬最活潑而稀有氣體最不活潑的最主要原因。原子結(jié)構(gòu)與元素周期系（四）原子中電子層結(jié)構(gòu)與元素周期表2、元素的周期性變化3）電子親和能電子親和能是指在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，氣態(tài)基態(tài)原子獲得一個電子，變?yōu)橐?價氣態(tài)負(fù)離子所放出的能量。負(fù)離子再得到一個電子的能量變化叫做第二電子親和能。電子親和能常以E為符號。在應(yīng)用時要特別注意，取正值的電子親和能是體系放出能量，而取負(fù)值的電離能卻是體系吸收能量。電子親和能的變化規(guī)律與電離能變化規(guī)律基本一致，即在同一周期，自左至右，原子半徑減小，最外層電子數(shù)增多，第一電子親和能逐漸增大（IIA、VA有特殊）。電子親和能的變化在數(shù)值上比電離能要小一個數(shù)量級。原子結(jié)構(gòu)與元素周期系（四）原子中電子層結(jié)構(gòu)與元素周期表2、元素的周期性變化4）電負(fù)性電負(fù)性是指分子中某元素的原子對成鍵電子對的吸引力大小，一般用X表示。電負(fù)性標(biāo)度是通過熱化學(xué)的方法建立的：假定氟的電負(fù)性為4.0，以此作為確定其他元素電負(fù)性的相對標(biāo)準(zhǔn)。各元素的電負(fù)性如表所示，可以看出氟的電負(fù)性最大；銫（和鈁）的電負(fù)性最??；氫的電負(fù)性為2.1；非金屬的電負(fù)性大多大于2.0，金屬電負(fù)性大多小于2.0。從表中還可以看出電負(fù)性變化規(guī)律：同一周期從左至右，原子半徑減小，電負(fù)性增大；同一主族從上至下，原子半徑增大，電負(fù)性減??；同一副族原子半徑，核電荷數(shù)及價電子構(gòu)型3種因素相互制約，規(guī)律性較差。PART2化學(xué)鍵和分子結(jié)構(gòu)化學(xué)鍵和分子結(jié)構(gòu)（一）共價鍵理論1、價鍵理論1916年美國人路易斯首先提出了共價鍵的概念。路易斯認(rèn)為，分子中每個原子都具有形成類似于惰性原子的穩(wěn)定電子結(jié)構(gòu)的傾向，并通過原子間“共用”電子對的方式結(jié)合成分子。由此形成的化學(xué)鍵稱為共價鍵，這種分子稱為共價分子。1927年，量子力學(xué)引入到H2分子結(jié)構(gòu)的研究中并揭示了共價鍵的本質(zhì)，經(jīng)過不斷發(fā)展最終建立了現(xiàn)代價鍵理論?，F(xiàn)代價鍵理論認(rèn)為兩個原子互相接近時，由于原子軌道重疊，兩原子共用自旋相反的電子對，使體系能量降低而形成共價健。共價鍵是由不同原子的電子云重疊形成的?；瘜W(xué)鍵和分子結(jié)構(gòu)（一）共價鍵理論1、價鍵理論（1）共價鍵的形成一個共價鍵的形成必須具備以下兩個基本要點。電子配對原理軌道最大重疊原理形成一個共價鍵的兩個基態(tài)原子，必須各自提供一個自旋相反的且沒有配對的電子，由這兩個電子配對形成一個共價鍵。電子云重疊區(qū)域越大，體系能量降得越低，形成的共價鍵才越穩(wěn)定。化學(xué)鍵和分子結(jié)構(gòu)（一）共價鍵理論1）方向性：除s軌道（角度部分為球形）外，p、d、f原子軌道在空間只有沿著一定的方向與別的原子軌道重疊才會產(chǎn)生最大重疊，由此可知共價鍵是具有方向性的。在多原子分子中，共價鍵的方向性有著重要作用，它不僅決定了分子的幾何構(gòu)型，而且還影響著分子的極性和對稱性等性質(zhì)。例如，HCl的共價鍵是由H提供的1s電子和Cl提供的3p電子的原子軌道重疊形成的，而且只有沿Z軸向才能達(dá)到最大重疊，如圖所示。2）飽和性：共價鍵數(shù)目受未成對電子數(shù)的限制，一個原子能有幾個未成對電子就可與其他原子的幾個自旋相反的未成對電子配對成鍵。共價鍵的兩個特點化學(xué)鍵和分子結(jié)構(gòu)（一）共價鍵理論1、價鍵理論（2）共價鍵的類型σ鍵1）σ鍵電子云順著原子核的連線重疊，得到軸對稱的電子云圖像，這種共價鍵叫做σ鍵。這種重疊也可以說是“頭碰頭”的重疊，形成σ鍵的電子叫做σ電子。σ鍵的重疊部分集中在兩核之間，并且對稱于鍵軸，可以旋轉(zhuǎn)，如圖所示。H-H，H-Cl鍵都是σ鍵。化學(xué)鍵和分子結(jié)構(gòu)（一）共價鍵理論1、價鍵理論（2）共價鍵的類型π鍵2）π鍵電子云重疊后得到的電子云圖像呈鏡像對稱，這種共價鍵叫π鍵，如圖所示。π鍵的重疊是“肩并肩”的，形成π鍵的電子叫π電子。π鍵的重疊程度小于σ鍵，因此沒有σ鍵穩(wěn)定，此外，π電子容易參加化學(xué)反應(yīng)。σ鍵和π鍵的對比如表所示。共價鍵類型σ鍵π鍵重疊方式頭碰頭肩并肩重疊方向沿鍵軸與原子軌道垂直重疊程度大小打破所需能量大小能否旋轉(zhuǎn)能不能化學(xué)鍵和分子結(jié)構(gòu)（一）共價鍵理論2、鍵參數(shù)表征化學(xué)鍵特性的物理量稱為鍵參數(shù)，如鍵能、鍵長、鍵角和鍵的極性等，通過這些參數(shù)可以預(yù)測分子的空間構(gòu)型，分子的極性以及鍵的穩(wěn)定性等。化學(xué)鍵和分子結(jié)構(gòu)（一）共價鍵理論2、鍵參數(shù)（1）鍵能：指和298K狀態(tài)下（即常溫常壓下），將1mol理想氣體分子AB拆開為中性氣態(tài)原子A和B時所吸收的能量。鍵能的大小體現(xiàn)了共價鍵的強弱。鍵能越大，化學(xué)鍵越牢固，含有該鍵的分子越穩(wěn)定。一般而言，單鍵、雙鍵、叁鍵（例如C-C，C=C，C≡C）對比，鍵能越來越大；同周期元素的同類鍵（例如H-F，H-Cl，H-Br，H-I）的鍵能從上到下依次減小，如表所示。共價鍵鍵能kJ/mol共價鍵鍵能kJ/molC-H414H-H436C-O351H-N393C-C347H-O460C=C620H-Cl432C=O745C≡C812C-N276C=N615化學(xué)鍵和分子結(jié)構(gòu)（一）共價鍵理論2、鍵參數(shù)（2）鍵長：分子中兩個成鍵原子核間的平均距離。鍵長可用實驗方法測定。一般情況下，鍵長越短，鍵能越大，共價鍵就越牢固。根據(jù)上表我們可以知道，C-C鍵長＞C=C鍵長＞C≡C鍵長；H-F鍵長＜H-Cl鍵長＜H-Br鍵長＜H-I鍵長?；瘜W(xué)鍵和分子結(jié)構(gòu)（一）共價鍵理論2、鍵參數(shù)（3）鍵角：鍵角是指多原子分子中各原子核連線的夾角。它也是描述共價鍵的重要參數(shù)。