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,第3章 水化學(xué)與水污染,本章學(xué)習(xí)要求,了解溶液的通性。,明確酸堿的近代概念，酸堿的解離平衡和緩沖溶液的概念，掌握有關(guān)pH的計(jì)算;了解配離子的解離平衡及其移動(dòng)；,掌握沉淀與溶解平衡、溶度積規(guī)則及其有關(guān)計(jì)算；,了解膠體的聚沉、保護(hù)及表面活性劑的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用；,了解水體的主要污染物的來(lái)源及其危害。,3.1 溶液的通性 3.2 水溶液中的單相離子平衡 3.3 難溶電解質(zhì)的多相離子平衡 3.4 膠體與界面化學(xué) 3.5 水污染及其危害,3.1 溶液的通性,溶液有兩大類(lèi)性質(zhì)： 1）與溶液中溶質(zhì)的本性有關(guān)：溶液的顏色、密度、酸堿性和導(dǎo)電性等； 2）與溶液中溶質(zhì)的獨(dú)立質(zhì)點(diǎn)數(shù)有關(guān)：而與溶質(zhì)的本身性質(zhì)無(wú)關(guān)溶液的依數(shù)性，如溶液的蒸氣壓、凝固點(diǎn)、沸點(diǎn)和滲透壓等。,難揮發(fā)的非電解質(zhì)稀溶液有一定的共同性和規(guī)律性。該類(lèi)性質(zhì)稱(chēng)為稀溶液的通性，或稱(chēng)為依數(shù)性。 包括：稀溶液蒸氣壓的下降、沸點(diǎn)上升、凝固點(diǎn)下降和稀溶液的滲透壓。（與純?nèi)軇┍容^） 。,組成的標(biāo)度 溶劑A + 溶質(zhì)B 1. 質(zhì)量摩爾濃度m： 1kg溶劑中所含溶質(zhì)的物質(zhì)的量，SI單位molkg-1 mB = nB/wA nB 溶質(zhì)B的物質(zhì)的量，單位為mol。 wA溶劑的質(zhì)量，單位為kg。,2. 摩爾分?jǐn)?shù)(或物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))以溶液中的總物質(zhì)的量除任何一物質(zhì)的量，即為該物質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)，是單位為一的量。 設(shè)有雙組分溶液，溶劑A和溶質(zhì)B的物質(zhì)的量分別為nA和nB，則,注意：無(wú)論有若干種物質(zhì)，摩爾分?jǐn)?shù)之和總是等于1。,3.1.1 非電解質(zhì)溶液的通性 1. 蒸氣壓下降,在一定溫度下，液體及其蒸氣達(dá)到相平衡時(shí)，蒸氣所具有的壓力稱(chēng)為該溫度下液體的飽和蒸氣壓，簡(jiǎn)稱(chēng)蒸氣壓。,思考：蒸氣壓與溫度有什么關(guān)系？,答：不同溶劑蒸氣壓不同，相同溶劑溫度升高，蒸氣壓增大。例如： p(H2O, l , 298K)=3167 Pa p(H2O, l, 373K)=101.325kPa,溶液中溶劑的蒸氣壓下降,法國(guó)物理學(xué)家拉烏爾據(jù)實(shí)驗(yàn)得出以下定量關(guān)系：在一定溫度下，難揮發(fā)的非電解質(zhì)稀溶液的蒸氣壓下降p與溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)成正比，而與溶質(zhì)的本性無(wú)關(guān)。即： p = pAxB 其中xB是溶質(zhì)B在溶液中的摩爾分?jǐn)?shù)， pA是純?nèi)軇┑恼羝麎?。若溶液的質(zhì)量摩爾濃度為mB，則,式中，k為只與溶劑性質(zhì)有關(guān)的常數(shù)。,蒸氣壓下降的應(yīng)用,測(cè)定溶質(zhì)分子的相對(duì)摩爾質(zhì)量 設(shè)質(zhì)量為WB的溶質(zhì)溶于質(zhì)量為WA的溶劑中，則有：,干燥劑工作原理 CaCl2、NaOH、P2O5等易潮解的固態(tài)物質(zhì)，常用作干燥劑。因其易吸收空氣中的水分在其表面形成溶液，該溶液蒸氣壓較空氣中水蒸氣的分壓小，使空氣中的水蒸氣不斷凝結(jié)進(jìn)入溶液而達(dá)到消除空氣中水蒸氣的目的。,2. 溶液的沸點(diǎn)上升,沸點(diǎn)：液體蒸氣壓達(dá)到101.325kPa(1atm)時(shí)的溫度。 沸騰溫度：液體蒸氣壓與外界壓力相等時(shí)的溫度。 固體表面的分子也能蒸發(fā)，具有一定的蒸氣壓。固體與其蒸氣在密閉容器中可達(dá)到平衡。,難揮發(fā)物質(zhì)的溶液的沸點(diǎn)總是高于純?nèi)軇┑姆悬c(diǎn)，二者之差為： Tbp = Tbp Tb = kbpm kbp稱(chēng)為溶劑的摩爾沸點(diǎn)上升常數(shù)，單位為Kkgmol-1。,Tbp,Tb,圖3.1 沸點(diǎn)上升示意圖,溶液的凝固點(diǎn)總是低于純?nèi)軇┑哪厅c(diǎn)，它們之差為： Tfp = TfpTf = kfp m kfp 稱(chēng)為溶劑的摩爾凝固點(diǎn)下降常數(shù)。,特點(diǎn) Kfp, kbp只與溶劑種類(lèi)有關(guān) 同種溶劑：kfp kbp,凝固點(diǎn)（熔點(diǎn)）：液相和固相蒸氣壓相等時(shí)的溫度固相與液相共存時(shí)的溫度。,圖3.2 凝固點(diǎn)下降示意圖,3. 沸點(diǎn)和凝固點(diǎn)測(cè)定的應(yīng)用,測(cè)定分子的相對(duì)分子質(zhì)量 以凝固點(diǎn)下降應(yīng)用較多。因?yàn)閗fpkbp，Tfp Tbp，所以實(shí)驗(yàn)誤差較小，且凝固時(shí)有結(jié)晶析出，易于觀察。 當(dāng)溶質(zhì)的相對(duì)摩爾質(zhì)量MB很大時(shí)，由于Tf太小，準(zhǔn)確性差， 因此只適用于MB較大的情況。,防凍劑工作原理 冬天為防止汽車(chē)水箱結(jié)冰，可加入甘油、乙二醇等以降低水的凝固點(diǎn)，避免因結(jié)冰，體積膨脹而使水箱破裂。,冷凍劑工作原理 工業(yè)冷凍劑如在冰水中加氯化鈣固體,由于溶液中水的蒸氣壓小于冰的蒸氣壓,使冰迅速熔化而大量吸熱,使周?chē)镔|(zhì)的溫度降低。 