无机及分析化学课件之分散体系.ppt

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1、第第1章章 分散体系分散体系1.1 溶液溶液1.2 稀溶液的依数性稀溶液的依数性1.3 电解质溶液电解质溶液1.4 胶体溶液胶体溶液1.5 乳浊液和高分子溶液乳浊液和高分子溶液本章重、难点本章重、难点o1.重点内容：稀溶液的依数性。溶胶的胶重点内容：稀溶液的依数性。溶胶的胶团结构，溶胶的稳定性。团结构，溶胶的稳定性。o2.难点内容：稀溶液的依数性。溶胶的结难点内容：稀溶液的依数性。溶胶的结构和电动电势。构和电动电势。一、分散系的概念一、分散系的概念 一种或几种物质分散在另外一种物质中所构成一种或几种物质分散在另外一种物质中所构成的体系叫分散体系，简称分散系。的体系叫分散体系，简称分散系。分散质

2、（分散相）：分散系中分散质（分散相）：分散系中被分散被分散的物质的物质。分散剂（分散介质）：分散剂（分散介质）：容纳容纳分散质的物质。分散质的物质。按分散质粒子按分散质粒子直径大小直径大小不同分为：不同分为：溶液，高分子溶液，（单相）溶液，高分子溶液，（单相）溶胶，乳状液，悬浊液溶胶，乳状液，悬浊液（多相）（多相）二、分散系的分类二、分散系的分类 按分散质粒子直径大小不同分为三类：按分散质粒子直径大小不同分为三类：类型型 颗粒直径粒直径/nm主要性主要性质实例例粗分散系粗分散系100颗粒不能透粒不能透过滤纸，扩散慢，散慢，多相，很不多相，很不稳定定泥泥浆 牛奶牛奶胶体分散系胶体分散系1100颗

3、粒能透粒能透过滤纸，透不，透不过半半透膜透膜，扩散慢，多相或散慢，多相或单相，不相，不稳定定 金溶胶金溶胶 硅酸溶胶硅酸溶胶分子分散系分子分散系1颗粒能透粒能透过滤纸和半透膜，和半透膜，扩散快，散快，单相，相，稳定定蔗糖、蔗糖、氯化化钠溶液溶液溶液溶液溶液：分散质以小分子、离子或原子为质点均匀地分散质以小分子、离子或原子为质点均匀地分散在分散剂中所形成的分散系分散在分散剂中所形成的分散系o注意：注意：o1.1.凡气体或固体溶于液体时，则称液体为溶剂，而称气凡气体或固体溶于液体时，则称液体为溶剂，而称气体或固体为溶质。体或固体为溶质。o2.2.若两种液体相互溶解时，一般把量多的叫做溶剂，量若两种

4、液体相互溶解时，一般把量多的叫做溶剂，量少的叫做溶质。少的叫做溶质。o3.3.物质在常温时有固体、液体和气体三种状态。因此溶物质在常温时有固体、液体和气体三种状态。因此溶液也有三种状态，大气本身就是一种气体溶液，固体溶液也有三种状态，大气本身就是一种气体溶液，固体溶液混合物常称固溶体，如合金。液混合物常称固溶体，如合金。溶液的浓度溶液的浓度：一定量的溶液或溶剂中所含溶质的量一定量的溶液或溶剂中所含溶质的量称为溶液的浓度。称为溶液的浓度。化学上用化学上用物质的量浓度物质的量浓度、质量摩尔浓度质量摩尔浓度、摩尔分摩尔分数数等来表示溶液的浓度。等来表示溶液的浓度。一一、溶液溶液浓度的表示方法度的表示

5、方法 1.1.物质的量浓度物质的量浓度c cB B 单位体积溶液中所含溶质单位体积溶液中所含溶质B B的物质的量。的物质的量。c cB B=n=nB B/v(/v(molmolL L-1-1)n)nB B=m=mB B/M/MB B (mol)(mol)2.2.质量摩尔浓度质量摩尔浓度b bB B 每每千克溶剂千克溶剂(A)(A)中所含溶质中所含溶质(B)(B)的物质的量。的物质的量。例：在水中溶有甲醇（例：在水中溶有甲醇（CH3OH），求甲），求甲醇的质量摩尔浓度？醇的质量摩尔浓度？o解：bCH3OH=3.摩摩尔分数分数 溶溶质质B B的的物物质质的的量量n nB B占占全全部部溶溶液液物物

6、质质的的量量n n的的分分数。数。x xB B=n=nB B/n x/n xA A+x+xB B=1=1例：在例：在100g水溶液中溶有，求水和水溶液中溶有，求水和NaCl的摩尔的摩尔分数？分数？溶质溶质(B)(B)的质量与溶液的质量之比。的质量与溶液的质量之比。4.质量分数质量分数例：在例：在100mL水中水中,溶有蔗糖（溶有蔗糖（C12H22O11）,溶溶液的密度为，求蔗糖的物质的量浓度、质量摩尔浓液的密度为，求蔗糖的物质的量浓度、质量摩尔浓度、摩尔分数和质量分数？度、摩尔分数和质量分数？o思考一下思考一下:o1.煮面条事先在水里放点盐煮面条事先在水里放点盐,面条会容易熟面条会容易熟?o2

