物質(zhì)的聚集狀態(tài)

1、第一章 物質(zhì)的聚集狀態(tài)Collective Sate of Matter2022/9/2711.1 分散系1.2* 氣體1.3 溶液濃度的表示方法1.4 稀溶液的通性 1.5 膠體溶液 1.6 高分子溶液和乳狀液2022/9/272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)方程式和氣體 分壓定理。 3.掌握溶液濃度的表示方法。 4.掌握稀溶液的通性及其應(yīng)用。 5.理解膠體的基本概念、結(jié)構(gòu)及其性質(zhì)。 6.了解高分子溶液、表面活性物質(zhì)、乳 狀液的基本概念和特征。 2022/9/273 1.1 分散系分散系（disperse system）:顆粒大小不等,形狀不同的物體分散在均

2、勻介質(zhì)中所形成的體系。分散質(zhì)（dispersed phase）:被分散的物質(zhì)，粒子間有間隔，或稱不連續(xù)相，相當(dāng)于溶液中的溶質(zhì)。分散介質(zhì)（dispersion medium）:容納分散質(zhì)的均勻介質(zhì)，或稱連續(xù)相，相當(dāng)于溶液中的溶劑。2022/9/274分散相分散介質(zhì)名稱實(shí)例氣氣液固氣溶膠空氣，家用煤氣泡沫,，汽水泡沫塑料液氣液固泡沫乳狀液液溶膠云，霧牛奶，含水原油珍珠, 蛋白石固氣液固固溶膠煙，粉末金溶膠， 油墨，泥漿有色玻璃， 某些合金按聚集狀態(tài)分類的各種分散系2022/9/275世界最輕固體氣凝膠： 氣凝膠是一種世界上最輕的固體，可以經(jīng)受住1Kg炸藥的爆炸威力，讓你遠(yuǎn)離1300 以上噴燈的高溫

3、。從下一代網(wǎng)球球拍到執(zhí)行火星探險(xiǎn)任務(wù)的宇航員所穿的超級(jí)隔熱太空服，科學(xué)家們正在努力探索這種物質(zhì)的新用途。 2022/9/276氣凝膠具有超強(qiáng)的隔熱效果 它由一位美國(guó)化學(xué)家于1931年在打賭時(shí)發(fā)明出來，但早期的氣凝膠非常易碎和昂貴，所以主要在實(shí)驗(yàn)室里使用。直到10年前美國(guó)宇航局開始對(duì)這種物質(zhì)感興趣，并讓其發(fā)揮更為實(shí)際的用途，這種材料終于走出了實(shí)驗(yàn)室。 2022/9/277星塵號(hào)探測(cè)器攜帶的氣凝膠所捕捉到的彗星塵埃 盡管氣凝膠屬于一種固體，但這種物質(zhì)99%是由氣體構(gòu)成，這使得它外觀看起來像云一樣。研究人員認(rèn)為，一些形式的由鉑金制成的氣凝膠能用于加速氫的產(chǎn)生。這樣的話，氣凝膠就能用來生產(chǎn)以氫為基礎(chǔ)的

4、燃料。 2022/9/278引言溶液(或真溶液): 分散質(zhì)粒子直徑小于1nm, 均相系統(tǒng), 透明, 不能發(fā)生光的散射, 擴(kuò)散速率快, 為熱力學(xué)穩(wěn)定狀態(tài)。膠體分散系統(tǒng): 分散質(zhì)在某方向上的直徑在1100nm之間,可透明或不透明, 均可發(fā)生光散射, 膠體粒子擴(kuò)散速率慢, 不能透過半透膜, 有較高的滲透壓。粗分散系統(tǒng): 分散相粒子在某方向上的直徑大于100nm, 如懸浮液、 乳狀液、 泡沫、 粉塵等。 與膠體有許多共同特性。按分散質(zhì)粒子大小分類的各種分散系2022/9/279 1.2* 氣體 1.2.1 理想氣體狀態(tài)方程式 ( ideal or perfect gas equation ) p為氣體