食鹽-冰 （30g NaCl + 100g H2O(s)） -22 CaCl2-冰（42.5g CaCl2 + 100g H2O(s)） -55,低熔合金的制備 利用固態(tài)溶液凝固點(diǎn)下降原理，可制備許多有很大的實(shí)用價(jià)值的合金。如33%Pb(mp.327.5)與67%Sn(mp.232)組成的焊錫，熔點(diǎn)為180，用于焊接時(shí)不會(huì)使焊件過(guò)熱，還用作保險(xiǎn)絲。又如自動(dòng)滅火設(shè)備和蒸汽鍋爐裝置的伍德合金，熔點(diǎn)為70，組成為Bi：50%、Pb：25%、Sn： 12.5%、Cd：12.5%。,4. 溶液的滲透壓,滲透現(xiàn)象溶劑通過(guò)半透膜進(jìn)入溶液或溶劑從稀溶液通過(guò)半透膜進(jìn)入濃溶液的現(xiàn)象（單向擴(kuò)散）,滲透壓阻止?jié)B透進(jìn)行所施加的最小外壓,用表示。在數(shù)值上，,圖3.3 溶液滲透壓示意圖,滲透壓測(cè)定的應(yīng)用,測(cè)定分子的相對(duì)分子質(zhì)量 滲透壓有較大數(shù)值，容易測(cè)定，因此可以準(zhǔn)確測(cè)定化合物的相對(duì)摩爾質(zhì)量。,例如：濃度為0.00100molkg-1的某高分子物質(zhì)（如蛋白質(zhì)）的水溶液，其沸點(diǎn)升高的數(shù)值為T(mén)fp = 0.00186K，因此用沸點(diǎn)升高的方法測(cè)定是十分困難的。若用滲透壓法，則 = cRT =（0.001001038.314298.15）Pa = 2.48103 Pa 此數(shù)值可以很精確地測(cè)定。,等滲溶液與反滲透,等滲溶液 人體血液的滲透壓約為780kPa，病人注射或輸液時(shí)，使用0.9%的NaCl溶液（0.16 moldm-3）或5%的葡萄糖溶液(0.28moldm-3)，這兩種溶液與紅細(xì)胞和血漿都是等滲溶液（即滲透壓相等）。,反滲透 若外加在溶液上的壓力大于滲透壓，則會(huì)使溶液中的溶劑向純?nèi)軇┓较蛄鲃?dòng)，使純?nèi)軇w積增加，該過(guò)程叫反滲透。廣泛用于海水淡化、工業(yè)廢水的處理及溶液的濃縮等，關(guān)鍵在于耐高壓半透膜的制備。,5. 稀溶液的依數(shù)性,難揮發(fā)非電解質(zhì)稀溶液的性質(zhì)(蒸氣壓下降，沸點(diǎn)上升和凝固點(diǎn)下降，以及溶液滲透壓)與一定量溶劑中溶質(zhì)分子的數(shù)目成正比,而與溶質(zhì)本性無(wú)關(guān)的現(xiàn)象,稱(chēng)為稀溶液的依數(shù)性，也稱(chēng)稀溶液定律。,答：濃溶液中溶質(zhì)的微粒數(shù)較多，溶質(zhì)微粒間的相互作用及溶質(zhì)微粒與溶劑分子間的相互作用復(fù)雜，使稀溶液定律的定量關(guān)系產(chǎn)生偏差。而在電解質(zhì)溶液中，由于電解質(zhì)的解離，使得稀溶液定律的定量關(guān)系不適用。,思考：相同濃度的電解質(zhì)溶液的蒸氣壓與非電解質(zhì)比如何變化？,答：其蒸氣壓下降，沸點(diǎn)上升和凝固點(diǎn)下降，以及溶液滲透壓的數(shù)值變化均比同濃度的非電解質(zhì)大。,3.1.2 電解質(zhì)溶液的通性,阿侖尼烏斯根據(jù)電解質(zhì)溶液不服從稀溶液定律的現(xiàn)象，提出了電離理論。1903年他獲得了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。電離理論認(rèn)為電解質(zhì)分子在水溶液中解離成離子，使得溶液中的微粒數(shù)增大，故它們的蒸汽壓、沸點(diǎn)、熔點(diǎn)的改變和滲透壓數(shù)值都比非電解質(zhì)大。,解離度溶液中已解離的電解質(zhì)的分子數(shù)與電解質(zhì)總分子數(shù)之比。,附例3.1 將質(zhì)量摩爾濃度均為0.10 molkg-1的BaCl2, HCl, HAc, 蔗糖水溶液的粒子數(shù)、蒸氣壓、沸點(diǎn)、凝固點(diǎn)和滲透壓按從大到小次序排序:,解：按從大到小次序排序如下： 粒子數(shù) BaCl2 HCl HAc 蔗糖 蒸氣壓 蔗糖 HAc HCl BaCl2 沸點(diǎn) BaCl2 HCl HAc 蔗糖 凝固點(diǎn) 蔗糖 HAc HCl BaCl2 滲透壓 BaCl2 HCl HAc 蔗糖,從部分電解質(zhì)的0.1molkg-1溶液的凝固點(diǎn)下降數(shù)值與理論值的比較可以得到電解質(zhì)溶液的偏差 i 值,電解質(zhì) 實(shí)測(cè)Tf / K 計(jì)算 Tf / K i= Tf / Tf NaCl 0.348 0.186 1.87 HCl 0.355 0.186 1.91 K2SO4 0.458 0.186 2.46 CH3COOH 0.188 0.186 1.01,可以看出，產(chǎn)生的偏差有以下規(guī)律： A2B(AB2)強(qiáng)電解質(zhì)AB強(qiáng)電解質(zhì)AB弱電解質(zhì)非電解質(zhì),思考：你還能舉例說(shuō)明電離理論的其他應(yīng)用嗎？,3.2 水溶液中的單相離子平衡,水溶液中的單相離子平衡一般分為酸、堿的解離平衡及配離子的解離平衡兩類(lèi)。,根據(jù)解離度的大小，將電解質(zhì)分為強(qiáng)電解質(zhì)和弱電解質(zhì)兩類(lèi)。強(qiáng)電解質(zhì)在水中全部解離，而弱電解質(zhì)在水溶液中只有部分解離，大部分仍以分子形式存在。弱電解質(zhì)在水溶液中存在解離平衡。,3.2.1 酸堿在水溶液中的解離平衡,1. 酸堿的概念 按先后次序，酸堿理論主要有以下幾種： 酸堿電離理論（阿氏水離子論） 在水溶液中解離時(shí)所生成的正離子全部是H+的化合物是酸；所生成的負(fù)離子全部是OH的化合物是堿。酸堿中和反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是H+ + OH = H2O。,酸堿電離理論的缺陷： 把酸、堿的定義局限于以水為溶劑的系統(tǒng)。,無(wú)法解釋NH3、Na2CO3均不含OH，也具有堿性。,酸堿質(zhì)子理論,凡能給出質(zhì)子的物質(zhì)都是酸；凡能結(jié)合質(zhì)子的物質(zhì)都是堿。,酸、堿可以是分子，也可以是離子。