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无机及分析化学物质状态2023/2/41第1页，本讲稿共78页 1.了解物质的气、液、固三态的基本特征；2.掌握有关的几个气体定律的内容，并能运用这些知识进行基本计算；3.熟悉非电解质稀溶液具有的依数性；4.了解胶体溶液的性质。教学要求教学要求 2023/2/42第2页，本讲稿共78页2.1 气气体体理想气体与理想气体状态方程理想气体与理想气体状态方程分压定律与分体积定律分压定律与分体积定律2-1气体气体第二章第二章 物质的状态物质的状态2023/2/43第3页，本讲稿共78页气体的最基本特征：无限膨胀性和掺混性。2.1.1理想气体与理想气体状态方程理想气体与理想气体状态方程2-1气体气体第二章第二章 物质的状态物质的状态(1)在描述气体状态时，常用以下物理量：气体物质的量（n）单位（mol）气体的体积（V）指气体所在容积的体积气体的压强（p）气体分子无规则运动时，对器壁发生碰而产生了 气体的压强。气体的温度（T）热力学温度（K）2023/2/44第4页，本讲稿共78页 分子不占体积，可看成几何质点，分子间无吸引力，分子与器壁之间发生的碰撞不造成动能的损失。理想气体理想气体实际气体在实际气体在低压低压(101.325kPa)和和高温高温(0)的条件下，接近理想气体。的条件下，接近理想气体。2-1气体气体第二章第二章 物质的状态物质的状态2023/2/45第5页，本讲稿共78页（2）当n,T一定时 V 1p p1V1=p2V2 波义耳定律 当n，p一定时V T V1V2=T1T2 查理-盖吕萨 克定律 当p，T一定时V n n 1n2=V1 V 2 阿佛加德罗定律2-1气体气体第二章第二章 物质的状态物质的状态2023/2/46第6页，本讲稿共78页 综合以上三式，可合并为 V nTP 实验测得比例系数为R，则 V=nRT p 通常写成 pV=nRT 理想气体状态方程理想气体状态方程单位单位：p-Pa V-m3 T-K n-mol理想气体常数 R=8.314 Pam3mol-1K-1 Jmol-1K-11 atm=760 mmHg=1.01325105 Pa2-1气体气体第二章第二章 物质的状态物质的状态2023/2/47第7页，本讲稿共78页pV=nRT R-摩尔气体常数在STP下，p=101.325kPa,T=273.15Kn=1.0 mol时,Vm=22.414L=22.41410-3m3R=8.314 kPaLK-1mol-1理想气体状态方程式：理想气体状态方程式：2-1气体气体第二章第二章 物质的状态物质的状态2023/2/48第8页，本讲稿共78页1.计算计算p，V，T，n四个物理量之一。四个物理量之一。2.气体摩尔质量的计算气体摩尔质量的计算理想气体状态方程式的应用理想气体状态方程式的应用用于温度不太低，压力不太高的真实气体。pV=nRT2-1气体气体第二章第二章 物质的状态物质的状态2023/2/49第9页，本讲稿共78页=m/V3.气体密度的计算气体密度的计算2-1气体气体第二章第二章 物质的状态物质的状态2023/2/410第10页，本讲稿共78页例2-1在容积为10.0dm3的真空钢瓶内充入氯气，当温度为288K时，测得瓶内气体的压强为1.01107Pa。试计算钢瓶内氯气的质量，以千克表示。解：由，推出例2-12-1气体气体第二章第二章 物质的状态物质的状态2023/2/411第11页，本讲稿共78页例2-2在373K和100kPa压强下，UF6（密度最大的一种气态物质）的密度是多少？是H2的多少倍？解：由，推出或例2-32023/2/412第12页，本讲稿共78页 某气体化合物是氮的氧化物，其中含氮的质量分数为30.5%。在一容器中充有该氮氧化合物，质量是4.107g，其体积为0.500 L，压力为202.7 kPa，温度为0，求：（1）在标准大气压下该气体的密度；（2）该化合物的相对分子质量；（3）该化合物的分子式。(1)4.107 gL-1 p1V1=p2V2(2)M=92.0 gmol-1(3)N2O4 练习2023/2/413第13页，本讲稿共78页组分气体：理想气体混合物中每一种气体叫做组分气体组分气体分压：组分气体i在相同温度下占有与混合气体相同体积时所产生的压强，叫做组分气体i的分压分压。