大學(xué)化學(xué)01氣體和溶液

1、第一章氣體和溶液學(xué)習(xí)要求1 .了解分散系的分類及主要特征。2 .掌握理想氣體狀態(tài)方程和氣體分壓定律。3 .掌握稀溶液的通性及其應(yīng)用。4 .掌握膠體的基本概念、結(jié)構(gòu)及其性質(zhì)等。5 .了解高分子溶液、乳狀液的基本概念和特征。1.1 氣體1.1.1 理想氣體狀態(tài)方程氣體是物質(zhì)存在的一種形態(tài)，沒有固定的形狀和體積，能自發(fā)地充滿任何容器。氣體的基本特征是它的擴(kuò)散性和可壓縮性。一定溫度下的氣體常用其壓力或體積進(jìn)行計(jì)量。在壓力不太高（小于101.325kPa溫度不太低（大于0C的情況下，氣體分子本身的體積和分子之間的作用力可以忽略，氣體的體積、壓力和溫度之間具有以下關(guān)系式：V=RTpn（1-1式中p為氣體的

2、壓力，SI單位為Pa;V為氣體的體積，SI單位為m3;n為物質(zhì)的量,SI單位為mol;T為氣體的熱力學(xué)溫度，SI單位為K;R為摩爾氣體常數(shù)。式（1-1稱為理想氣體狀態(tài)方程。在標(biāo)準(zhǔn)狀況（p=101.325Pa,T=273.15KT,1mol氣體的體積為22.414m3代入式（1-1可以確定R的數(shù)值及單位：333V101.32510Pa22.41410mRT1mol27315Kpn.-?=?3118.314PammolK-=?11=8.314JmolK-?(31Pam=1J?例1-1某氮?dú)怃撈咳莘e為40.0L,25C時(shí),壓力為250kPa計(jì)算鋼瓶中氮?dú)獾馁|(zhì)量。解:根據(jù)式(1-1333311V250

3、10Pa4010mRT8.314PammolK298.15Kpn?=4.0mol=N2的摩爾質(zhì)量為28.0gmol-1,鋼瓶中N2的質(zhì)量為:4.0mol28.0gmol-1=112g。1.1.2道爾頓分壓定律在生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，實(shí)際遇到的氣體大多是由幾種氣體組成的混合物。如果將幾種互不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的氣體放入同一容器，其中某一組分氣體i對(duì)容器壁施加的壓力，稱為該氣體的分壓（pi，它等于相同溫度下該氣體單獨(dú)占有與混合氣體相同體積時(shí)所產(chǎn)生的壓力。1801年英國(guó)物理學(xué)家道爾頓（DaltonJ通過大量實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，混合氣體中各組分氣體的分壓之和等于該混合氣體的總壓，這一關(guān)系被稱為道爾頓分壓定律?？杀硎緸椋?

4、231+niiipppppp=+=-2E（1式中:p為氣體的總壓;pi為組分氣體B的分壓。根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程，RTRT,VViipnpn=總總所以即iinppn=總總(1-3令iinxn=總，則iippx=總(1-4xi表示i的物質(zhì)的量與混合物的物質(zhì)的量之比，稱為組分i的摩爾分?jǐn)?shù)。對(duì)于任何一個(gè)多組分系統(tǒng)11niix=Z2o在同溫同壓的條件下，氣體的體積與其物質(zhì)的量成正比，因此混合氣體中組分i的體積分?jǐn)?shù)等于其摩爾分?jǐn)?shù)，即總總(1-5式中:Vi和V總分別表示組分i的體積和混合氣體的總體積。將式(1-5代入式(1-3,可得：V Viipp=總總(1-6該式表明同溫同壓下，混合氣體組分i的分壓等于組

5、分i的體積分?jǐn)?shù)與混合氣體總壓之乘積。嚴(yán)格來說，分壓定律僅適用于理想氣體混合物，但對(duì)壓力不太高的真實(shí)混合氣體在溫度不太低的情況下也可近似使用。在本課程中，把實(shí)際氣體均近似為理想氣體。例1-2冬季草原上的空氣主要含氮?dú)?、氧氣和氮?dú)?。在壓力?.9X04Pa及溫度為-20C時(shí)，收集的一份空氣試樣經(jīng)測(cè)定其中氮?dú)狻⒀鯕夂偷獨(dú)獾捏w積分?jǐn)?shù)分別為0.790、0.20、0.0100計(jì)算收集試樣時(shí)各氣體的分壓。解:根據(jù)式(1-6V Viipp=總總44244244(N0.790.7909.9107.8210Pa(O101.9810Pa(Ar=0.0100.0109.9100.09910Pap

6、ppppp=?=?=?=?=?=?總總總1.2溶液1.2.1 分散系物質(zhì)除了以氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)的形式單獨(dú)存在以外，還常常以一種（或多種物質(zhì)分散于另一種物質(zhì)中的形式存在，這種形式稱為分散系。例如，細(xì)小的水滴分散在空氣中形成的云霧，二氧化碳分散在水中形成的汽水，奶油分散在水中形成的牛奶，各種金屬化合物分散在巖石中形成的礦石等都是分散系。在分散系中，被分散的物質(zhì)稱為分散相（或分散質(zhì)，而容納分散質(zhì)的物質(zhì)稱為分散介質(zhì)（或分散劑。分散相處于分割成粒子的不連續(xù)狀態(tài)，而分散介質(zhì)則處于連續(xù)狀態(tài)。在分散系中，分散相和分散介質(zhì)可以是固體、液體或氣體。按分散相和分散介質(zhì)的聚集狀態(tài)分類，分散系可以分為九種，見表1-1。

7、表1-1按聚集狀態(tài)分類的各種分散系分散相分散介質(zhì)實(shí)例氣氣空氣、家用煤氣液氣云、霧周氣煙、灰塵氣液泡沫、汽水液液牛奶、豆?jié){、農(nóng)藥乳濁液固液泥漿、油漆氣固泡沫塑料、木炭液固肉凍、硅膠固固紅寶石、合金、有色玻璃止匕外，按照分散相粒子大小不同，常把分散系分為三類：低分子或離子分散系、膠體分散系和粗分散系，見表1-2。表1-2按分散相粒子大小分類的各種分散系分散相粒子直徑/nm分散系類型分散相主要特征實(shí)例<1低分子或離子分散系小分子或離子穩(wěn)定、擴(kuò)散快、粒子能透過半透膜單相系統(tǒng)氯化鈉、氫氧化鈉等水溶液1-100膠體分散系高分子溶液高分子穩(wěn)定、擴(kuò)散慢、粒子不能透過半透膜蛋白質(zhì)、核酸水溶液、橡膠的苯溶液