7、.咸菜坛里的水不容易结冰咸菜坛里的水不容易结冰?o3.菜场买不到深海活鱼菜场买不到深海活鱼?o4.霜打青菜更甜霜打青菜更甜?o5.冬天里汽车的水箱加抗冻剂放冻冬天里汽车的水箱加抗冻剂放冻?o6.生理盐水和葡萄糖注射液的浓度一定生理盐水和葡萄糖注射液的浓度一定?o7.冬天除冰雪撒融雪剂冬天除冰雪撒融雪剂?1.2 1.2 稀溶液的依数性稀溶液的依数性（The Colligative Properties of Dilute Solution)稀溶液的依数性稀溶液的依数性:稀溶液的某些性质只与溶质的粒稀溶液的某些性质只与溶质的粒 子数目有关子数目有关,而与溶质的本性无关而与溶质的本性无关,这一类性质

8、称为这一类性质称为 稀溶液的依数性。稀溶液的依数性。溶质溶解在溶剂中形成溶液溶质溶解在溶剂中形成溶液,溶液的性质已不同于溶液的性质已不同于原来的溶质和溶剂原来的溶质和溶剂,这种性质上的变化可分为两类这种性质上的变化可分为两类:第一类由第一类由溶质本性溶质本性不同所引起。如酸碱性、导电不同所引起。如酸碱性、导电性颜色、味道等。性颜色、味道等。第二类由第二类由溶质数量溶质数量不同所引起。如蒸气压、沸点不同所引起。如蒸气压、沸点、凝固点、渗透压等。、凝固点、渗透压等。注意：稀溶液的依数注意：稀溶液的依数性主要指非电解质稀性主要指非电解质稀溶液，电解质稀溶液溶液，电解质稀溶液及浓溶液比较复杂，及浓溶液

9、比较复杂，在此不做讨论。在此不做讨论。pA*在一定温度下在一定温度下,某溶剂的饱和蒸气所产生的压力称某溶剂的饱和蒸气所产生的压力称为该溶剂的饱和蒸气压为该溶剂的饱和蒸气压,简称蒸气压。简称蒸气压。溶液的蒸气压下降溶液的蒸气压下降(1)纯溶剂的蒸气压纯溶剂的蒸气压蒸气压蒸气压大大的物质称的物质称为为易易挥发性物质挥发性物质;蒸气压蒸气压小小的物质称的物质称为为难难挥发性物质。挥发性物质。蒸蒸发发凝凝聚聚当溶剂溶解一定量难挥发当溶剂溶解一定量难挥发溶质时，在一定温度下溶质时，在一定温度下,溶液的蒸气压总是低于纯溶液的蒸气压总是低于纯溶剂的蒸气压，称为溶液溶剂的蒸气压，称为溶液的蒸气压下降。的蒸气压

10、下降。(2)溶液的蒸气压溶液的蒸气压p nB,nA+nB nA，因此，因此在一定温度下，在一定温度下，难挥发非非电解解质稀溶液的蒸气稀溶液的蒸气压下降，近似地与溶液的下降，近似地与溶液的质量摩量摩尔浓度成正比，而度成正比，而与溶与溶质的种的种类无关。无关。这是是拉拉乌尔定律定律的另一种表的另一种表达形式。达形式。p=k b(B)RaoultRaoult定律适用范围：定律适用范围：溶质是非电解质，并且是非挥发性的，溶液必溶质是非电解质，并且是非挥发性的，溶液必须是稀的须是稀的 1.2.2 溶液的沸点升高溶液的沸点升高 1.2.3 溶液的凝固点降低溶液的凝固点降低 沸点：沸点：液体蒸气压等于外界大

11、气压力时的温度。液体蒸气压等于外界大气压力时的温度。凝固点：凝固点：物质的液相蒸气压和固相蒸气压相等时物质的液相蒸气压和固相蒸气压相等时的温度的温度,即固相和液相平衡共存时的温度。即固相和液相平衡共存时的温度。o相：物理和化学性质完全相同的一部分称相：物理和化学性质完全相同的一部分称为相。相和相之间有明显的界面。为相。相和相之间有明显的界面。o例如：纯水和溶液为单相体系，冰水混合例如：纯水和溶液为单相体系，冰水混合物为多相体系。溶液为单相体系，胶体为物为多相体系。溶液为单相体系，胶体为多相体系。多相体系。水是使用最广泛的溶剂，为了讨论溶液的性质，水是使用最广泛的溶剂，为了讨论溶液的性质，在此先

12、介绍水的相变及其相图的有关知识。在此先介绍水的相变及其相图的有关知识。(1)(1)气液平衡气液平衡 液态水是由大量水分子通过分子间力聚集在液态水是由大量水分子通过分子间力聚集在一起而呈液态的一种聚集体。在一定温度下，水一起而呈液态的一种聚集体。在一定温度下，水分子具有一定的能量而进行热运动。这种能量分分子具有一定的能量而进行热运动。这种能量分布告诉我们，在液态水中能量高和能量低的水分布告诉我们，在液态水中能量高和能量低的水分子占极少数，而大部分水分子呈能量居中的状态。子占极少数，而大部分水分子呈能量居中的状态。水的相变和相图水的相变和相图 在一定温度下，处在水表面上的、少数能量较在一定温度下，

