1、 普通化学 2001-2004 9:58:25第六章第六章 溶液和胶体溶液和胶体6 溶液和胶体&一般说来，物质可以存在四种不同的物理状态，气、一般说来，物质可以存在四种不同的物理状态，气、液、固和等离子态，物质处于何种状态与外界条件密液、固和等离子态，物质处于何种状态与外界条件密切相关。切相关。气体的基本特征是其无限膨胀性和无限掺混性。温度和压气体的基本特征是其无限膨胀性和无限掺混性。温度和压力等环境条件对气体的体积影响非常灵敏。力等环境条件对气体的体积影响非常灵敏。固体的体积和形状一定，温度和压力等环境条件对固体的固体的体积和形状一定，温度和压力等环境条件对固体的体积影响极小。体积影响极小。
2、液体的物性介于气体和固体之间，具有一定的体积，而无液体的物性介于气体和固体之间，具有一定的体积，而无一定的形状，具有流动性。温度和压力等环境条件对液体一定的形状，具有流动性。温度和压力等环境条件对液体的体积影响较小。的体积影响较小。&三者在界面、密度、分子间距离、分子间吸引力、分三者在界面、密度、分子间距离、分子间吸引力、分子运动等方面存在差别。子运动等方面存在差别。普通化学 2001-2004 9:58:25溶液和胶体溶液和胶体&6.1 基本概念基本概念v 6.1.1 物质的聚集态物质的聚集态v 6.1.2 相相v 6.1.3 分散系分散系v 6.1.4 溶液的组成标溶液的组成标度度&6.2
3、 稀溶液的通性稀溶液的通性v 6.2.1 溶液的蒸汽压溶液的蒸汽压下降下降v 6.2.2 溶液的沸点上溶液的沸点上升和凝固点下降升和凝固点下降v 6.2.3溶液的渗透压溶液的渗透压&6.3 胶体溶液胶体溶液v 6.3.1 胶体及其基本胶体及其基本特性特性v 6.3.2 溶胶的性质溶胶的性质v 6.3.3 胶团结构胶团结构v 6.3.4 溶胶的稳定性溶胶的稳定性和聚沉和聚沉&6.4 表面活性剂和乳浊表面活性剂和乳浊液液6 溶液和胶体 普通化学 2001-2004 9:58:25 物质的聚集态物质的聚集态&聚集态聚集态v各种物质总是以一定的聚集状态（简称物态）存各种物质总是以一定的聚集状态（简称物
4、态）存在的在的v常见的聚集态常见的聚集态气态气态液态液态固态固态6 溶液和胶体 6.1 基本概念 凝聚态凝聚态扩散性，可压缩性大扩散性，可压缩性大流动性，可压缩性不大流动性，可压缩性不大具有一定体积和形状，可压缩性很小具有一定体积和形状，可压缩性很小 ，这是由于组成物质的，这是由于组成物质的微粒间的距离和相互作用大小不同造成的。微粒间的距离和相互作用大小不同造成的。&聚集态的相互转化聚集态的相互转化气(g)液(l)固(s)凝聚凝聚蒸发蒸发升华升华凝固凝固凝华凝华熔化熔化v不同的聚集态各有其特点不同的聚集态各有其特点 普通化学 2001-2004 9:58:25 相相&系统中物理性质和化学性质的
5、系统中物理性质和化学性质的完全相同完全相同的任何一个的任何一个均匀的部分均匀的部分称为一个相。称为一个相。&系统可分为：系统可分为：v单相系统（均匀系统）单相系统（均匀系统）v多相系统（不均匀系统）多相系统（不均匀系统）相与相之间有明显的界面相与相之间有明显的界面同一个相可以是分离的，例同一个相可以是分离的，例NaCl晶体晶体&应用相的概念需区分：应用相的概念需区分：v相与聚集态不同；相与聚集态不同；v相数与物质种类数；相数与物质种类数；v相与界面的关系。相与界面的关系。&相变相变v物质从一个相转变到另一个相的过程物质从一个相转变到另一个相的过程6 溶液和胶体 6.1 基本概念 普通化学 20