8、溶膠分子、離子、原子的聚集體較穩(wěn)定、擴(kuò)散慢、粒子不能透過半透膜多相系統(tǒng)氫氧化鐵、碘化銀溶膠>100粗分散系乳狀液、懸濁液分子的大集合體不穩(wěn)定、擴(kuò)散很慢、粒子不能透過濾紙乳汁、泥漿系統(tǒng)中任何一個(gè)均勻的(組成均一部分稱為一個(gè)相。在同一相內(nèi)，其物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)完全相同，相與相之間有明確的界面分隔。只有一個(gè)相的系統(tǒng)稱為單相系統(tǒng)或均相系統(tǒng)，有兩個(gè)或兩個(gè)以上相的系統(tǒng)稱為多相系統(tǒng)。低分子或離子分散系為均相系統(tǒng)，溶膠和粗分散系屬于多相系統(tǒng)。1.2.2溶液濃度的表示方法溶液作為物質(zhì)存在的一種形式，廣泛存在于自然界中，它與生物體的生存、發(fā)展有著密切的關(guān)系，生物體內(nèi)的各種生理、生化反應(yīng)都是在以水為主要容劑的

9、溶液系統(tǒng)中進(jìn)行的。此外，科學(xué)研究和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)也都與溶液密不可分。溶液的性質(zhì)與溶質(zhì)和溶劑的相對(duì)含量有關(guān)，為了研究和生產(chǎn)的不同需要，溶液濃度有很多表示方法，常用的有物質(zhì)的量濃度、摩爾分?jǐn)?shù)、質(zhì)量摩爾濃度和質(zhì)量分?jǐn)?shù)等。1 .物質(zhì)的量濃度物質(zhì)B的物質(zhì)的量除以混合物的體積，稱為物質(zhì)B的物質(zhì)的量濃度。在不可能混淆時(shí)，可簡(jiǎn)稱為濃度。用符cB表示，即BBVnc=(1-7式中:nB為物質(zhì)B的物質(zhì)的量,SI單位為mol,V為混合物的體積，SI單位為m3。體積常用的非SI單位為L(zhǎng),故濃度的常用單位為molL-1。根據(jù)SI規(guī)定，使用物質(zhì)的量單位mol時(shí)，應(yīng)指明物質(zhì)的基本單元。所以在使用物質(zhì)的量濃度時(shí)也必須注明物質(zhì)的基本

10、單元。例如c(H2SO4=0.10molL-1與c(1/2H2SO4=0.10molL-1的兩個(gè)溶液，它們濃度數(shù)值雖然相同，但是，它們所表示1L溶液中所含H2SO4的物質(zhì)的量是不同的，分別為0.10mol和0.050mol。2 .摩爾分?jǐn)?shù)物質(zhì)B的物質(zhì)的量與混合物總物質(zhì)的量之比，稱為物質(zhì)B的摩爾分?jǐn)?shù)。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：BBnxn(1-8式中:,xi為物質(zhì)B的摩爾分?jǐn)?shù),SI單位為1;nB為物質(zhì)B的物質(zhì)的量,SI單位為mol;n為混合物總物質(zhì)的量，SI單位為mol。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，成為溶質(zhì)B的質(zhì)量摩爾濃度。其數(shù)學(xué)表達(dá)式APPENDIXF-BARRIERANALY

11、SISTherearemanythingsthatshouldbeaddressedduringtheperformanceofaBarrierAnalysis.NOTE:Inthisusage,abarrierisfromManagementOversightandRiskTree(MORTterminologyandissomethingthatseparatesanaffectedcomponentfromanundesirablecondition/situation.FigureF-lprovidesanexampleofBarrierAnalysis.Thequestionslis

12、tedbelowaredesignedtoaidindeterminingwhatbarrierfailed,thusresultingintheoccurrence.Whatbarriersexistedbetweenthesecond,third,etc.condition/situationandthesecond,third,blems?Iftherewerebarriers,didtheyperformtheirfunctions?Why?Didthepresenceofanybarriersmitigateorincreasetheoccurrenceseverity

13、?Why?Wereanybarriersnotfunctioningasdesigned?Why?Wasthebarrierdesignadequate?Why?Werethereanybarriersinthecondition/situationsource(s?Didtheyfail?Why?Werethereanybarriersontheaffectedcomponent(s?Didtheyfail?Why?Werethebarriersadequatelymaintained?Werethebarriersinspectedpriortoexpecteduse?Whywereany

14、unwantedenergiespresent?Istheaffectedsystem/componentdesignedtowithstandthecondition/situationwithoutthebarriers?Why?Whatdesignchangescouldhavepreventedtheunwantedflowofenergy?Why?Whatoperatingchangescouldhavepreventedtheunwantedflowofenergy?Why?Whatmaintenancechangescouldhavepreventedtheunwantedflo

15、wofenergy?Why?Couldtheunwantedenergyhavebeendeflectedorevaded?Why?Whatothercontrolsarethebarrierssubjectto?Why?Wasthiseventforeseenbythedesigners,operators,maintainers,anyone?Isitpossibletohaveforeseentheoccurrence?Why?Isitpracticaltohavetakenfurtherstepstohavereducedtheriskoftheoccurrence?Canthisre

16、asoningbeextendedtoothersimilarsystems/components?Wereadequatehumanfactorsconsideredinthedesignoftheequipment?Whatadditionalhumanfactorscouldbeadded?Shouldbeadded?Isthesystem/componentuserfriendly?Isthesystem/componentadequatelylabeledforeaseofoperation?Istheresufficienttechnicalinformationforoperat

17、ingthecomponentproperly?Howdoyouknow?Istheresufficienttechnicalinformationformaintainingthecomponentproperly?Howdoyouknow?Didtheenvironmentmitigateorincreasetheseverityoftheoccurrence?Why?Whatchangesweremadetothesystem/componentimmediatelyaftertheoccurrence?Whatchangesareplannedtobemade?Whatmightbem

18、ade?Havethesechangesbeenproperly,adequatelyanalyzedforeffect?Whatrelatedchangestooperationsandmaintenancehavetobemadenow?Areexpectedchangescosteffective?Why?Howdoyouknow?Whatwouldyouhavedonedifferentlytohavepreventedtheoccurrence,disregardingalleconomicconsiderations(asregardsoperation,maintenance,a

19、nddesign?Whatwouldyouhavedonedifferentlytohavepreventedtheoccurrence,consideringalleconomicconcerns(asregardsoperation,maintenanceanddesign?為:BBAnbm=(1-9式中:bB為溶質(zhì)B的質(zhì)量摩爾濃度，其SI單位為molkg-1;nB是溶質(zhì)B的物質(zhì)的量,SI單位為mol;mA是溶劑的質(zhì)量，SI單位為kg。由于物質(zhì)的質(zhì)量不受溫度的影響，所以溶液的質(zhì)量摩爾濃度是一個(gè)與溫度無關(guān)的物理量。4,質(zhì)量分?jǐn)?shù)物質(zhì)B的質(zhì)量與混合物的質(zhì)量之比，稱為B的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

20、BBmm二(1-10式中:mB為物質(zhì)B的質(zhì)量;m為混合物的質(zhì)量；皿物質(zhì)B的質(zhì)量分?jǐn)?shù),SI單位為1。例1-3求(NaCl=5%勺NaCl水溶液中溶質(zhì)和溶劑的摩爾分?jǐn)?shù)。解:根據(jù)題意100g溶液中含有NaCl5g水95g。因此122122222(NaCl5g(NaCl0.086molM(NaCl58gmol(HO95g(HO=5.28molM(HO18.0gmol(NaCl0.086mol(NaCl0.016(NaCl(HO(0.0865.28mol(HO5.28molHO(NaCl(HO(0.0865.28molmnmnnxnnnxnn-=?=?=+=+0.984例1-4已知濃硫酸的密度為1.84