2.1.2 分压定律与分体积定律分压定律与分体积定律（表达式之一表达式之一）2-1气体气体第二章第二章 物质的状态物质的状态2023/2/414第14页，本讲稿共78页分压定律：分压定律：混合气体的总压等于混合气体中各组分气体分压之和。p=p1+p2+或 p=pi （表达式之二表达式之二）n=n1+n2+（道尔顿分压定律）2-1气体气体第二章第二章 物质的状态物质的状态2023/2/415第15页，本讲稿共78页分压的求解：x i i的摩尔分数（表达式之三表达式之三）2-1气体气体第二章第二章 物质的状态物质的状态2023/2/416第16页，本讲稿共78页例题：某容器中含有NH3、O2、N2等气体的混合物。取 样 分 析 后，其 中 n(NH3)=0.320mol，n(O2)=0.180mol，n(N2)=0.700mol。混合气体的总压 p=133.0kPa。试计算各组分气体的分压。解：n=n(NH3)+n(O2)+n(N2)=1.200(mol)=0.320+0.180+0.700p(N2)=p-p(NH3)-p(O2)=(133.0-35.5-20.0)kPa=77.5 kPa或2023/2/417第17页，本讲稿共78页分压定律的应用分压定律的应用2-1气体气体第二章第二章 物质的状态物质的状态2023/2/418第18页，本讲稿共78页例题：用金属锌与盐酸反应制取氢气。在25下，用排水集气法收集氢气，集气瓶中气体压力为98.70kPa（25时，水的饱和蒸气压为3.17kPa），体积为2.50L，计算反应中消耗锌的质量。2-1气体气体第二章第二章 物质的状态物质的状态2023/2/419第19页，本讲稿共78页解：T=(273.15+25)K=298.15K p=98.70kPa V=2.50L298.15K时，p(H2O)=3.17kPa Mr(Zn)=65.39Zn(s)+2HCl ZnCl2+H2(g)65.39g 1molm(Zn)=?0.0964mol 2023/2/420第20页，本讲稿共78页 分体积分体积：指：指相同温度相同温度下，组分气体具有与混下，组分气体具有与混合气体合气体相同压力相同压力时所占体积。时所占体积。O O2 2N N2 2O O2 2+N+N2 2+V V1 1、P P、T TV V2 2、P P、T TV V1 1+V+V2 2、P P、T T混合气体总体积混合气体总体积V V总总=各组分气体的分体积各组分气体的分体积V Vi i之和之和 V V总总=V=V1 1+V+V2 2+V+V3 3+V+V4 4V Vi i分体积定律分体积定律2-1气体气体第二章第二章 物质的状态物质的状态2023/2/421第21页，本讲稿共78页V总 =V1 +V2 +pnRT=称为B的体积分数P总piij=V总Vxp总piiiij=,2-1气体气体第二章第二章 物质的状态物质的状态2023/2/422第22页，本讲稿共78页 例题：天然气是多组分的混合物，其组成为：CH4，C2H6，C3H8和C4H10。若该混合气体的温度为25。总压力为150.0kPa，n总=100.0mol。n(CH4):n(C2H6):n(C3H8):n(C4H10)=47.0:2.0:0.80:0.20。计算各组分的分体积和体积分数。解：以CH4的分体积、体积分数为例。解法一：思路，需先求出n(CH4)2-1气体气体第二章第二章 物质的状态物质的状态2023/2/423第23页，本讲稿共78页n(CH4)=x(CH4)n总2-1气体气体第二章第二章 物质的状态物质的状态2023/2/424第24页，本讲稿共78页解法二：2-1气体气体第二章第二章 物质的状态物质的状态2023/2/425第25页，本讲稿共78页2-3液体与溶液液体与溶液第二章第二章 物质的状态物质的状态2.3 液体与溶液液体与溶液液体的特征液体的特征:没有固定的外形和显著的膨胀性,有一定的体积、流动性、掺混性、表面张力和沸点2.3.1液体的蒸发与凝固液体的蒸发与凝固 饱和蒸气压饱和蒸气压：气液两相平衡时蒸气的分压即为气液两相平衡时蒸气的分压即为该液体的饱和蒸气压。该液体的饱和蒸气压。沸点沸点：液体的饱和蒸气压与外界压强相等时的液体的饱和蒸气压与外界压强相等时的温度。温度。