6、01-2004 9:58:25 分散系分散系&分散系分散系v一种或多种物质分散到另一种物质中所构成的系一种或多种物质分散到另一种物质中所构成的系统统v被分散的物质称为被分散的物质称为分散质分散质（或分散相）（或分散相）v包含分散质的物质叫包含分散质的物质叫分散剂分散剂（或分散介质）（或分散介质）&分散系的分类分散系的分类v按聚集态按聚集态分散剂分散剂|气气|固固|液液|分散质分散质|气气 固固 液液|气气 固固 液液|气气 固固 液液|v按分散质粒子大小按分散质粒子大小粗分散系粗分散系(直径直径100nm)悬悬(乳乳)浊液浊液胶体分散系（胶体分散系（1100nm）分子（或离子）分散系分子（或离
7、子）分散系(1nm)。多相系统多相系统单相系统单相系统6 溶液和胶体 6.1 基本概念 普通化学 2001-2004 9:58:25 溶液的组成标度溶液的组成标度&质量分数质量分数wv定义：某组分的定义：某组分的质量质量与溶液的与溶液的总质量总质量之比之比 wB=mB/m&物质的量浓度物质的量浓度cv定义：定义：单位体积溶液单位体积溶液中所含溶质的中所含溶质的物质的量物质的量 cB=nB/Vv常用单位：常用单位：molL-1 或或 moldm-3&质量摩尔质量摩尔(物质的量物质的量)浓度浓度bv定义：定义：单位质量溶剂单位质量溶剂中所含溶质的中所含溶质的物质的物质的量量 bB=nB/mAv常用
8、单位：常用单位：molkg-16 溶液和胶体 6.1 基本概念 普通化学 2001-2004 9:58:25 溶液的组成标度溶液的组成标度&物质的量分数物质的量分数X(摩尔分数摩尔分数)v定义：某组分的定义：某组分的物质的量物质的量与溶液中总与溶液中总物质的量物质的量之之比比XB=nB/n v性质：性质：X(B)=1&浓度的分类浓度的分类v质量浓度，不会随温度的变化而改变；质量浓度，不会随温度的变化而改变；v体积浓度，体积则易于度量。体积浓度，体积则易于度量。6 溶液和胶体 6.1 基本概念 普通化学 2001-2004 9:58:25溶液的组成标度溶液的组成标度&物质的量物质的量：符号：符号
9、n，单位，单位mol。一个基本物理量。是。一个基本物理量。是以摩尔以摩尔(mol)为计量单位来表示微观粒子数量的物理量。为计量单位来表示微观粒子数量的物理量。定义定义:物质物质B的的物质的量物质的量nB是物质中组分是物质中组分B的基本单元的基本单元数目除以该物质的基本单元数数目除以该物质的基本单元数NA(阿伏伽德罗常数阿伏伽德罗常数6.0230450.000311023mol-1)所得到的物理量。所得到的物理量。即体即体系中系中B物质的物质的物质的量物质的量为物质为物质B的基本单元数目是阿伏的基本单元数目是阿伏伽德罗常数的若干倍。伽德罗常数的若干倍。注意！使用物质的量及其单位注意！使用物质的量