13、处在水表面上的、少数能量较高的水分子可以克服分子间力而逃逸出水面进入气高的水分子可以克服分子间力而逃逸出水面进入气相。这一过程称为相。这一过程称为蒸发蒸发。蒸发是水分子从液相进入。蒸发是水分子从液相进入气相的过程，因此，随着蒸发过程的进行，气相中气相的过程，因此，随着蒸发过程的进行，气相中水分子的数目逐渐增大。另外，在气相中的水分子水分子的数目逐渐增大。另外，在气相中的水分子由于热运动，其中有的水分子又有可能碰撞到液面由于热运动，其中有的水分子又有可能碰撞到液面重新回到液相中，这一过程称为重新回到液相中，这一过程称为凝聚凝聚。凝聚速率与。凝聚速率与气态水分子的浓度有关，气态水分子的浓度越大，气

14、态水分子的浓度有关，气态水分子的浓度越大，凝聚速率越大。凝聚速率越大。当当凝聚速率等于该温度下的蒸发速率凝聚速率等于该温度下的蒸发速率时，在相同时，在相同时间内进出整个液面的水分子数相等，体系就在时间内进出整个液面的水分子数相等，体系就在该温度下达到了蒸发与凝聚的动态平衡。该温度下达到了蒸发与凝聚的动态平衡。此时气相中气态水分子的浓度在宏观上不再此时气相中气态水分子的浓度在宏观上不再发生变化，水气的分压亦不再发生变化。发生变化，水气的分压亦不再发生变化。此时气此时气相中水气所呈现的分压，称为水在该温度下的饱相中水气所呈现的分压，称为水在该温度下的饱和蒸气压和蒸气压(简称蒸气压简称蒸气压)。当然

15、，若体系气相中不当然，若体系气相中不含有其他气体，水气的分压含有其他气体，水气的分压(水的蒸气压水的蒸气压)等于体等于体系的总压力。系的总压力。图图2.3 水的蒸汽压曲线水的蒸汽压曲线图图2.4 冰的蒸汽压曲线冰的蒸汽压曲线(2)气固平衡气固平衡 图图2.6 水的固液平衡线水的固液平衡线(示意图示意图)(3)固液平衡固液平衡 水的相图水的相图相相（phasephase）:体体系系中中物物理理性性质质和和化化学学性性质质完完全全相相同同且组成均匀的一部分称为相。且组成均匀的一部分称为相。相相图图(phase(phase digram):digram):相相图图是是表表示示体体系系的的状状态态与与

16、温温度、压力之间的关系的平面图。度、压力之间的关系的平面图。水水的的相相图图OA：液气：液气平衡线平衡线OB：固气：固气 平衡线平衡线OC：固：固液平衡线液平衡线O为为三三曲曲线线的的交交点点，称称为为三三相相点点。该该点点三三相相平平衡衡共共存存A点称为临界点，点称为临界点，（，（，2.2526*107Pa）汽汽相相区区气气相相区区注注意意：所所谓谓临临界界点点是是说说在在临临界界点点液液体体的的密密度度和和蒸蒸气气的的密度相等，液态和气态之间的界面消失。密度相等，液态和气态之间的界面消失。所谓汽相区意味着气体可以加压或降温液化为水；所谓汽相区意味着气体可以加压或降温液化为水；而而在在气气相

17、相区区因因为为高高于于临临界界温温度度，所所以以不不可可能能用用加加压压的的办法使气体液化。办法使气体液化。思考：根据水的思考：根据水的相图，问冰刀为相图，问冰刀为何不会被冻在冰何不会被冻在冰上？上？273.16K273.16K沸点升高和凝固点降低图沸点升高和凝固点降低图AB水水的蒸气压的蒸气压曲线曲线AB溶溶液的蒸气液的蒸气压曲线压曲线AA冰冰的蒸气压的蒸气压曲线曲线 由由上上图图可可以以看看出出，溶溶液液的的蒸蒸气气压压下下降降，导导致致溶溶液液的沸点升高、凝固点降低。的沸点升高、凝固点降低。凝固点下降凝固点下降值：Tf =T f*-T fT b =K b b(B)T f =K f b b

18、(B)(B)沸点上升沸点上升值：T b=T b-T b*Kb沸点升高常数沸点升高常数;Kf 凝固点降低常数凝固点降低常数 Kb、Kf只只与与溶溶剂剂的的性性质质有有关关，单单位位：0Ckg/mol 或或Kkg/mol。定量关系定量关系:因此，因此，难挥发非非电解解质稀溶液稀溶液的沸点上升和的沸点上升和凝固点下降与凝固点下降与溶液的溶液的质量摩量摩尔浓度成正比度成正比，与溶质的本性无关。与溶质的本性无关。应用应用:计算溶液的沸点（计算溶液的沸点（Tb）和凝固点（）和凝固点（Tf）。）。测定测定M（B）日常生活中的应用日常生活中的应用 例例 在下将克单质磷溶于克苯中。将克谷氨酸溶在下将克单质磷溶于

19、克苯中。将克谷氨酸溶于克水中。若以上两种溶液的凝固点降低相同，求以于克水中。若以上两种溶液的凝固点降低相同，求以上两种溶液的凝固点和谷氨酸的摩尔质量。上两种溶液的凝固点和谷氨酸的摩尔质量。(已知磷已知磷在苯溶液中以在苯溶液中以P4分子的形式存在，纯苯的凝固点是分子的形式存在，纯苯的凝固点是5.400)解：解：对于苯溶液(mol/kg)(mol/kg)(K)(K)()对于谷氨酸溶液Tf(谷氨酸水溶液)Tf(苯溶液)0.196K0.196(0.196()(g/mol)(g/mol)溶液的渗透压溶液的渗透压 临床治疗中，用于静脉注射的生理盐水是质量分数为临床治疗中，用于静脉注射的生理盐水是质量分数为