2023/2/426第26页，本讲稿共78页 系统系统：研究讨论的对象只含有一个相的系统-单相系统单相系统含有两个及以上相的系统-多相系统多相系统2.3.2非电解质稀溶液的依数性非电解质稀溶液的依数性一、水的相图一、水的相图 相相：系统中化学性质和物理性质完全相同的部分 不同的相之间有明显的界面例：盐水溶液-单相系统单相系统盐水溶液+上空的空气和水蒸气两相系统两相系统盐水溶液+上空的空气和水蒸气+加盐，直到有盐析出三相系统三相系统2-3液体与溶液液体与溶液第二章第二章 物质的状态物质的状态2023/2/427第27页，本讲稿共78页 例如：（1）油和水构成的系统，只有一个态-液态，但包含两个相两个相。（2）冰、水、水蒸气的化学组成相同，三者之间的转化没有发生化学变化，但却发生了相的变化。态态：物质存在的状态 固、液、气三相之间的转化称为相变 相变达到平衡时称为相平衡 相平衡与温度、压力之间的关系图称为相图相图2-3液体与溶液液体与溶液第二章第二章 物质的状态物质的状态2023/2/428第28页，本讲稿共78页 水的相图是根据实验绘制：三条线、一个点三条线、一个点和和三个区三个区组成。三个单相区单相区：在气、液、固三个单相区内，独立的改变温度和压力不会引起相的改变。三条两相平衡线平衡线：表示两相平衡时平衡压力与温度的对应关系。OA 是气-液两相平衡线 OB 是气-固两相平衡线 OC 是液-固两相平衡线 O点 是三相点气-液-固三相共存2-3液体与溶液液体与溶液第二章第二章 物质的状态物质的状态2023/2/429第29页，本讲稿共78页O点 是水的三相点,气-液-固三相共存。三相点的温度和压力皆由体系自定(H2O的三相点三相点温度为0.0098，压力为压力为611Pa)三相点与冰点的区别三相点与冰点的区别水的冰点(ice point)是指被101.325kPa下空气所饱和了的水与冰呈平衡的温度，即0。系统所受压力（。系统所受压力（101.325kPa）是空气和水蒸气的）是空气和水蒸气的总压力。总压力。冰点温度比三相点温度低0.01是由两种因素造成的：(1)因外压增加，使凝固点下降(2)因水中溶有空气，使凝固点下降2-3液体与溶液液体与溶液第二章第二章 物质的状态物质的状态2023/2/430第30页，本讲稿共78页2-3液体与溶液液体与溶液第二章第二章 物质的状态物质的状态2023/2/431第31页，本讲稿共78页二、非电解质稀溶液的依数性二、非电解质稀溶液的依数性 蒸蒸气气压压：单单位位时时间间内内由由液液面面蒸蒸发发出出的的分分子子数数和和由由气气相相回回到到液液体体内内的的分分子子数数相相等等时时，气气、液液两两相相处处于于平平衡衡状状态态，这这时时液液体体上上方方的的蒸蒸气气所所具具有有的的压压力力称称为为溶剂在该温度下的饱和蒸气压，简称溶剂在该温度下的饱和蒸气压，简称蒸气压蒸气压。1.溶液的蒸气压下降溶液的蒸气压下降拉乌尔定律拉乌尔定律蒸气压的大小表示液体分子向外逸出的趋势蒸气压的大小表示液体分子向外逸出的趋势2-3液体与溶液液体与溶液第二章第二章 物质的状态物质的状态2023/2/432第32页，本讲稿共78页下图稀溶液蒸气压下降的实验说明下图稀溶液蒸气压下降的实验说明溶液的蒸气压小于纯溶剂的蒸气压溶液的蒸气压小于纯溶剂的蒸气压2-3液体与溶液液体与溶液第二章第二章 物质的状态物质的状态2023/2/433第33页，本讲稿共78页实验测定25C时，水的饱和蒸气压：p(H2O)=3167.7 Pa 0.5 mol kg-1 糖水的蒸气压为：p(H2O)=3135.7 Pa 1.0 mol kg-1 糖水的蒸气压为：p(H2O)=3107.7 Pa结结论论：溶溶液液的的蒸蒸气气压压比比纯纯溶溶剂剂低低，溶溶液液浓浓度度越大，蒸气压下降越多。越大，蒸气压下降越多。2-3液体与溶液液体与溶液第二章第二章 物质的状态物质的状态2023/2/434第34页，本讲稿共78页 当纯溶剂中溶入了难挥发的非电解质时，当纯溶剂中溶入了难挥发的非电解质时，纯溶剂的部分表面被溶剂化的溶质所占据纯溶剂的部分表面被溶剂化的溶质所占据，单位时间内逸出溶液液面的分子数目就会相单位时间内逸出溶液液面的分子数目就会相应减少，结果在达到平衡时，溶液表面蒸发应减少，结果在达到平衡时，溶液表面蒸发的分子数和回到溶液表面的分子数也较纯溶的分子数和回到溶液表面的分子数也较纯溶剂的少，因而使溶液的蒸气压下降。剂的少，因而使溶液的蒸气压下降。蒸气压下降原因蒸气压下降原因2-3液体与溶液液体与溶液第二章第二章 物质的状态物质的状态2023/2/435第35页，本讲稿共78页拉乌尔定律拉乌尔定律：(1887年，法国物理学家)在一定温度下，难挥发非电解质稀溶液难挥发非电解质稀溶液的蒸气压等于纯溶剂的蒸气压乘以溶剂的摩尔分数。