10、及其单位mol时，应指明基本单元物质的时，应指明基本单元物质的化学式、粒子符号或其特定组化学式、粒子符号或其特定组1mol(H2SO4)表示含有表示含有NA个基本单元为个基本单元为(H2SO4)的微粒。的微粒。1mol(H2SO4)表示含有表示含有NA个基本单元为个基本单元为(H2SO4)的微粒。的微粒。1mol(2NO+O2=2NO2)表示表示 基本单元为基本单元为(2NO+O2=2NO2)的化学的化学反应发生了一个摩尔的反应。即反应发生了一个摩尔的反应。即1mol(2NO)与与1mol(O2)作用生作用生成成1mol(2NO2)。6 溶液和胶体 6.1 基本概念1212 普通化学 2001
11、-2004 9:58:25 溶液的组成标度溶液的组成标度&浓度的换算浓度的换算v质量浓度与体积浓度之间的换算需借助于密度质量浓度与体积浓度之间的换算需借助于密度v当溶液浓度很稀时当溶液浓度很稀时，cB bB&例：例：用作消毒剂的过氧化氢溶液，其质量分数用作消毒剂的过氧化氢溶液，其质量分数w=3.0%，密度密度=1.0gmL-1，计算溶液的计算溶液的b(H2O2)和和c(H2O2)。解：解：b(H2O2)=33223.0/M(H O)3.0/34.01010100-3.097.0=0.91molkg-1c(H2O2)=33222222(H O)(H O)3.0%1.01010M(H O)34.0
12、w=0.88 molL-16 溶液和胶体 6.1 基本概念 普通化学 2001-2004 9:58:25难挥发非电解质稀溶液的依数性难挥发非电解质稀溶液的依数性&不同溶质和溶剂组成的溶液各有其不同的化学、物不同溶质和溶剂组成的溶液各有其不同的化学、物理性质。其中某些性质主要有理性质。其中某些性质主要有溶质溶质的性质所决定，的性质所决定，如如密度、颜色、导电性和酸碱性密度、颜色、导电性和酸碱性等。但通过实验发等。但通过实验发现，无论何种溶液有现，无论何种溶液有四种性质四种性质与与溶质的本性溶质的本性无关，无关，而主要由溶液中所含而主要由溶液中所含溶质的粒子数溶质的粒子数的多少决定。而的多少决定。
13、而且此类性质在各种稀溶液中表现的尤为突出，称为且此类性质在各种稀溶液中表现的尤为突出，称为稀溶液的通性稀溶液的通性。&但这一通性由于电解质溶质的电离作用和挥发性气但这一通性由于电解质溶质的电离作用和挥发性气体溶质的挥发作用，使得它们在定量计算上，出现体溶质的挥发作用，使得它们在定量计算上，出现了困难。但对于难挥发、非电解质溶质在溶液中的了困难。但对于难挥发、非电解质溶质在溶液中的稳定性，使其在稳定性，使其在稀浓度稀浓度范围内具备较好的线性关系范围内具备较好的线性关系,具有较大的应用范围。具有较大的应用范围。6 溶液和胶体 6.2 稀溶液的通性 普通化学 2001-2004 9:58:25水的相
14、图水的相图&相图相图表示体系的状态与温表示体系的状态与温度、压力关系图。水是最常度、压力关系图。水是最常用的溶剂，其相图极为重要。用的溶剂，其相图极为重要。&蒸气压蒸气压 在一定温度下，液体和它的在一定温度下，液体和它的蒸气处于平衡状态时，蒸气蒸气处于平衡状态时，蒸气所具有的压力所具有的压力6 溶液和胶体 6.2 稀溶液的通性O三相点三相点:Tt0.01;pt6.11102Pa 沸点沸点:Tb100;pt1.013105Pav 如：如：H2O(l)H2O(g)=p(H2O)/p；p(H2O)即为水的即为水的(饱和饱和)蒸气压。蒸气压。普通化学 2001-2004 9:58:25 溶液的蒸汽压下