20、的的NaCl水溶液，生理盐水中水溶液，生理盐水中 NaCl 的浓度不能大亦的浓度不能大亦不能小。若不能小。若 NaCl的质量分数小于，当溶液被输进的质量分数小于，当溶液被输进血液中后，血液中的红细胞会因细胞外的水分渗进细血液中后，血液中的红细胞会因细胞外的水分渗进细胞内而被胀破。反之，若溶液中胞内而被胀破。反之，若溶液中 NaCl 的浓度过大，的浓度过大，红细胞会因细胞内的水分渗出细胞外而皱缩。溶剂水红细胞会因细胞内的水分渗出细胞外而皱缩。溶剂水分子总是从稀溶液透过细胞膜向浓溶液中渗透。这是分子总是从稀溶液透过细胞膜向浓溶液中渗透。这是为什么呢为什么呢?回答这个问题要从半透膜和溶液的渗透压回答

21、这个问题要从半透膜和溶液的渗透压讲起。讲起。蔗糖溶液蔗糖溶液纯水水半透膜 产生渗透压示意图产生渗透压示意图半透膜半透膜:一种只允许溶剂分子通过而不允许溶质分一种只允许溶剂分子通过而不允许溶质分子通过的膜称为半透膜。动植物的膜组织例如动物子通过的膜称为半透膜。动植物的膜组织例如动物膀胱、肠衣、植物的表皮层等是半透膜，人造的羊膀胱、肠衣、植物的表皮层等是半透膜，人造的羊皮纸和火棉胶膜也是半透膜。皮纸和火棉胶膜也是半透膜。渗透作用渗透作用:溶剂分子通过半透膜进入溶液的现象溶剂分子通过半透膜进入溶液的现象 称为渗透作用。称为渗透作用。渗透压渗透压:为了阻止渗透作用而施加于溶液的最小为了阻止渗透作用而施

22、加于溶液的最小 压力称为该溶液的渗透压。压力称为该溶液的渗透压。产生渗透压的条件产生渗透压的条件：存在半透膜；半透膜两侧：存在半透膜；半透膜两侧 溶液浓度不同。溶液浓度不同。注意：注意：R=8.314kPaLK-1mol-1范特霍夫定律：范特霍夫定律：非电解质稀溶液的渗透压与溶液物质的量浓度非电解质稀溶液的渗透压与溶液物质的量浓度(C)(C)和温度和温度(T)(T)成正比成正比,而与溶质的本性无关。而与溶质的本性无关。即即:=CRT:=CRT即即:=b:=bB BRTRT或或:在一定温度下在一定温度下,非电解质稀溶液的渗透压与溶液非电解质稀溶液的渗透压与溶液的质量摩尔浓度的质量摩尔浓度(b(b

23、B B)成正比成正比,而与溶质的本性无关。而与溶质的本性无关。测定大分子的测定大分子的M(B)。动动植植物物生生理理：如如植植物物体体内内水水分分传传导导，动动物物溶溶血血，输输血血（等等渗渗溶溶液液），合合理理施施肥肥，淡淡水水鱼鱼在在海海水水中中养养殖会使鱼脱水。殖会使鱼脱水。海水淡化，污水处理（反渗技术）。海水淡化，污水处理（反渗技术）。渗透作用的应用：渗透作用的应用：例题例题:为为人体做静脉注射用的葡萄糖溶液，其葡萄人体做静脉注射用的葡萄糖溶液，其葡萄糖的质量分数为，试推算人体血液的渗透压。葡糖的质量分数为，试推算人体血液的渗透压。葡萄糖的摩尔质量是萄糖的摩尔质量是180克摩尔。克摩尔

24、。所以所以 bRT 0.2928.314(273十十37)753 (kPa)人体血液的渗透压是人体血液的渗透压是753 kPa。根据上体根据上体推算人体血液的渗透压值推算人体血液的渗透压值,推求推求为为人体做人体做静脉注射用的氯化钠溶液的质量分数为多少静脉注射用的氯化钠溶液的质量分数为多少?氯化氯化钠的式量是。钠的式量是。bRT b生理盐水生理盐水0.9%0.9%1.3 电解质溶液电解质溶液1923年，年，Debye和和Hckel提出了提出了离子互吸学说离子互吸学说。观观点点：强强电电解解质质在在溶溶液液中中是是完完全全电电离离的的，但但是是由由于于离离子子间间的的相相互互作作用用，每每一一个

25、个离离子子都都受受到到相相反反电电荷荷离离子子的的束束缚缚，这这种种离离子子间间的的相相互互作作用用使使溶溶液液中中的的离离子子并并不不完完全自由，表现出：全自由，表现出：溶溶液液导导电电能能力力下下降降，电电离离度度下下降降，依依数数性性偏偏离离拉拉乌乌尔尔定律。定律。强电解质溶液的离子互吸理论强电解质溶液的离子互吸理论离子氛（离子氛（ionic atmosphere）若中心离子取正离子，周围有较多的负离子，部分电若中心离子取正离子，周围有较多的负离子，部分电荷相互抵消，但余下的电荷在距中心离子荷相互抵消，但余下的电荷在距中心离子 处形成一处形成一个球形的负离子氛；反之亦然。一个离子既可为中

