第二章氣體和分散系統(tǒng)

第二章氣體和分散系統(tǒng)

教學(xué)基本要求1、掌握稀溶液得蒸汽壓、沸點、凝固點和滲透壓這些依數(shù)性得變化規(guī)律,以及溶液組成得各種表示方法。2、掌握表面活性物質(zhì)得定義,了解其應(yīng)用。3、掌握膠體得基本特征,了解膠體得基本性質(zhì)。

能力目標(biāo):1、能夠應(yīng)用稀溶液得依數(shù)性求物質(zhì)得摩爾質(zhì)量。2、能正確地選擇和使用表面活性物質(zhì)。3、能寫出膠團結(jié)構(gòu)得表達式,能破壞溶膠穩(wěn)定性,使之聚沉。第一節(jié)稀溶液得依數(shù)性

一、溶液組成及表示法溶液得一般概念凡兩種以上得物質(zhì)混和形成得均勻穩(wěn)定得分散體系稱為溶液。有氣體溶液、固體溶液、液體溶液等。溶液多指液體溶液,通常分為電解質(zhì)溶液、非電解質(zhì)溶液。溶液由溶質(zhì)和溶劑組成。溶解過程:溶質(zhì)分子或離子得離散過程;溶劑化過程。溶液得形成伴隨隨能量、體積、顏色得變化。質(zhì)量分數(shù)(%):物質(zhì)得量濃度(mol/L):摩爾分數(shù)(%):質(zhì)量摩爾濃度(mol/kg):

習(xí)題:30g乙醇(B)溶于50g四氯化碳(A)中形成溶液,其密度為ρ=1、28×103kg/m3,試用質(zhì)量分數(shù)、摩爾分數(shù)、物質(zhì)得量濃度和質(zhì)量摩爾濃度來表示該溶液得組成。解:質(zhì)量分數(shù)w＝(乙醇得質(zhì)量)/｛(乙醇得質(zhì)量+四氯化碳得質(zhì)量)×100％｝＝30/(30+50)×100％＝37、5％乙醇得物質(zhì)得量:30/46=0、65mol;四氯化碳物質(zhì)得量:50/47=1、06mol;乙醇得摩爾分數(shù)＝0、65/(0、65+1、06)=0、38;四氯化碳得摩爾分數(shù)＝1、06/(0、65+1、06)=0、62或者＝1-0、38＝0、62。物質(zhì)得量濃度c=(1×1、28×103×37、5%)/(1000×46)=0、0104mol/L質(zhì)量摩爾濃度b=(0、65×1000)/50=13mol/kg

二、稀溶液得依數(shù)性溶液得某些性質(zhì)只與溶液得濃度有關(guān),而與溶質(zhì)得本性無關(guān)。這些性質(zhì)包括:蒸氣壓下降、沸點升高、凝固點下降及滲透壓增大等,適用于難揮發(fā)非電解質(zhì)稀溶液。2、1蒸氣壓下降實驗測定25

C時,水得飽和蒸氣壓:p(H2O)=3167、7Pa;0、5mol/kg糖水得蒸氣壓為:p(H2O)=3135、7Pa;

1、0mol/kg糖水得蒸氣壓為:

p(H2O)=3107、7Pa。溫度壓強純?nèi)軇〤1C2C2>C1結(jié)論:

溶液得蒸氣壓比純?nèi)軇┑?溶液濃度越大,蒸氣壓下降越多。9大家應(yīng)該也有點累了，稍作休息大家有疑問的，可以詢問和交流稀溶液的蒸氣壓下降溫度壓強純?nèi)軇〤1p1p0t拉烏爾定律(1887年,法國物理學(xué)家)在一定溫度下,難揮發(fā)非電解質(zhì)稀溶液得蒸氣壓等于純?nèi)軇┑谜魵鈮撼艘匀軇┑媚柗謹?shù)。設(shè)溶劑得摩爾分數(shù)為XA,溶質(zhì)得摩爾分數(shù)為XBΔp:純?nèi)軇┱魵鈮号c稀溶液蒸氣壓之差結(jié)論:在一定溫度下,難揮發(fā)非電解質(zhì)稀溶液得蒸汽壓下降值與溶質(zhì)得摩爾分數(shù)成正比。應(yīng)用:蒸氣壓下降常數(shù)質(zhì)量摩爾濃度2、2溶液得沸點升高液體得沸點就是指其蒸氣壓等于外界大氣壓力時得溫度。因為溶液得蒸氣壓總就是低于純?nèi)軇┑谜魵鈮?所以溶液得沸點升高。稀溶液的沸點升高示意圖溫度壓強純?nèi)軇〤1p1pA0Tb0TbΔTbΔTb=KbbBKb:溶劑沸點上升常數(shù),單位為K、Kg/mol決定于溶劑得本性,與溶劑得摩爾質(zhì)量、沸點、汽化熱有關(guān)。bB:溶液得質(zhì)量濃度,單位為mol/kg2、3溶液得凝固點下降在標(biāo)準(zhǔn)狀況下,純液體蒸氣壓和她得固相蒸氣壓相等時得溫度為該液體得凝固點。溶液蒸氣壓總就是低于純?nèi)軇┑谜魵鈮?溶液凝固點會下降。Kf:溶劑凝固點降低常數(shù)K、Kg/mol

;

bB:溶質(zhì)得質(zhì)量摩爾濃度mol/kg

。2、4溶液得滲透壓1、滲透現(xiàn)象2、溶液得滲透壓由于半透膜兩邊得溶液單位體積內(nèi)水分子數(shù)目不同而引起稀溶液溶劑分子滲透到濃溶液中得傾向。為了阻止發(fā)生滲透所需施加得壓力,叫溶液得滲透壓。半透膜:可以允許溶劑分子自由通過而不允許溶質(zhì)分子通過。濃度差:溶劑透過半透膜進入溶液得趨向取決于溶液濃度得大小,溶液濃度差大,滲透趨向大。3、滲透現(xiàn)象產(chǎn)生得條件4、溶液得滲透壓得計算Van’tHoff(范特霍夫)公式:

與理想氣體方程無本質(zhì)聯(lián)系。

:滲透壓,kPa

V:溶液體積,L

R:氣體常數(shù)R=8、314J·mol-1·K-1nB:溶質(zhì)物質(zhì)得量

c:物質(zhì)得量濃度,mol/LT:溫度,K對于電解質(zhì)溶液i為一分子電解質(zhì)離解生成得離子個數(shù)。

NaCl,i≈2CaCl2,i≈35、滲透壓在醫(yī)學(xué)上得應(yīng)用A毫滲摩爾濃度(滲透濃度)溶液中能產(chǎn)生滲透效應(yīng)得各種物質(zhì)質(zhì)點得總濃度,以mmol/L或(mOsm/L)來計算滲透壓單位。B等滲液滲透壓相等得兩種溶液稱為等滲液,滲透壓高/低者稱為高/低滲液。小詞典:osmosis---滲透正常人血漿總滲透壓得范圍在280-320mOsm/L;在此范圍得溶液(注射液)稱為生理等滲液。滲透壓平衡與生命過程得密切關(guān)系①給患者輸液得濃度②植物得生長③人得營養(yǎng)循環(huán)依數(shù)性小結(jié)結(jié)論:

蒸氣壓下降,沸點上升,凝固點下降,滲透壓都就是難揮發(fā)得非電解質(zhì)稀溶液得通性;她們只與溶劑得本性和溶液得濃度有關(guān),而與溶質(zhì)得本性無關(guān)。例:已知20oC時水得蒸氣壓為2333Pa,將17、1g某易溶難揮發(fā)非電解質(zhì)溶于100g水中,溶液得蒸氣壓為2312Pa,試計算該物質(zhì)摩爾質(zhì)量。解:設(shè)該物質(zhì)得摩爾質(zhì)量為M,則其物質(zhì)得量nB=17、1/M(mol);

溶劑水得物質(zhì)得量nA=100/18(mol);