21、gmL-1,含硫酸為96.0%，如何配制c(H2SO4=0.10molL-1的硫酸溶液500mL?BBBBBBBBVM/MnmmcmCl)p111242424(HSO0.9601.84gmL1000mLL(HSO18.0molLM(HSO98.0gmolcp-?=?濃濃濃1242424124(HSOV(HSO0.01molL0.500LV(HSO0.0028L=2.8mL(HSO18.0molLcc-?=?濃濃1.2.3稀溶液的通性溶液有兩大類性質(zhì)，一類性質(zhì)與溶液中溶質(zhì)的本性有關(guān)，比如溶液的顏色、密度、酸堿性和導(dǎo)電性等；另一類性質(zhì)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)的本性無關(guān)，如溶液的蒸氣壓

22、、凝固點(diǎn)、沸點(diǎn)和滲透壓等。特別值得注意的是后一類性質(zhì)，對(duì)于難揮發(fā)非電解質(zhì)稀溶液來說，它們（蒸氣壓下降、沸點(diǎn)升高、凝固點(diǎn)降低和滲透壓與一定量的溶劑中所含溶質(zhì)的物質(zhì)的量成正比，我們把這一類性質(zhì)稱為稀溶液的通性（或稀溶液的依數(shù)性。1.水的相圖由于稀溶液的通性和溶劑的相平衡有關(guān)，因此先介紹溶劑水的相平衡及其相圖。圖1-1是根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制的水的相圖。它由三條線、一個(gè)點(diǎn)和三個(gè)區(qū)域組成。圖中線OA、OB、OC分別代表水的氣液、氣固、固液兩相平衡線，表示兩相平衡時(shí)平衡壓力與溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系。曲線上的任何一點(diǎn)都代表兩相共存時(shí)的溫度和壓力條件。在氣液平衡線OA上，當(dāng)蒸氣壓等于外界壓力時(shí)，液體產(chǎn)生沸騰現(xiàn)象，此時(shí)對(duì)應(yīng)

23、的溫度就是液體的沸點(diǎn)。如標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（P?下，水的沸點(diǎn)是373.15Ko三條曲線相交于O點(diǎn)，它代表固態(tài)冰、液態(tài)水、氣態(tài)水蒸氣三相共存的溫度和壓力條件，稱為水的三相點(diǎn)，其溫度為273.16K，壓力為0.611kPa。三條線將相圖平面分為三個(gè)區(qū)域,AOB區(qū)為氣相區(qū),AOC區(qū)為液相區(qū),BOC區(qū)為固相區(qū)，每個(gè)區(qū)域內(nèi)只存在一個(gè)相，所以又稱為單相區(qū)。根據(jù)水的相圖，給定溫度和壓力，就可以確定水的狀態(tài)。圖1-1水的相圖273.16373.15T/KP2.溶液蒸氣壓下降將一種純?nèi)軇┲糜谝粋€(gè)密封容器中，在溶劑表面存在著一個(gè)蒸發(fā)與凝聚的動(dòng)態(tài)平衡。當(dāng)蒸發(fā)為氣態(tài)的溶劑粒子數(shù)目與氣態(tài)粒子凝聚成液態(tài)溶劑的粒子數(shù)目相等時(shí)這時(shí)液

24、體上方的蒸氣所具有的壓力稱為溶劑在該溫度下的飽和蒸氣壓，簡(jiǎn)稱蒸氣壓(p00飽和蒸氣壓與物質(zhì)的種類有關(guān)，有些物質(zhì)的蒸氣壓很大，如乙醴、汽油等；有些物質(zhì)的蒸氣壓很小，如甘油、硫酸等。蒸氣壓的大小，與液體分子間的吸引力有關(guān)，吸引力越大,蒸氣壓越小。極性分子之間的吸引力強(qiáng)，蒸氣壓小。非極性分子之間的吸引力小，蒸氣壓大。相對(duì)分子質(zhì)量越大，分子間的作用力越強(qiáng)，蒸氣壓越小。如果在純?nèi)軇┲屑尤胍欢康姆菗]發(fā)性溶質(zhì)，溶劑的表面就會(huì)被溶質(zhì)粒子部分占據(jù)，溶劑的表面積相對(duì)減小，所以單位時(shí)間內(nèi)逸出液面的溶劑分子數(shù)相比于純?nèi)軇┮?。所以，達(dá)到平衡時(shí)溶液的蒸氣壓就比純?nèi)軇┑娘柡驼魵鈮旱?，這種現(xiàn)象稱為溶液蒸氣壓下降。法國(guó)物理

25、學(xué)家拉烏爾(RaoultFM在1887年總結(jié)出一條關(guān)于溶液蒸氣壓的規(guī)律。他指出在一定溫度下，難揮發(fā)非電解質(zhì)稀溶液的蒸氣壓等于純?nèi)軇┑娘柡驼魵鈮号c溶液中溶劑的摩爾分?jǐn)?shù)的乘積，即0Appx=?(1-11式中:p為溶液的蒸氣壓，SI單位為Pa;p0為純?nèi)軇┑娘柡驼魵鈮?，單位為Pa;xA為溶劑的摩爾分?jǐn)?shù)對(duì)于一個(gè)雙組分溶液體系,xA+xB=1,即xA=1-xB所以000BB(1ppxppx=?-=-?00Bpppx-=?而p0-p為溶劑蒸氣壓的下降值?p，所以0Bppx?=?(1-12式中:xB為溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)。因此，拉烏爾的結(jié)論又可表示為在一定溫度下，難揮發(fā)非電解質(zhì)稀溶液蒸氣壓的下降值與溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)

26、成正比”逋常稱這個(gè)結(jié)論為拉烏爾定律。3.溶液的沸點(diǎn)升高液體的蒸氣壓隨溫度升高而增大，當(dāng)溫度升到蒸氣壓等于外界壓力時(shí)，液體就沸騰了，此時(shí)的溫度稱為該液體的沸點(diǎn)。前面我們討論了溶液的蒸氣壓要比純?nèi)軇┑恼魵鈮旱?，也就是說在某一溫度，純?nèi)軇┮呀?jīng)開始沸騰，而溶液由于蒸氣壓低卻還未能沸騰。為了使溶液也能在常壓下沸騰，就必然要給溶液加熱，促使溶劑分子熱運(yùn)動(dòng)，以增加溶液的蒸氣壓。當(dāng)溶液的蒸氣壓達(dá)到外界壓力時(shí)，溶液開始沸騰，此時(shí)溶液的溫度就要比純?nèi)軇┑臏囟葋淼酶?見圖1-2。圖中曲線AA'和BB'分別表示純?nèi)軇┖腿芤旱恼魵鈮弘S溫度變化的關(guān)系。Tb和Tb分別為純?nèi)軇┖腿芤旱姆悬c(diǎn)。圖1-2溶液的沸點(diǎn)

