第1章 溶液和膠體

學習要求1.熟悉溶液的組成量度、等物質(zhì)的量規(guī)則及其應用；2.熟悉稀溶液的依數(shù)性及其應用；3.了解膠體的基本概念、結構和性質(zhì)、穩(wěn)定性與聚沉的關系；4.了解高分子溶液、乳濁液及凝膠的有關概念和性質(zhì)。第一章溶液和膠體1大學基礎化學

§1-2

稀溶液的依數(shù)性§1-1

溶液§1-4高分子溶液和乳濁液一、溶液的蒸氣壓下降二、溶液的沸點升高和凝固點降低三、溶液的滲透壓一、溶膠的性質(zhì)二、膠團的結構三、溶膠的穩(wěn)定性和聚沉§1-3膠體一、分散系

二、物質(zhì)的量及其單位三、溶液的組成量度

四、等物質(zhì)的量規(guī)則及其應用一、高分子溶液

二、乳濁液§1-5凝膠2大學基礎化學§1－1溶液一、分散系

一種或多種物質(zhì)分散于另一種物質(zhì)之中的形式存在，這種存在形式稱為分散系。在分散系中，被分散的物質(zhì)稱為分散質(zhì)，而容納分散質(zhì)的物質(zhì)稱為分散劑。

體系：被劃分出來作為我們的研究對象

環(huán)境：除體系以外的其他部分。

相：體系中物理性質(zhì)和化學性質(zhì)完全相同的均勻部分。相與相之間有明顯的界面。同一物質(zhì)可以出現(xiàn)幾個相，含有兩相及其以上的體系稱為多相體系。3大學基礎化學分子離子分散系(粒子直徑小于1nm)膠體分散系(粒子直徑在1～100nm之間)粗分散系（粒子直徑大于100nm）低分子物質(zhì)溶液(分散質(zhì)是小分子)高分子溶液(分散質(zhì)是大分子)膠體溶液(分散質(zhì)是分子的小集合體)濁液(分散質(zhì)是分子的大集合體)最穩(wěn)定很穩(wěn)定穩(wěn)定不穩(wěn)定電子顯微鏡也不可見超顯微鏡可觀察其存在一般顯微鏡可見能透過半透膜能透過濾紙，不能透過半透膜不能透過緊密濾紙單相體系多相體系分散系分類

4大學基礎化學1.物質(zhì)的量(nB)

是以摩爾為計量單位來表示物質(zhì)組成的物理量。摩爾(mol)是一系統(tǒng)物質(zhì)的量，該系統(tǒng)中所包含的基本單元數(shù)與0.012kg12C的原子數(shù)目相同?；締卧梢允欠肿?、離子、原子、電子、光子及其它粒子或這些粒子的特定組合。二、物質(zhì)的量及其單位使用摩爾時必須在其單位符號(mol)或量符號(n)后用元素符號或化學式指明其基本單元，而不能用文字。5大學基礎化學1mol(H2)或n(H2)=1mol表示基本單元是H2的物質(zhì)的量是1mol，即6.02×1023個H2；1mol(H)或n(H)=1mol表示基本單元是H的物質(zhì)的量是1mol，即6.02×1023個H。

6大學基礎化學1摩爾物質(zhì)所具有的質(zhì)量稱為摩爾質(zhì)量(M)，其單位為kg·mol－1,常用g·mol－1。2.物質(zhì)的摩爾質(zhì)量例如:M(H2SO4)=0.098kg·mol－1；當選擇不同基本單元時，有MaB=aMB3.物質(zhì)的量的計算當基本單元選擇不同時，有7大學基礎化學三、溶液的組成量度1.質(zhì)量分數(shù)與體積分數(shù)某組分i的質(zhì)量與混合物質(zhì)量之比,稱為該組分i的質(zhì)量分數(shù)。某組分i的分體積與總體積之比,稱為該組分i的體積分數(shù)2.質(zhì)量濃度溶質(zhì)的質(zhì)量與溶液的體積之比,稱為質(zhì)量濃度8大學基礎化學3.物質(zhì)的量濃度

1升溶液中所含溶質(zhì)B的物質(zhì)的量，稱為物質(zhì)的量濃度，簡稱濃度，常用單位為mol·L－1

4.質(zhì)量摩爾濃度

1kg溶劑中所含溶質(zhì)B的物質(zhì)的量，稱為溶質(zhì)B的質(zhì)量摩爾濃度,單位mol·kg－1

因為溶液濃度的單位是基本單位“mol”的導出單位，所以在使用濃度單位時也必須注明所表示物質(zhì)的基本單元。一般地，有9大學基礎化學例已知濃硫酸的密度為1.84g·mL－1，硫酸的質(zhì)量分數(shù)為96.0%，試計算c(H2SO4)及c(?H2SO4)。解：