酸給出質(zhì)子后可以再結(jié)合質(zhì)子，因此酸給出質(zhì)子后就變?yōu)閴A： 酸 質(zhì)子 + 堿 (質(zhì)子給予體） (質(zhì)子接受體）,如在水溶液中 HCl(aq） H+(aq) +Cl-(aq) HAc(aq) H+(aq) +Ac(aq) NH4+(aq) H+(aq) +NH3(aq) HCO3-(aq) H+(aq) + CO32-(aq) Al(H2O)63+ H+(aq)+ Al(H2O)5(OH-)2+ 酸 質(zhì)子 + 堿,共軛酸堿概念,酸與對(duì)應(yīng)的堿的這種相互依存、相互轉(zhuǎn)化的關(guān)系稱(chēng)為酸堿共軛關(guān)系。酸失去質(zhì)子后形成的堿被稱(chēng)為該酸的共軛堿；堿結(jié)合質(zhì)子后形成的酸被稱(chēng)為該堿的共軛酸。共軛酸與它的共軛堿一起稱(chēng)為共軛酸堿對(duì)。例如:,酸堿質(zhì)子理論擴(kuò)大了酸堿的范圍，它比電離理論更廣泛，其酸堿的定義只以H+為判據(jù)，與溶劑無(wú)關(guān)，可以解釋NH3、Na2CO3以及NH4Cl等的酸堿性。,兩性物質(zhì): H2O, HCO3 (所有酸式根) 無(wú)鹽的概念: NH4Cl (酸堿復(fù)合物),酸堿質(zhì)子理論是概念的一場(chǎng)革新：,酸堿電子理論,凡能接受電子對(duì)的物質(zhì)是酸，凡能給出電子對(duì)的物質(zhì)是堿,也稱(chēng)為路易斯酸堿理論。 H + OH = H2O 酸 + 堿 = 酸堿加合物,(1) H3BO3 H+ + H2BO3 (錯(cuò)誤) H3BO3 + H2O B(OH)4 + H+ （硼酸是路易斯酸）,Cu2+ + 4NH3 Cu(NH3)42+ 深藍(lán)色 酸 堿 加合物 酸堿電子理論擺脫了酸必須含有H的限制，包括的范圍更廣。,2. 酸堿離子平衡及pH計(jì)算,除少數(shù)強(qiáng)酸、強(qiáng)堿外，大多數(shù)酸和堿溶液都存在解離平衡，其平衡常數(shù)稱(chēng)為解離常數(shù)Ka或Kb，其值可由熱力學(xué)數(shù)據(jù)求算，也可由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。,同類(lèi)型弱酸(堿)的相對(duì)強(qiáng)弱可由解離常數(shù)值的大小得出，如HF(3.5310-4)和HAc(1.7610-5)均為一元弱酸，但HF的酸性比HAc強(qiáng)。 HF,H2SO3,HNO2,H3PO4 一般稱(chēng)為中強(qiáng)酸。,一元弱酸和一元弱堿 HAc(aq) = H+(aq) + Ac(aq),一元弱酸和一元弱堿的電離,設(shè)一元弱酸HA的濃度為c, 解離度為 HA = H+ + A- 起始濃度 c 0 0 平衡濃度 c(1-) ca ca,例題,附例3.1 已知HAc的Ka =1.7610-5，計(jì)算3.0%米醋(含HAc濃度為0.50 moldm-3)的pH。,解：設(shè)米醋溶液中H+的平衡濃度為x moldm-3, 則 HAc(aq) = H+(aq) + Ac-(aq) 平衡濃度/moldm-3 0.50 x x x Ka = 1.7610-5 Ka / c10-4 0.50 x 0.5,例題,例3.2 計(jì)算0.100 moldm-3 NH4Cl溶液中H+濃度及其pH。,解： NH4Cl(aq) = NH4+(aq) + Cl(aq) NH4+(aq) + H2O(l) = NH3(aq) + H3O+ (aq) Ka =5.6510-10,3 多元弱酸和多元弱堿,多元弱酸(堿)的解離是分級(jí)進(jìn)行的，每一級(jí)解離都有一個(gè)解離常數(shù),以磷酸為例：,說(shuō)明,式中，Ka,3 K a,2 K a,1，每級(jí)解離常數(shù)差36個(gè)數(shù)量級(jí)。 因此， H+濃度的計(jì)算以一級(jí)解離為主。,計(jì)算H+濃度時(shí)，當(dāng)Ka,2 / K a,1103時(shí)，可忽略二、三級(jí)解離平衡。,比較多元弱酸的酸性強(qiáng)弱時(shí)，只需比較它們一級(jí)解離常數(shù)值即可。,例題,思考：當(dāng)Ka,1Ka,2時(shí)，二價(jià)酸根的濃度是否都等于Ka,2。,附例3.3 已知 H2CO3的 Ka,1= 4.3010-7， K a,2 = 5.6110-11, 計(jì)算0.0200 moldm-3 H2CO3溶液中H+和 的濃度及pH。,共軛酸堿解離常數(shù)之間關(guān)系,根據(jù)已知弱酸(堿)的解離常數(shù)Ka(Kb)，可計(jì)算得其共軛離子堿(酸)的Kb(Ka)。以Ac為例 Ac(aq) + H2O(l) = HAc(aq) + OH(aq),常溫時(shí)，Kw = 1.0 10 14,即 K a K b = Kw , Kw稱(chēng)為水的離子積常數(shù),思考1：對(duì)于共軛酸堿的概念，若其共軛酸越強(qiáng)，則其共軛堿越弱。此結(jié)論正確嗎？,Ka、Kb互成反比，體現(xiàn)了共軛酸堿之間的強(qiáng)度對(duì)立統(tǒng)一的辨證關(guān)系。,思考2：設(shè)有一個(gè)二元酸，其一 級(jí)和二級(jí)解離常數(shù)分別為Ka,1和Ka,2，共軛堿的一 級(jí)和二級(jí)解離常數(shù)分別為Kb,1和Kb,2，它們之間有何關(guān)系？,已知Ka或Kb，可求共軛酸堿對(duì)中另一個(gè)堿或酸的Kb或Ka的值。在本題中， Ka,1 Kb,2 = Kw，Ka,2 Kb,1 =Kw。,溶液pH的實(shí)驗(yàn)測(cè)定： pH試紙(廣泛,精密) 簡(jiǎn)單、方便、粗略 pH計(jì)（酸度計(jì)） 較精確、可數(shù)字顯示或自動(dòng)記錄,4. 緩沖溶液和pH的控制,同離子效應(yīng) 在弱酸的溶液中加入該酸的共軛堿，或在弱堿的溶液中加入該堿的共軛酸，使得弱酸或弱堿的解離度大大下降的現(xiàn)象，稱(chēng)為同離子效應(yīng)。,如HAc的水溶液中， HAc(aq) = H+(aq) + Ac-(aq),加入NaAc，由于NaAc = Na+Ac 使得HAc解離平衡向左移動(dòng)，HAc的解離度降低。,例題,例3.3 在0.100 moldm-3HAc溶液中加入一定量固體NaAc，使NaAc的濃度等于0.100 moldm-3，求該溶液中H+濃度，pH和HAc的解離度。