27、升高和凝固點(diǎn)降低示意圖如純水在373.15K時(shí)，其蒸氣壓為101.325kPa日大氣壓相同，開始沸騰。如果在同樣溫度的純水中加入難揮發(fā)非電解質(zhì)，溶液不再沸騰，這是由于溶液的蒸氣壓下降造成的。只有溫度大于373.15K時(shí),其蒸氣壓等于101.325kPa水溶液重新開始沸騰。溶液濃度越大，其蒸氣壓下降越多，則溶液沸點(diǎn)升高越多，其關(guān)系為：bbBT=Kb?(1-13式中:?Tb為溶液沸點(diǎn)的變化值，單位為K或C;Kb為溶劑的沸點(diǎn)升高常數(shù)，單位為K-kgmol-1或Ckgmol-1;bB為溶質(zhì)的質(zhì)量摩爾濃度，單位為molkg-1。Kb只與溶劑的性質(zhì)有關(guān)，而與溶質(zhì)的本性無關(guān)。不同的溶劑有不同的Kb值，它們可

28、以理論推算，也可以由實(shí)驗(yàn)測(cè)得。幾種常見溶劑的Kb值列于表1-3。表1-3幾種溶劑的Kb和Kffbbf洛齊ijTb/KKb/Kkgmol-1Tf/KKf/Kkgmol-1水373.150.52273.151.86乙酸391.453.07289.753.90苯353.352.53278.665.12蔡491.155.80353.456.94四氯化碳351.654.88環(huán)己烷279.6520.24.溶液的凝固點(diǎn)降低當(dāng)固體純?nèi)軇┑恼魵鈮号c溶液中溶劑的蒸氣壓相等時(shí)，溶液的固相與液相達(dá)到平衡，此時(shí)的溫度稱為溶液的凝固點(diǎn)。溶液的凝固點(diǎn)比純?nèi)軇┑哪厅c(diǎn)低是一個(gè)常見的自然現(xiàn)象例如海水由于含有大量的鹽分，因此要在

29、比純水更低的溫度下才結(jié)冰。圖1-2中，曲線AC和AA'分別表示固態(tài)純?nèi)軇┖鸵簯B(tài)純?nèi)軇┑恼魵鈮弘S溫度變化的關(guān)系，曲線AC和AA'相交于A點(diǎn),A點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的溫度Tf表示純?nèi)軇┑哪厅c(diǎn)。曲線BB'表示溶液的蒸氣壓隨溫度變化的關(guān)系，加入溶質(zhì)以后，溶劑的蒸氣壓就會(huì)下降，曲線AC和BB'相交于B點(diǎn)，在交點(diǎn)處，固態(tài)純?nèi)軇┑恼魵鈮号c溶液的蒸氣壓相等，此時(shí)系統(tǒng)的溫度Tf為溶液的凝固點(diǎn)。顯然，溶液的凝固點(diǎn)Tf比純?nèi)軇┑哪厅c(diǎn)Tf低。與溶液沸點(diǎn)升高一樣，溶液凝固點(diǎn)降低也與溶質(zhì)的含量有關(guān)，即ffBTKb?=(1-14式中:?Tf為溶液凝固點(diǎn)的降低值，單位為K或C;Kf為溶劑的凝固點(diǎn)降低常

30、數(shù)單位為Kkgmol-1或Ckgmol-1;bB為溶質(zhì)的質(zhì)量摩爾濃度，單位為molkg-1。Kf只與溶劑的性質(zhì)有關(guān)，而與溶質(zhì)的本性無關(guān)。表1-3中列舉了幾種常見溶劑的Kf0溶液沸點(diǎn)的升高和凝固點(diǎn)降低都與溶質(zhì)的質(zhì)量摩爾濃度成正比，而質(zhì)量摩爾濃度又與溶質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量有關(guān)。因此利用溶液沸點(diǎn)升高和凝固點(diǎn)降低可以估算溶質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量。由于溶液凝固點(diǎn)降低常數(shù)比沸點(diǎn)升高常數(shù)大，而且溶液凝固點(diǎn)測(cè)定比沸點(diǎn)測(cè)定準(zhǔn)確，因此通常用測(cè)定凝固點(diǎn)的方法來估算溶質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量。例1-5有一質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%的氨基酸水溶液，測(cè)得其凝固點(diǎn)為272.96K試求該氨基酸的相對(duì)分子質(zhì)量。解:根據(jù)式（1-14ffBTKb?=BBB

31、AABMnmbmm=BffABTKMmm?=BBfAfMKTmm=?由于該溶液濃度較小，所以mA+mBmA,mB/mA=1.5%11B1.86KKgmol1.5%M0.147Kgmol273.15K272.96K-?=?-該氨基酸的相又t分子質(zhì)量為147。溶液的蒸氣壓下降、沸點(diǎn)升高和凝固點(diǎn)降低具有廣泛的用途。例如，當(dāng)外界氣溫發(fā)生變化時(shí)，植物細(xì)胞內(nèi)的有機(jī)體會(huì)產(chǎn)生大量可溶性碳水化合物（氨基酸、糖等，使細(xì)胞液濃度增大，凝固點(diǎn)降低，保證了在一定的低溫條件下細(xì)胞液不至結(jié)冰，使植物表現(xiàn)出一定的防寒功能。另外，細(xì)胞液濃度增大，有利于其蒸氣壓的降低，從而使細(xì)胞中水分的蒸發(fā)量減少，蒸發(fā)過程變慢，因此在較高的氣溫

32、下能保持一定的水分而不枯萎，表現(xiàn)了相當(dāng)?shù)目购的芰Α６酒囁渲谐＜臃纼鲆?，用于降溫的制冷劑等都是凝周點(diǎn)降低的應(yīng)用。此外，有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中常常用測(cè)定化合物的熔點(diǎn)或沸點(diǎn)的辦法來檢驗(yàn)化合物的純度。含有雜質(zhì)的化合物其熔點(diǎn)比純化合物低，沸點(diǎn)比純化合物高，而且熔點(diǎn)的降低值和沸點(diǎn)的升高值與雜質(zhì)含量有關(guān)。5.溶液的滲透壓物質(zhì)自發(fā)地由高濃度向低濃度遷移的現(xiàn)象稱為擴(kuò)散，擴(kuò)散現(xiàn)象不但存在于溶質(zhì)與溶劑之間，它也存在于任何不同濃度的溶液之間。如果在兩個(gè)不同濃度的溶液之問,存在一種多孔分離膜，它可以選擇性地讓一部分物質(zhì)通過，而不讓某些物質(zhì)通過，這種膜稱為半透膜，那么在兩溶液之間會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？在此，以蔗糖水溶液與純水形成