鍵角的大小嚴(yán)重影響分子的許多性質(zhì)，如分子的極性，從而影響其溶解性、熔沸點等。鍵角可以通過分子的振動光譜獲得（實驗值）。例如，CO2中O=C=O，鍵角=180°；H2O鍵角=104.5°；CH4鍵角=109°28’。常見分子的鍵長、鍵角及幾何構(gòu)型分子式鍵長/pm鍵角幾何構(gòu)型CH4109109.5°四面體形CO2116.3180°直線形H2O96104.5°V形NH3101.5107°18′三角錐形SO3143120°三角形化學(xué)鍵和分子結(jié)構(gòu)（一）共價鍵理論2、鍵參數(shù)（4）鍵的極性：共價鍵有非極性鍵與極性鍵之分，同樣，由共價鍵構(gòu)建的分子有非極性分子與極性分子之分。2不同種元素的原子形成共價鍵時，由于它們吸引電子對的能力不同，共用電子對必然偏向吸引電子能力強的原子一方，因而吸引電子能力強的原子一方相對地顯負(fù)電性，吸引電子能力弱的原子一方相對地顯正電性。這樣的共價鍵叫極性共價鍵，簡稱極性鍵。1同種元素的原子形成共價鍵時，它們吸引電子對的能力相同，共用電子對處在正中間，不偏向任何一個原子，由于電荷在兩個原子核附近均勻分布，因此成鍵的分子不顯電性，這樣的共價鍵叫非極性鍵?；瘜W(xué)鍵和分子結(jié)構(gòu)（一）共價鍵理論2、鍵參數(shù)度量極性的物理量叫做偶極矩（μ）。偶極矩是一個向量，它的方向通常用箭頭表示，箭頭指向負(fù)電荷的中心。偶極矩等于零的共價鍵是非極性共價鍵，偶極矩不等于零的共價鍵是極性共價鍵。分子的極性是由鍵的極性和分子的空間構(gòu)型或分子中鍵的空間排列共同決定的。分子的正、負(fù)電荷重心重合的分子是非極性分子，分子的正、負(fù)電荷重心不重合是極性分子。鍵偶極矩和分子偶極矩都可以通過實驗測定。同核雙原子分子的實測偶極矩都等于零，是非極性分子。異核鍵的兩原子電負(fù)性差值越大，鍵偶極矩就越大。氟、氯、溴、碘的電負(fù)性依次減小，故異核雙原子分子H-F，H-Cl，H-Br，H-I的極性依次減小?；瘜W(xué)鍵和分子結(jié)構(gòu)（二）雜化軌道理論與分子幾何構(gòu)型價鍵理論簡單明了地解釋了共價鍵的形成及方向性、飽和性等，但是對于很多分子的幾何構(gòu)型卻不能很好地解釋。例如，C原子結(jié)構(gòu)中有兩個未成對電子，似乎只能形成兩個共價鍵，但實際上，大多數(shù)有機化合物中C原子都是形成了四個共價鍵。為此有人提出了雜化軌道理論，認(rèn)為原子軌道在成鍵過程中并不是一成不變的，同一原子中某些能量相近的軌道會在成鍵過程中重新組合成一系列能量相等的新軌道，從而改變了原有軌道的形態(tài)，這一過程稱為雜化，所形成的新軌道稱為雜化軌道。雜化軌道有多種類型，常見的有sp雜化、sp2雜化和sp3雜化等，如圖所示。雜化的類型不同，所形成的分子的幾何構(gòu)型也不同?；瘜W(xué)鍵和分子結(jié)構(gòu)（二）雜化軌道理論與分子幾何構(gòu)型1、sp雜化由1個s軌道和1個p軌道組合成2個sp雜化軌道的過程稱為sp雜化，所形成的軌道稱為sp雜化軌道。每個sp雜化軌道均含有1/2的s軌道成分和1/2的p軌道成分。為使成鍵以后化學(xué)鍵之間的排斥力小，雜化軌道間的夾角為180°。因此，當(dāng)2個sp雜化軌道與其他原子軌道重疊成鍵后就形成直線型分子。例如，C2H2分子中C原子便是發(fā)生sp雜化成鍵的：C2H2分子中的兩個C各原子通過一條sp雜化軌道形成σ鍵，另一條sp雜化軌道與H原子形成σ鍵，每個C原子中未雜化的2條p軌道肩并肩重疊形成2個π鍵?；瘜W(xué)鍵和分子結(jié)構(gòu)（二）雜化軌道理論與分子幾何構(gòu)型2、sp2雜化由1個s軌道與2個p軌道組合成3個sp2雜化軌道的過程稱為sp2雜化。每個sp2雜化軌道都含有1/3的s軌道成份和2/3的p軌道成份，為使軌道間的排斥能最小，3個sp2雜化軌道呈正三角形分布，互成120°角，如左圖所示。sp2雜化軌道的能量高于相應(yīng)的s軌道，但低于相應(yīng)的p軌道。以BF3分子為例。實驗測得BF3具有平面三角形的結(jié)構(gòu)，B原子位于中心，三個F原子位于三角形的三個頂點。三個B－F鍵是等同的，三個BF鍵角均為120°。乙烯分子中的碳原子也是以sp2雜化軌道成鍵的。兩個碳原子各以一個sp2雜化軌道相互重疊形成1個C－Cσ鍵，其余的2條sp2雜化軌道分別與4個氫原子的1s軌道形成4個C－Hσ鍵，兩個碳原子未參與雜化的p軌道則肩并肩重疊成π鍵。乙烯分子模型如右圖所示。化學(xué)鍵和分子結(jié)構(gòu)（二）雜化軌道理論與分子幾何構(gòu)型3、sp3雜化以CH4分子為例，C原子中一個2s軌道和三個2p軌道雜化成四個能量相等的sp3雜化軌道，每一個sp3雜化軌道都含有1/4的s軌道成分和3/4的p軌道成分，其能量高于2s軌道，低于2p軌道。這四個sp3雜化軌道對稱地分布在C原子周圍，互成109°28′夾角，每條雜化軌道中各有1個單電子，這4個電子再與4個H原子中的1s電子配對成σ鍵，最終形成具有正四面體結(jié)構(gòu)的CH4分子，如圖所示。sp3軌道的形狀為，大的一端可以成鍵，以實現(xiàn)最大限度的重疊。除CH4以外，其他烷烴、CCl4分子、離子等的中心原子都是以sp3雜化軌道成鍵的。化學(xué)鍵和分子結(jié)構(gòu)（三）分子間力和氫鍵1、范德華力除化學(xué)鍵（共價鍵、離子鍵、金屬鍵）外，分子與分子之間還存在著作用力，總稱分子間力。相對于化學(xué)鍵，分子間力的作用較弱，只有幾kJ/mol到幾十kJ/mol。范德華力是最常見的分子間力，它沒有方向性和飽和性，不受微粒之間的方向與個數(shù)的限制?？砂捶兜氯A力產(chǎn)生的原因及特性將其分解為三種不同來源的作用力——色散力、誘導(dǎo)力和取向力，分述如下。化學(xué)鍵和分子結(jié)構(gòu)（三）分子間力和氫鍵1、范德華力（1）色散力分子在振動時，在某一瞬間分子內(nèi)的正負(fù)電荷中心發(fā)生偏移，產(chǎn)生瞬間偶極，而分子與分子彼此的瞬時偶極矩之間會產(chǎn)生電性引力，這就是色散力。由于分子總是在不停的振動，因此分子間始終都存在著色散力。（2）取向力也叫定向力，指極性分子與極性分子之間接近時，使分子定向排列的固有偶極與固有偶極之間的靜電引力，如圖所示。分子偶極矩越大，取向力越大。化學(xué)鍵和分子結(jié)構(gòu)（三）分子間力和氫鍵1、范德華力（3）誘導(dǎo)力在極性分子的固有偶極誘導(dǎo)下，臨近它的極性分子或非極性分子會產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極，分子間的誘導(dǎo)偶極與固有偶極之間的電性引力稱為誘導(dǎo)力，如圖所示。