,解：設(shè)已解離的HAc的濃度為x moldm-3 HAc = H+ + Ac 起始濃度/ moldm-3 0.1 0 0.1 平衡濃度/moldm-3 0.1x x 0.1+x,c(H+) = x moldm-3= 1.76 10-5 moldm-3, pH = 4.75,與例3.1相比,同離子效應(yīng)使HAc從1.34%降為0.018%, c(H+)從1.34 10-3 moldm-3 減少到1.76 10-5 moldm-3(降低76倍)。,緩沖溶液,弱酸及其共軛堿或弱堿及其共軛酸所組成的溶液具有一個(gè)重要性質(zhì)，該溶液的pH在一定范圍內(nèi)不因稀釋或外加少量酸或堿而發(fā)生顯著變化，即對(duì)外加的酸和堿具有緩沖能力，這種溶液稱(chēng)作緩沖溶液。,以HAc和NaAc的混合溶液為例: NaAc = Na+ Ac- HAc(aq) = H+(aq) + Ac-(aq) 系統(tǒng)中大量HAc、Ac存在，使H+相對(duì)較少。當(dāng)溶液中加入少量強(qiáng)酸時(shí)，H+與Ac結(jié)合生成HAc，使H+的濃度保持基本不變。,若往系統(tǒng)中加入少量強(qiáng)堿，則H+與OH-結(jié)合生成H2O，使HAc解離平衡右移， HAc的濃度減少，而H+的濃度仍保持基本不變。,緩沖溶液的pH,當(dāng)加入大量的強(qiáng)酸或強(qiáng)堿，使溶液中的Ac或HAc耗盡，則溶液將失去緩沖能力。,組成緩沖溶液的一對(duì)共軛酸堿，如HAcAc又稱(chēng)為緩沖對(duì)。可用通式表示緩沖對(duì)之間存在的平衡： 共軛酸 = 共軛堿 + H+,例題,附例3.4 40.00 cm3 1.000moldm-3 HAc與20.00cm3 1.000 moldm-3 NaOH混合，求混合液的pH?,解：HAc + NaOH = NaAc + H2O 由于HAc過(guò)量，反應(yīng)平衡后生成0.02000mol的Ac，并剩余0.02000mol HAc，溶液總體積為60cm3。于是,已知HAc的pKa為4.76 因此,例題,解：50.00cm3緩沖溶液中加入鹽酸后總體積為50.05 cm3，加入的1.000 moldm3鹽酸由于稀釋?zhuān)瑵舛茸優(yōu)椋?由于加入的H+的量相對(duì)于溶液中Ac的量而言很小，可認(rèn)為加入的H+完全與Ac結(jié)合成HAc分子。于是 c(HAc) = (0.1000 + 0.001)mol dm3 = 0.101 mol dm3, c(Ac) = (0.1000 0.001)mol dm3 = 0.099 mol dm3,附例3.5 已知若在 50.00 cm3 含有 0.1000 moldm3的HAc 和0.1000 moldm3 NaAc緩沖液中，加入0.050 cm3 1.000 moldm3 鹽酸，求其pH。,說(shuō)明,計(jì)算結(jié)果表明，50 cm3 HAc-NaAc緩沖溶液中，若加入少量的強(qiáng)酸(0.05cm3 1.0moldm-3的鹽酸)，溶液的pH由4.76降至4.74，僅改變0.02；但若在50cm3純水中加入0.05cm3 1.0 moldm-3 HCl 溶液，則由于H+的濃度約為0.001moldm-3，pH等于3。即pH改變了4個(gè)單位。,思考：緩沖溶液的緩沖能力與哪些因素有關(guān)？,緩沖能力主要與以下因素有關(guān)： 緩沖溶液中共軛酸的pKa值：緩沖溶液的pH在其pKa值附近時(shí)，緩沖能力最大。 緩沖對(duì)的濃度：緩沖對(duì)的濃度均較大時(shí)，緩沖能力較大。 緩沖對(duì)的濃度比: 為1:1或相近(0.110)時(shí),緩沖能力較大。,緩沖溶液的選擇和配制,據(jù)所需pH選擇緩沖對(duì) 緩沖溶液的pH不僅取決于緩沖對(duì)中共軛酸的Ka，還取決于緩沖對(duì)中兩種物質(zhì)濃度的比值。緩沖對(duì)中任一物質(zhì)的濃度過(guò)小都會(huì)使溶液?jiǎn)适Ь彌_能力，故兩者濃度之比最好趨近于1，此時(shí)緩沖能力最強(qiáng)。,當(dāng)c(共軛酸) = c(共軛堿)時(shí)，pH = pKa 因此選擇緩沖體系時(shí)，應(yīng)選擇共軛酸的pKa與要求的pH相近的緩沖對(duì)。,一般認(rèn)為，當(dāng)緩沖對(duì)的濃度比在0.1和10之間才具有緩沖作用，因此，緩沖溶液的pH 和pKa之間有以下關(guān)系： pH = pKa 1,常用緩沖溶液,常用緩沖溶液的緩沖范圍,例題,附例3.6： 要配制10cm3 pH=5的HAc-NaAc緩沖液，問(wèn)需濃度為1.0 moldm-3的HAc和NaAc溶液各多少毫升？,由于兩者濃度相同，因此只需體積比和總體積滿(mǎn)足： V(HAc)/V(NaAc)=0.562 又V(HAc) + V(NaAc) = 10cm3 因此：V(HAc) = 3.6 cm3；V(NaAc) = 6.4 cm3,解：,附例3.7： 1.比較同濃度Na2S, NaAc, NaCN, Na2CO3溶液pH的大小。(已知有關(guān)的Ka, Kb) 2.定性比較0.10mol.dm-3 下列溶液的pH(根據(jù)化學(xué)知識(shí))。 HAc, HAc + NaAc, H3PO4 , NaAc, Na2CO 3 , NaOH,3.2.2 配離子的解離平衡,配離子和配位化合物 由中心離子或中心原子和若干個(gè)中性分子或它種離子（稱(chēng)為配位體）通過(guò)配位鍵結(jié)合而成的復(fù)雜離子叫做配離子（絡(luò)離子），如Cu(NH3)42+、Ag(NH3)2+。,含有配離子的化合物稱(chēng)為配位化合物(配合物，絡(luò)合物)。如 Cu(NH3)4SO4，配離子與簡(jiǎn)單離子具有很不相同的性質(zhì)。如 CuSO4 + 2NaOH Cu(OH )2 + Na2SO4 CuSO4+NH3(過(guò)量)Cu(NH3)4SO4（深藍(lán)色） Cu(NH3)4SO4 + NaOH無(wú)沉淀,1. 配離子的組成,可解離的配合物也稱(chēng)配鹽，配鹽由兩部分組成：,配離子 由中心原子(或中心離子)與配位體以配位鍵結(jié)合的、帶電荷的原子團(tuán)。