5、的壓力，SI單位為Pa； V為氣體的體積，SI單位為為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)，8.314Jmol-1K-12022/9/2710理想氣體：一種假想的氣體。 真實(shí)氣體，特別是非極性分子或極性小的分子，在壓力不太高，溫度不太低的情況下，若能較好地服從理想氣體狀態(tài)方程，則可視為理想氣體。例1-1 某氫氣鋼瓶容積為50.0 L, 25.0 時(shí)，壓力為500k Pa，計(jì)算鋼瓶中氫氣的質(zhì)量。解：根據(jù)理想氣體方程式 鋼瓶中氫氣的質(zhì)量為：10.1 mol-12.01 gmol-1 =20.3 g。2022/9/2711 1.2.2. 分

6、壓定律分壓:在相同溫度時(shí)，某組分氣體單獨(dú)占有混合氣體 總體積時(shí)的壓力。道爾頓（Dalton）分壓定律： 或推論： ，兩式相除,可得 或 表明混合氣體組分B的分壓等于組分B的摩爾分?jǐn)?shù)與混合氣體總壓之乘積。2022/9/2712 在同溫同壓的條件下，氣態(tài)物質(zhì)的量與它的體積成正比，因此混合氣體中組分氣體B的體積分?jǐn)?shù)等于物質(zhì)B的摩爾分?jǐn)?shù)，即 所以, 例1-2 冬季草原上的空氣主要含氮?dú)?N2)、氧氣（O2）和氬氣（Ar）。在壓力為9.7104 Pa及溫度為-22 時(shí)，收集的一份空氣試樣經(jīng)測(cè)定其中氮?dú)?、氧氣和氬氣的體積分?jǐn)?shù)依次為0.780、0.21、0.010。計(jì)算收集試樣時(shí)各氣體的分壓。 解： p(N

7、2) = 0.78 p = 0.789.7104 Pa = 7.6104 Pa p(O2) = 0.21 p = 0.219.7104 Pa =2.0104 Pa p(Ar) = 0.01 p = 0.019.7104 Pa =0.97104 Pa2022/9/27131.3 溶液濃度的表示方法2022/9/27141.3.1 物質(zhì)的量濃度 cB 物質(zhì)B的物質(zhì)的量濃度 ，單位為molL-1。 nB 物質(zhì)B的物質(zhì)的量，單位為mol。 V 混合物的體積，單位為L(zhǎng) 。 2022/9/2715注意：使用物質(zhì)的量單位mol時(shí)，要指明物 質(zhì)的基本單元。 例： c(KMnO4) = 0.10 molL1 與

8、 c(1/5KMnO4) = 0.10 molL1 的兩種溶液。 兩種溶液濃度數(shù)值相同，但是，它們所表示 1 L溶液中所含KMnO4的物質(zhì)的量n是不同的，前者為0.10 mol， 后者為0.10/5 = 0.020 mol。 2022/9/27161.3.2 質(zhì)量摩爾濃度 bB 溶質(zhì)B的質(zhì)量摩爾濃度，單位為molkg-1； nB 溶質(zhì)B的物質(zhì)的量，單位為mol； mA 溶劑的質(zhì)量，單位為kg。 2022/9/2717 摩爾分?jǐn)?shù) nBB的物質(zhì)的量，SI單位為mol； n 混合物總的物質(zhì)的量，SI單位為mol ； B 量綱為1。 2022/9/2718兩組分的溶液系統(tǒng) ：溶質(zhì)B的摩爾分?jǐn)?shù):溶劑A的

9、摩爾分?jǐn)?shù): 任何一個(gè)多組分系統(tǒng)，則2022/9/27191.3.3 質(zhì)量分?jǐn)?shù) mB 物質(zhì)B的質(zhì)量； m 混合物的質(zhì)量； wB 物質(zhì)B的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，量綱為1。 2022/9/2720例1-3 求 w(NaCl) =10 %的NaCl水溶液中溶質(zhì)和溶劑的 摩爾分?jǐn)?shù)。 解：根據(jù)題意，100 g溶液中含有NaCl 10 g，水 90g。 即 m(NaCl) = 10 g, 而m(H2O) = 90 g 因此 2022/9/27211.3.4 幾種溶液濃度之間的關(guān)系 1. 物質(zhì)的量濃度與質(zhì)量分?jǐn)?shù) cB 溶質(zhì)B的物質(zhì)的量濃度; 溶液的密度; wB溶質(zhì)B的質(zhì)量分?jǐn)?shù); MB 溶質(zhì)B的摩爾質(zhì)量。2022/9/27