拉乌尔定律拉乌尔定律p：溶液的蒸气压；纯溶剂的蒸气压 p；溶剂的摩尔分数xA。2-3液体与溶液液体与溶液第二章第二章 物质的状态物质的状态2023/2/436第36页，本讲稿共78页p：纯溶剂蒸气压与稀溶液蒸气压之差。因此，p与溶质的摩尔分数成正比。结论：结论：在一定温度下，难挥发非电解质稀溶液在一定温度下，难挥发非电解质稀溶液 蒸气压的下降值与溶质的摩尔分数成正蒸气压的下降值与溶质的摩尔分数成正 比。比。拉乌尔定律拉乌尔定律 设溶质的摩尔分数为xB：2-3液体与溶液液体与溶液第二章第二章 物质的状态物质的状态2023/2/437第37页，本讲稿共78页沸点：沸点：液体的沸点是指其蒸气压等于外界大气压力时的温度。溶液的蒸气压总是低于纯溶剂的蒸气压，故溶液的沸点升高。tb*为纯溶剂的沸点；tb 为溶液的沸点 tb=tb tb*Kb mB Kb：溶剂沸点上升常数，决定于溶剂的本性，与溶剂的摩尔 质量、沸点、汽化热有关。2.溶液的沸点升高溶液的沸点升高2-3液体与溶液液体与溶液第二章第二章 物质的状态物质的状态2023/2/438第38页，本讲稿共78页几种溶剂的几种溶剂的tb和和Kb溶 剂tb/K Kb/Kkgmol-1水 H2O373.150.52苯 C6H6353.352.53四氯化碳 CCl4351.654.88丙酮 CH3COCH3329.651.71三氯甲烷 CHCl3 334.453.63乙醚 C2H5OC2H5307.552.162-3液体与溶液液体与溶液第二章第二章 物质的状态物质的状态2023/2/439第39页，本讲稿共78页具体应用具体应用思考题思考题（1）难挥发物质的溶液在不断沸腾时，它的沸点是否恒定？）难挥发物质的溶液在不断沸腾时，它的沸点是否恒定？（2）高山上为何饭煮不熟？）高山上为何饭煮不熟？注意：纯液体有固定的沸点，溶液则没有，溶液的沸点随着沸腾的进行因溶剂的蒸发而不断升高，溶液达到饱和后沸点不再变化。我们讲的沸点是指某一浓度的溶液刚开始沸腾时的温度。（1）测定溶质的摩尔质量测定溶质的摩尔质量（2）在实验工作中常利用较浓的盐溶液来做高温热浴在实验工作中常利用较浓的盐溶液来做高温热浴2-3液体与溶液液体与溶液第二章第二章 物质的状态物质的状态2023/2/440第40页，本讲稿共78页3.溶液凝固点下降溶液凝固点下降凝固点凝固点：液体的蒸气压等于其固体蒸气压时系统对应的温度，此时物质固相的蒸气压与液相的蒸气压相等，两相平衡共存。纯溶剂加入溶质后，溶剂蒸气压就会下降。原有固相与液相共存的平衡会被破坏，于是固相要通过融化成液相，以此增加液相的蒸气压，使体系重新达到平衡。在固相融化过程中，要吸收体系的热量，因此新平衡点的温度就要比原平衡点温度低。2-3液体与溶液液体与溶液第二章第二章 物质的状态物质的状态2023/2/441第41页，本讲稿共78页 溶液蒸气压总是低于纯溶剂的蒸气压，溶液凝固点会下降。Tf=Kf mB 其中，是是纯纯溶溶剂剂的的凝凝固固点点，Tf是是溶溶液液的的凝凝固固点点。Kf：溶剂凝固点降低系数；mB：溶质的质量摩尔浓度。2-3液体与溶液液体与溶液第二章第二章 物质的状态物质的状态2023/2/442第42页，本讲稿共78页几种溶剂的几种溶剂的tf和和Kf值值溶 剂Tf/K Kf/Kkgmol-1水 H2O273.151.86苯 C6H6278.665.12硝基苯 C6H5NO2278.856.90萘 C10H8353.356.80醋酸 CH3COOH289.753.90环己烷 C6H12279.6520.22-3液体与溶液液体与溶液第二章第二章 物质的状态物质的状态2023/2/443第43页，本讲稿共78页 溶液的凝固点和蒸气压下降有助于说明植物的抗旱抗寒抗旱抗寒功能。经研究表明：（1）当外界气温变化时，植物细胞内会强烈地生成可溶性碳水化合物，增大了细胞液浓度，凝固点降低，保证了在一定的低温条件下细胞液不致结冰，表现出防寒功能防寒功能；（2）细胞液浓度增大，有利于蒸气压的降低，使植物的水分蒸发过程减慢。因此，植物在较高温度下仍能保持必要的水分而不枯萎，表现出抗旱性抗旱性。2-3液体与溶液液体与溶液第二章第二章 物质的状态物质的状态2023/2/444第44页，本讲稿共78页应应用用(2)往冰雪覆盖的路面上撒盐(3)汽车水箱中加甘油等(4)建筑工人冬天在沙浆中加盐(CaCl2)(5)植物的抗旱、抗寒性(1)测相对分子质量思考题思考题海水为何不易结冰？