33、的系統(tǒng)為例加以說明。圖1-3滲透壓示意圖如圖1-3所示，在一個(gè)連通器的兩邊各裝著蔗糖溶液與純水，中間用半透膜將它們隔開。在擴(kuò)散開始之前，連通器兩邊的玻璃柱中的液面高度相同。經(jīng)過一段時(shí)間的擴(kuò)散以后，玻璃柱內(nèi)的液面高度不再相同，蔗糖溶液一邊的液面比純水的液面要高。這是因?yàn)榘胪改つ軌蜃柚拐崽欠肿酉蚣兯贿厰U(kuò)散，卻不能阻止水分子向蔗糖溶液的擴(kuò)散。由于單位體積內(nèi)純水中水分子比蔗糖溶液中的水分子多，因此進(jìn)入溶液中的水分子比離開的水分子多，所以蔗糖溶液的液面升高。這種由物質(zhì)粒子通過半透膜擴(kuò)散的現(xiàn)象稱為滲透。隨著蔗糖溶液液面的升高，液柱的靜壓力增大，使蔗糖溶液中水分子通過半透膜的速度加快。當(dāng)壓力達(dá)到一定值時(shí)，

34、在單位時(shí)間內(nèi)從兩個(gè)相反方向通過半透膜的水分子數(shù)相等，滲透達(dá)到平衡，兩側(cè)液面不再發(fā)生變化。滲透平衡時(shí)液面高度差所產(chǎn)生的壓力稱為滲透壓。換句話說，滲透壓就是阻止?jié)B透作用進(jìn)行所需加給溶液的最小額外壓力。1886年，荷蘭物理學(xué)家范特霍夫（van'tHof結(jié)前人實(shí)驗(yàn)得出稀溶液的滲透壓與濃度、溫度的關(guān)系式，BRTcn=-15式中：n是溶液的滲透壓，單位為Pa;cB是溶液的濃度，單位為molL-1;R是摩爾氣體常數(shù)，為8.314103PaLmol-1K-1;T是系統(tǒng)的溫度，單位為K。對(duì)于稀的水溶液,cB=b®此式（1-15又可表示為：BBRTRTcbn=16通過測(cè)定溶7的滲透壓，可以計(jì)算溶

35、質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量，尤其是測(cè)定生物大分子的相對(duì)分子質(zhì)量。例1-6293K時(shí)，將1.00g血紅素溶于水中，配制成100mL溶液，測(cè)得其滲透壓為366Pa,半透膜求血紅素的相對(duì)分子質(zhì)量。解:根據(jù)式（1-15得31141BB31RT1.008.31410PaLmolK293KM6.6610gmolV366Pa100mL10LmLm-?=?n?血紅素的相對(duì)分子質(zhì)量為6.66X04o滲透作用在植物的生理活動(dòng)有著非常重要的意義。細(xì)胞膜是一種很容易透水，幾乎不能透過溶解于細(xì)胞液中物質(zhì)的薄膜。水進(jìn)入細(xì)胞中產(chǎn)生相當(dāng)大的壓力，能使細(xì)胞膨脹,這就是植物莖、葉、花瓣等具有一定彈性的原因。它使植物能夠遠(yuǎn)遠(yuǎn)地伸出它的枝葉，

36、更好地吸收二氧化碳并接受陽(yáng)光。另外，植物吸收水分和養(yǎng)料也是通過滲透作用，只有當(dāng)土壤溶液的滲透壓低于植物細(xì)胞溶液的滲透壓時(shí)，植物才能不斷地吸收水分和養(yǎng)料，促使本身生長(zhǎng)發(fā)育；反之，植物就可能枯萎。如在根部施肥過多，會(huì)造成植物細(xì)胞脫水而枯萎。滲透作用在動(dòng)物生理上同樣具有重要意義。人和動(dòng)物體內(nèi)的血液都要維持等滲關(guān)系,因此在向人體內(nèi)血管輸液時(shí)，應(yīng)輸入等滲溶液，如果輸入高滲溶液，則紅細(xì)胞中水分外滲，使之產(chǎn)生皺縮；如果輸入低滲溶液，水自外滲入紅細(xì)胞使其膨脹甚至破裂，產(chǎn)生溶血現(xiàn)象。淡水魚不能在海洋中生活，反之亦然。應(yīng)該指出的是，稀溶液的依數(shù)性定律不適用于濃溶液和電解質(zhì)溶液。濃溶液中溶質(zhì)濃度大，溶質(zhì)粒子之間的相

37、互影響大為增加，使簡(jiǎn)單的依數(shù)性的定量關(guān)系不再適用。電解質(zhì)溶液的蒸氣壓、沸點(diǎn)、凝固點(diǎn)和滲透壓的變化要比相同濃度的非電解質(zhì)都大，這是因?yàn)殡娊赓|(zhì)在溶液中會(huì)解離產(chǎn)生正負(fù)離子，因此其總的粒子數(shù)大為增加，此時(shí)稀溶液的依數(shù)性取決于溶質(zhì)分子、離子的總組成量度，稀溶液通性所指定的定量關(guān)系不再存在。1.3膠體溶液膠體分散系是由顆粒直徑在1100nm的分散質(zhì)組成的體系。它可分為兩類：一類是膠體溶液，又稱溶膠，它是由一些小分子化合物聚集成一個(gè)單獨(dú)的大顆粒多相集合系統(tǒng)，如Fe(OH3溶膠和As2S3溶膠等;另一類是高分子溶液，它是由一些高分子化合物所組成的溶液。高分子化合物因其分子結(jié)構(gòu)較大，其溶液屬于膠體分散系，因此它

38、表現(xiàn)出許多與膠體相同的性質(zhì)。事實(shí)上，它是一個(gè)均相的真溶液。1.3.1 分散度和比表面由于膠體溶液是一個(gè)多相系統(tǒng)，因此相與相之間就會(huì)存在界面，有時(shí)也將相與相之間的界面稱為表面。分散系的分散度常用比表面來衡量，所謂比表面就是單位體積分散相的總表面積，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：Ss(1-17式中:s為分散相的比表面，單位是m-1;S為分散相的總表面積，單位是m2;V為分散相的體積，單位是m3。從式（1-17可以看出，單位體積的分散相表面積越大，即分散相的顆粒越小，則比表面越大,系統(tǒng)的分散度越高。例如，一個(gè)體積為1cm3的立方體，其表面積為6.0cm2,比表面為6.0X02m-1。如果將其分成邊長(zhǎng)為10-7cm

39、的小立方體，共有1021個(gè),則其總表面積為6.0X07cm2,比表面為6.0X09m-1。由此可見，其比表面增加了107倍。膠體粒子大小處于10-910-7m所以溶膠粒子的比表面非常大，正是由于這個(gè)原因使溶膠具有某些特殊的性質(zhì)。1.3.2 表面能處于物質(zhì)表面的質(zhì)點(diǎn)（分子、原子、離子等其所受的作用力與處在物質(zhì)內(nèi)部的相同質(zhì)點(diǎn)所受的作用力大小和方向并不相同。如圖1-4所示，對(duì)于處在同一相中的質(zhì)點(diǎn)來說，其內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)由于同時(shí)受到來自其周圍各個(gè)方向，并且大小相近的作用力，因此它所受到的總的作用力為零。而處在物質(zhì)表面的質(zhì)點(diǎn)就不同，由于在它周圍并非都是相同的質(zhì)點(diǎn)，所以它受到的來自各個(gè)方向的作用力的合力就不等于零