色散力、誘導(dǎo)力和取向力的本質(zhì)都是靜電力，其中色散力是分子間的主要作用力，通常三種力的相對大小為：色散力＞取向力＞誘導(dǎo)力。在非極性分子間只存在色散力，極性分子與非極性分子間存在著誘導(dǎo)力和色散力，極性分子間既存在取向力也存在誘導(dǎo)力和色散力?；瘜W(xué)鍵和分子結(jié)構(gòu)（三）分子間力和氫鍵2、氫鍵分子間力對物質(zhì)的物理性質(zhì)影響較大，通常情況下，分子間作用力越大，物質(zhì)的熔點、沸點越高，硬度越大。按照這個規(guī)律，在第ⅤA、ⅥA、ⅦA族元素的一些氫化物中，NH3、H2O、HF的的熔、沸點應(yīng)該偏低，但是事實卻恰好相反，這是為什么呢？這是因為這些物質(zhì)的分子之間除了有范德華力外，還有氫鍵。由氫和電負(fù)性大、半徑小且有孤對電子的原子形成共價鍵時，共用電子對會強烈偏向電負(fù)性大的一邊，使得H核近乎裸露從而帶有一定的正電性，如此一來，H核就有可能吸引相鄰的、由于共用電子對的靠近而帶一定負(fù)電性的原子。我們把這種靜電吸引力稱為氫鍵，它比化學(xué)鍵弱，但大于范德華力。化學(xué)鍵和分子結(jié)構(gòu)（三）分子間力和氫鍵2、氫鍵通常用X—H…Y來表示氫鍵的組成，其中X、Y代表電負(fù)性大、半徑小且有孤對電子的原子。氫鍵也有方向性和飽和性，每個X—H只能與一個Y原子形成氫鍵，且氫鍵的方向盡可能的沿X—H鍵軸的方向，使得X—H…Y在一條直線上。圖所示為H2O的氫鍵。能形成氫鍵的電負(fù)性大、半徑小且有孤對電子的原子一般是F、O、N等原子。氫鍵既可以存在于分子內(nèi)部，也可以存在于不同的分子之間。氫鍵的形成對分子的物理性質(zhì)有重要的影響，含有氫鍵的物質(zhì)的熔、沸點比無氫鍵的同類物質(zhì)高。謝謝聆聽THANKSFORYOURATTENTION第二章

溶液和膠體目錄CONTENTS123分散系及其分類特性稀溶液的依數(shù)性溶液的濃度稀溶液的依數(shù)性應(yīng)用4膠體5PART1分散系及其分類特性分散系及其分類特性一種或幾種物質(zhì)分散在另一種物質(zhì)中所形成的體系稱為分散系。被分散的物質(zhì)稱為分散質(zhì)或分散相，容納分散相的物質(zhì)稱為分散介質(zhì)或分散劑。按照分散相粒子的大小，可以把分散系分為真溶液、膠體分散系和粗分散系3類（見下表），它們具有不同的擴散速度、膜的通透性和濾紙的通透性能。分散系及其分類特性分散相粒子直徑分散系統(tǒng)類型分散相粒子的組成一般性質(zhì)實例<1nm真溶液低分子或離子均相；熱力學(xué)穩(wěn)定；分散相粒子擴散快；能透過濾紙和半透膜氯化鈉、氫氧化鈉、蔗糖等溶液1～100nm膠體分散系溶膠膠體粒子（分子、離子、原子的聚集體）非均相；熱力學(xué)不穩(wěn)定；分散相粒子擴散慢；能透過濾紙，不能透過半透膜氫氧化鐵、硫化砷、碘化銀及金、銀、硫等單質(zhì)溶膠高分子溶液高分子均相；熱力學(xué)穩(wěn)定；分散相粒子擴散慢；能透過濾紙，不能透過半透膜；形成溶液蛋白質(zhì)、核酸等水溶液及橡膠的苯溶液等>100nm粗分散系（乳狀液、懸浮液）粗粒子非均相；熱力學(xué)不穩(wěn)定，分散相粒子不能透過濾紙和半透膜乳汁、泥漿等

分散系的分類分散系及其分類特性真溶液分散系中，分散相粒子直徑<1nm，與分散劑的親和力極強。這種分散系統(tǒng)即通常說的溶液，如食鹽、氫氧化鈉溶液。膠體分散系中，分散相粒子直徑在1～100nm之間，它包括溶膠和高分子化合物溶液兩種類型。溶膠的分散相粒子是由分子組成的聚集體，這類難溶于分散劑的固體分散相高度分散在液體分散劑中，如氫氧化鐵溶膠、硫化砷溶膠等。溶膠的分散相和分散劑的親和力不強，不均勻，有界面，故溶膠是高度分散，不穩(wěn)定的多相系統(tǒng)。高分子溶液是由一些高分子化合物組成的溶液，由于其分子較大，也表現(xiàn)出許多與膠體相同的性質(zhì)，所以我們把高分子溶液看作是膠體的一部分。生物體的組織，細(xì)胞實際上都是膠體，其他如乳液、血液、淋巴等也屬于膠體，因此膠體對于研究生命科學(xué)很重要。粗分散系中，分散相粒子直徑>100nm。按分散相的聚集狀態(tài)不同，粗分散系又可分為兩類：一類是液體分散相分散在液體分散劑中，稱為乳狀液，如牛奶；另一類是固體分散相分散在液體分散劑中，稱為懸濁液，如泥漿。由于分散相粒子大，容易聚沉，也容易從分散劑中分離出來，故粗分散系統(tǒng)是極不穩(wěn)定的多相系統(tǒng)。PART2溶液的濃度溶液的濃度（一）溶液濃度的表示方法1、質(zhì)量分?jǐn)?shù)溶液中某溶質(zhì)B的質(zhì)量與溶液總的質(zhì)量之比稱為溶質(zhì)B的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，用符號ωB表示，計算公式為：其中mB為溶質(zhì)B的質(zhì)量，m為溶液的總質(zhì)量。質(zhì)量分?jǐn)?shù)不隨溫度的變化而變化。例如：100g氫氧化鈉溶液中含有20gNaOH，其濃度可表示為ω（NaOH）=20%。溶液的濃度（一）溶液濃度的表示方法2、物質(zhì)的量濃度指單位體積溶液中所含溶質(zhì)B的物質(zhì)的量，用符號cB表示，計算公式為：其中nB表示溶質(zhì)B的物質(zhì)的量，V表示溶液的體積。物質(zhì)的量nB的計算公式為：其中m表示溶質(zhì)B的質(zhì)量，單位為g；M表示溶質(zhì)B的摩爾質(zhì)量，單位為g/moL。溶質(zhì)B的物質(zhì)的量（nB）的國際單位為mol；溶液體積V的國際單位為m3，另一個常用單位為L。因此溶質(zhì)B的物質(zhì)的量濃度（cB）的國際單位為mol/m3，常用單位為mol/L。溶液的濃度（一）溶液濃度的表示方法3、質(zhì)量摩爾濃度溶液中溶質(zhì)B的物質(zhì)的量除以溶劑的質(zhì)量，稱為溶質(zhì)B的質(zhì)量摩爾濃度，用符號bB表示，計算公式為：式中，nB為溶質(zhì)B的物質(zhì)的量，國際單位為mol；mA為溶劑的質(zhì)量，國際單位為kg；bB為溶質(zhì)B的質(zhì)量摩爾濃度，國際單位為mol/kg。