所以:xB=nB/(nA+nB)∵∴例:已知煙草中得有害成分尼古丁得實驗式就是C5H7N,將496mg尼古丁溶于10、0g水中,所得溶液在105Pa下沸點100、17oC,求尼古丁得摩爾質(zhì)量。已知Kb=0、51K、Kg、mol-1

解：得到

尼古丁摩爾質(zhì)量為M，則

一、比表面第二節(jié)表面化學(xué)

表面現(xiàn)象:肥皂水得起泡,微小液滴得蒸發(fā)。用來衡量多相分散體系得分散程度,即單位體積或單位質(zhì)量得物質(zhì)所具有得表面積。

提示:1g水若成為一個球狀水滴時,其球面積為4、84×10-4m2。若把她分散成直徑為10-9m得微小質(zhì)點時,總表面積為6000m2,就是原有表面積得100多萬倍。因此,當(dāng)體系得分散程度很高時,表面現(xiàn)象不能忽略。

二、表面張力垂直作用于表面上單位長度線段上得表面收縮力。其作用結(jié)果使液體表面積縮小,其方向?qū)τ谄揭好婢褪茄刂好娌⑴c液面平行,對于彎曲液面則與液面相切。表面張力實驗示意圖表面張力與物質(zhì)得本性和與所接觸相得性質(zhì)有關(guān):分子間得相互作用力或化學(xué)鍵力越大,表面張力越大。表面張力隨溫度得升高而降低。表面張力一般隨壓力增加而下降。

三、溶液得表面吸附

溶液得表面張力:

I:無機鹽、非揮發(fā)性得酸或堿以及蔗糖、甘露醇等多羥基有機物;Ⅱ:短鏈醇、醛、酮、酸和胺等有機物;Ⅲ:碳原子數(shù)為八個以上得直長鏈有機酸堿金屬鹽、磺酸鹽、硫酸鹽和苯磺酸鹽等。溶液表面張力與濃度得關(guān)系

第三類物質(zhì),分子中得非極性基團比第二類得要大,只需少量這樣得物質(zhì),溶液得表面張力就會顯著降低,這類物質(zhì)稱做表面活性劑。吉布斯吸附等溫式:(1)若＜0,則＞0。即表面張力隨著溶質(zhì)得加入而降低者,為正值,就是正吸附,此時溶質(zhì)濃度表面層高于體相,例如表面活性劑。(2)若＞0,則＜0。溶液得表面張力隨著溶質(zhì)得加入而升高時,為負值,就是負吸附。此時表面層中溶質(zhì)濃度低于體相中溶質(zhì)得濃度,表面惰性物質(zhì)即屬于這種情況。

表面活性物質(zhì):表面活性物質(zhì)由極性得親水基團和非極性得疏水基團共同組成,具有兩親特性,其親水作用使分子得極性端進入水中。類別實例離子型表面活性劑陰離子型羧酸鹽RCOOM+，硫酸酯鹽ROSO3M+，磺酸鹽RSOM+，磷酸酯鹽ROPOM+陽離子型伯胺鹽RNHX，季胺鹽RN+(CH3)3X吡啶鹽兩性型氨基酸型RN+CH2CH2COO甜菜堿型RN+（CH3）2CH2COO非離子型表面活性劑聚氧乙烯醚RO(CH2CH2O)nH聚氧乙烯酯RCOO(CH2CH2O)nH多元醇酯型RCOOCH2C(CH2CH2O)3

表面活性物質(zhì)得HLB值:親水親油平衡值HLB表示表面活性物質(zhì)得親水性和親油性得相對強弱。HLB值越大,其親水性越強,HLB值越小,其親水性越弱,親油性越強。HLB值范圍主要用途HLB值范圍主要用途1～3消泡劑12～15潤濕劑3～6油包水型（W/O）乳化劑13～15洗滌劑8～18水包油型（O/W）乳化劑15～18增溶劑