40、。該表面質(zhì)點(diǎn)總是受到一個(gè)與界面垂直方向的作用力。這個(gè)作用力的方向根據(jù)質(zhì)點(diǎn)所處的狀態(tài)及性質(zhì)，可以是指向物質(zhì)的內(nèi)部，也可以是指向外部。所以，物質(zhì)表面的質(zhì)點(diǎn)處在一種力不穩(wěn)定狀態(tài)，它有減小自身所受作用力的趨勢(shì)。換句話說，就是處在物質(zhì)表面的質(zhì)點(diǎn)比處在內(nèi)部的質(zhì)點(diǎn)能量要高。表面質(zhì)點(diǎn)進(jìn)入物質(zhì)內(nèi)部就要釋放出部分能量，使其變得相對(duì)穩(wěn)定。而內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)要遷移到物質(zhì)表面則就需要吸收能量，因而處在物質(zhì)表面的質(zhì)點(diǎn)自身變得相對(duì)不穩(wěn)定。這些表面質(zhì)點(diǎn)比內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)所多余的能量稱為表面能。不難看出，若物質(zhì)的表面積越大，表面分子越多,其表面能越高，表面質(zhì)點(diǎn)就越不穩(wěn)定。在膠體分散系中，分散質(zhì)顆粒具有很大的表面積，故相應(yīng)地具有很大的表面能。圖

41、1-4液體表面及內(nèi)部粒子所處的狀態(tài)1.3.3 膠團(tuán)的結(jié)構(gòu)溶膠具有擴(kuò)散雙電層結(jié)構(gòu)，例如，將FeCl3水解制備Fe(OH3溶膠時(shí)，許多Fe(OH3分子聚集在一起形成了膠核(直徑1100nm,膠核具有很大的表面積，它吸附FeO+而使表面帶正電荷，F(xiàn)eOS電位離子。電位離子被牢牢地吸附在膠核表面上。由于靜電引力，帶正電荷的FeO+吸引液相中的Cl-,Cl-與電位離子的電荷相反，稱為反離子。由于反離子受到電位離子的靜電吸引和本身的熱運(yùn)動(dòng)，使一部分反離子被束縛在膠核表面與電位離子一起形成吸附層，電泳時(shí)吸附層與膠核一起移動(dòng)，這個(gè)運(yùn)動(dòng)單位為膠粒;另一部分離子離開膠核表面擴(kuò)散到分散劑中，他們疏散地分布在膠粒周圍

42、，離膠核越遠(yuǎn)，濃度越小，這個(gè)液相層稱為擴(kuò)散層，膠粒與擴(kuò)散層一起稱為膠團(tuán)。膠團(tuán)是電中性的；而膠粒是帶電的，膠粒所帶電荷與電位離子符號(hào)相同。Fe(OH3膠團(tuán)結(jié)構(gòu)如圖1-5所示，也可以用如下結(jié)構(gòu)式表示：(Fe(OH3mnFeO+(n-xCl-x+xCl-膠核電位離子反離子反離子吸附層擴(kuò)散層膠粒膠團(tuán)圖1-5Fe(OH3溶膠的膠團(tuán)結(jié)構(gòu)示意圖三硫化二種溶膠的膠團(tuán)結(jié)構(gòu)式為：(As2S3mn-HS-(n-xH+x-xH+硅膠的膠團(tuán)結(jié)構(gòu)式為：(H2SiO3mn-HSiO3-(n-xH+x-xH+硝酸銀溶液和過量碘化鉀溶液作用制備的碘化銀溶膠，具膠團(tuán)結(jié)構(gòu)式為：(AgImnI-(n-xK+x-xK+1.3.4 膠體

43、溶液的性質(zhì)膠體的許多性質(zhì)都與其分散相高度分散和多相共存的特點(diǎn)有關(guān)。溶膠的性質(zhì)主要包括:光學(xué)性質(zhì)、動(dòng)力學(xué)性質(zhì)和電化學(xué)性質(zhì)。1.光學(xué)性質(zhì)早在1869年,丁達(dá)爾(Tyndall在研究膠體時(shí)將一束光線照射到透明的溶膠上，在與光線垂直方向上觀察到一條發(fā)亮的光柱。后人為了紀(jì)念他的發(fā)現(xiàn)，將這一現(xiàn)象稱為丁達(dá)爾效應(yīng)。由于丁達(dá)爾效應(yīng)是所有膠體所特有的現(xiàn)象，因此，可以通過此效應(yīng)來鑒別溶液與膠體。丁達(dá)爾效應(yīng)是如何產(chǎn)生的呢？我們知道當(dāng)光線照射到物體表面時(shí)，可能產(chǎn)生兩種情況:如果物質(zhì)顆粒的直徑遠(yuǎn)大于入射光的波長(zhǎng)，此時(shí)入射光被完全反射，不出現(xiàn)丁達(dá)爾效應(yīng);如果物質(zhì)的顆粒直徑比入射光的波長(zhǎng)小，則發(fā)生光的散射作用而出現(xiàn)丁達(dá)爾現(xiàn)象

44、。因?yàn)槿苣z的粒子直徑在1100nm，而一般可見光白波長(zhǎng)范圍在400760nm,所以可見光通過溶膠時(shí)便產(chǎn)生明顯的散射作用。如果分散相顆粒太小(<1nm,對(duì)光的散射太弱，則發(fā)生光的透射現(xiàn)象。2.動(dòng)力學(xué)性質(zhì)吸附層在超微顯微鏡下觀察溶月$的散射現(xiàn)象的同時(shí)，還可以看到溶膠中的發(fā)光點(diǎn)在做無休止、無規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，這一現(xiàn)象與花粉在液體表面的運(yùn)動(dòng)情況相似，由于該現(xiàn)象是由植物學(xué)家布朗(Brown首先發(fā)現(xiàn)，所以被稱為布朗運(yùn)動(dòng)。布朗運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的原因有兩方面，一是溶膠粒子的熱運(yùn)動(dòng)，二是分散劑分子對(duì)膠粒的不均勻的撞擊。我們觀察到的布朗運(yùn)動(dòng)，是以上兩種因素的綜合結(jié)果。布朗運(yùn)動(dòng)的存在導(dǎo)致了膠粒的擴(kuò)散作用，即膠粒自發(fā)地從濃度

45、較大的部位向濃度較小的部位擴(kuò)散，因?yàn)槿苣z粒子比普通分子或離子大得多，所以擴(kuò)散速率很慢。同時(shí),布朗運(yùn)動(dòng)的存在也使膠粒不致因重力的作用而迅速沉降，有利于保持溶膠的穩(wěn)定性。3.電學(xué)性質(zhì)在外電場(chǎng)作用下，溶膠系統(tǒng)的膠粒在分散劑中能發(fā)生定向遷移，這種現(xiàn)象稱為溶膠的電泳，可以通過溶膠粒子在電場(chǎng)中的遷移方向來判斷溶膠粒子的帶電性。圖1-6電泳管圖1-6是電泳的實(shí)驗(yàn)裝置，在U形管中裝入棕紅色的Fe(OH3溶膠，并在溶膠的表面小心滴加少量蒸儲(chǔ)水，使溶膠表面與水之間有一明顯的界面。然后在兩邊管子的蒸儲(chǔ)水中插入鋁電極，并給電極加上電壓。經(jīng)過一段時(shí)間的通電，可以觀察到U形管中溶膠的液面不再相同，在負(fù)極一端溶膠界面比正極