15、降溶液的蒸汽压下降&蒸气压是液体的重要性质，与液体的本性和蒸气压是液体的重要性质，与液体的本性和所处的温度相关，而与液体的量无关。液体所处的温度相关，而与液体的量无关。液体在抽空且密闭的容器中，在一定温度下气液在抽空且密闭的容器中，在一定温度下气液达到平衡时的蒸气压达到平衡时的蒸气压温度温度T时的饱和蒸气时的饱和蒸气压，与温度密切相关。当饱和蒸气压等于外压，与温度密切相关。当饱和蒸气压等于外界压力时液体达到沸腾温度界压力时液体达到沸腾温度(沸点沸点)。6 溶液和胶体 6.2 稀溶液的通性&液体在一定的温度下，其中少数能液体在一定的温度下，其中少数能量较高的分子具有脱离液体表面进量较高的分子具有
16、脱离液体表面进入空间，呈气态的倾向。因此蒸发入空间，呈气态的倾向。因此蒸发过程系统中分子存在着过程系统中分子存在着蒸发和凝蒸发和凝结两种倾向。在两者达到平衡时，结两种倾向。在两者达到平衡时，液体上方的蒸气压力处于定值，此液体上方的蒸气压力处于定值，此时液面上的压力为饱和蒸气压。时液面上的压力为饱和蒸气压。普通化学 2001-2004 9:58:25溶液的蒸汽压下降溶液的蒸汽压下降&溶液的蒸汽压下降溶液的蒸汽压下降vp(溶液蒸气压溶液蒸气压)nB nA+nBnA；p=pnB/nA 如以水为溶剂，且为如以水为溶剂，且为1000g，溶剂的物质的量为，溶剂的物质的量为1000/18.01=55.52m
17、ol。此时物质。此时物质B的的nB即为在即为在1000g水中的溶质的量，以质量物质的量浓度表示水中的溶质的量，以质量物质的量浓度表示bB 拉乌尔定律：拉乌尔定律：p=pbB/55.52=KbB在一定温度下在一定温度下,难挥发非电解质稀溶液的蒸气压下降与难挥发非电解质稀溶液的蒸气压下降与溶质的质量摩尔浓度成正比溶质的质量摩尔浓度成正比,而与溶质的本性无关。而与溶质的本性无关。v适用范围：适用范围：难挥发、非电解质、稀溶液难挥发、非电解质、稀溶液6 溶液和胶体 6.2 稀溶液的通性 普通化学 2001-2004 9:58:25 溶液的沸点上升和凝固点下降溶液的沸点上升和凝固点下降&沸点沸点v液体的
18、蒸气压等与外液体的蒸气压等与外界压强时的温度界压强时的温度 v如如 H2O(l)H2O(g)p(H2O)=101325Pa=p(大气大气)，t=100&凝固点凝固点v固固液两相平衡（固、液两相平衡（固、液两者的蒸气压相等）时的温度液两者的蒸气压相等）时的温度v如如 H2O(l)H2O(s)p(H2O,l)=p(H2O,s)=610.6Pa，t=06 溶液和胶体 6.2 稀溶液的通性 普通化学 2001-2004 9:58:25&沸点上升沸点上升vTb(溶液沸点溶液沸点)Tb(纯溶剂沸点纯溶剂沸点)v沸点上升沸点上升 Tb=Tb-TbvTb=KbbB (难挥发非电解质稀溶液难挥发非电解质稀溶液)
19、vKb（比例常数）比例常数）（摩尔）（摩尔）沸点上升常数沸点上升常数，与，与溶质的本性无关，而只随溶剂的不同而不同溶质的本性无关，而只随溶剂的不同而不同&凝固点下降凝固点下降vTf(溶液凝固点溶液凝固点)100nm,以反射和折射为主以反射和折射为主;当当d5nm以透以透射为主。射为主。I与浓度与浓度c成正比，成正比，c，Ic。浊度计的设计原理。浊度计的设计原理。n1、n2相差越大，则相差越大，则I越强。溶胶的乳光效应强，真溶液弱。越强。溶胶的乳光效应强，真溶液弱。普通化学 2001-2004 9:58:25 溶胶的性质溶胶的性质&动力学性质动力学性质布朗布朗(Brown)运动运动 由于胶粒的布