26、心个球形的负离子氛；反之亦然。一个离子既可为中心离子，又是另一离子氛中的一员。离子，又是另一离子氛中的一员。这是这是德拜德拜-休克尔理论休克尔理论中的一个重要概念。他们认中的一个重要概念。他们认为在溶液中，每一个离子都为在溶液中，每一个离子都被反号离子所包围，由于正、被反号离子所包围，由于正、负离子相互作用，使离子的负离子相互作用，使离子的分布不均匀。分布不均匀。活度与活度系数活度与活度系数活度：活度：是指有效浓度，即单位体积电解质溶液中表现是指有效浓度，即单位体积电解质溶液中表现出来的表观离子有效浓度出来的表观离子有效浓度(表观浓度）。以表观浓度）。以a（activity）表示。）表示。活度

27、与浓度的关系：活度与浓度的关系：f：活度系数活度系数（f（4）（2）（1）（5）沸点沸点顺序与此相同。序与此相同。水黾（水黾（min），半翅目水黾科），半翅目水黾科,它们以极其轻盈它们以极其轻盈灵巧的姿态在水的表面行走，速度飞快，却丝灵巧的姿态在水的表面行走，速度飞快，却丝毫不会刺破水皮，亦不会激起水花。这种行走毫不会刺破水皮，亦不会激起水花。这种行走的方式，会令人想起英雄里的著名镜头。的方式，会令人想起英雄里的著名镜头。它们何来如此之神功？它们何来如此之神功？为什么大头针可以浮在水面上？为什么大头针可以浮在水面上？露珠、汞滴为什么是圆的？露珠、汞滴为什么是圆的？为什么有些液体形成凹液面，有些

28、形成凸液面？为什么有些液体形成凹液面，有些形成凸液面？实验：一满杯水和玻璃珠的对话！实验：一满杯水和玻璃珠的对话！为什么满杯水中还可以放入数个玻璃珠？为什么满杯水中还可以放入数个玻璃珠？引言：引言：表面现象是自然界中普遍存在的基本现象。表面现象是自然界中普遍存在的基本现象。表面和界面表面和界面(surface and interface)(surface and interface)界面是指两相接触的约界面是指两相接触的约几个分子厚度的过渡区几个分子厚度的过渡区，若，若其中一相为气体，这种界面通常称为表面。其中一相为气体，这种界面通常称为表面。严格讲表面应是液体和固体与其饱和蒸气之间的界严格讲

29、表面应是液体和固体与其饱和蒸气之间的界面，但习惯上把液体或固体与空气的界面称为液体面，但习惯上把液体或固体与空气的界面称为液体或固体的表面。或固体的表面。1-4 胶体溶液胶体溶液常见的界面有：气常见的界面有：气-液界面，气液界面，气-固界面，液固界面，液-液界液界面，液面，液-固界面，固固界面，固-固界面。固界面。1.1.气气-液界面液界面空气空气气气-液液界面界面2.气气-固界面固界面气气-固界面固界面3.液液-液界面液界面液-液界面玻璃板玻璃板液液-固界面固界面4.液液-固界面固界面5.固固-固界面固界面铁管铁管CrCr镀层镀层固固-固界面固界面界面现象的本质界面现象的本质表面层分子与内部

30、分子相比所处的环境不同表面层分子与内部分子相比所处的环境不同体相内部分子所受四周邻近相同分子的作用力是体相内部分子所受四周邻近相同分子的作用力是对称的对称的，各个方向的力彼此抵销；，各个方向的力彼此抵销；但是处在界面层的分子，一方面受到体相内相同物但是处在界面层的分子，一方面受到体相内相同物质分子的作用，另一方面受到性质不同的另一相中质分子的作用，另一方面受到性质不同的另一相中物质分子的作用，其物质分子的作用，其作用力未必能相互抵销作用力未必能相互抵销，因此，因此，界面层会显示出一些独特的性质。界面层会显示出一些独特的性质。对于单组分系统，这种特性主要来自于同一物质在对于单组分系统，这种特性主

31、要来自于同一物质在不同相中的不同相中的密度不同密度不同；对于多组分系统，则特性来；对于多组分系统，则特性来自于界面层的组成与任一相的组成均不相同。自于界面层的组成与任一相的组成均不相同。最简单的例子是液体及其蒸气组成的表面。最简单的例子是液体及其蒸气组成的表面。液体内部分子所受的力可以液体内部分子所受的力可以彼此抵销，但表面分子受到彼此抵销，但表面分子受到体相分子的拉力大，受到气体相分子的拉力大，受到气相分子的拉力小（因为气相相分子的拉力小（因为气相密度低），密度低），所以表面分子受所以表面分子受到被拉入体相的作用力。到被拉入体相的作用力。这种作用力使表面有自动收缩到最小的趋势，并使这种作用力

32、使表面有自动收缩到最小的趋势，并使表面层显示出一些独特性质，表面层显示出一些独特性质，如表面张力、表面吸如表面张力、表面吸附、毛细现象、过饱和状态等。附、毛细现象、过饱和状态等。在在多多相相分分散散体体系系内内,相相与与相相之之间间存存在在着着界界面面,如如果果有有一一个个相相是是气气体体,则则这这个个相相习习惯惯称称为为表表面面,分分散散质质分分散散的的越越细细,总总表表面面积积越越大大,分分散散系系的的分分散散度度常常用用比比表表面来表示。面来表示。比表面（比表面（S S0 0）：是分散质粒子的总表面积（：是分散质粒子的总表面积（A A）与）与分散质粒子的总体积（分散质粒子的总体积（V V