10大學基礎化學四、等物質(zhì)的量規(guī)則及其應用對于任意反應：aA+bB=cC+dD若各物質(zhì)的基本單元分別為aA、bB、cC、dD，則n(aA)=n(bB)=n(cC)=n(dD)11大學基礎化學正確使用等物質(zhì)的量規(guī)則的關鍵是基本單元的確定,而基本單元是根據(jù)反應方程式確定的。酸堿反應中,一般選擇得失一個質(zhì)子(H＋)對應的粒子組合或化學式為基本單元,如碳酸鈉常選(?Na2CO3)、硫酸常選(?H2SO4)作基本單元；氧化還原反應中常選得失一個電子的微粒組合或化學式為基本單元，如1molK2Cr2O7還原為Cr3+得到6mol電子，故選(1/6K2Cr2O7)作基本單元,酸性介質(zhì)中高錳酸鉀常選(1/5KMnO4)作基本單元。12大學基礎化學例有一種未知濃度的H2SO4溶液20mL,如用濃度為c(NaOH)=0.100mol·L-1的溶液25mL恰好中和完全,求c(?H2SO4)為多少？解:H2SO4+2NaOH=Na2SO4+2H2O

c(?H2SO4)·V(H2SO4)=c(NaOH)·V(NaOH)13大學基礎化學§1－2稀溶液的依數(shù)性一、溶液的蒸氣壓下降拉烏爾（Raoult）定律:在一定溫度下，難揮發(fā)非電解質(zhì)稀溶液的蒸氣壓下降與溶液的質(zhì)量摩爾濃度成正比，而與溶質(zhì)的本性無關。14大學基礎化學二、溶液的沸點升高、凝固點下降AB為純水的蒸氣壓曲線A'B'為溶液的蒸氣壓曲線AC為冰的蒸氣壓曲線15大學基礎化學溶液的沸點上升和溶液凝固點下降是由于溶液蒸氣壓下降的必然結果。

難揮發(fā)非電解質(zhì)稀溶液的沸點上升、凝固點下降僅與溶液的質(zhì)量摩爾濃度bB成正比，與溶質(zhì)本性無關。16大學基礎化學例

2.60g尿素溶于50.0g水中，試計算此溶液的凝固點和沸點。已知[CO(NH2)2]的摩爾質(zhì)量為60.0g·mol-1。解:質(zhì)量摩爾濃度得△Tb=Kb·bB=0.52×0.866=0.45(K)則沸點為Tb=373.15+0.45=373.60(K)△Tf=Kf·bB=1.86×0.866=1.61(K)則凝固點為Tf=273.15-1.61=271.54(K)17大學基礎化學三、溶液的滲透壓

滲透：溶劑分子通過半透膜自動擴散的過程。

滲透壓：滲透平衡時液面高度差所產(chǎn)生的壓力，或阻止溶劑通過半透膜進入溶液所施加于溶液液面上的最小額外壓力。觀看動畫18大學基礎化學產(chǎn)生滲透壓的條件：

Van’tHoff滲透壓公式:對于稀溶液來說，物質(zhì)的量濃度約等于質(zhì)量摩爾濃度，故上式又可表示為：π=cBRT≈bBRTπ=cBRTA.半透膜B.濃度差19大學基礎化學例有一蛋白質(zhì)的飽和水溶液，每升含有蛋白質(zhì)5.18g，已知在298.15K時，溶液的滲透壓為413Pa，求此蛋白質(zhì)的相對分子質(zhì)量。解：根據(jù)公式：π=cBRT

得

即該蛋白質(zhì)的相對分子質(zhì)量為30596。20大學基礎化學分子吸附。吸附規(guī)律:相似相吸§1－3膠體溶液離子吸附。溶液中吸附劑對強電解質(zhì)的吸附。離子選擇吸附，是吸附劑從溶液中優(yōu)先選擇吸附與自己組成、性質(zhì)有關的離子。離子交換吸附是當吸附劑從溶液中吸附某種離子時，吸附劑本身等電荷地置換出另一種符號相同的離子到溶液中固體在溶液中的吸附21大學基礎化學一、溶膠的性質(zhì)1.光學性質(zhì)—丁達爾效應在強光照射的垂直方向上的光路中可看到一條光帶的現(xiàn)象（產(chǎn)生原因：溶膠粒子對光散射的結果）2.動力學性質(zhì)—布朗運動溶膠粒子在溶膠中的無規(guī)則運動（由本身的熱運動和溶劑分子撞擊所致）觀看動畫觀看動畫22大學基礎化學3.電學性質(zhì)—電泳和電滲電泳:在外電場作用下,分散質(zhì)在分散劑中定向移動的現(xiàn)象.