10、222物質(zhì)的量濃度與質(zhì)量摩爾濃度 cB 溶質(zhì)B的物質(zhì)的量濃度; 溶液的密度;m 溶液的質(zhì)量;nB 溶質(zhì)B的物質(zhì)的量。2022/9/2723若該系統(tǒng)是一個(gè)兩組分系統(tǒng)，且B組分的含量較少，則溶液的質(zhì)量m 近似等于溶劑的質(zhì)量 mA，上式可近似成為：若該溶液是稀的水溶液，則：2022/9/27241.4 稀溶液的通性溶液有兩大類性質(zhì)：1.與溶液中溶質(zhì)的本性有關(guān)：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) 如溶液的蒸氣壓、凝固點(diǎn)、沸點(diǎn)和滲透壓等。2022/9/27251.蒸氣壓下降（The lowering of the vapor pressure)2.沸點(diǎn)上升 (The eleva

11、tion of the boiling point)3.凝固點(diǎn)降低 (The depression of the freezing point)4.滲透壓 (The phenomenon of osmotic pressure) 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。該類性質(zhì)稱為稀溶液的通性，或稱為依數(shù)性。包括四個(gè)方面：2022/9/27261.4.1 溶液蒸氣壓的下降 飽和蒸氣壓 (po) （saturated vapor pressure） 將一種純液體（純?nèi)軇┲糜谝粋€(gè)密封容器中，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)的溶劑粒子數(shù)目相等時(shí)，這時(shí)液體上方的蒸氣所具有的壓力

12、。 溫度升高，蒸氣壓增大蒸氣壓溫度曲線2022/9/2727 固體也有飽和蒸氣壓。如干冰、萘、碘等固體，蒸氣壓很大，可直接由固體變成氣體（升華）。 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，如乙醚、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。 極性分子的吸引力強(qiáng)，蒸氣壓小。非極性分子的吸引力小，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。 2022/9/2728溶液的飽和蒸氣壓: 指的是溶液中，作為溶劑的那種物質(zhì)，所具有的飽和蒸氣壓（分壓力)。 溶液的飽和蒸氣壓同樣與溫度密切相關(guān)。溶液的蒸氣壓下降 同

13、一溫度下，溶液的蒸氣壓比純?nèi)軇┑恼魵鈮阂?，它們之間的差值，叫“溶液的蒸氣壓下降”。2022/9/2729溶液的蒸氣壓下降 當(dāng)溶質(zhì)分散于溶劑之中，溶液表面的部分位置，被溶質(zhì)分子所占據(jù)，使得單位表面所能逸出的溶劑的分子個(gè)數(shù)減少，因此溶液蒸氣壓較之純?nèi)軇┯兴档汀?022/9/2730法國(guó)物理學(xué)家拉烏爾(FMRaoult)在1887年總結(jié)出一條關(guān)于溶液蒸氣壓的規(guī)律。 p = p0 xAp 溶液的蒸氣壓，單位為Pa； p0 溶劑的飽和蒸氣壓，單位為Pa；xA 溶劑的摩爾分?jǐn)?shù)。 2022/9/2731 由于 xA+ xB= l，即 xA= lxB， 所以 p = p0(1xB)= p0p0 xB p0

14、 p = p0 xB p = p0 p = p0 xB p溶液蒸氣壓的下降值，單位為Pa； xB 溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)。 結(jié)論 : 在一定溫度下，難揮發(fā)非電解質(zhì)稀溶液的蒸氣壓的下降值與溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)成正比。拉烏爾定律 2022/9/27321.4.2 溶液沸點(diǎn)的升高和疑固點(diǎn)降低1. 溶液的沸點(diǎn)上升沸點(diǎn)：液體蒸氣壓與外界壓力相等時(shí)的溫度。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：Tb = Tb T0 = kbbB kb稱為溶劑的沸點(diǎn)升高常數(shù)，單位為Kkgmol-1。 pT溶劑溶液101.325kPaT0TbpMgSO4AlCl3 2022/9/2766對(duì)As2S3負(fù)溶膠聚沉能力： AlC