33、）之比。）之比。显然，一定量的分散质被分得越细，数目就越多，显然，一定量的分散质被分得越细，数目就越多，总表面积总表面积A A越大，分散程度越高。越大，分散程度越高。1.4.1 分散度与比表面分散度与比表面总表面积总表面积 314.16m2表表面面积积相相差差 10 106 6倍倍直直 径径 10nm的的圆球形小液滴圆球形小液滴分成分成 1018个个直径为直径为 1cm的的球型小水滴球型小水滴表面积：表面积：3.1416cm2例如例如:分散程度越高，比表面越大，表面能也越高分散程度越高，比表面越大，表面能也越高可见达到可见达到nm级的超细微粒，具有巨大的比表面积级的超细微粒，具有巨大的比表面积

34、，因而具有许多独特的表面效应，成为新材料和多相因而具有许多独特的表面效应，成为新材料和多相催化方面的研究热点。催化方面的研究热点。与与一一般般体体系系相相比比，小小颗颗粒粒的的分分散散体体系系有有很很大大的的表表面积，它对系统性质的影响绝对不可忽略。面积，它对系统性质的影响绝对不可忽略。1.表面效应表面效应附加内容附加内容:纳米材料的特异效应纳米材料的特异效应随随着着粒粒径径减减小小，表表面面原原子子数数迅迅速速增增加加。这这是是由由于于粒粒径径小小，表表面面积积急急剧剧变变大大所所致致例例如如，粒粒径径为为10nm时时，比比表表面面积积为为90m2g，粒粒径径为为 5nm时时，比比 表表 面

35、面 积积 为为180m2 g，粒粒 径径 下下 降降 到到2nm，比比 表表 面面 积积 猛猛 增增 到到450m2g这这样样高高的的比比表表面面，使使处处于于表表面面的的原原子子数数越越来来越越多多，同同时时，表表面面能能迅速增加迅速增加.由由于于表表面面原原子子数数增增多多，原原子子配配位位不不足足及及高高的的表表面面能能，使使这这些些表表面面原原子子具具有有高高的的活活性性，极极不不稳稳定定，很很容容易易与与其其他他原原子子结结合合,金金属属的的纳纳米米粒粒子子在在空空气气中中会会燃燃烧烧；无无机机的的纳纳米米粒粒子子暴暴露露在在空空气气中中会会吸吸附附气气体体，并并与与气气体体进进行行

36、反应。反应。固固态态物物质质在在其其形形态态为为大大尺尺寸寸时时，其其熔熔点点是是固固定定的的；超超细细微微化化后后却却发发现现其其熔熔点点将将显显著著降降低低，当当颗颗粒粒小小于于10纳纳米米量量级级时时尤尤为为显显著著。例例如如，金金的的常常规规熔熔点点为为1064，当当颗颗粒粒尺尺寸寸减减小小到到10纳纳米米尺尺寸寸时时，则则降降低低27，减减小到小到2纳米尺寸时的熔点为纳米尺寸时的熔点为327左右。左右。2.小尺寸效应小尺寸效应（1）特殊的光学性质特殊的光学性质当当黄黄金金被被细细分分到到小小于于光光波波波波长长的的尺尺寸寸时时，即即失失去去了了原原有有的的富富贵贵光光泽泽而而呈呈黑黑

37、色色。事事实实上上，所所有有的的金金属属在在超超微微颗颗粒粒状状态态都都呈呈现现为为黑黑色色。尺寸越小，颜色愈黑。尺寸越小，颜色愈黑。金属超微颗粒对光的反射率很低，通常可低于l，大约几微米的厚度就能完全消光。利用这个特性可以高效率地将太阳能转变为热能、电能。还可能应用于红外敏感元件、红外隐身技术等。美国F117A型隐身战斗机外表所包覆的材料中就包含有多种纳米超微颗粒，它们对不同波段的电磁波有强烈的吸收能力，以欺骗雷达，达到隐形目的。（3 3）特殊的磁学性质特殊的磁学性质 小尺寸的超微颗粒磁性与大块材料显著的小尺寸的超微颗粒磁性与大块材料显著的不同；呈现出超顺磁性。不同；呈现出超顺磁性。利用磁性

38、超微颗粒的特性，已作成高贮存密度利用磁性超微颗粒的特性，已作成高贮存密度的磁记录磁粉，大量应用于磁带、磁盘、磁卡以及的磁记录磁粉，大量应用于磁带、磁盘、磁卡以及磁性钥匙等。磁性钥匙等。利用超顺磁性，人们已将磁性超微颗粒制成用利用超顺磁性，人们已将磁性超微颗粒制成用途广泛的磁性液体。途广泛的磁性液体。人们发现鸽子、海豚、蝴蝶以及生活在水中的趋磁人们发现鸽子、海豚、蝴蝶以及生活在水中的趋磁细菌等生物体中存在细菌等生物体中存在超微的磁性颗粒超微的磁性颗粒，使这类生物，使这类生物在地磁场导航下能辨别方向，具有回归的本领。磁在地磁场导航下能辨别方向，具有回归的本领。磁性超微颗粒实质上是一个生物磁罗盘，生

