氣體溶液和膠體

1、第一章 氣體 溶液和膠體1.1 氣 體1.1.1 理想氣體狀態(tài)方程1 基本特征：無限膨脹性和無限摻混性。2 理想氣體：將氣體的分子假設(shè)為一個幾何點(diǎn)，只有位置而無體積，并且氣體分子之間沒有 相互作用力。注：低壓、高溫條件下的實(shí)際氣體的性質(zhì)非常接近于理想氣體性質(zhì)。3理想氣體狀態(tài)方程：高溫低壓下氣體的p、V、T 之間的關(guān)系。即： pV = nRT (1-1)4 物理意義： 1mol 理想氣體的體積和壓力的乘積與溫度的比值。指定 273.15 K 和 101.3 kPa 為氣體的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，簡寫成STP。5 適用范圍：對于低壓和遠(yuǎn)離沸點(diǎn)的高溫時的多數(shù)氣體可以用這個方程來描寫，可以描寫單 純一種氣體或混合

2、氣體的整體行為。6 作用：在已知三個變量的條件下可以求算第四個物理量，還可以求得氣體的相對分子質(zhì)量 和密度?！纠?.11某氣體在293 K和99.7 kPa時，占有體積0.19 dm3，質(zhì)量為0.132 g,求該氣體的 相對分子量，并指出它可能是何種氣體?！窘狻?由理想氣體狀態(tài)方程 pV=nRT ,可得氣體的摩爾質(zhì)量為 氣體的相對分子質(zhì)量為 17,表明該氣體可能是 NH3?！纠?.21 NH3(g)在67 C, 106.64kPa下密度為多少？【解】：密度 p = m ( g)/ V (dm3) = n x M /V由(11)式得：nV = pRTp = pM / RT已知 NH3 M=17.

3、0gmol-1 則 p = pM /RT = 0.641gdm-31.1.2 道爾頓( Dalton )分壓定律1 分壓：在一定溫度下,各組分氣體單獨(dú)占據(jù)與混合氣體相同體積時所呈現(xiàn)的壓力叫做該組 分氣體的分壓。2 分壓定律： 1801 年英國化學(xué)家道爾頓 (Dalton) 通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),在一定溫度下氣體混合物的 總壓力等于其中各組分氣體分壓力之和。用數(shù)學(xué)式表示為：根據(jù)狀態(tài)方程式有pV = nRTpiV = niRT兩式相除得,推論 1：某一組分氣體的分壓和該氣體組分的摩爾分?jǐn)?shù)成正比。(1-2)推論 2：理想氣體在同溫同壓下摩爾數(shù)與體積成正比,因而各組分的摩爾分?jǐn)?shù)等于它的體積 分?jǐn)?shù)。3 應(yīng)用：

4、通過氣體體積分?jǐn)?shù)也可以計(jì)算出氣體組分的分壓力。 根據(jù)道爾頓分壓定律， 可以計(jì)算混合氣體的總壓力， 也可以根據(jù)總壓力計(jì)算組分氣體的分 壓力。4 適用范圍：對于液面上的蒸氣部分，道爾頓分壓定律也適用，收集氣體的分壓為：p氣=p總一 p水【例1.3】 一容器中有4.4 g C02 , 14 g N2和12.8 g 02，氣體的總壓為 202.6 kPa，求各組 分的分壓?！窘狻炕旌蠚怏w中各組分氣體的物質(zhì)的量由道爾頓分壓定律得1.2 液 體1.2.1 氣體的液化1 液化：氣體轉(zhuǎn)變成液體的過程。2 條件：降低溫度或同時增加壓力。3 原因：降溫或同時加壓到一定程度，分子間引力大到足以使該物質(zhì)達(dá)到液體運(yùn)動狀

5、態(tài)時， 氣體就液化了。4 臨界溫度：在加壓下使氣體液化所需的最高溫度，用 Tc 表示。5 臨界壓力：在臨界溫度時，使氣體液化所要求的最低壓力，用pc 表示。例如水的臨界溫度是647.2K，水的臨界壓力是 22119.2kPa,6 臨界體積：在臨界溫度和臨界壓力下， 1 摩爾氣態(tài)物質(zhì)所占有的體積，用 Vc 表示。 Tc、pc 和 Vc 統(tǒng)稱為臨界常數(shù)。氣體處于Tc、pc、Vc 的狀態(tài)稱為臨界狀態(tài)，它是一種不穩(wěn)定的特殊狀態(tài)，處于這種狀態(tài)的氣體和液體之間的性質(zhì)差別將消失。注：非極性分子之間作用力很小其臨界溫度都很低， 難以液化； 強(qiáng)極性分子具有較大的分子 間力而比較容易液化。1.2.2 液體的氣化：