海水为何不易结冰？2-3液体与溶液液体与溶液第二章第二章 物质的状态物质的状态2023/2/445第45页，本讲稿共78页 应用溶液的蒸气压下降、沸点升高、凝固蒸气压下降、沸点升高、凝固点降低点降低可以测定溶质的摩尔质量，但在实际应用中常用溶液的凝固点降低溶液的凝固点降低来进行测定。因为同一溶剂的凝固点下降常数比沸点上升常数要大，而且晶体析出现象较易观察，测定结果的准确度高。所以凝固点降低法测定摩尔质量比用沸点上升法应用更为广泛。溶质摩尔质量的测定溶质摩尔质量的测定2-3液体与溶液液体与溶液第二章第二章 物质的状态物质的状态2023/2/446第46页，本讲稿共78页渗透渗透(osmosis)：由物质粒子通过半透膜单向扩散单向扩散的现象。半透膜半透膜(semipermeable membrane)：在两个不同浓度的溶液之间，存在一种能有选择地通过或阻止某些粒子的物质。4.溶液的渗透压溶液的渗透压渗透现象渗透现象：给缺水的植物浇上水，不久，植物茎叶挺立，这给缺水的植物浇上水，不久，植物茎叶挺立，这也是由于水渗入植物细胞内的结果。也是由于水渗入植物细胞内的结果。2-3液体与溶液液体与溶液第二章第二章 物质的状态物质的状态2023/2/447第47页，本讲稿共78页 渗透压示意图渗透压示意图产生渗透现象的条件产生渗透现象的条件（1）必须有半透膜存在）必须有半透膜存在（2）半透膜两侧浓度不等）半透膜两侧浓度不等2-3液体与溶液液体与溶液第二章第二章 物质的状态物质的状态2023/2/448第48页，本讲稿共78页 溶剂分子从一个液相通过半透膜向另一个液相扩散的过程叫渗透渗透。达到了渗透平衡时，蔗糖水液面比纯水液面高出h，这段液面高度差所产生的压力称为该溶液的渗透压该溶液的渗透压(osmosispressure)。也可将渗透压定义为：在一定的温度下，恰能阻在一定的温度下，恰能阻止渗透发生所需施加的外压力止渗透发生所需施加的外压力，称为该溶液的渗透压。2-3液体与溶液液体与溶液第二章第二章 物质的状态物质的状态2023/2/449第49页，本讲稿共78页溶液的渗透压，单位为溶液的渗透压，单位为Pa c 溶液的浓度，单位为溶液的浓度，单位为 mo1L-1 R 气体常数，为气体常数，为 8.31kPaLmol-1K-1 T 体系的温度，单位为体系的温度，单位为 KV=nRT即=cRT稀溶液的渗透压与浓度、温度的关系可用稀溶液的渗透压与浓度、温度的关系可用稀溶液的渗透压与浓度、温度的关系可用稀溶液的渗透压与浓度、温度的关系可用VantHoff(VantHoff(范特霍夫范特霍夫范特霍夫范特霍夫)公式公式公式公式表示表示表示表示 溶液的渗透压也是测定溶质的摩尔质量的经典方法之一，而且特别适用于摩尔质量大的分子。2-3液体与溶液液体与溶液第二章第二章 物质的状态物质的状态2023/2/450第50页，本讲稿共78页即该蛋白质的相对分子质量为即该蛋白质的相对分子质量为30569例例有一蛋白质的饱和水溶液，每升含有蛋白质有一蛋白质的饱和水溶液，每升含有蛋白质5.18克，已克，已知在知在298.15K时，溶液的渗透压为时，溶液的渗透压为413Pa，求此蛋白质的，求此蛋白质的相对分子质量。相对分子质量。解：根据公式解：根据公式V=nRT2-3液体与溶液液体与溶液第二章第二章 物质的状态物质的状态2023/2/451第51页，本讲稿共78页解释下列现象解释下列现象(2)盐碱土为何不利于植物生长？但施肥过量，农作物也会死亡，为何？(3)腌过的咸菜不易晒干(4)等渗溶液(1)海水鱼为何不能在淡水中生存？2-3液体与溶液液体与溶液第二章第二章 物质的状态物质的状态2023/2/452第52页，本讲稿共78页 如果半透膜两侧溶液的浓度相等，则渗透压相等，这种溶液称为等渗溶液。如果半透膜两侧溶液的浓度不等，则渗透压就不相等，渗透压高的溶液称为高渗溶液，渗透压低的溶液称为低渗溶液，渗透是从纯溶剂向稀溶液、稀溶液向浓溶液方向扩散。2-3液体与溶液液体与溶液第二章第二章 物质的状态物质的状态2023/2/453第53页，本讲稿共78页 就渗透而言，溶剂分子总是从低浓度溶液向高浓度溶液扩散。如果在浓度高的溶液一端施加外压，当外加压力大于渗透压时，溶剂分子就会从高浓度的一端向低浓度溶液一端渗透，这一过程叫做反渗透反渗透。