20、朗运动具由于胶粒的布朗运动具有扩散作用，因而保持有扩散作用，因而保持悬浮状态。是其动力学悬浮状态。是其动力学稳定因素。稳定因素。&电学性质电学性质电动现象电动现象（电泳和电渗）（电泳和电渗）胶粒通过吸附和电离作用，胶粒通过吸附和电离作用，使带有电荷，在电场中能使带有电荷，在电场中能够作定向运动。够作定向运动。6 溶液和胶体 6.3 胶体溶液 普通化学 2001-2004 9:58:25 胶团结构胶团结构&胶核胶核大量的分子（离子）聚集而成的溶胶粒子核心大量的分子（离子）聚集而成的溶胶粒子核心&电位离子电位离子胶核胶核选择性选择性地地吸附与固相组成相关的离子吸附与固相组成相关的离子&反离子反离子
21、v溶液中与电位离子电荷相反的离子。分成两部分：溶液中与电位离子电荷相反的离子。分成两部分：吸附层吸附层:电位离子电位离子+束缚在胶核表面的反离子束缚在胶核表面的反离子扩散层扩散层:在分散剂中扩散开的反离子在分散剂中扩散开的反离子&胶粒胶粒=胶核胶核+吸附层吸附层&胶团胶团=胶粒胶粒+扩散层扩散层&胶粒的电荷符号就是电位离子所带的电荷符号。胶粒的电荷符号就是电位离子所带的电荷符号。6 溶液和胶体 6.3 胶体溶液 普通化学 2001-2004 9:58:25 胶团结构胶团结构&AgI 溶胶溶胶 AgNO3+KIKNO3+AgI过量的过量的 KI 作稳定剂作稳定剂AgI胶团的图示式：胶团的图示式：
22、ClClFeOOHFe3xxnnxm胶团扩散层胶粒吸附层反离子反离子电位离子胶核胶核胶粒胶团&Fe(OH)3 溶胶的结构溶胶的结构由由FeCl3水解制备水解制备胶团扩散层胶粒吸附层反离子反离子电位离子胶核 AgI胶团的结构表达式胶团的结构表达式(AgI)m n I-(n-x)K+x-xK+6 溶液和胶体 6.3 胶体溶液 普通化学 2001-2004 9:58:25-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-电位固相电位吸附层 扩散层胶团双电层示意图胶团结构胶团结构&胶团的双电层结构由图表示，胶团的双电层结构由图表示，电位（热力学电位）电位（热力学电位）电位（电动电位）电位（电动电位）胶团双
23、电层中，吸附层和扩散层带胶团双电层中，吸附层和扩散层带有相反的电荷，所以两层之间存在有相反的电荷，所以两层之间存在 电位差。电位差。电位可以热力学方法电位可以热力学方法6 溶液和胶体 6.3 胶体溶液 测定。两者的区别：测定。两者的区别：&两电位处于胶团双电层的不同部位。两电位处于胶团双电层的不同部位。电位电位电位电位热力学电位决定与被吸附的电位离子的浓度。热力学电位决定与被吸附的电位离子的浓度。电位电位一般情况下不变。一般情况下不变。电位还受溶液中其他离子的影响。电位还受溶液中其他离子的影响。当吸附层变厚，而扩散层变薄，当吸附层变厚，而扩散层变薄，电位趋于零。从而电位趋于零。从而破坏胶团的稳
24、定性。破坏胶团的稳定性。普通化学 2001-2004 9:58:25 溶胶的稳定性和聚沉溶胶的稳定性和聚沉&聚沉聚沉(凝结凝结)胶粒聚集成较大的颗粒最后从分散剂中分离出来的胶粒聚集成较大的颗粒最后从分散剂中分离出来的过程过程&溶胶的稳定性溶胶的稳定性v动力稳定性：动力稳定性：在重力场作用下，分散质粒子不从分散剂中分离出来。v聚结稳定性：聚结稳定性：在放置过程中，不发生分散质粒子的合并。&影响溶胶稳定性的因素影响溶胶稳定性的因素v电解质电解质:影响最大,使扩散层变薄。电解质离子的价数越高或水合半径越小,聚沉能力越强。v浓度浓度:浓度增加,粒子碰撞机会增多。v温度温度:温度升高,粒子碰撞的机会增多