溶液的濃度（一）溶液濃度的表示方法4、摩爾分?jǐn)?shù)混合物或溶液中，某物質(zhì)B的物質(zhì)的量與整個混合物或溶液的物質(zhì)的量之比，稱為物質(zhì)B的摩爾分?jǐn)?shù)，用符號為xB示，計算公式為：對于雙組分系統(tǒng)的溶液來說，若溶質(zhì)的物質(zhì)的量為nB，溶劑的物質(zhì)的量為nA，則溶質(zhì)和溶劑的摩爾分?jǐn)?shù)分別為：溶液的濃度（一）溶液濃度的表示方法5、體積分?jǐn)?shù)在相同的溫度和壓強下，溶液中某一組分B的體積與混合物總體積之比，稱為B的體積分?jǐn)?shù)，用符號ψB表示，計算公式為：兩種液體相混合成溶液時，假若不考慮體積變化，某一組分的濃度也可用體積分?jǐn)?shù)表示。用體積分?jǐn)?shù)表示溶液濃度，方法簡單，使用方便，是醫(yī)用配制溶液常用的方法。如常說的醫(yī)用酒精濃度為75%便是體積分?jǐn)?shù)，指100mL溶液中含75mL純酒精。溶液的濃度（一）溶液濃度的表示方法6、質(zhì)量濃度配制溶質(zhì)為固體的溶液時，為表達(dá)方便，還常用溶液中某一固體溶質(zhì)B的質(zhì)量與溶液總體積之比，來表示溶液的濃度，用符號ρB表示，其計算公式為：例如，常說的濃度為0.9%的生理鹽水，是指每100mL溶液中含0.9g氯化鈉。以上介紹的溶液濃度的各種表示方法中，由質(zhì)量表示的濃度，如質(zhì)量分?jǐn)?shù)、質(zhì)量摩爾濃度、質(zhì)量濃度等不受溫度影響；而物質(zhì)的量濃度、體積分?jǐn)?shù)等會受溫度影響。實驗室常用溶液的密度和濃度如表所示。試劑密度/(g/mL)質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%物質(zhì)的量濃度/(mol/L)H2SO4HCIHNO3H3P4CH3COOHNH3·H2O1.841.191.421.701.050.899837.071.085.099.830.0

1812161517.515實驗室常用溶液的密度和濃度溶液的濃度（二）溶液濃度的有關(guān)計算掌握了溶液濃度的表示方法后，我們可進(jìn)一步推算出：溶質(zhì)的質(zhì)量=溶質(zhì)的物質(zhì)的量濃度×溶液的體積×摩爾質(zhì)量=溶液的體積×溶液的密度×質(zhì)量分?jǐn)?shù)也可得出：c×M=ρ×ω（ρ非上節(jié)講解過的質(zhì)量濃度，而是溶液的密度）由此，我們可計算出在配置溶液時需要使用的溶劑或溶質(zhì)的量等。PART3稀溶液的依數(shù)性稀溶液的依數(shù)性溶液的某些性質(zhì)與溶質(zhì)的本性有關(guān)，如顏色、導(dǎo)電性和密度等；而另一些性質(zhì)，如蒸氣壓、沸點、凝固點和滲透壓等卻與溶質(zhì)的本性幾乎無關(guān)，而僅取決于溶液的濃度，即一定量溶液中所含溶質(zhì)粒子數(shù)的多少。例如，純水在101.325kPa氣壓下，100℃時沸騰，0℃時結(jié)冰，而海水卻在高于100℃沸騰，低于0℃時結(jié)冰，這種現(xiàn)象便是由于水中含氯化鈉的濃度不同引起。由于溶液的蒸氣壓、沸點、滲透壓等變化依賴于溶質(zhì)的粒子數(shù)且只適用于稀溶液，因此人們將其稱為稀溶液的依數(shù)性。討論溶液的依數(shù)性必須具備兩個條件：一是溶質(zhì)為難揮發(fā)的非電解質(zhì)；二是溶液必須是稀溶液，而且溶液越稀，其依數(shù)性的規(guī)律性越強。下面我們重點學(xué)習(xí)溶液的蒸氣壓、沸點、凝固點和滲透壓等的依數(shù)性。稀溶液的依數(shù)性（一）溶液的蒸氣壓下降凝聚蒸發(fā)物質(zhì)分子在不斷地運動著，因此如果將液體置于密閉的容器中，液體中一部分能量較高的分子會克服其它分子對它的吸引而逸出，成為蒸氣分子，這個過程叫蒸發(fā)，又稱為氣化。液面附近的蒸氣分子又可能被吸引或受外界壓力的作用重新回到液體中，這個過程叫做凝聚。稀溶液的依數(shù)性（一）溶液的蒸氣壓下降開始時，因空間沒有蒸氣分子，蒸發(fā)速度較快，隨著蒸發(fā)的進(jìn)行，液面上方的蒸氣分子逐漸增多，凝聚速度隨之加快。一定時間后，當(dāng)蒸發(fā)速度和凝聚速度相等時，該液體和它的蒸氣處于動態(tài)平衡狀態(tài)，即在單位時間內(nèi)，由液面蒸發(fā)的分子數(shù)和由氣相返回液體的分子數(shù)相等，此時的蒸氣稱為飽和蒸氣。飽和蒸氣所產(chǎn)生的壓力稱為飽和蒸氣壓，簡稱蒸氣壓，用符號p表示，單位為Pa或kPa。由于蒸發(fā)是吸熱過程，所以同一液體的蒸氣壓隨著溫度的升高而增大。例如：20℃時水的蒸氣壓為2.34kPa，而100℃時則為101.325kPa。如果往密閉容器的純?nèi)軇┧屑尤肷倭侩y揮發(fā)非電解質(zhì)，在同一溫度下，稀溶液的蒸氣壓總是低于純?nèi)軇┧恼魵鈮?，這種現(xiàn)象稱為溶液的蒸氣壓下降。稀溶液的依數(shù)性（一）溶液的蒸氣壓下降1887年法國物理學(xué)家拉烏爾（Raoult）研究了溶質(zhì)對純?nèi)軇┑哪厅c和蒸氣壓的下降，得出：在一定溫度下，難揮發(fā)非電解質(zhì)稀溶液的蒸氣壓（p），等于純?nèi)軇ˋ）的飽和蒸氣壓（p*A）乘以溶劑在溶液中的摩爾分?jǐn)?shù)（xA）。這種定量關(guān)系稱為拉烏爾定律，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：p＝p*A·xA拉烏爾定律的另一種表述是：在一定溫度下，難揮發(fā)非電解質(zhì)稀溶液的蒸氣壓下降值（Δp），近似地與溶液的質(zhì)量摩爾濃度（bB）成正比，即：Δp＝p*A－p＝K·bB式中，K為蒸氣壓降低常數(shù)，其值可通過實驗測得，也可以由理論推算，單位為。稀溶液的依數(shù)性（二）溶液的沸點上升沸點是指液體的飽和蒸氣壓等于外界大氣壓（通常是101.325kPa）時液體的溫度。一切液體都有一定的沸點，當(dāng)在純?nèi)軇┲腥苋松倭侩y揮發(fā)非電解質(zhì)后，會發(fā)現(xiàn)溶液的沸點總是高于純?nèi)軇┑姆悬c，這種現(xiàn)象叫溶液的沸點上升。例如，水的正常沸點是373.15K（100℃），此時水的飽和蒸氣壓等于外界大氣壓101.325kPa；溶入難揮發(fā)溶質(zhì)后，雖然溫度仍是373.15K，但由于蒸氣壓下降，因此溶液不會沸騰。要使溶液沸騰，必須繼續(xù)加熱升高溫度，使它的蒸氣壓增大，直到等于外界壓力時溶液才開始沸騰。通常，溶液越濃，蒸氣壓下降越多，沸點升高也越多。