反渗透现象反渗透现象反渗透最重要的应用反渗透最重要的应用海水淡化海水淡化污水处理污水处理溶液浓缩溶液浓缩2-3液体与溶液液体与溶液第二章第二章 物质的状态物质的状态2023/2/454第54页，本讲稿共78页稀溶液的依数性规律稀溶液的依数性规律 难挥发、非电解质稀溶液的某些性质难挥发、非电解质稀溶液的某些性质(蒸蒸气压下降、沸点上升、凝固点下降和渗透压气压下降、沸点上升、凝固点下降和渗透压)与一定量的溶剂中所含溶质的物质的量成正比，与一定量的溶剂中所含溶质的物质的量成正比，而与溶质的本性无关。而与溶质的本性无关。2-3液体与溶液液体与溶液第二章第二章 物质的状态物质的状态思考题思考题 稀溶液的各项通性，适用于浓溶液和电解质吗？稀溶液的各项通性，适用于浓溶液和电解质吗？2023/2/455第55页，本讲稿共78页2.3.3胶体胶体胶体胶体颗粒直径在颗粒直径在1100nm的具有的具有高分散度高分散度的的多相多相热力学热力学不稳定不稳定系统。系统。分类：粗分散系统、胶体分散系统、分子分散系统分类：粗分散系统、胶体分散系统、分子分散系统制备溶胶的制备溶胶的必要条件必要条件：要使分散质粒子大小在：要使分散质粒子大小在lnm100nm之间。之间。制备方法：制备方法：一是使固体颗粒变小的分散法分散法，一是使分子或离子聚结成胶体的凝聚法凝聚法。2-3液体与溶液液体与溶液第二章第二章 物质的状态物质的状态2023/2/456第56页，本讲稿共78页胶体的性质胶体的性质胶体溶液的性质动力学性质动力学性质光学性质光学性质电学性质电学性质丁达尔效应丁达尔效应瑞利散射瑞利散射扩散、布朗运动、扩散、布朗运动、沉降沉降电泳电泳电渗电渗2-3液体与溶液液体与溶液第二章第二章 物质的状态物质的状态2023/2/457第57页，本讲稿共78页1、胶体的、胶体的扩散和布朗运动扩散和布朗运动 扩散的定义与本质扩散的定义与本质扩散扩散是分子热运动的必然结果。是分子热运动的必然结果。分子热运动并不需要存在着浓度差才能发生；分子热运动并不需要存在着浓度差才能发生；但在浓度差存在下，但在浓度差存在下，分子从高浓度向低浓度迁移的数目大于从低向高迁移的数目，分子从高浓度向低浓度迁移的数目大于从低向高迁移的数目，高浓度高浓度低浓度低浓度总结果使物系呈现出从高浓度向低浓度的总结果使物系呈现出从高浓度向低浓度的净迁移，这就是扩散净迁移，这就是扩散扩散的本质是分子的热运动，扩散推动力是浓度梯度扩散的本质是分子的热运动，扩散推动力是浓度梯度2023/2/458第58页，本讲稿共78页胶粒的扩散胶粒的扩散胶粒也有热运动，因此也具有扩散现象。胶粒也有热运动，因此也具有扩散现象。胶体粒子的热运动，在微观上表现为布朗运动，胶体粒子的热运动，在微观上表现为布朗运动，在宏观上表现为扩散。在宏观上表现为扩散。溶胶粒子从高浓度区间向低浓度区间迁移的现象称为溶胶粒子从高浓度区间向低浓度区间迁移的现象称为胶粒的扩散。胶粒的扩散。物质的扩散可用斐克第一定律描述物质的扩散可用斐克第一定律描述.2-3液体与溶液液体与溶液第二章第二章 物质的状态物质的状态2023/2/459第59页，本讲稿共78页在超显微镜下可以看到溶胶中的发光点并非是在超显微镜下可以看到溶胶中的发光点并非是静止不动的，它们是在做无休止、无规则的运动静止不动的，它们是在做无休止、无规则的运动。布朗运布朗运动布朗运动产生的原因布朗运动产生的原因：（1）分散质粒子本身处于不断）分散质粒子本身处于不断的热运动中。的热运动中。（2）分散介质分子对分散质粒）分散介质分子对分散质粒子的不断撞击。子的不断撞击。2-3液体与溶液液体与溶液第二章第二章 物质的状态物质的状态(3)布朗运动布朗运动2023/2/460第60页，本讲稿共78页2、胶体的沉降分散于气体或液体介质中的颗粒，都受到两种相反方向作用力分散于气体或液体介质中的颗粒，都受到两种相反方向作用力重力：重力：溶胶中颗粒的密度大于介质时，溶胶中颗粒的密度大于介质时，颗粒在重力场作用下有向下沉降的趋势；称为沉降。颗粒在重力场作用下有向下沉降的趋势；称为沉降。沉降的结果使底部粒子浓度大于上部，即造成上下的浓差沉降的结果使底部粒子浓度大于上部，即造成上下的浓差扩散力：扩散力：由布朗运动引起，其作用促进介质中粒子浓度均匀由布朗运动引起，其作用促进介质中粒子浓度均匀沉降与扩散达平衡时，粒子的分布达到平衡，称为沉降平衡。沉降与扩散达平衡时，粒子的分布达到平衡，称为沉降平衡。此时，颗粒浓度自上而下增加，此时，颗粒浓度自上而下增加，随高度不同有一定的浓度梯度，随高度不同有一定的浓度梯度，梯度不随时间而变。