39、活在水中性超微颗粒实质上是一个生物磁罗盘，生活在水中的趋磁细菌依靠它游向营养丰富的水底。的趋磁细菌依靠它游向营养丰富的水底。蜜蜜蜂蜂的的体体内内也也存存在在磁磁性性的的纳纳米米粒粒子子，这这种种磁磁性性的的纳纳米米粒粒子子具具有有“罗罗盘盘”的的作作用用，可可以以为为蜜蜜蜂蜂的活动导航。的活动导航。以以前前人人们们认认为为蜜蜜蜂蜂是是利利用用北北极极星星或或通通过过摇摇摆摆舞舞向向同同伴伴传传递递信信息息来来辨辨别别方方向向的的。最最近近，英英国国科科学学家家发发现现，蜜蜜蜂蜂的的腹腹部部存存在在磁磁性性纳纳米米粒粒子子，这这种种磁磁性性跟跟粒粒子子具具有有指指南南针针功功能能，蜜蜜蜂蜂利利用

40、用这这种种“罗罗盘盘”来来确确定定其其周周围围环环境境,在在自自己己头头脑脑里里的的图像而判明方向。图像而判明方向。磁磁性性超超微微粒粒子子的的发发现现对对于于了了解解螃螃蟹蟹的的进进化化历历史史提提供供了了十十分分有有意意义义的的科科学学依依据据据据生生物物科科学学家家最最近近研研究究指指出出，螃螃蟹蟹原原先先像像其其他他生生物物一一样样前前后后运运动动，因因为为亿亿万万年年前前的的螃螃蟹蟹第第一一对对触触角角里里有有几几颗颗用用于于定定向向的的磁磁性性纳纳米米微微粒粒，就就像像是是几几只只小小指指南南针针螃螃蟹蟹的的祖祖先先靠靠这这种种“指指南南针针”堂堂堂堂正正正正地地前前进进后后退退，

41、行行走走自自如如。后后来，由于来，由于地球的磁场发生了地球的磁场发生了多次剧烈的倒转多次剧烈的倒转，使螃蟹体，使螃蟹体内的小磁粒失去了原来的定内的小磁粒失去了原来的定向作用，于是使它失去了前向作用，于是使它失去了前后行动的功能，变成了横行。后行动的功能，变成了横行。例如，防晒油、化妆品中普遍加入纳米微粒。例如，防晒油、化妆品中普遍加入纳米微粒。我们知道，大气中的紫外线主要是在我们知道，大气中的紫外线主要是在300-400nm波波段，太阳光对人体有伤害的紫外线也是在此波段。段，太阳光对人体有伤害的紫外线也是在此波段。防晒油和化妆品中就是要选择对这个波段有强吸收防晒油和化妆品中就是要选择对这个波段

42、有强吸收的纳米微粒。最近研究表明，纳米的纳米微粒。最近研究表明，纳米TiO2、纳米、纳米ZnO、纳米纳米SiO2、纳米、纳米Al2O3、纳米云母、趋式化铁都有在、纳米云母、趋式化铁都有在这个波段吸收紫外光的特征。这个波段吸收紫外光的特征。纳米材料的莲花效应纳米材料的莲花效应照照理理说说荷荷叶叶的的基基本本化化学学成成分分是是多多醣醣类类的的碳碳水水化化合合物物，有有许许多多的的羟羟基基（-OH）、（-NH）等等极极性性原原子子团团，在在自自然然环环境境中中很很容容易易吸吸附附水水分分或或污污垢垢。但但洒洒在在荷荷叶叶叶叶面面上上的的水水却却会会自自动动聚聚集集成成水水珠珠，且且水水珠珠的的滚滚

43、动动把把落落在在叶叶面面上上的的尘尘埃埃污污泥泥粘粘吸吸滚滚出出叶叶面面，使使叶叶面面始始终终保保持持干干净净。经经过过科科学学家家的的观观察察研研究究，在在1990年年代代初初终终于于揭揭开开了了荷荷叶叶叶叶面面的的奥奥妙妙。原原来来在在荷荷叶叶叶叶面面上上存存在在着着非非常常复复杂杂的的多多重重纳纳米米和和微微米米级的超微结构级的超微结构。经过电子显微镜的分析，莲花的叶面是由一经过电子显微镜的分析，莲花的叶面是由一层极细致的表面所组成，并非想象中的光滑。而此层极细致的表面所组成，并非想象中的光滑。而此细致的表面的结构与粗糙度为微米至纳米尺寸的大细致的表面的结构与粗糙度为微米至纳米尺寸的大小

44、。叶面上布满细微的凸状物再加上表面所存在的小。叶面上布满细微的凸状物再加上表面所存在的蜡质，这使得在尺寸上远大于该结构的灰尘、雨水蜡质，这使得在尺寸上远大于该结构的灰尘、雨水等降落在叶面上时，只能和叶面上凸状物形成点的等降落在叶面上时，只能和叶面上凸状物形成点的接触。液滴在自身的表面张力作用下形成球状，由接触。液滴在自身的表面张力作用下形成球状，由液滴在滚动中吸附灰尘，并滚出叶面，这样的能力液滴在滚动中吸附灰尘，并滚出叶面，这样的能力胜过人类的任何清洁科技。这就是莲花纳米表面胜过人类的任何清洁科技。这就是莲花纳米表面自我洁净的奥妙所在。自我洁净的奥妙所在。鹅毛和鸭毛是防水的。原来鹅毛和鸭毛的排