配離子不再具有簡(jiǎn)單離子原有的性質(zhì)；,帶有與配離子異號(hào)電荷的離子 該部分仍保留其原有的性質(zhì),配離子的解離平衡常數(shù),當(dāng)忽略濃度量綱時(shí)，可簡(jiǎn)化為：,配離子的穩(wěn)定常數(shù),對(duì)于同一類(lèi)型的配離子，K解離越大，配離子越易解離即越不穩(wěn)定。因此，配離子的解離平衡常數(shù)又稱(chēng)作不穩(wěn)定常數(shù)，用K i (K 不穩(wěn))表示。,顯然，,配離子的穩(wěn)定性可以用穩(wěn)定常數(shù)Kf (Formation Constant 或K生成)表示，定義：,2. 配離子解離平衡的移動(dòng),思考：在什么情況下可以促使配離子解離？,加入可以與配離子中的中心離子或配體生成更難解離的化合物降低溶液中中心離子或配體的濃度，使配離子不斷解離。,3.3 難溶電解質(zhì)的多相離子平衡,可溶電解質(zhì)的解離平衡是單相體系的離子平衡。難溶電解質(zhì)在水溶液中，存在固體和溶液中離子之間的平衡，即多相離子平衡。,難溶鹽的定義： 習(xí)慣上將100g H2O中溶解度小于0.01g的物質(zhì)稱(chēng)作難溶物。,3.3.1 溶度積和多相離子平衡,溶度積 在一定溫度下，溶解與結(jié)晶速率相等時(shí)，便建立了固體和溶液中離子之間的動(dòng)態(tài)平衡，稱(chēng)為多相離子平衡或溶解平衡，此時(shí)的溶液稱(chēng)為飽和溶液。如CaCO3在水中的溶解度雖小，但仍有一定數(shù)量的Ca2+、CO32-存在于溶液中。同時(shí)，溶液中的Ca2+與CO32-又會(huì)結(jié)合而不斷析出。 CaCO3(s) = Ca2+(aq) + CO32-(aq),當(dāng)溫度一定時(shí)，其離子濃度的乘積為一常數(shù)，這個(gè)平衡常數(shù)Ks(舊稱(chēng)Ksp)稱(chēng)為溶度積常數(shù)，簡(jiǎn)稱(chēng)溶度積。,溶度積和溶解度的關(guān)系,難溶電解質(zhì)的溶度積和溶解度都表示其溶解能力的大小。 若溶解度以s moldm-3表示 AB型難溶物質(zhì)，如AgCl, CaCO3, BaSO4等，有 CaCO3(s) = Ca2+(aq) + CO32-(aq) 平衡濃度/moldm-3 s s Ks (CaCO3) = s2,A2B型或A2B型難溶物質(zhì)，如Ag2CrO4，Mg(OH)2等，有 Ag2CrO4(s) = 2Ag+(aq) + CrO42-(aq) 平衡濃度/moldm-3 2s s Ks (Ag2CrO4) = (2s)2s = 4s3,思考：可以用Ks的大小判斷溶解度的大小嗎？,同類(lèi)型的物質(zhì)可以判斷，不同類(lèi)型時(shí)不能判斷。,對(duì)同類(lèi)型的難溶電解質(zhì)，可用溶度積Ks的大小來(lái)比較溶解度s的大小。但不同類(lèi)型的難溶電解質(zhì)則不宜直接用溶度積Ks的大小來(lái)比較溶解度s的大小。如：,溶度積 CaCO3 AgCl Ag2CrO4 Ks 8.710-9 1.5610-10 910-12 s 9.410-5 1.2510-5 1.3110-4 關(guān)系式,3.3.2 溶度積規(guī)則及其應(yīng)用,1. 溶度積規(guī)則 AnBm(s) = nAm+(aq) + mBn-(aq) Qc為任意狀態(tài)下有關(guān)離子濃度的乘積即濃度商,溶度積規(guī)則可用于判別沉淀的發(fā)生或溶解,2. 溶度積規(guī)則的應(yīng)用,附例3.7：廢水中Cr3+的濃度為 0.010 moldm-3, 加入固體NaOH使之生成Cr(OH)3 沉淀, 設(shè)加入固體NaOH后溶液體積不變，計(jì)算： 1) 開(kāi)始生成沉淀時(shí)，溶液OH-離子的最低濃度; 2) 若要使Cr3+的濃度小于4.0mgdm-3(7.710-5 moldm-3)以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，此時(shí)溶液的pH最小應(yīng)為多少？,解：1) Cr(OH)3(s) = Cr3+(aq) + 3OH(aq) 要生成沉淀時(shí)， Qc Ks，設(shè)c(OH) = x c(Cr3+) c(OH)3 = 0.010x3 6.310-31 ，得 x 4.010-10 moldm-3,2) 7.710-5x3 6.310-31, 解得 x 2.010-9 moldm-3 pOH = lg c(OH) 8.7，即pH 14 8.7 = 5.3,2. 沉淀的溶解,沉淀溶解的條件： 降低溶度積常數(shù)中相關(guān)離子的濃度，使得QcKs,利用酸堿反應(yīng) CaCO3(s) Ca2+ + CO32-+ H+ H2O + CO2 c(CO32-)下降，QcKs，CaCO3溶解。 又如： 部分金屬硫化物FeS、ZnS、MnS、NiS等能溶于稀酸： ZnS + 2H+ Zn2+ + H2S,利用絡(luò)合（配位）反應(yīng) AgCl(s) + NH3 Ag(NH3)2+ + Cl c(Ag+)下降,使得QcKs,利用氧化還原反應(yīng) 另有一些金屬硫化物如Ag2S、CuS、PbS等，其Ks太小，不溶于非氧化性酸，但可加入氧化性酸，極大地降低了S離子的濃度，使之溶解。 3PbS + 8HNO3(稀) = 3Pb(NO3)2 +3S+2NO+4H2O,3. 同離子效應(yīng),在難溶電解質(zhì)飽和溶液中，加入含有與難溶物組成中相同離子的強(qiáng)電解質(zhì)，使難溶電解質(zhì)的溶解度降低的現(xiàn)象稱(chēng)為同離子效應(yīng)。,同離子效應(yīng)使得Qc Ks，例如在AgCl飽和液中加入NaCl時(shí)，由于Cl離子的大量存在，使AgCl的溶解度下降。 AgCl(s) = Ag+ + Cl NaCl = Na+ + Cl c(Cl)上升，使得Qc Ks(AgCl)，此時(shí)c(Ag+)下降即AgCl的溶解度下降。,思考:AgCl(s)在0.01mol.dm-3下列溶液中的溶解度比在水中大的是 ( ) (1)KCN (2)AgNO3 (3)NH3 (4)NaCl,3,附例3.8：計(jì)算BaSO4在0.100 moldm-3 Na2SO4溶液中的溶解度，并與其在水中的溶解度比較。