根據(jù)拉烏爾定律，可以推出稀溶液的沸點升高值（△Tb）也和溶液的質(zhì)量摩爾濃度（bB）近似地成正比，與溶質(zhì)本性無關(guān)，即：△Tb=Kb·bB式中，Kb為沸點上升常數(shù)，其大小取決于溶劑的性質(zhì)，與溶質(zhì)的性質(zhì)無關(guān)。Kb值通過實驗測得，也可以由理論推算，單位為。稀溶液的依數(shù)性（三）溶液的凝固點下降溶液的凝固點是溶液的蒸氣壓（即溶液中純?nèi)軇┑恼魵鈮海┡c固態(tài)純?nèi)軇┑恼魵鈮合嗟葧r的溫度。溶液的凝固點比純?nèi)軇┑哪厅c低是一個常見的自然現(xiàn)象。例如，海水由于含有大量的鹽分，因此比純水在更低的溫度下結(jié)冰。這是因為，在純水中加入難揮發(fā)溶質(zhì)以后，在同一溫度時溶液的蒸氣壓低于純水的蒸氣壓，即在0℃時溶液的蒸氣壓低于冰（固態(tài)純?nèi)軇┑恼魵鈮?，所以溶液不能凝固。降低溫度，溶液的蒸氣壓相?yīng)減少，直到溶液的蒸氣壓曲線和冰的蒸氣壓曲線相交（參見圖），此時溶液的蒸氣壓與固體純?nèi)軇┑恼魵鈮合嗟龋擖c對應(yīng)的溫度即為溶液的凝固點。顯然溶液的凝固點低于純?nèi)軇┑哪厅c。稀溶液的依數(shù)性（三）溶液的凝固點下降

根據(jù)拉烏爾定律，可以推出稀溶液的凝固點下降值（△Tf）與溶液的質(zhì)量摩爾濃度（bB）近似地成正比，即：△Tf=Kf·bB式中Kf稱為溶劑的凝固點下降常數(shù)，單位為，其物理意義與Kb類似。常用溶劑的Kb和kf如表所示。溶劑Kb(273K)Kf(273K)溶劑Kb(273K)Kf(273K)水乙醇苯0.5121.222.531.865.12醋酸氯仿乙醚3.073.632.023.90稀溶液的依數(shù)性（四）溶液的滲透壓下面我們通過一個演示來了解滲透壓的概念。如圖所示是一個連通器，中間裝有半透膜。半透膜是只允許溶劑分子透過而不允許溶質(zhì)透過的物質(zhì)，如生物的細(xì)胞膜。在膜兩邊分別放入蔗糖水和純水，并使兩邊液面高度相等，如左圖所示。經(jīng)過一段時間以后，可以觀察到純水液面下降，而糖水的液面上升，如右圖所示。這說明純水中有一部分水分子通過半透膜進(jìn)入了溶液，產(chǎn)生了滲透。1、滲透壓稀溶液的依數(shù)性（四）溶液的滲透壓

實際上，水分子不但從純水透過半透膜向糖水?dāng)U散，同時也有水分子從糖水側(cè)向純水側(cè)擴散，只是由于糖水中水分子濃度較純水低，溶液的蒸氣壓小于純?nèi)軇┑恼魵鈮?，致使單位時間內(nèi)純水中水分子透過半透膜進(jìn)入溶液的速率大于溶液中水分子透過半透膜進(jìn)入純水的速率，故使糖水體積增大，液面升高。當(dāng)糖水液面上升到某一高度h時，水分子向兩個方向的滲透速度相等，此時水柱高度不再改變，滲透處于平衡狀態(tài)。換句話說，水柱所產(chǎn)生的靜水壓阻止了純水向溶液的滲透。若在糖水液面上施加恰好阻止水分子滲透的壓力，這個壓力就是該溶液的滲透壓，用符號π表示。也可以這樣定義滲透壓：是為了阻止?jié)B透進(jìn)行而施加于溶液的最小壓力。滲透作用不僅發(fā)生在有半透膜隔開的純?nèi)軇┖腿芤褐g，也可以發(fā)生在有半透膜隔開的兩種不同濃度的溶液之間。滲透作用必須具備兩個條件：一是有半透膜存在；二是半透膜兩側(cè)溶液濃度不同。如果半透膜兩側(cè)溶液的滲透壓相等，稱為等滲溶液。如果不相等，則滲透壓高的稱為高滲溶液，滲透壓低的稱為低滲溶液。稀溶液的依數(shù)性（四）溶液的滲透壓1886年荷蘭物理學(xué)家范特霍夫根據(jù)實驗結(jié)果指出：當(dāng)溫度不變時，滲透壓與稀溶液的物質(zhì)的量濃度成正比；當(dāng)濃度不變時，滲透壓與溶液熱力學(xué)溫度成正比。非電解質(zhì)稀溶液的滲透壓與濃度、溫度關(guān)系可用方程式表示為：πV＝nRT或式中，π為溶液的滲透壓，單位為kPa；R為氣體常數(shù)，大小為；c為物質(zhì)的量的濃度，單位為；T為熱力學(xué)溫度，單位為K。在一定溫度下，非電解質(zhì)稀溶液的滲透壓只取決于單位體積溶液中所含溶質(zhì)的物質(zhì)的量（或顆粒數(shù)），而與溶質(zhì)的本性無關(guān)。2、滲透壓公式稀溶液的依數(shù)性（四）溶液的滲透壓醫(yī)藥學(xué)上在討論有關(guān)溶液滲透壓問題時，常采用毫滲摩爾濃度（或稱為滲透濃度），簡稱。是指溶液中能產(chǎn)生滲透效應(yīng)的各種物質(zhì)質(zhì)點（分子或離子）總濃度，以mmol/L來計算滲透壓單位，常用符號為。總之，只要是難揮發(fā)溶質(zhì)的溶液，它們都有蒸氣壓下降、沸點升高、凝固點降低和滲透壓等現(xiàn)象。但這些依數(shù)性與溶液濃度間關(guān)系的定律只適用于非電解質(zhì)稀溶液，對于濃溶液或電解質(zhì)溶液不適用。因為在濃溶液中，溶質(zhì)粒子之間相互牽制作用大，情況比較復(fù)雜。而在電解質(zhì)溶液中，由于電解質(zhì)電離產(chǎn)生正負(fù)離子，一方面溶液中總的粒子數(shù)增加，另一方面正、負(fù)電荷之間產(chǎn)生靜電作用，從而導(dǎo)致稀溶液定律所指定的定量關(guān)系不再成立。3、毫滲量·升PART4稀溶液的依數(shù)性應(yīng)用稀溶液的依數(shù)性應(yīng)用（一）溶液的沸點升高、凝固點下降的應(yīng)用例如，鹽和冰的混合物可作冷凍劑就是運用此原理的一個例子。冰的表面有少量水，當(dāng)鹽與冰混合時，鹽溶解在冰表面的水里形成溶液，由于所形成的溶液的蒸氣壓低于冰的蒸氣壓，所以冰就融化。冰融化要吸收熱量，從而使溫度降低。氯化鈉和冰混合，可使溫度降低至－22℃；氯化鈣和冰混合，可使溫度降低至－55℃。冬季建筑工人在砂漿中加食鹽或氯化鈣，汽車駕駛員在水箱里加乙二醇或甘油等都是利用凝固點下降原理以防止水結(jié)冰。利用液體的沸點與外壓有關(guān)的性質(zhì)，在提取和精制對熱不穩(wěn)定的物質(zhì)時，常采用減壓蒸餾、減壓濃縮的方法以降低蒸發(fā)溫度，防止高溫加熱對這些物質(zhì)的破壞。而對熱穩(wěn)定的某些醫(yī)療器械滅菌時，則常采用熱壓滅菌法，即在密閉的高壓消毒器內(nèi)加熱滅菌（溫度升高）。稀溶液的依數(shù)性應(yīng)用（二）滲透現(xiàn)象（滲透壓）的應(yīng)用滲透現(xiàn)象在植物生長過程中有著非常重要的作用，植物細(xì)胞液的滲透壓一般是101kPa的4～20倍。