四、固體得表面吸附物理吸附與化學(xué)吸附

物理吸附化學(xué)吸附吸附作用力分子間力化學(xué)鍵力吸附選擇性無選擇性有選擇性吸附速度快，不需活化能較慢，需活化能吸附分子層多分子層單分子層吸附熱較小，與液化熱相近較大，與化學(xué)反應(yīng)熱相近吸附穩(wěn)定性不穩(wěn)定，易解吸比較穩(wěn)定，不易解吸

固體表面對氣體分子得吸附一定T、p下,在吸附平衡時,被吸附氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下得體積與吸附劑質(zhì)量之比稱為平衡吸附量,簡稱吸附量?；?1)等溫吸附經(jīng)驗式(2)單分子層吸附理論或第五節(jié)膠體一、分散體系得分類:

分散系統(tǒng)就是指一種或幾種物質(zhì)分散在另一種物質(zhì)中形成得體系。分散系統(tǒng)粒子線度實例主要特征分子分散<10-9m乙醇的水溶液、空氣能透過濾紙與半透膜，擴散速度快，超顯微鏡也看不見膠體分散10-9～10-7mAgI或Al（OH）3能透過濾紙，不能透過半透膜；超顯微鏡可看到粗分散>10-7m牛奶、豆?jié){不能透過濾紙和半透膜，無擴散能力；顯微鏡可見膠體按聚集狀態(tài)分類分散介質(zhì)分散相名稱實例

液氣液固

液溶膠

肥皂泡沫含水原油，牛奶金溶膠、泥漿、油墨

固氣液固

固溶膠浮石，泡沫玻離珍珠某些合金，染色的塑料氣液固氣溶膠霧，油煙粉塵，煙

二、膠體得性質(zhì)丁達爾效應(yīng)1、丁達爾效應(yīng)

當(dāng)光束投射到一個分散系統(tǒng)上時,可以發(fā)生光得吸收、反射、散射和透射等,究竟產(chǎn)生哪一種現(xiàn)象,則與入射光得波長(或頻率)分散相粒子得大小有密切關(guān)系。當(dāng)入射光得頻率與分散相粒子得振動頻率相同時,主要發(fā)生光得吸收,如有顏色得真溶液;當(dāng)入射光束與系統(tǒng)不發(fā)生任何相互作用時,則發(fā)生透射,如清晰透明溶液;當(dāng)入射光得波長小于分散相粒子得直徑時,則發(fā)生光反射現(xiàn)象,使系統(tǒng)呈現(xiàn)渾濁,如懸濁液;當(dāng)入射光得波長略大于分散相粒子得直徑時,則發(fā)生光散射現(xiàn)象,如溶膠系統(tǒng)?？梢姽獾貌ㄩL在400-740nm范圍,膠粒得大小在1-100nm范圍,因此,當(dāng)可見光束投射于溶膠系統(tǒng)時,會發(fā)生光得散射現(xiàn)象。2、溶膠得動力學(xué)性質(zhì)-布朗運動在超顯微鏡下觀察膠體溶液,可以看到代表膠體粒子得發(fā)光點在介質(zhì)中間不停地作不規(guī)則得運動,這種運動稱為布朗(Brown)運動,如圖1—3所示。超顯微鏡就是利用溶膠粒子對光得散射現(xiàn)象設(shè)計而成具有強光源、暗視野得目視顯微鏡,其分辨能力比普通顯微鏡大200多倍。布朗運動就是溶膠分散系得重要動力學(xué)特性之一,她并非由于外力得推動所致,而就是介質(zhì)分子得熱運動和膠體粒子得熱運動得綜合表現(xiàn)。布朗運動示意圖由布朗運動引起得擴散作用在一定程度上可以抵消膠粒受重力作用而引起得沉降,使溶膠具有一定得穩(wěn)定性,稱為溶膠得動力學(xué)穩(wěn)定性。

膠體粒子得布朗運動必然導(dǎo)致溶膠具有擴散作用。但由于膠體粒子質(zhì)量比普通分子得質(zhì)量大得多,因此,溶膠得擴散速度比普通溶液要小得多。由于重力作用,懸浮在