46、端高。說明該溶膠在電場(chǎng)中往負(fù)極一端遷移，溶膠粒子帶正電。溶膠粒子帶電的主要原因有：(1吸附作用溶膠系統(tǒng)具有較高的表面能，而這些小顆粒為了減小其表面能，就要選擇性地吸附與其組成類似的離子。以Fe(OH3溶膠為例該溶膠是用FeCl3溶液在沸水中水解制成：FeCl3+3H2O=Fe(OH3+3HCl在水解過程中，反應(yīng)系統(tǒng)中除了生成Fe(OH3外，還有大量的副產(chǎn)物FeO+生成：FeCl3+2H2O=Fe(OH2Cl+2HClFe(OH2Cl=FeO+Cl-+H2OFe(OH3溶膠在溶液中選擇吸附了與自身組成有關(guān)的FeO+,而使Fe(OH3溶膠帶正電。又如硫化種溶膠的制備通常是將H2s氣體通入飽和H3A

47、sO3溶液中，經(jīng)過一段時(shí)間后，生成淡黃色As2s3溶膠：2H3AsO3+3H2S=As2S3+6H2O由于H2s在溶液中電離產(chǎn)生大量HS-,所以As2s3吸附HS-,使As2s3溶膠帶負(fù)電。(2解離作用膠體粒子帶電的另一個(gè)原因是膠粒表面的解離作用。例如，硅膠粒子帶電就是因?yàn)镠2SiO3解離形成HSiO3-和SiO32-,并附著在表面而帶負(fù)電。其反應(yīng)式為:H2SiO3=HSiO3-+H+HSiO3-=SiO32-+H+1 .3.5溶膠的穩(wěn)定性和聚沉2 .溶膠的穩(wěn)定性溶膠是多相、高分散系統(tǒng)，具有很大表面能，有自發(fā)聚集成較大顆粒而沉淀的趨勢(shì)。但事實(shí)上許多溶膠均可長(zhǎng)期穩(wěn)定存在，其主要原因是溶膠具有動(dòng)力

48、學(xué)穩(wěn)定性和聚結(jié)穩(wěn)定性。溶膠的動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性是指在重力作用下，分散質(zhì)粒子不會(huì)從分散劑中沉淀出來，從而保持系統(tǒng)相對(duì)穩(wěn)定的性質(zhì)。溶膠粒子具有強(qiáng)烈的布朗運(yùn)動(dòng)，使其能抵抗重力的作用而不沉淀，所以溶膠是動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定系統(tǒng)。溶膠的聚結(jié)穩(wěn)定性是指溶膠在放置過程中不發(fā)生分散質(zhì)粒子的相互聚結(jié)而產(chǎn)生沉淀。由于膠粒帶電，當(dāng)兩個(gè)帶同種電荷的膠粒相互靠近時(shí)，膠粒之間會(huì)產(chǎn)生靜電排斥作用，從而阻止膠粒的相互碰撞，使溶膠趨向穩(wěn)定。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個(gè)溶劑化膜該溶劑化膜也起到阻止膠粒相互碰撞的作用。3 .溶膠的聚沉溶膠的穩(wěn)定性是相對(duì)的，只要破壞了溶膠的穩(wěn)定性因素

49、，膠粒就會(huì)相互聚結(jié)成大顆粒而沉降，此過程成為溶膠的聚沉。造成溶膠聚沉的因素很多，如膠體本身濃度過高；溶膠被長(zhǎng)時(shí)間加熱；以及在溶膠中加入強(qiáng)電解質(zhì)等。溶膠的濃度過高，單位體積中膠粒的數(shù)目較多，膠粒間的空間相對(duì)減小，因而膠粒的碰撞機(jī)會(huì)增加，溶膠容易發(fā)生聚沉。將溶膠長(zhǎng)時(shí)間加熱，會(huì)增強(qiáng)溶膠粒子的熱運(yùn)動(dòng)，而且使得膠粒周圍原來的溶劑化膜被破壞，膠粒暴露在溶劑當(dāng)中；同時(shí)由于膠粒的熱運(yùn)動(dòng)，使膠粒表面的電位粒子和反離子數(shù)目減少，吸附層變薄，膠粒間的碰撞聚結(jié)的可能性大大增加。如果在溶膠中加入大量電解質(zhì)，由于離子總濃度的增加、大量離子進(jìn)入擴(kuò)散層內(nèi)，迫使擴(kuò)散層中的反離子向膠?？拷?，由于吸附層中反離子濃度的增加，相對(duì)減小

50、了膠粒所帶的電荷，使膠粒間的靜電斥力減弱，膠粒間的碰撞變得更加容易，聚沉的機(jī)會(huì)增加。電解質(zhì)對(duì)溶膠的聚沉作用主要是那些與膠粒所帶電荷相反的離子，一般來說，離子電荷越高，對(duì)溶膠的聚沉作用就越大。例如，要使帶負(fù)電荷的As2s3溶膠聚沉，所需A13+的濃度比Ba2+的濃度小。對(duì)同價(jià)離子來說，它們的聚沉能力與離子在水溶液中的實(shí)際大小有關(guān)。離子在水溶液中均會(huì)形成水合離子，水合離子半徑越大，具聚沉能力越小。在同價(jià)離子中，離子半徑越小，電荷密度越大，其水化半徑也越大，因而離子的聚沉能力越小。例如，堿金屬粒子在相同陰離子條件下，對(duì)帶負(fù)電溶膠的聚沉能力大小為:Rb+>K+>Na+>Li+,Li+

51、的離子半徑最小，相應(yīng)的水化半徑最大，因此它的聚沉能力最小。電解質(zhì)的聚沉能力通常用聚沉值來表示。使一定量的溶膠，在一定時(shí)間內(nèi)開始聚沉所需電解質(zhì)的最低濃度（mmolL-1稱為聚沉值?？梢娋鄢林翟叫?，表明電解質(zhì)的聚沉能力越強(qiáng)，反之亦然。如NaCl、MgC12、A1C13三種電解質(zhì)對(duì)As2s3負(fù)溶膠的聚沉值分別為51mmolL-1,0.72mmolL-1,0.093mmolL-1,說明對(duì)于As2s3負(fù)溶膠，三價(jià)Al3+聚沉能力最強(qiáng)，一價(jià)Na+聚沉能力最弱。如果將兩種帶有相反電荷的溶膠按適當(dāng)比例相互混合，溶膠同樣會(huì)發(fā)生聚沉。這種現(xiàn)象稱為溶膠的互聚。溶膠的互聚要求按等電量原則進(jìn)行，即兩種互聚的溶膠粒子所帶