電滲:在外電場作用下,固相不動,分散劑定向移動的現(xiàn)象.

電泳和電滲現(xiàn)象，統(tǒng)稱為電動現(xiàn)象。

電動現(xiàn)象表明膠體是帶電的。觀看動畫23大學基礎化學膠粒帶電的原因主要有兩種：(1)吸附帶電：選擇吸附與其組成有關的離子而帶上不同的電荷。例如由FeCl3水解而形成的Fe(OH)3膠體，其反應式為：

FeCl3+3H2O=Fe(OH)3+3HClFe(OH)3+HCl=FeOCl+2H2OFeOCl再離解為：FeOCl=FeO++Cl－

由于FeO+易被吸附在膠體表面，使膠粒帶正電荷。

(2)電離帶電：例如硅膠表面上的硅酸分子可以電離出H+離子，在膠體粒子表面留下SiO32-和HSiO3-離子，而使膠體粒子帶負電荷。24大學基礎化學二、膠團的結構以碘化銀溶膠為例{(AgI)m·nAg＋·(n-x)NO3－}x＋·xNO3－

膠核

電位離子

反離子

反離子吸附層

擴散層

膠粒

膠團

若KI過量，其膠團結構式為：{(AgI)m·nI－·(n-x)K＋}x－·xK＋{[Fe(OH)3]m·nFeO＋·(n-x)Cl－}x＋·xCl－

{(H2SiO3)m·nHSiO3－·(n-x)H＋}x－·xH＋

25大學基礎化學三、溶膠的穩(wěn)定性和聚沉

溶膠雖屬熱力學不穩(wěn)定體系。但由于雙電層結構的存在使膠粒帶電，一方面同種電荷之間相互排斥，另一方面膠粒的溶劑化膜的保護作用，阻止了膠粒間的直接接觸。

如果減弱或消除這些穩(wěn)定因素，就能使膠粒凝聚成較大顆粒而沉降，這個過程叫做聚沉。

26大學基礎化學使膠體聚沉的方法有下列幾種：

(1)加入電解質(zhì);(2)加入相反電荷的溶膠;(3)加熱電解質(zhì)對溶膠的聚沉作用，主要是異電荷離子的作用。異電荷離子的聚沉能力，與離子價數(shù)有關。離子價數(shù)越高，聚沉能力越大。27大學基礎化學§1－4高分子溶液和乳濁液一、高分子溶液1、高分子溶液的特性

高分子化合物是指相對分子質(zhì)量在1000以上的有機大分子化合物。通常說的高分子化合物的摩爾質(zhì)量只是一種平均摩爾質(zhì)量。當高分子化合物溶解在適當?shù)娜軇┲?

就形成高分子溶液。高分子溶液表現(xiàn)出某些溶膠的性質(zhì)，如不能透過半透膜、擴散速度慢等。它又表現(xiàn)出溶液的某些性質(zhì),在適當溶劑中有一定的溶解度。另外高分子化合物還具有很大的粘度。28大學基礎化學2、高分子溶液的鹽析和保護作用加入大量電解質(zhì)使高分子化合物聚沉的作用稱為鹽析。

在溶膠中加入適量的高分子化合物，能大大提高溶膠的穩(wěn)定性，這就是高分子化合物對溶膠的保護作用。保護作用在生理過程中具有重要意義。29大學基礎化學二、乳濁液

乳濁液可分為兩大類：一類是“油”分散在水中所形成的體系，以油/水型表示，如牛奶、豆?jié){等，另一類是水分散在“油”中形成的水/油型乳濁液,如石油。

乳濁液的穩(wěn)定劑稱為乳化劑

30大學基礎化學§1－5凝膠凝膠又稱凍膠。溶膠或溶液中的膠體粒子或高分子在一定條件下互相連接，形成空間網(wǎng)狀結構，結構空隙中充滿了作為分散介質(zhì)的液體，這樣一種特殊的分散體系稱作凝膠。由溶液或溶膠形成凝膠的過程稱為膠凝作用。凝膠沒有流動性。凝膠可分為彈性凝膠和脆性凝膠。

31大學基礎化學一、凝膠的形成凝膠的形成是由于線形或分枝形高分子化合物或凝膠粒子連接起來形成的線狀結構，經(jīng)相互交聯(lián)構成立體網(wǎng)架結構。將電解質(zhì)CaSO4進豆?jié){后產(chǎn)生豆腐，豆腐就