15、l3MgSO4K3Fe(CN)6對(duì)帶負(fù)電溶膠聚沉能力：Rb+K+Na+Li+ 結(jié)論 （1）與膠粒所帶電荷相反的離子電荷越高，對(duì)溶膠的聚沉作用就越大。 （2）隨著離子半徑的減小，離子的聚沉能力減弱。 2022/9/2767溶膠的互聚 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。例： 明礬凈水作用。 天然水中膠態(tài)的懸浮物大多帶負(fù)電，明礬在水中水解產(chǎn)生的Al(OH)3溶膠帶正電，它們相互聚沉而使水凈化。2022/9/27681.6 高分子溶液和乳狀液 1.6.1 高分子溶液 相對(duì)分子質(zhì)量大于104，蛋白質(zhì)、核酸、DNA; 合成橡膠、合成塑料。1.高分子溶液的特性（1）不能透過半透膜

16、、擴(kuò) 散速度慢等。（2）高分子溶液是一種熱力學(xué)穩(wěn)定體系。 （3）溶解的可逆性。（4）高分子溶液具有一定的抗電解質(zhì)聚沉能力 。2022/9/27692. 高分子溶液的鹽析和保護(hù)作用在高分子溶液中 加入少量電解質(zhì)不會(huì)聚沉。通過加入大量電解質(zhì)使高分子化合物聚沉的作用稱為鹽析。鹽析除中和高分子化合物所帶的電荷外，重要的是破壞其水化膜，需加大量電解質(zhì)。 實(shí)驗(yàn)表明, 鹽析能力與鹽類離子的種類有關(guān)。一些離子鹽析能力的順序(也稱感膠離子序)是: (陰)檸檬酸根酒石酸根SO42醋酸根ClNO3 ClO2I。(陽) Li+K+Na+NH4+Mg2+。這種順序與離子的水化順序極為一致。鹽析作用2022/9/2770

17、高分子化合物對(duì)溶膠的保護(hù)作用高分子化合物對(duì)溶膠聚沉和保護(hù)作用示意圖(a)聚沉作用(b)保護(hù)作用若在溶膠中加入較多的高分子化合物, 許多個(gè)高分子化合物的一端吸附在同一個(gè)分散相粒子的表面上, 或者是許多個(gè)高分子線團(tuán)環(huán)繞在膠體粒子周圍, 形成水化外殼, 將分散相粒子完全包圍起來, 對(duì)溶膠則起保護(hù)作用。2022/9/2771*高分子化合物對(duì)溶膠的聚沉作用 高分子化合物可使溶膠聚沉。 好的聚沉劑應(yīng)是相對(duì)分子量很大的線型聚合物, 如聚丙烯酰胺及其衍生物, 其相對(duì)分子質(zhì)量可高達(dá)幾百萬。 搭橋效應(yīng): 一個(gè)長(zhǎng)碳鏈的高聚物分子可以同時(shí)吸附在許多個(gè)分散相微粒上, 通過“搭橋”把膠粒聯(lián)結(jié)在一起, 引起聚沉。脫水效應(yīng):

18、 高聚物分子由于親水作用強(qiáng), 其溶解與水化作用使膠粒脫水, 失去水化外殼而聚沉。電中和效應(yīng): 離子型高聚物吸附在帶電的膠粒上而中和了膠粒的表面電荷, 使粒子間的斥力勢(shì)能降低, 而使溶膠聚沉。2022/9/2772 乳狀液: 由兩種不互溶或部分互溶的液體所形成的粗分散系統(tǒng). 如牛奶, 含水石油, 煉油廠的廢水, 乳化農(nóng)藥等。乳化作用: 油水互不相溶, 只有加入乳化劑才能得到比較穩(wěn)定的乳狀液, 乳化劑的這種作用稱為乳化作用。常用的乳化劑多為表面活性劑, 某些固體也能起乳化作用。乳狀液的類型:水包油型， 微小油滴(通常指有機(jī)物)分散在水中, 符號(hào)O/W 如牛奶、豆?jié){、農(nóng)藥乳化劑等。油包水型, 微小水滴分散在油中, 符號(hào)W/O，如石油。 1.6.2 乳狀液2022/9/2773表面活性劑 表面活性劑性質(zhì)： 當(dāng)它被加入到某一物質(zhì)中后， 能夠顯著降低其表面張力，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。表面活性劑的分子結(jié)構(gòu) ： 由極性基團(tuán)(親水)（通常是由OH、COOH、NH2，=NH、NH3+等基團(tuán)構(gòu)成）和非極性基團(tuán)(疏水)（主要是由碳?xì)浣M成的長(zhǎng)鏈或芳香基團(tuán)所構(gòu)成）兩大部分構(gòu)成。2022/9/2774