45、列非常整鹅毛和鸭毛是防水的。原来鹅毛和鸭毛的排列非常整齐，且毛与毛之间的隙缝极小，小到纳米尺寸，所以水分齐，且毛与毛之间的隙缝极小，小到纳米尺寸，所以水分子无法穿透层层的鹅毛和鸭毛，但却极易通气，故鹅与鸭子无法穿透层层的鹅毛和鸭毛，但却极易通气，故鹅与鸭得以在水中保持身体的干燥。得以在水中保持身体的干燥。把透明疏油、疏水的把透明疏油、疏水的纳米材料颗粒组合在纳米材料颗粒组合在大楼表面或窗玻璃上，大楼表面或窗玻璃上，大楼不会被空气中的大楼不会被空气中的油污弄脏，玻璃也不油污弄脏，玻璃也不会沾上水蒸气而永远会沾上水蒸气而永远透明。透明。国家大剧院的自洁纳米玻璃国家大剧院的自洁纳米玻璃表面张力表面张

46、力液体表面的最基本的特性是趋向于收缩液体表面的最基本的特性是趋向于收缩 由于表面层分子的受力不均衡，液滴趋向于呈球由于表面层分子的受力不均衡，液滴趋向于呈球形，水银珠和荷叶上的水珠也收缩为球形。形，水银珠和荷叶上的水珠也收缩为球形。(a)(b)表面张力表面张力存在存在将一含有一个活动边框的金属线框架放在肥皂液将一含有一个活动边框的金属线框架放在肥皂液中，然后取出悬挂，活动边在下面。中，然后取出悬挂，活动边在下面。由于金属框上的肥皂膜的表面张力作用，可滑动由于金属框上的肥皂膜的表面张力作用，可滑动的边会被向上拉，直至顶部。的边会被向上拉，直至顶部。从液膜自动收缩的实验，可以更好地认识这一现象从液

47、膜自动收缩的实验，可以更好地认识这一现象 1.4.2 1.4.2 表面能表面能 物体表面的粒子（分子、物体表面的粒子（分子、原子或离子）比内部粒子有原子或离子）比内部粒子有更更高的能量。表面粒子比内高的能量。表面粒子比内部粒子多出的部粒子多出的这部分能量称部分能量称为表面能。表面能。任何两相界面上均存在着任何两相界面上均存在着界面能。界面能。S S越大，表面能越大，体越大，表面能越大，体系越不系越不稳定，故胶体是定，故胶体是热力力学不学不稳定体系。定体系。一一种种物物质质自自动动浓浓集集到到另另一一物物质质表表面面上上的的过过程程叫叫吸吸附附。其其中中有有吸吸附附能能力力的的物物质质称称为为吸

48、吸附附剂剂;被被吸吸附附的的物物质称为质称为吸附质吸附质。1.4.3 1.4.3 固体对气体的吸附固体对气体的吸附物理吸附由吸附质与吸附剂分子间引力（即范德物理吸附由吸附质与吸附剂分子间引力（即范德华力）所引起的吸附，在吸附过程中物质不改变华力）所引起的吸附，在吸附过程中物质不改变原来的性质，因此吸附能小，结合力较弱，原来的性质，因此吸附能小，结合力较弱，吸附吸附热比较小热比较小，容易脱附，如活性炭对气体的吸附，容易脱附，如活性炭对气体的吸附，只要只要升高温度升高温度，就可以使被吸附的气体逐出活性，就可以使被吸附的气体逐出活性炭表面。炭表面。对一定质量的分散质来说，对一定质量的分散质来说，分散

49、度越高分散度越高，表面积越，表面积越大，其大，其表面能越大表面能越大，因而多相体系是一种不稳定体，因而多相体系是一种不稳定体系。为使体系趋于较稳定的状态，表面能有自发降系。为使体系趋于较稳定的状态，表面能有自发降低的倾向。低的倾向。一般可采用一般可采用两种两种途径：一是减小表面积使表面能减途径：一是减小表面积使表面能减小，如小液滴可自发聚集成大液滴；小，如小液滴可自发聚集成大液滴；二是通过表面二是通过表面吸附其它质点来降低其表面能。吸附其它质点来降低其表面能。为什么存在表面吸附为什么存在表面吸附？固体与溶液接触时会发生吸附，被吸附的物质可固体与溶液接触时会发生吸附，被吸附的物质可以是溶质也可以

50、是溶剂，既可以是分子也可以是以是溶质也可以是溶剂，既可以是分子也可以是离子。离子。1.4.4 1.4.4 固体在溶液中的吸附固体在溶液中的吸附固体吸附剂在固体吸附剂在非电解质或弱电解质非电解质或弱电解质溶液中对分子溶液中对分子的吸附称为分子吸附。的吸附称为分子吸附。规律：相似相吸规律：相似相吸1.分子吸附分子吸附o固体吸附剂在固体吸附剂在强电解质强电解质溶液中对溶质离子的吸溶液中对溶质离子的吸附称为离子吸附。附称为离子吸附。2.离子吸附离子吸附A A离子选择吸附：离子选择吸附：吸附剂从电解质溶液中选择性的吸附与吸附剂从电解质溶液中选择性的吸附与它组成有它组成有关的离子关的离子，称离子选择吸附。