因此，水進(jìn)入細(xì)胞中將產(chǎn)生相當(dāng)大的壓力，從而使細(xì)胞膨脹，這就是植物的根、莖、葉、花瓣等具有一定彈性的原因。植物所需水分由根部輸送到高達(dá)幾米或十幾米的頂端，也是通過滲透作用來完成的。只有當(dāng)土壤溶液的滲透壓低于植物細(xì)胞液的滲透壓時，植物才能不斷地從土壤中吸取水分和養(yǎng)分，促使本身生長發(fā)育。如果土壤溶液的滲透壓高于細(xì)胞液的滲透壓，則植物細(xì)胞內(nèi)的水分會向土壤滲透，導(dǎo)致植物枯萎。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上改造鹽堿地的壓堿洗鹽，以及給作物均勻施肥、及時澆水就是根據(jù)這個道理。例如，大多數(shù)微生物細(xì)胞滲透壓為304～1778kPa，而含糖量在60%～65%的糖漬品的滲透壓為3647～4052kPa，因此能阻止大多數(shù)微生物引起的食品變質(zhì)；此外，鹽腌食品能使微生物細(xì)胞生理脫水，從而使微生物不能正常生活。因此，果品加工中常用鹽腌、糖漬方法保存食品。各種微生物的生長都需要周圍環(huán)境有一個最適宜的滲透壓，因此，實驗室常用等滲液配制各種細(xì)胞懸浮液及培養(yǎng)微生物；而在食品工業(yè)中也常用該原理來阻止食品變質(zhì)。稀溶液的依數(shù)性應(yīng)用（二）滲透現(xiàn)象（滲透壓）的應(yīng)用

在臨床上，所謂等滲、低滲或高滲是以血漿總滲透壓作為判斷標(biāo)準(zhǔn)的。由于正常人血漿總滲透壓的正常范圍相當(dāng)于(人體血液的平均滲透壓為780.2kPa)，在此范圍內(nèi)的溶液稱為生理等滲液。高于為高滲液，低于為低滲液。血細(xì)胞內(nèi)液與血漿是等滲的，如果將血細(xì)胞放入純水或低滲液中，由于水滲入血細(xì)胞內(nèi)，血細(xì)胞便逐漸膨脹，最后破裂，這種現(xiàn)象稱為溶血現(xiàn)象。反之，將血細(xì)胞放人高滲液中，血細(xì)胞內(nèi)的水就向外滲出，血細(xì)胞便逐漸萎縮，這種現(xiàn)象稱為胞漿分離。

例如，0.9%的生理鹽水及5%的葡萄糖溶液即為人體血液的等滲溶液。臨床上除了大型補液需要等滲外，配制眼用制劑也要考慮等滲。因為眼組織對滲透壓變化比較敏感，為防止刺激或損傷眼組織，眼用制劑必須進(jìn)行等滲壓調(diào)節(jié)。PART5膠體膠體1、溶膠的光學(xué)性質(zhì)——丁達(dá)爾效應(yīng)

將一束光照射到膠體時，在光束的垂直方向上可以看到一條明亮的光柱，這種現(xiàn)象稱為丁達(dá)爾效應(yīng)。丁達(dá)爾效應(yīng)的產(chǎn)生是由于膠體粒子對光的散射形成的，由于溶膠粒子的直徑在1～100nm之間，小于入射光的波長（400～760nm），因此發(fā)生了光的散射作用而產(chǎn)生丁達(dá)爾現(xiàn)象。分子或離子分散系中，由于分散質(zhì)粒子太?。?lt;1nm），散射現(xiàn)象很弱，基本上發(fā)生的是光的透射作用，因此只有透明性質(zhì)而沒有丁達(dá)爾現(xiàn)象。粗分散系分散質(zhì)粒子大于入射光波長，光在粒子表面按一定的角度反射，也不能產(chǎn)生丁達(dá)爾現(xiàn)象。（一）溶膠的基本性質(zhì)膠體2、溶膠的動力學(xué)性質(zhì)——布朗運動（一）溶膠的基本性質(zhì)在超顯微鏡下觀察溶膠，可以看到溶膠粒子在不斷地做無規(guī)則的運動，這是英國植物學(xué)家布朗（Brown）在1827年觀察花粉顆粒運動時發(fā)現(xiàn)的，故稱為布朗運動。布朗運動是由分散劑的分子無規(guī)則地從各個方向撞擊膠體粒子而引起的，由于運動著的膠體粒子不容易下沉，因而布朗運動可以使溶膠具有一定的穩(wěn)定性（稱為動力學(xué)穩(wěn)定性）。膠體3、溶膠的電學(xué)性質(zhì)——電動現(xiàn)象（一）溶膠的基本性質(zhì)在電場作用下，帶電膠粒在介質(zhì)中的定向移動稱為電泳。從電泳的方向可以判斷膠粒所帶電荷的正負(fù)。若膠粒向正極遷移，則膠粒帶負(fù)電；若膠粒向負(fù)極遷移，則膠粒帶正電。與電泳現(xiàn)象相反，使溶膠粒子固定不動，而分散介質(zhì)在外電場作用下做定向移動的現(xiàn)象稱為電滲。電滲現(xiàn)象實現(xiàn)的原理是：在溶膠中充滿多孔性隔膜（如素瓷片、凝膠和玻璃纖維），從而使膠粒被吸附而固定；由于膠粒帶電，分散介質(zhì)必然帶與膠粒相反的電荷，因此在外電場作用下，分散介質(zhì)將通過多孔隔膜向與介質(zhì)電荷相反的電極方向移動。電泳和電滲都是由于分散質(zhì)和分散介質(zhì)做相對運動時產(chǎn)生的電動現(xiàn)象。膠體（二）溶膠的結(jié)構(gòu)1、溶膠膠團組成及膠團結(jié)構(gòu)在AgI溶膠中，每個分散質(zhì)粒子是由大量的AgI分子聚集而成的直徑為范圍內(nèi)的固體顆粒，它們處于膠體粒子的核心，稱為膠核。膠核是固相，具有很大的表面積和表面能，因而具有較強的吸附能力。它將選擇性地吸附與其組成有關(guān)的而帶正電荷。稱為電位離子，即能使膠粒帶電的離子。由于整個溶膠是電中性的，所以溶液中還存在著與電位離子電性相反的反離子。反離子一方面受電位離子的吸引，有靠近膠核的趨勢；另一方面由于本身的熱運動，又有擴散遠(yuǎn)離膠核的趨勢。因此，反離子又分成兩部分，一部分反離子受電位離子的吸引而被束縛在固相表面形成吸附層；另一部分反離子在吸附層外面向分散劑中擴散開去，構(gòu)成了擴散層。膠體（二）溶膠的結(jié)構(gòu)1、溶膠膠團組成及膠團結(jié)構(gòu)膠核和吸附層一起構(gòu)成膠粒，由于膠粒中反離子所帶的電荷比電位離子所帶的電荷少，所以膠粒是帶電離子，其電性由電位離子決定。例如，利用AgNO3和KI制備AgI溶膠時，若KI過量，AgI膠核將吸附過量的離子而帶負(fù)電荷；反之，若AgNO3過量，AgI膠核則吸附過量的離子而帶正電荷。膠粒與擴散層組成膠團，膠團中膠粒離子與反離子所帶電荷總數(shù)相等，符號相反，故膠團是電中性的，其結(jié)構(gòu)如右圖：膠體（二）溶膠的結(jié)構(gòu)2、溶膠的穩(wěn)定性和聚沉（1）溶膠的穩(wěn)定性溶膠的穩(wěn)定性表現(xiàn)在兩個方面：溶膠具有動力學(xué)穩(wěn)定性和聚結(jié)穩(wěn)定性。溶膠的動力學(xué)穩(wěn)定性是指分散質(zhì)粒子在重力作用下，不會從分散劑中分離出來。