梯度不随时间而变。2023/2/461第61页，本讲稿共78页 1869年，丁达尔(Tyndall)在研究胶体时，他将一束光线照射到透明的溶胶上，在与光线垂直方向上观察到一条发亮的光柱。这一现象称为丁丁达尔效应达尔效应(Tyndall effect)。由于丁达尔效应是胶体所特有的现象，因此，由于丁达尔效应是胶体所特有的现象，因此，可以通过此效应来可以通过此效应来鉴别溶液与胶体鉴别溶液与胶体。二、胶体的光学性质二、胶体的光学性质2-3液体与溶液液体与溶液第二章第二章 物质的状态物质的状态2023/2/462第62页，本讲稿共78页CuSO4溶液溶液Fe(OH)3胶体胶体光束通过溶液和胶体时的现象光束通过溶液和胶体时的现象2-3液体与溶液液体与溶液第二章第二章 物质的状态物质的状态2023/2/463第63页，本讲稿共78页光线照射到物体表面时，可能产生两种情况：光线照射到物体表面时，可能产生两种情况：（1）颗粒的直径远远大于入射光的波长，此时）颗粒的直径远远大于入射光的波长，此时入射光被完全反射，不出现丁达尔效应；入射光被完全反射，不出现丁达尔效应；（2）物质的颗粒直径比入射波长小的话，则发）物质的颗粒直径比入射波长小的话，则发生光的散射作用（瑞利散射）而出现丁达尔现象。生光的散射作用（瑞利散射）而出现丁达尔现象。因为溶胶的粒子直径在1100 nm，而一般可见光的波长范围在400760 nm，所以可见光通过溶胶时便产生明显的散射作用。2-3液体与溶液液体与溶液第二章第二章 物质的状态物质的状态2023/2/464第64页，本讲稿共78页夜晚用手电筒照射夜空夜晚用手电筒照射夜空放电影时放电影时,放映室射到银幕上的光柱放映室射到银幕上的光柱光线光线透过树叶间透过树叶间的缝隙射入的缝隙射入密林中密林中？空气也是胶体吗空气也是胶体吗?是的，叫气溶胶。若没有，光照下无丁达尔若没有，光照下无丁达尔效应效应，空间变得一团漆黑，空间变得一团漆黑，人类难生存人类难生存2023/2/465第65页，本讲稿共78页结论：氢氧化铁溶胶粒子带正电结论：氢氧化铁溶胶粒子带正电 1、电泳、电泳(electrophoresis)在电场中，溶胶体系的溶胶粒在电场中，溶胶体系的溶胶粒子在分散剂中能发生定向迁移。子在分散剂中能发生定向迁移。电泳管电泳管棕红色的氢氧化铁溶胶棕红色的氢氧化铁溶胶 根据电泳实验可以判断溶胶粒子的带电性根据电泳实验可以判断溶胶粒子的带电性2-3液体与溶液液体与溶液第二章第二章 物质的状态物质的状态三、胶体的电学性质三、胶体的电学性质2、电渗、电渗2023/2/466第66页，本讲稿共78页3、胶粒表面电荷来源、胶粒表面电荷来源 （1 1）吸附作用：氢氧化铁溶胶，该溶胶是）吸附作用：氢氧化铁溶胶，该溶胶是FeCl3 溶液在沸水中水解而制成的。在整个水解过程中，有溶液在沸水中水解而制成的。在整个水解过程中，有大量的大量的FeO+存在，由于存在，由于Fe(OH)3 对对FeO+的吸附因而溶的吸附因而溶胶带正电。胶带正电。（2 2）电离作用）电离作用 ：硅胶粒子带电就是因为：硅胶粒子带电就是因为H2SiO3电离形成电离形成HSiO3-或或SiO32-，并附着在表面而带负电。，并附着在表面而带负电。H2SiO3HSiO3-+H+SiO32-+2H+2-3液体与溶液液体与溶液第二章第二章 物质的状态物质的状态2023/2/467第67页，本讲稿共78页扩散双电层模型扩散双电层模型4、扩散双电层模型、扩散双电层模型Gouy、Chapman和和Stern提出提出2-3液体与溶液液体与溶液第二章第二章 物质的状态物质的状态2023/2/468第68页，本讲稿共78页（1）AgI(AgX)溶胶：（溶胶：（KI过量）过量）AgNO3+KI=AgI+KNO3KI过量过量吸附吸附I-胶粒带负电胶粒带负电胶团结构：胶团结构：(AgI)mnI-(n-x)K+x-xK+（2）AgI(AgX)溶胶：（溶胶：（AgNO3过量）过量）AgNO3过量过量吸附吸附Ag+胶粒带正电胶粒带正电胶团结构：胶团结构：(AgI)mnAg+(n-x)NO3-x+xNO3-5、胶粒的结构及电性、胶粒的结构及电性2-3液体与溶液液体与溶液第二章第二章 