6、液體升高溫度變成氣體的過程。1 蒸發(fā)：液體變成蒸氣或氣體的過程。蒸發(fā)指的是液體表面的氣化現(xiàn)象。2 飽和蒸氣壓：當(dāng)蒸氣變成液體的速率與液體變成氣體的速率相等時，這時蒸氣所產(chǎn)生的壓 力，簡稱蒸氣壓。液體的飽和蒸氣壓的特性： 蒸氣壓的大小僅與液體的本質(zhì)和溫度有關(guān)， 而與液體的數(shù)量以及液面上空間的體積無關(guān)。 ?液體的本質(zhì)：蒸氣壓的大小與液體內(nèi)部分子間相互作用力的強(qiáng)弱有關(guān)。?溫度：溫度升高，蒸氣壓升高；溫度降低，蒸氣壓降低 ?氣體定律以及理想氣體狀態(tài)方程并不適用于蒸氣。蒸氣壓的大小同蒸氣所占體積就沒關(guān)系 了。 蒸氣壓是物質(zhì)的一種性質(zhì)，溫度一定，蒸氣壓一定。 氣化熱（蒸發(fā)熱）：液體在恒溫恒壓下氣化或蒸發(fā)所

7、必須吸收的熱量。該蒸發(fā)熱一部分消 耗于增加液體分子動能以克服分子間引力而逸出液面進(jìn)入蒸氣狀態(tài)； 另一部分消耗于氣化時 體積膨脹所作的功。1.2.3 液體的沸騰1 沸騰與沸點(diǎn)（1）沸騰：當(dāng)蒸氣壓與外界大氣壓相等時，在整個液體中進(jìn)行的氣化過程。沸騰是整個液 體的氣化，蒸發(fā)是液體表面的氣化。（2） 沸點(diǎn) :沸騰時液體保持著一定的溫度，縮寫為b.p。正常沸點(diǎn)：當(dāng)外界氣壓為101.3 kPa時，液體的沸點(diǎn)。例如水的正常沸點(diǎn)是 373.15K（100oC）。（3）特點(diǎn)：液體的沸點(diǎn)同外界氣壓密切相關(guān)。外界氣壓升高，沸點(diǎn)升高；外界氣壓降低，沸點(diǎn)降低。（ 4）作用：減壓蒸餾；高溫消毒。 （5）過熱液體：溫度超過

8、沸點(diǎn)尚未沸騰的液體。消除方法： 放幾塊小的沸石或帶有棱角的碎瓷片， 目的是利用沸石孔中存儲的空氣或磁片的 尖銳棱角容易形成氣泡，以避免過熱現(xiàn)象的發(fā)生。1.2.4 相平衡 相：在體系內(nèi)部物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)完全均勻的部分稱為相。 特點(diǎn)：相與相之間在指定的條件下存在著明顯的分界面。體系內(nèi)不論有多少種氣體都只有一相， 液體則視其互溶程度通?？梢允且幌?、 兩相或三相共 存；一般有一種固體便有一相；固態(tài)溶液（如金屬合金）是一相。相變： 當(dāng)物質(zhì)從一相轉(zhuǎn)變成另一相。 氣體的液化和液體的氣化、 液體的凝固和固體的熔化過 程都是相變過程。相平衡： 保持外界條件不變時， 相變維持一種平衡狀態(tài)。 液體的沸騰就是維持一