25、,强度增加。v不同胶体相互作用不同胶体相互作用：互聚互聚,敏化作用敏化作用和和保护作用保护作用6 溶液和胶体 6.3 胶体溶液 普通化学 2001-2004 9:58:25溶胶的稳定性和聚沉溶胶的稳定性和聚沉&高分子溶液与溶胶的比较高分子溶液与溶胶的比较&相同点：相同点：粒径相似，扩散速度慢，不能透过半透膜粒径相似，扩散速度慢，不能透过半透膜&不同点：不同点：真溶液单相体系真溶液单相体系溶质和溶剂间具有亲和溶质和溶剂间具有亲和力力(自动溶解自动溶解)热力学稳定体系热力学稳定体系(不需不需第三组分作稳定剂第三组分作稳定剂)平衡体系有一定溶解度平衡体系有一定溶解度分散粒子为单分子粒子分散粒子为单分
26、子粒子对电解质的加入不很敏对电解质的加入不很敏感感粘度大粘度大多相体系，粒子带电性多相体系，粒子带电性分散质和分散剂间很少分散质和分散剂间很少亲和力亲和力(不能自动溶解不能自动溶解)热力学不稳定体系热力学不稳定体系(需第需第三组分作稳定剂三组分作稳定剂)不平衡体系无溶解度不平衡体系无溶解度分散质为多分子聚集颗分散质为多分子聚集颗粒粒对电解质敏感对电解质敏感粘度小粘度小6 溶液和胶体 6.3 胶体溶液 普通化学 2001-2004 9:58:25 表面活性剂表面活性剂&表面活性剂表面活性剂v加入少量就能使水的表面张力明显降低的物质加入少量就能使水的表面张力明显降低的物质v通常含有亲水的极性基团和
27、憎水的非极性碳链或通常含有亲水的极性基团和憎水的非极性碳链或碳环有机化合物。亲水基团进入水中，憎水基团碳环有机化合物。亲水基团进入水中，憎水基团企图离开水而指向空气，在界面定向排列。企图离开水而指向空气，在界面定向排列。&表面活性剂的重要作用表面活性剂的重要作用v润湿作用润湿作用 v起泡作用起泡作用 v增溶作用增溶作用 v乳化作用乳化作用v洗涤作用洗涤作用 6 溶液和胶体 6.4 表面活性剂和乳浊液 普通化学 2001-2004 9:58:25 表面活性剂表面活性剂 6 溶液和胶体 6.4 表面活性剂和乳浊液 普通化学 2001-2004 9:58:25 第六章小结第六章小结&基本要求基本要求
28、v溶液浓度的表示和计算；溶液浓度的表示和计算；v稀溶液的通性和应用；稀溶液的通性和应用；v胶体溶液的基本性质。胶体溶液的基本性质。&基本概念基本概念 分散系及其分类、相及有分散系及其分类、相及有关的概念、质量物质的量关的概念、质量物质的量浓度、物质的量分数、稀浓度、物质的量分数、稀溶液的通性、溶液的通性、(饱和饱和)蒸气蒸气压、压、相变相变、蒸气压下降、蒸气压下降(p)、拉乌尔定律、沸点、凝固拉乌尔定律、沸点、凝固点点(熔点熔点)、沸点上升沸点上升(Tb)和凝固和凝固点下降点下降(Tf)、渗透、渗渗透、渗透压、溶胶的性质、凝透压、溶胶的性质、凝结结(或聚沉或聚沉)、加速或促、加速或促使溶胶凝结的因素使溶胶凝结的因素&基本计算基本计算v浓度的换算浓度的换算vTb=KbbB vTf=Kf bB vV=nBRT 或或=cBRT 6 溶液和胶体