Ks (BaSO4) =1.0810-10,解：設(shè)s moldm-3為BaSO4在0.1 moldm-3 Na2SO4溶液中的溶解度 BaSO4(s) = Ba2+ + SO42- 平衡濃度/moldm-3 s s + 0.1 Ks = s (s + 0.1) 0.1s = 1.0810-10 解得：s =1.0810-9,BaSO4在純水中的溶解度為somoldm-3 so = =1.0410-5 溶解度降低了約104 (一萬(wàn)) 倍。,同離子效應(yīng)的應(yīng)用,工業(yè)上生產(chǎn)Al2O3 的過(guò)程 Al3+ + OH Al(OH)3 Al2O3 加入適當(dāng)過(guò)量的沉淀劑Ca(OH)2，可以使溶液中Al3+沉淀完全。 思考： 過(guò)量沉淀劑改為NaOH行嗎？,鉛用作陽(yáng)極材料 又如，在硫酸或硫酸鹽介質(zhì)中進(jìn)行電鍍或其他電化學(xué)處理時(shí)，?？梢杂昧畠r(jià)的鉛電極取代昂貴的鉑電極用作陽(yáng)極材料。就是由于存在大量的硫酸根離子，因同離子效應(yīng)使得鉛電極表面的硫酸鉛極難溶解。,4. 沉淀的轉(zhuǎn)化,一種沉淀向另一種更難溶的沉淀轉(zhuǎn)化的過(guò)程稱(chēng)為沉淀的轉(zhuǎn)化，如： PbCl2 + 2I = PbI2+ 2Cl 白 黃 Ks(PbCl2) = 1.610-5 Ks(PbI2) = 1.3910-8,沉淀轉(zhuǎn)化應(yīng)用： 鍋爐中的鍋垢的主要成分為CaSO4(Ks =7.1010-5 ),由于 CaSO4不溶于酸，難以除去。若用Na2CO3溶液處理，可轉(zhuǎn)化為更難溶但質(zhì)地疏松、易溶于酸的物質(zhì)CaCO3 (K s =4.9610-9 ) ，從而可以容易地用醋酸等弱酸清除。在實(shí)際應(yīng)用中用鹽酸來(lái)代替醋酸。,沉淀的轉(zhuǎn)化的應(yīng)用,廢水處理 含Hg2+廢水可以用硫化物進(jìn)行處理，但若用易溶硫化物如Na2S等進(jìn)行處理時(shí)，處理后的水中存在大量的硫離子，造成新的污染。利用沉淀轉(zhuǎn)化的方法，如用FeS處理含Hg2+廢水，則可以解決這個(gè)問(wèn)題。,FeS(s) + Hg2+(aq) = HgS(s) + Fe2+(aq), K =7.9 1033 因過(guò)量的FeS不溶于水，可以過(guò)濾除去。,3.4 膠體與界面化學(xué),一種或幾種物質(zhì)分散在另一種物質(zhì)中所形成的系統(tǒng)稱(chēng)為分散系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱(chēng)分散系。,分散系中被分散的物質(zhì)稱(chēng)為分散相。,分散相所處的介質(zhì)稱(chēng)為分散介質(zhì)。,思考：用淀粉和水制成的淀粉糊是一種分散系統(tǒng)。請(qǐng)指出該分散系統(tǒng)中的分散相和分散介質(zhì)。,在淀粉糊中，分散相是淀粉顆粒，分散介質(zhì)是水。,3.4.1 分散系分類(lèi),按分散相粒子的大小分類(lèi)：,分子分散體系：分散相粒子的直徑小于10-9m，屬于真溶液。例如氯化鈉、葡萄糖等水溶液。,膠體分散體系：分散相粒子的直徑在10-9m 10-7m之間，屬于膠體。例如蛋白質(zhì)、核酸等水溶液。,粗分散體系：分散相粒子的直徑大于10-7m，易聚沉。例如牛奶，豆?jié){，泥漿等。,按膠體與水的親合力分類(lèi)：,憎液溶膠 分散相粒子與水的親合力較弱，如AgI膠體等。,親液溶膠 分散相粒子與水的親合力較強(qiáng)，如蛋白質(zhì)、淀粉等。,1. 膠體的結(jié)構(gòu),以碘化銀膠體為例： AgNO3 + KI(過(guò)量) KNO3 + AgI 過(guò)量的 KI 用作穩(wěn)定劑 膠團(tuán)的結(jié)構(gòu)表達(dá)式 ：,(AgI)m,(AgI)m 膠核,(AgI)mnI (n-x) K+x- 膠粒,(AgI)mnI (n-x) K+x-xK+ 膠團(tuán),同一種膠體，膠粒的結(jié)構(gòu)可以因制備方法的不同而不同。,膠體的核心部分是不溶于水的粒子，稱(chēng)為膠核。膠核是電中性的。膠核上吸附了大量離子形成緊密層，稱(chēng)為膠粒。由于吸附的正、負(fù)離子不相等，因此膠粒帶電。膠粒周?chē)稚⒅c膠粒帶相反電荷的離子(自然也有其它離子)。膠粒及其帶相反電荷的離子構(gòu)成膠體的基本結(jié)構(gòu)單元膠團(tuán)。,附圖3.4 膠體結(jié)構(gòu)示意圖,2. 膠體的穩(wěn)定性,膠體是熱力學(xué)不穩(wěn)定系統(tǒng)。 但膠體能夠長(zhǎng)時(shí)間不發(fā)生沉降而穩(wěn)定存在，原因主要有：,膠體粒子的布朗運(yùn)動(dòng)。,思考：膠體的穩(wěn)定性如何？,膠體粒子帶有電荷的原因：膠體是一高度分散的系統(tǒng)，膠體粒子的總表面積非常大，因而具有高度的吸附能力，并能選擇性地吸附某種離子。,膠體粒子帶有電荷，膠粒之間有很強(qiáng)的相互排斥。,思考：在上例碘化銀膠體的制備中，為何吸附I而不是K+？,答：在碘化銀膠核的表面，碘化銀優(yōu)先吸附和組成有關(guān)的I。,3.4.2 膠體的聚沉與保護(hù),膠體的聚沉 使膠粒聚集成較大的顆粒而沉降的過(guò)程稱(chēng)為膠體的聚沉。促使膠體聚沉的因素有：,加入電解質(zhì)：電解質(zhì)中帶有與膠粒異號(hào)電荷的離子導(dǎo)致了溶膠的聚沉。 使溶膠在一定時(shí)間內(nèi)完全聚沉所需電解質(zhì)的最小濃度稱(chēng)為聚沉值，單位mmoldm-3。電解質(zhì)與膠粒異號(hào)電荷的離子的價(jià)數(shù)越高，聚沉效率越大，聚沉值越小。,將兩種帶異號(hào)電荷的溶膠混合,加熱,膠體的保護(hù) 加入某些高分子化合物，如動(dòng)物膠、蛋白質(zhì)、淀粉等,3.4.3 表面活性劑,凡能顯著降低兩相之間表面張力的物質(zhì)稱(chēng)表面活性劑。,表面活性劑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 表面活性劑具有兩類(lèi)性質(zhì)完全不同的基團(tuán)：親水基團(tuán)和親油基團(tuán)（疏水基團(tuán)）。