由于溶膠粒子的質(zhì)量較小，其受重力的作用也較小，而溶膠粒子主要受布朗運動的控制，在體系中不斷做無規(guī)則運動，因此不發(fā)生沉淀。溶膠的聚結(jié)穩(wěn)定性是指溶膠在放置過程中，不會發(fā)生分散質(zhì)粒子的相互聚結(jié)。由于溶膠粒子中的雙電層結(jié)構(gòu)，當(dāng)兩個帶同種電荷的膠粒相互靠近時，膠粒間就會產(chǎn)生靜電排斥作用，從而阻止膠粒的相互碰撞。膠粒表面帶有的這種相同電荷使得膠粒之間有一種靜電斥力，使溶膠趨向穩(wěn)定，即聚結(jié)穩(wěn)定性。另外，由于溶膠粒子中的帶電離子和極性溶劑通過靜電引力的相互作用，使得溶劑分子在膠粒表面形成一層溶劑化膜，該溶劑化膜也起到阻止膠粒相互碰撞的作用。所以，溶膠的聚結(jié)穩(wěn)定性的產(chǎn)生主要是膠粒的雙電層結(jié)構(gòu)和溶劑化膜共同作用的結(jié)果。膠體（二）溶膠的結(jié)構(gòu)2、溶膠的穩(wěn)定性和聚沉（2）溶膠的聚沉溶膠的穩(wěn)定性是相對的，有條件的。當(dāng)溶膠的穩(wěn)定因素受到破壞，膠粒碰撞時會合并變大，從而從介質(zhì)中析出而下沉，這種現(xiàn)象稱為聚沉。聚沉從表現(xiàn)上看，首先溶膠的顏色會發(fā)生改變，進(jìn)而從澄清變?yōu)榛鞚?，最后凝結(jié)為沉淀。加熱、輻射、加入電解質(zhì)等都可引起溶膠聚沉，其中最主要的是加入電解質(zhì)所引起的聚沉。溶膠對電解質(zhì)很敏感，雖然極少量電解質(zhì)的存在對溶膠有穩(wěn)定作用，但稍微過量即引起溶膠的聚沉。因為加入電解質(zhì)后，溶膠中反離子濃度增大，增加了反離子進(jìn)入吸附層的機會，降低了膠粒所帶的電荷，使其穩(wěn)定性降低。膠體（二）溶膠的結(jié)構(gòu)2、溶膠的穩(wěn)定性和聚沉（2）溶膠的聚沉電解質(zhì)聚沉能力的大小，常用臨界聚沉濃度表示，即一定量溶膠在一定時間內(nèi)發(fā)生聚沉所需電解質(zhì)溶液的最小濃度，單位為mmol/L。電解質(zhì)對溶膠的聚沉作用，有如下幾個規(guī)律。①反離子的價數(shù)愈高，聚沉能力愈強。②同價離子的聚沉能力雖然接近，但也有不同。③一些有機物離子，特別是一些表面活性劑和聚酰胺類化合物的離子，具有非常強的聚沉能力。在加熱條件下，由于增加了膠粒的碰撞，同樣可以破壞膠體的穩(wěn)定性而產(chǎn)生聚沉。此外，帶相反電荷的溶膠有相互聚沉的能力。當(dāng)正、負(fù)溶膠按適當(dāng)比例混合致使膠粒所帶電荷恰被中和時，就可完全聚沉；兩者比例不適當(dāng)，則聚沉不完全，甚至不發(fā)生聚沉。膠體（二）溶膠的結(jié)構(gòu)2、溶膠的穩(wěn)定性和聚沉（3）溶膠的保護在溶膠中加入高分子溶液對溶膠有保護作用。高分子物質(zhì)吸附在膠粒的表面使其對介質(zhì)的親和力加強，從而增加了溶膠的穩(wěn)定性。但有時加入少量的高分子溶液，反而降低溶膠的穩(wěn)定性，甚至發(fā)生聚沉，這種現(xiàn)象稱為敏化作用。保護作用在生理過程中具有重要的意義。例如，在健康人的血液中所含的碳酸鎂、磷酸鈣等難溶鹽，都是以溶膠狀態(tài)存在，并且被血清蛋白等高分子物質(zhì)保護著。當(dāng)發(fā)生某些疾病時，保護物質(zhì)在血液里的含量就會減少，這樣使溶膠發(fā)生聚沉而堆積在身體的某部分，使新陳代謝作用發(fā)生障礙，可形成腎臟、肝臟等結(jié)石。謝謝聆聽THANKSFORYOURATTENTION第三章

化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡目錄CONTENTS123化學(xué)反應(yīng)速率化學(xué)平衡影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素對于化學(xué)反應(yīng)，特別是在將其應(yīng)用于生產(chǎn)實踐時，主要探討兩個方面的問題：一是要知道反應(yīng)進(jìn)行的方向和能夠進(jìn)行的最大程度，以及外界對平衡的影響；二是要掌握反應(yīng)進(jìn)行的速度和反應(yīng)的機理。前者是熱力學(xué)的問題，后者是動力學(xué)的問題。本章學(xué)習(xí)在給定條件下反應(yīng)進(jìn)行的快慢，反應(yīng)能夠達(dá)到的最大程度，以及外界因素對反應(yīng)速度和反應(yīng)進(jìn)行程度的影響。PART1化學(xué)反應(yīng)速率化學(xué)反應(yīng)速率

指反應(yīng)進(jìn)程中某時間間隔內(nèi)參與反應(yīng)的物質(zhì)的量的變化量，通常以單位時間內(nèi)反應(yīng)物濃度的減少或生成物濃度的增加來表示，表達(dá)式為：式中，△t為反應(yīng)時間，單位用s（秒）、min（分鐘）、h（小時）、d（天）或a（年）等；△cB為△t時間內(nèi)某組分濃度的變化，當(dāng)其表示反應(yīng)物濃度的變化時，取負(fù)號，表示生成物濃度的變化時，取正號；為平均速率，單位一般用等。（一）化學(xué)反應(yīng)速率表示方法1、平均速率化學(xué)反應(yīng)速率（一）化學(xué)反應(yīng)速率表示方法1、平均速率化學(xué)反應(yīng)速率（一）化學(xué)反應(yīng)速率表示方法2、瞬時速率平均速率只能描述在一定時間間隔內(nèi)反應(yīng)速率的大致情況，在實際生產(chǎn)中，了解某一時刻的反應(yīng)速率，即瞬時速率，更具實際意義。要想精確表示化學(xué)反應(yīng)在某一時刻的瞬時速率，可將觀察的時間無限縮短△t0，所得速率即為某一時刻的瞬時速率，其表達(dá)式為：瞬時速率可用實驗作圖法求得。即將已知濃度的反應(yīng)物混合，在指定溫度下，每隔一定時間，連續(xù)取樣分析某一物質(zhì)的濃度，然后以c–t作圖，求某一時刻時曲線的斜率，即得該時刻的瞬時速率?；瘜W(xué)反應(yīng)速率（一）化學(xué)反應(yīng)速率表示方法2、瞬時速率對化學(xué)反應(yīng)速率要注意以下幾個問題。（1）化學(xué)反應(yīng)速率可用反應(yīng)體系中一種反應(yīng)物或生成物濃度的變化來表示，一般是以最容易測定的一種物質(zhì)表示且應(yīng)標(biāo)明是什么物質(zhì)的反應(yīng)速率。