物质的状态物质的状态2023/2/469第69页，本讲稿共78页（3）Fe(OH)3溶胶溶胶FeCl3+3H2OFe(OH)3+3HClFeCl3+2H2OFe(OH)2Cl+2HClFe(OH)2ClFeO+H2O+Cl-吸附氧铁离子吸附氧铁离子FeO+胶粒带正电胶粒带正电Fe(OH)3mnFeO+(n-x)Cl-x+xCl-电位离子电位离子反离子反离子胶核胶核吸附层吸附层胶粒胶粒胶团胶团扩散层扩散层2-3液体与溶液液体与溶液第二章第二章 物质的状态物质的状态2023/2/470第70页，本讲稿共78页AgI胶团结构简式胶团结构简式（AgI)mnI-（n-x）K+x-xK+胶核胶核电位离子电位离子反离子反离子反离子反离子吸附层吸附层扩散层扩散层胶粒胶粒胶团胶团2-3液体与溶液液体与溶液第二章第二章 物质的状态物质的状态2023/2/471第71页，本讲稿共78页胶胶体体的的稳稳定定性性和和聚聚沉沉1.胶体的稳定性胶体的稳定性胶胶体体的的稳稳定定性性布朗运动布朗运动聚结稳定性聚结稳定性 胶粒的双电层结构胶粒的双电层结构 溶剂化膜溶剂化膜动力学稳定性动力学稳定性 2-3液体与溶液液体与溶液第二章第二章 物质的状态物质的状态2023/2/472第72页，本讲稿共78页动力学稳定性：动力学稳定性：由于溶胶粒子小，布朗运动激烈，在重力场中不易沉降，使溶胶具有动力学稳定性。聚结稳定性聚结稳定性 (1)胶粒带有相同电荷，同号电荷相互排斥阻止了它们的靠近；胶粒带有相同电荷，同号电荷相互排斥阻止了它们的靠近；(2)胶团中的电位离子和反离子都能发生溶剂化作用，在其表面形成具胶团中的电位离子和反离子都能发生溶剂化作用，在其表面形成具有一定强度和弹性的溶剂化膜，这层溶剂化膜阻止了溶胶粒子之间的有一定强度和弹性的溶剂化膜，这层溶剂化膜阻止了溶胶粒子之间的直接接触。直接接触。溶胶的溶胶的聚结稳定性聚结稳定性是使溶胶稳定的根本性原因，主要是使溶胶稳定的根本性原因，主要是是胶粒的双电层结构胶粒的双电层结构和和溶剂化膜溶剂化膜共同作用的结果共同作用的结果。2-3液体与溶液液体与溶液第二章第二章 物质的状态物质的状态2023/2/473第73页，本讲稿共78页2.溶胶的聚沉溶胶的聚沉 溶胶是具有溶胶是具有高分散度高分散度的的多相多相热力学热力学不稳定不稳定体系，因此体系，因此溶胶的稳定性是暂时的、有条件的、相对的。从溶胶的稳定性来看，只要破坏了溶胶稳定性的因素，溶胶粒子就会聚结变大，最后从分散剂中分离而沉降，这个过程称为溶胶的聚沉。（1）外加电解质的影响：外加电解质使反离子浓度增加，挤入吸挤入吸附层、中和电位离子、破坏双电层，附层、中和电位离子、破坏双电层，因而使胶粒的电荷减少，其结果是使胶粒间的电荷排斥力减小，促使胶粒聚结。（影响最大）影响因素：影响因素：2-3液体与溶液液体与溶液第二章第二章 物质的状态物质的状态2023/2/474第74页，本讲稿共78页 （2）温度的影响：温度升高，粒子碰撞机会增多，碰撞强度增加，破坏了胶粒的溶剂化膜；同时加热使胶核对电位离子的吸附力下降，减少了胶粒所带的电荷数，降低了稳定性，使胶粒间碰撞聚结的可能性大大加强。（4）胶体体系的相互作用：当把电性相反的两种溶胶以适当比例相互混合时，溶胶也会发生聚沉。2-3液体与溶液液体与溶液第二章第二章 物质的状态物质的状态 （3）不规则聚沉：在溶胶中加入少量的电解质可以使溶胶聚沉，电解质浓度稍高，沉淀又重新分散而成溶胶，并使胶粒所带电荷改变符号。2023/2/475第75页，本讲稿共78页电解质对溶胶聚沉作用的影响电解质对溶胶聚沉作用的影响聚沉值：使溶胶聚沉的电解质的最小浓度，称为电解质对溶胶的聚沉值。聚沉值越小，电解质的聚沉值越小，电解质的聚沉能力越大聚沉能力越大。A A、电解质负离子使正溶胶聚沉，电解质正离子使负溶胶聚沉；2-3液体与溶液液体与溶液第二章第二章 物质的状态物质的状态2023/2/476第76页，本讲稿共78页例：例：As2S3是负溶胶，是负溶胶，NaCl、MgCl2、AlCl3聚沉值最小聚沉值最小的是？的是？AlCl3聚沉值最小：51 0.72 0.093 mmolL-1 B、聚沉能力主要决定于与胶粒带相反电荷的离子（反离与胶粒带相反电荷的离子（反离子）的价数子）的价数。对于给定的溶胶，反离子为一、二、三价的电解质，其聚沉值与反离子价数的六次方成反比，称为舒尔策舒尔策-哈哈代代规则。2-3液体与溶液液体与溶液第二章第二章 物质的状态物质的状态2023/2/477第77页，本讲稿共78页 C、同价离子聚沉能力有差异 对正溶胶，对正溶胶，通常通常负负离子的水合半径越大，离子的聚沉能力越小离子的水