,雙親分子結(jié)構(gòu) 表面活性劑在兩相界面作定向排列。使得兩相之間的表面張力大大降低。,圖3.5 表面活性劑在兩 相界面的排列,1. 表面活性劑分類(lèi),表面活性劑通常也按親水基團(tuán)的化學(xué)結(jié)構(gòu)來(lái)分類(lèi)，親水基團(tuán)是離子結(jié)構(gòu)的稱(chēng)為離子型，親水基團(tuán)是共價(jià)結(jié)構(gòu)的稱(chēng)為非離子型。,離子型表面活性劑又可分為陽(yáng)離子型(親水基團(tuán)是陽(yáng)離子)、陰離子型(親水基團(tuán)是陰離子)和兩性型(親水基團(tuán)既有陽(yáng)離子又有陰離子)表面活性劑。,顯然陽(yáng)離子型和陰離子型的表面活性劑不能混用，否則可能會(huì)發(fā)生沉淀而失去活性作用。,2. 表面活性劑舉例,陰離子表面活性劑,陽(yáng)離子表面活性劑,ArCH2N(CH3)3Br 季胺鹽類(lèi),非離子型 R-O-(CH2 -CH2-O-)n H 聚氧乙烯醚類(lèi),3. 表面活性劑的應(yīng)用,洗滌作用 洗滌劑是一種使用面很廣的表面活性劑。肥皂是最普通的一種。肥皂是包含17個(gè)碳原子的硬脂酸鈉鹽。,當(dāng)洗滌劑用來(lái)洗滌衣服或織物上的油污時(shí)，由于親油基與油脂類(lèi)分子之間有較強(qiáng)的相互作用力而進(jìn)入油污中。另一端的親水基與水分子之間存在較強(qiáng)的作用力而溶于水，這樣通過(guò)洗滌劑分子使水分子包圍了油污，降低了油污與織物之間的表面(界面)張力，再經(jīng)搓洗，振動(dòng)便可除去織物上的油污。,污漬,附圖3.6 洗滌劑的去污作用,乳化作用 兩種互不相溶的液體，若將其中一種均勻地分散成極細(xì)的液滴于另一液體中，便形成乳狀液。加入表面活性物質(zhì)使形成穩(wěn)定的乳狀液的作用叫做乳化作用。,若水為分散介質(zhì)而油為分散相，即油分散在水中，稱(chēng)為水包油型乳狀液，以符號(hào)O/W表示。例如，牛奶就是奶油分散在水中形成的O/W型乳狀液。,（a）O/W 型乳狀液 圖3.6 表面活性物質(zhì)穩(wěn)定乳狀液示意圖,若水分散在油中，則稱(chēng)為油包水型乳狀液，以符號(hào)W/O表示。例如，新開(kāi)采出來(lái)的含水原油就是細(xì)小水珠分散在石油中形成的W/O型乳狀液。,（b）W/O型乳狀液 圖3.6 表面活性物質(zhì)穩(wěn)定乳狀液示意圖,乳化作用的應(yīng)用,切削油 機(jī)械工業(yè)在高速切削時(shí)用乳化油作為冷卻劑，具有導(dǎo)熱性能好，潤(rùn)滑效果高且不沾工具等特點(diǎn)。,乳化燃油 內(nèi)燃機(jī)應(yīng)用含10%水的乳化燃油，燃燒效果不降低但能節(jié)省燃料。,農(nóng)用殺蟲(chóng)劑 農(nóng)業(yè)上用的殺蟲(chóng)劑一般都配制成O/W型乳狀液,便于噴霧，可使少量農(nóng)藥均勻地分散在大面積的農(nóng)作物上。同時(shí)由于表面活性劑對(duì)蟲(chóng)體的潤(rùn)濕和滲透作用也提高了殺蟲(chóng)效果。,其他 人體對(duì)油脂的消化作用就是因?yàn)槟懼?膽酸鹽)可以使油形成O/W型乳狀液面而加速消化。,乳化作用的破壞,在工業(yè)生產(chǎn)中也會(huì)遇到一些有害的乳狀液。例如含水原油不僅可以促使石油設(shè)備腐蝕，而且不利于石油的蒸餾。因此必須設(shè)法破壞這種乳狀液。,思考：什么時(shí)候人們需要消除乳化現(xiàn)象？,為要破壞有害的乳狀液，可加入破乳劑。,破乳劑也是一種表面活性物質(zhì)，其特點(diǎn)是有高的表面活性，但弱的成膜能力。能強(qiáng)烈地吸附于油水界面上，以取代原來(lái)在乳狀液中形成保護(hù)膜的乳化劑，而生成一種新膜。這種新膜的強(qiáng)度低，較易被破壞。 異戊醇、辛醇、乙醚等是優(yōu)良的破乳劑。,此外，還可用升高溫度、加入電解質(zhì)以及高速離心等方法來(lái)破乳。,起泡作用 泡沫是不溶性氣體分散于液體或熔融固體中所形成的分散系統(tǒng)。如肥皂泡沫(氣體分散在液體中)、泡沫塑料、泡沫玻璃(氣體分散在固體中)等。,機(jī)械攪拌液態(tài)水，這時(shí)進(jìn)入水中的空氣被水膜包圍形成了氣泡，但這些氣泡不穩(wěn)定。若對(duì)溶解了表面活性劑的水溶液進(jìn)行攪拌使其產(chǎn)生氣泡，就可以形成堅(jiān)固的液膜，使泡沫能保持較長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定地存在。這種能穩(wěn)定泡沫作用的表面活性劑叫做起泡劑。常見(jiàn)的起泡劑有肥皂、十二烷基苯磺酸鈉等。,空氣,圖3.7 氣泡的形成示意圖,起泡作用的應(yīng)用,滅火劑 起泡劑常用于制造滅火器，由于大量的泡沫覆蓋燃燒物的表面，使其與空氣中的氧氣隔絕，這樣便可達(dá)到滅火的效果。,泡沫選礦 起泡劑也用于泡沫浮選法以提高礦石的品位。將礦石粉碎成粉末，加水、起泡劑，攪拌并吹入空氣使產(chǎn)生氣泡，用捕集劑使礦物變成憎水性。礦物由于疏水性而粘附氣泡浮起，這樣便可分離收集有效成分。,其它 啤酒、汽水、洗發(fā)和護(hù)發(fā)用品等都需用起泡劑，使產(chǎn)生大量的泡沫。,消泡作用,在另外一些情況下，則必須消除泡沫，例如，洗滌、蒸餾、萃取等過(guò)程中，大量的泡沫會(huì)帶來(lái)不利。必須適當(dāng)抑制發(fā)泡，往往加入一些短碳鏈(如C5C8)的醇或醚，它們能將泡沫中的起泡劑分子替代出來(lái)；又由于碳鏈短，不能在氣泡外圍形成牢固的保護(hù)膜，從而降低氣泡的強(qiáng)度而消除泡沫。,3.4.4 膜化學(xué),膜是二維結(jié)構(gòu)的伸展體，是兩親分子組成的有序排列的集合體。它的基本功能是從物質(zhì)群中有選擇地透過(guò)或輸送特定的物質(zhì) (分子、離子、電子和光子等)。 膜是一種重要的基礎(chǔ)功能材料，它具有分離功能、生物功能和能量轉(zhuǎn)換功能等。,分離膜,具有分離功能的膜稱(chēng)為分離膜，是一種能有效分離提取所需物質(zhì)的功能膜。根據(jù)分離膜中微孔的大小及其疏密性的不同，通?？梢詫⒛し譃橹旅苣?、多孔膜和纖維質(zhì)膜。,致密膜中聚合物的填充方式是分子狀，孔徑為01.5nm，適用于反滲透，滲析，電滲析等操作使用。