52、的電荷總數(shù)必須相等，否則其中的一種溶膠的聚沉?xí)煌耆? .溶膠的保護(hù)由于溶膠具有某些溶液所沒有的特殊性質(zhì)，因此在許多情況下需要對(duì)溶膠進(jìn)行保護(hù)。保護(hù)溶膠的方法有很多，這里主要討論高分子溶液對(duì)溶膠的保護(hù)與敏化作用。高分子化合物是指相對(duì)分子質(zhì)量在10000以上的有機(jī)化合物。許多天然有機(jī)物如蛋白質(zhì)、纖維素、淀粉、橡膠以及人工合成的各種塑料等都是高分子化合物。高分子化合物在適當(dāng)?shù)娜軇┲心軓?qiáng)烈地溶劑化，形成很厚的溶劑化膜而溶解，構(gòu)成了均勻、穩(wěn)定的單相分散系。在溶膠中加入量高分子化合物，能顯著提高溶膠對(duì)電解質(zhì)的穩(wěn)定性。這是由于在溶膠中加入高分子，高分子化合物附著在膠粒表面，可以在膠粒表面形成一個(gè)高分子保護(hù)

53、膜，從而提高了溶膠的穩(wěn)定性。值得注意的是，在溶膠中加入少量高分子化合物，反而使溶膠對(duì)電解質(zhì)的敏感性大大增加，降低了其穩(wěn)定性，這種現(xiàn)象稱為高分子的敏化作用。產(chǎn)生敏化作用的原因是加入的高分子化合物量太少，不足以包住膠粒，反而使大量膠粒吸附在高分子的表面，使膠粒間可以互相橋聯(lián)變大而聚沉。1.4高分子溶液和乳狀液高分子溶液和乳狀液都屬于液態(tài)分散系，前者為膠體分散系，后者為粗分散系。1.4.1 高分子溶液許多天然有機(jī)物如蛋白質(zhì)、纖維素、淀粉、橡膠以及人工合成的各種塑料等都是高分子化合物。它們的分子中主要含有千百個(gè)碳原子彼此以共價(jià)鍵相結(jié)合的物質(zhì)由一種或多種小的結(jié)構(gòu)單位聯(lián)接而成。例如，淀粉或纖維素是由許多葡

54、萄糖分子縮合而成，蛋白質(zhì)分子中最小的單位是各種氨基酸。大多數(shù)高分子化合物的分子結(jié)構(gòu)是線狀或線狀帶支鏈。雖然它們分子的長(zhǎng)度有的可達(dá)幾百納米，但它們的截面積卻只有普通分子的大小。當(dāng)高分子化合物溶解在適當(dāng)?shù)娜軇┲?，就形成高分子化合物溶液，?jiǎn)稱高分子溶液。高分子物質(zhì)在適當(dāng)?shù)娜軇┲锌梢赃_(dá)到較高的濃度，其滲透壓可以測(cè)定，進(jìn)一步可以計(jì)算出它的平均相對(duì)分子質(zhì)量，這是高分子化合物相對(duì)分子質(zhì)量測(cè)定的一種重要方法。高分子溶液由于其溶質(zhì)的顆粒大小與溶膠粒子相近，屬于膠體分散系，所以它表現(xiàn)出某些溶膠的性質(zhì)，例如，不能透過半透膜、擴(kuò)散速度慢等。然而，它的分散相粒子為單個(gè)大分子，是一個(gè)分子分散的單均勻系統(tǒng)，因此，它又表現(xiàn)出

55、溶液的某些性質(zhì)，與溶膠的性質(zhì)有許多不同之處。高分子化合物像一般溶質(zhì)一樣，在適當(dāng)溶劑中其分子能強(qiáng)烈自發(fā)溶劑化而逐步溶脹,形成很厚的溶劑化膜，使它能穩(wěn)定地分散于溶液中而不凝結(jié)，最后溶解成溶液，具有一定溶解度。例如，蛋白質(zhì)、淀粉溶于水，天然橡膠溶于苯都能形成高分子溶液。除去溶劑后，重新加入溶劑時(shí)仍可溶解，因此高分子溶液是一種熱力學(xué)穩(wěn)定系統(tǒng)。與此相反，溶膠的膠核是不溶于溶劑的，溶膠是用特殊的方法制備而成的，溶膠凝結(jié)后不能用再加溶劑的方法使它復(fù)原，因此是一種熱力學(xué)不穩(wěn)定系統(tǒng)。高分子溶液溶質(zhì)與溶劑之間沒有明顯的界面，因此對(duì)光的散射作用很弱，丁達(dá)爾效應(yīng)不像溶膠那樣明顯。另外高分子化合物還有很大的黏度，這與它

56、的鏈狀結(jié)構(gòu)和高度溶劑化的性質(zhì)有關(guān)。1.4.2乳狀液乳狀液是分散相和分散介質(zhì)均為液體的粗分散系。牛奶、某些植物莖葉裂口滲出的白漿（例如橡膠樹的膠乳、人和動(dòng)物機(jī)體中的血液、淋巴液以及乳白魚肝油和發(fā)乳都是乳狀液。在乳狀液又可分為兩大類：一類是油”地常指有機(jī)物分散在水中所形成的系統(tǒng)，以油/水型表示，如牛奶、農(nóng)藥乳化劑等；另一類是水分散在油”中形成的水/油型乳狀液，例如石油。將油和水一起放在容器內(nèi)猛烈震蕩，可以得到乳狀液。但是這樣得到的乳狀液并不穩(wěn)定，停止震蕩后，分散的液滴相碰后會(huì)自動(dòng)合并，油水會(huì)迅速分離成兩個(gè)互不相溶的液層。因?yàn)閮煞N極性相差很大的物質(zhì)，通過機(jī)械分散方式很難形成一個(gè)均勻混合的穩(wěn)定單項(xiàng)系統(tǒng)

57、，這兩種物質(zhì)只有在它們接觸表面積最小時(shí)才能夠穩(wěn)定存在，即兩物質(zhì)各成一相。水和油就是如此，水是一種強(qiáng)極性的化合物，而油通常是直鏈碳?xì)浠衔?，具極性較弱。因此，將這兩種物質(zhì)通過機(jī)械方式混在一起后，無需多時(shí)，油水就會(huì)自動(dòng)分層。在油水混合時(shí)加入少量肥皂，則形成的乳狀液在停止震蕩后分層很慢，肥皂就起了一種穩(wěn)定劑的作用。乳狀液的穩(wěn)定劑成為乳化劑，許多乳化劑都是表面活性劑。這種能夠顯著降低表面張力，從而使一些極性相差較大的物質(zhì)也能相互均勻分散、穩(wěn)定存在的物質(zhì)稱為表面活性劑。表面活性劑的分子由極性基團(tuán)（親水和非極性基團(tuán)（疏水兩大部分構(gòu)成。極性部分通常是由一OH,-COOH,-NH2,=NH,NH3+等基團(tuán)構(gòu)成。而非極性部分主要是由碳?xì)浣M成的長(zhǎng)鏈或芳香基團(tuán)所組成。因此，它能很好地在水相或油相的表面形成一個(gè)保護(hù)膜，降低水相或油相的表面能，起到防止被分散的物質(zhì)重新碰撞而聚結(jié)的作用。乳化劑可根據(jù)其親和能力的差別