9、定溫度和壓 力時，氣液兩相間的相平衡。相圖：兩相達(dá)到相平衡時，它們的蒸氣壓必須相等，用壓力對溫度作圖即得p-T 圖，它表示物質(zhì)狀態(tài)穩(wěn)定存在的條件和相互間轉(zhuǎn)變的情況。1.2.5 水的相圖水有三種存在狀態(tài)，即水蒸氣（氣態(tài)） 、水（液態(tài)） 、冰（固態(tài)） 。圖 1-1 為水的相圖，屬于 單組分體系的相圖。相圖的組成和意義分析：（1）圖中 OA、OB 和 OC 分別為固氣、 固液和液氣兩相共存的相平衡曲線， 每條線上 的點(diǎn)表示處于兩相平衡狀態(tài)時的溫度和壓力。 OA 是冰的升華線， OB 為冰的熔化曲線， OC 是水的蒸氣壓曲線。0C線不能任意延長，它終止于臨界點(diǎn)C（ 647K，22119.2kPa）。在

10、臨界點(diǎn)液體的密度與蒸氣的密度相等， 液態(tài)和氣態(tài)之間的界面消失。 OA 線在理論上可延長到絕對零度附近。 OB 線不能無限向上延長。 0B 線是向左傾斜的，它表明水的凝固點(diǎn)隨著壓力的增大而降低。（3）相圖中I區(qū)為氣相區(qū)；n區(qū)為液相區(qū)；川區(qū)為固相區(qū)。相圖中曲線所包圍的I、n、川區(qū)只能是一個相存在，叫單相區(qū)。（4）O 點(diǎn)是三條線的交點(diǎn)，是水蒸氣、水和冰三者共存的相平衡點(diǎn)，稱為三相點(diǎn)。（5）OD 是 OC 的延長線，是水和水蒸氣的亞穩(wěn)平衡線，代表過冷水的飽和蒸氣壓與溫度 的關(guān)系曲線，過冷水處于不穩(wěn)定狀態(tài)。1.3 分散系1 定義：一種或幾種物質(zhì)分散在另一種物質(zhì)中構(gòu)成的混合體系。2 組成：分散質(zhì)（或分散相

11、）被分散的物質(zhì)，特點(diǎn)：不連續(xù)的。 分散劑（或分散介質(zhì)）容納分散質(zhì)的物質(zhì)，特點(diǎn)：連續(xù)的部分。3 分類：按分散質(zhì)的大小將分散系分成三大類： 粗分散系 分子分散系： 物質(zhì)以分子、 原子或離子狀態(tài)分散于另一種物質(zhì)中所構(gòu)成的均勻而又穩(wěn)定的 體系溶液。 膠體分散系：分散質(zhì)顆粒大小介于溶液和粗分散系的一類分散系。表 1-1 分散系按分散質(zhì)粒子的大小分類分散系類型 粗分散系膠體分散系 分子分散系顆粒大小> 100 nm 100 1 nm v 1 nm高分子溶液溶膠分散質(zhì)存在形式 分子的大聚集體 大分子 小分子的聚集體 小分子、離子或原子主要性質(zhì) 不穩(wěn)定 很穩(wěn)定穩(wěn)定 最穩(wěn)定多相 單相 普通顯微鏡可見多相

12、超顯微鏡可見均相電子顯微鏡也不可見不能透過濾紙 能透過濾紙實(shí) 例 泥漿 血液不能透過半透膜 能透過半透膜Fe（OH）3 溶膠 糖水1.4 溶液1 定義：物質(zhì)以分子、原子或離子狀態(tài)分散于另一種物質(zhì)中所構(gòu)成的均勻而又穩(wěn)定的單相體 系叫溶液。2 分類：按溶液所處的狀態(tài)可以有：氣體溶液： O2 溶于 N2 中的氣體溶液固體溶液。 5的金屬 Ni 溶于 Cu 中所鑄成的鎳幣是固體溶液。 液體溶液：溶液是由溶質(zhì)和溶劑組成的。由溶劑和溶質(zhì)組成。1.4.1 溶液濃度的表示方法： A 表示溶劑， B 表示溶質(zhì)，1. 質(zhì)量分?jǐn)?shù)：溶液中某一組分的質(zhì)量與溶液總質(zhì)量之比。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為： pp m :單位為 mg?kg