（2）用不同的物質(zhì)表示同一時間的反應(yīng)速率時其數(shù)值可能不同，但表達(dá)的意義是相同的，各物質(zhì)表示的反應(yīng)速率的數(shù)值有相互關(guān)系，彼此可以根據(jù)化學(xué)方程式中的各化學(xué)計量數(shù)進(jìn)行換算：對于化學(xué)反應(yīng)mA(g)+nB(g)=pC(g)+qD(g)有：化學(xué)反應(yīng)速率（二）反應(yīng)速率理論簡介1、有效碰撞理論1918年，化學(xué)家路易斯提出了適用于氣體雙原子反應(yīng)的有效碰撞理論，其主要論點如下。（1）反應(yīng)物分子之間的碰撞是化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的先決條件。反應(yīng)物分子必須相互碰撞才能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，碰撞的頻率越高，反應(yīng)速度越快，即反應(yīng)速率的快慢與單位時間內(nèi)碰撞次數(shù)成正比，而碰撞頻率與反應(yīng)物濃度成正比。根據(jù)氣體分子運動理論，常溫常壓下，單位時間內(nèi)分子的碰撞次數(shù)是驚人的，如果每次碰撞都發(fā)生反應(yīng)，那么反應(yīng)速率將是一個高得離譜的數(shù)值。實際情況并非如此，有相當(dāng)多的碰撞并不發(fā)生反應(yīng)，只有極少數(shù)的碰撞能發(fā)生反應(yīng)，被稱為有效碰撞。（2）碰撞中能發(fā)生反應(yīng)的分子必須具備足夠的能量，以克服分子無限接近時電子云之間的斥力，從而使分子中的原子重排，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。這種具有足夠能量并能發(fā)生有效碰撞的分子稱為活化分子?；罨肿拥淖畹湍芰颗c反應(yīng)物分子的平均能量之差稱為活化能Ea?；瘜W(xué)反應(yīng)速率（二）反應(yīng)速率理論簡介1、有效碰撞理論活化能Ea是化學(xué)反應(yīng)的“能壘”。一定條件時，反應(yīng)的活化能Ea越大，活化分子所占的百分?jǐn)?shù)越小，發(fā)生有效碰撞的概率越低，反應(yīng)速率越??；反之，反應(yīng)的活化能Ea越小，反應(yīng)速率越大?；罨芸梢酝ㄟ^實驗測定。因此，活化能Ea是決定化學(xué)反應(yīng)速率的主要因素。多數(shù)化學(xué)反應(yīng)的活化能Ea約在之間；當(dāng)Ea<時，反應(yīng)速度很快；當(dāng)Ea>時，反應(yīng)速度很慢；中和化學(xué)反應(yīng)的Ea約在之間。碰撞理論直觀地解釋了一些簡單的氣體雙原子反應(yīng)的反應(yīng)速率與活化能的關(guān)系，但沒有從分子內(nèi)部的結(jié)構(gòu)及運動揭示活化能的意義，因而具有一定的局限性。化學(xué)反應(yīng)速率（二）反應(yīng)速率理論簡介2、過渡態(tài)理論1930年，物理化學(xué)家艾林把量子力學(xué)和統(tǒng)計力學(xué)應(yīng)用于化學(xué)，建立了反應(yīng)速率的過度態(tài)理論。該理論認(rèn)為：化學(xué)反應(yīng)并不是通過反應(yīng)物分子的簡單碰撞完成的，在反應(yīng)物到產(chǎn)物的轉(zhuǎn)變過程中，先形成一種過渡狀態(tài)，即反應(yīng)物分子活化形成配合物的中間狀態(tài)。如：A+BC[A…B…C]AB+C[A…B…C]為A和BC處于過度狀態(tài)時，所形成的類似配合物結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，稱為活化配合物。此時原有的化學(xué)鍵（B—C鍵）被削弱但未完全斷裂，新的化學(xué)鍵（A—B鍵）開始形成但尚未完全形成?；罨浜衔飫菽茌^高，不穩(wěn)定，既有可能分解為原來的反應(yīng)物（A，BC），也有可能分解為產(chǎn)物（AB，C）。因此，反應(yīng)速率取決于活化配合物的濃度、活化配合物分解成產(chǎn)物的幾率和分解成產(chǎn)物的速率等。過渡態(tài)理論將反應(yīng)中涉及到的物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)和反應(yīng)速率結(jié)合起來，這是比碰撞理論先進(jìn)的一面。然而，由于許多反應(yīng)的活化配合物的結(jié)構(gòu)尚無法從實驗上加以確定，加上計算方法過于復(fù)雜，致使這一理論的應(yīng)用受到限制。PART2影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素（一）濃度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響大量實驗結(jié)果表明，在一定溫度下，增加反應(yīng)物的濃度可以加快反應(yīng)速率。這個結(jié)論可以用有效碰撞理論加以解釋：在一定溫度下，對某一化學(xué)反應(yīng)來說，單位體積內(nèi)反應(yīng)物的活化分子數(shù)與反應(yīng)物分子總數(shù)（即該反應(yīng)物的濃度）成正比，因此增加反應(yīng)物的濃度，單位體積內(nèi)的活化分子數(shù)也必然相應(yīng)地增多，從而增加了單位時間單位體積內(nèi)反應(yīng)物分子間的有效碰撞次數(shù)，導(dǎo)致反應(yīng)速率加快。影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素（一）濃度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響1、基元反應(yīng)和非基元反應(yīng)根據(jù)反應(yīng)機理，由反應(yīng)物微粒一步直接轉(zhuǎn)換為產(chǎn)物的反應(yīng)稱為基元反應(yīng)；而由反應(yīng)物微粒經(jīng)過兩步或兩步以上才能完成的化學(xué)反應(yīng)，稱為非基元反應(yīng)。一般非基元反應(yīng)由兩個或兩個以上的基元反應(yīng)組成，如碘酸和亞硫酸的反應(yīng)：第一步HIO3+H2SO3 HIO2+H2SO4第二步HIO2+2H2SO3HI+2H2SO4第三步