,多孔膜孔徑5nm1m，孔的大小與膠體粒子的大小一般，適用于超過(guò)濾，膜過(guò)濾等操作使用；,纖維質(zhì)膜孔徑2m以上，用于對(duì)更大分散質(zhì)的過(guò)濾操作。,分離膜的應(yīng)用,表3.2 常見(jiàn)分離膜及其應(yīng)用,能量轉(zhuǎn)化功能膜,能量轉(zhuǎn)化功能膜是當(dāng)今重要的研究課題之一。將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的重要應(yīng)用之一是光解水，產(chǎn)生氫和氧。將光能轉(zhuǎn)化為電能關(guān)鍵工作是制造出性能穩(wěn)定的有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池。大面積利用太陽(yáng)能一定需要用膜的形式。,LB膜,LB膜簡(jiǎn)介 LB膜是由美國(guó)科學(xué)家蘭繆爾(I. Langmuir)和勃洛杰脫(K. B. Blodgett) 建立的一種在固體表面上沉積的多層單分子膜?？稍诮M成上、次序上作任意安排，其層數(shù)與厚度皆可以在分子水平上控制。,LB膜的應(yīng)用 在生物膜的功能模擬研究中，以葉綠素、維生索、磷脂和膽固醇等物質(zhì)形成的LB膜，可用以研究生物膜中的電子傳遞、能量傳遞、生物膜電現(xiàn)象、物質(zhì)跨膜輸運(yùn)過(guò)程等。 利用LB膜可制成仿生薄膜，作為仿生傳感器。 光色互變的LB膜可作為光記憶材料。,3.5 水污染及其危害,水是一種寶貴的自然資源，是人類(lèi)生活、動(dòng)植物生長(zhǎng)和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不可缺少的物質(zhì)。 引起水體污染的原因有兩個(gè)方面：,自然污染 主要是自然原因所造成的，如特殊地質(zhì)條件使某些地區(qū)有某種化學(xué)元素大量富集，天然植物在腐爛過(guò)程中產(chǎn)生某種毒物，以降雨淋洗后夾帶各種物質(zhì)流入水體。,人為污染 是人類(lèi)生活和生產(chǎn)活動(dòng)中給水源帶進(jìn)了許多污染物，包括生活污水、工業(yè)廢水、農(nóng)田排水和礦山排水、廢渣和垃圾傾倒在水中或岸邊經(jīng)降雨淋洗流入水體也會(huì)造成污染。,3.5.1 無(wú)機(jī)物污染,重金屬 重金屬主要包括Hg、Cd、Pb、Cr等，此外還有As。As雖不是重金屬，但毒性與重金屬相似，故經(jīng)常和重金屬一起討論。重金屬的致害作用在于使人體中的酶失去活性，它們的共同特點(diǎn)是即使含量很小也有毒性，因?yàn)樗鼈兡茉谏矬w內(nèi)積累，不易排出體外，因此危害很大。,氰化物和酸堿污染,氰化物污染 氰化物的毒性很強(qiáng)，在水中以CN-存在。若遇酸性介質(zhì)，則CN-能生成毒 性極強(qiáng)的揮發(fā)性氫氰酸HCN。氰化物主要來(lái)源于電鍍、煤氣、冶金等工業(yè)的廢水。CN-的毒性是由于它與人體中的氧化酶結(jié)合，使氧化酶失去傳遞氧的作用，引起呼吸困難，全身細(xì)胞缺氧而窒息死亡。口腔粘膜吸進(jìn)約50mg氫氰酸，瞬時(shí)即能致死。我國(guó)工業(yè)廢水中氰化物的最大允許排放濃度(以CN-計(jì))為0.5mgdm-1。,酸堿污染 酸堿污染可使水體的pH發(fā)生變化(pH過(guò)低或過(guò)高)，會(huì)消滅或抑制一些有助于水凈化的細(xì)菌及微生物的生長(zhǎng)，從而影響了水的自?xún)裟芰Α?3.5.2 有機(jī)物污染,碳?xì)浠衔镂廴?城市生活污水和食品、造紙等工業(yè)廢水中含有大量的碳?xì)浠衔?、蛋白質(zhì)、脂肪等。它們?cè)谒械暮醚跷⑸?指生活時(shí)需要氧氣的微生物)的參與下，與O2作用降解時(shí)，要消耗水中溶解的O2 ，所以常常稱(chēng)這些有機(jī)物為耗氧有機(jī)物。,水中含有大量耗氧有機(jī)物時(shí)，水中溶解的O2將急劇下降，降至低于4mgdm-3時(shí)，魚(yú)就難以生存。若水中含O2量太低，這些有機(jī)物又會(huì)在厭氧微生物(指在缺氧的環(huán)境中才能生活的微生物)作用下，與水作用產(chǎn)生CH4、H2 S、NH3等物質(zhì)，即發(fā)生腐敗，使水變質(zhì)。,殺蟲(chóng)劑、洗滌劑和多氯聯(lián)苯、苯并芘等污染 隨著現(xiàn)代石油化學(xué)工業(yè)的高速發(fā)展，產(chǎn)生了多種原來(lái)自然界沒(méi)有的有機(jī)毒物，如有機(jī)氯農(nóng)藥、有機(jī)磷農(nóng)藥、合成洗滌劑，多氯聯(lián)苯(工業(yè)上用于油漆和油墨的添加劑,熱交換劑和塑料軟化劑等)、苯并芘(來(lái)源于煤焦油、汽油、煤、香煙等的不完全燃燒)。這些化合物在水中很難被微生物降解，因而稱(chēng)為難降解有機(jī)物。它們被生物吸收后，食物鏈逐步被濃縮而造成嚴(yán)重危害。其中如苯并芘、多氯聯(lián)苯等還有致癌作用。,石油 石油在開(kāi)采、煉制、貯運(yùn)、使用的過(guò)程中，原油和各種石油制品進(jìn)入環(huán)境而造成污染可帶來(lái)嚴(yán)重的后果。這不僅是因?yàn)槭偷母鞣N成分都有一定的毒性，還因?yàn)樗哂衅茐纳锏恼Ｉ瞽h(huán)境，造成生物機(jī)能障礙的物理作用。石油比水輕又不溶于水，覆蓋在水面上形成薄膜層，一方面阻止大氣中氧在水中溶解，另一方面因石油膜的生物分解和自身的氧化作用，消耗水中大量的溶解氧，致使水體缺氧。同時(shí)，油膜堵塞魚(yú)的鰓部，使魚(yú)呼吸困難，甚至引起魚(yú)死亡。若以含油污水灌田，也可因油粘膜粘附在農(nóng)作物上而使其枯死。,水污染,單擊播放,水與生態(tài),單擊播放,3.5.3 水的富營(yíng)養(yǎng)化,生活污水、食品等工業(yè)廢水、農(nóng)田排水和人畜糞便、含磷洗衣粉中，常含有磷、氮等水生植物生長(zhǎng)、繁殖所必需的營(yíng)養(yǎng)元素。在湖泊、水庫(kù)、內(nèi)海、海灣、河口等水體，水流緩慢，停留時(shí)間長(zhǎng)，植物營(yíng)養(yǎng)元素富集，又適宜于水生植物繁殖，因而使藻類(lèi)及浮游生物大量繁殖。,由于占優(yōu)勢(shì)的浮游生物的顏色不同