13、-1 。ppb:卩g?畑2. 以物質(zhì)的量表示溶質(zhì)含量的濃度（ 1 ）物質(zhì)的量濃度： 物質(zhì)的量濃度是指單位體積溶液中所含溶質(zhì)物質(zhì)的量， 單位為 mol?dm-3。 用符號 c 表示，即：單位為 mol?kg-1 。x 來表示。對于（2）質(zhì)量摩爾濃度： 質(zhì)量摩爾濃度是指每 kg 溶劑中所含溶質(zhì)的物質(zhì)的量， 常用 bB 表示，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：3）摩爾分?jǐn)?shù)：溶液中某一組分物質(zhì)的量與全部溶液的物質(zhì)的量之比，用一個兩組分溶液體系來說，溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)與溶劑的摩爾分?jǐn)?shù)分別為：多組分體系中有 。 注：用質(zhì)量摩爾濃度和摩爾分?jǐn)?shù)表示溶液的濃度時，與體積無關(guān)，故它們不隨溫度而改變。 研究溶液性質(zhì)時與溫度無關(guān)，所以常用

14、質(zhì)量摩爾濃度和摩爾分?jǐn)?shù)。3 各種濃度換算：【例 1.4】 35.0 HClO4 水溶液的密度為 1.25 g?cm 3，已知 HClO4 的摩爾質(zhì)量為 100.4 g?mol 1，求其物質(zhì)的量濃度和質(zhì)量摩爾濃度?！窘狻浚河?mB = p V 3及可得該溶液每kg含溶質(zhì)質(zhì)量為：mB = 1000gX 0.35 = 350g;則溶劑質(zhì)量為650g。 根據(jù)質(zhì)量摩爾濃度計(jì)算公式得：1.4.2 稀溶液的依數(shù)性 溶液有兩類不同的性質(zhì)：一類性質(zhì)由溶質(zhì)的本質(zhì)決定，如溶液的顏色、導(dǎo)電性、酸堿性等; 而另一類性質(zhì)， 如溶液的蒸氣壓下降、 沸點(diǎn)升高、 凝固點(diǎn)降低和滲透壓僅決定于溶質(zhì)的獨(dú)立 質(zhì)點(diǎn)數(shù)，即溶液的濃度。 而

15、且溶液越稀， 這種性質(zhì)表現(xiàn)得越有規(guī)律。因而把這些性質(zhì)叫做稀 溶液的依數(shù)性。依數(shù)性規(guī)律是難揮發(fā)的非電解質(zhì)稀溶液的共性。1. 溶液的蒸氣壓下降(1) 定義：純?nèi)軇┲腥芙庥须y揮發(fā)的非電解質(zhì)溶質(zhì)時， 溶液的蒸氣壓總是低于同溫度下 純?nèi)軇┑恼魵鈮旱默F(xiàn)象。(2) 原因：如圖1-2 (a),這是由于難揮發(fā)的非電解質(zhì)溶質(zhì)溶入溶劑后，溶劑的部分表面被溶質(zhì)所占據(jù)，單位面積上溶劑的分子數(shù)減少了,使單位時間內(nèi)從溶液表面逸出液面的溶劑分子數(shù)比純?nèi)軇p少。當(dāng)達(dá)到平衡時,溶液液面上單位體積內(nèi)氣態(tài)分子數(shù)目比純?nèi)軇┥?如圖1-2 ( b)。因此難揮發(fā)物質(zhì)溶液的蒸氣壓必然低于純?nèi)軇┑恼魵鈮?。溶質(zhì)的粒子數(shù)越多，溶液的蒸氣壓越低,即

16、溶液的蒸氣壓降低得越多。(3) 定律：拉烏爾提出： “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?的飽和蒸氣壓與溶劑的摩爾分?jǐn)?shù)的乘積”表達(dá)式：p= p*?xA式中，p為溶液的蒸氣壓；p*為純?nèi)軇┑娘柡驼魵鈮?，xA為溶劑的摩爾分?jǐn)?shù)。xA + xB = 1,p= p*?xA = p*(1 xB) = p* p*?xB又tp* p= p p= p* ?xB推論："在一定溫度下，稀溶液的蒸氣壓下降 p和溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)成正比”。當(dāng) xB = 0, xA= 1 ,即 p= p*對于稀溶液,溶質(zhì)很小,即 n2 << n1(因?yàn)?nA>>nB )由溶液的質(zhì)量摩爾濃度

17、的定義可知：而二注： K 是一個常數(shù),其物理意義是 bB=1 mol?kg-1 時溶液的蒸氣壓下降值。所以,拉烏爾 定律也可表示為：在一定溫度下, 難揮發(fā)非電 解質(zhì)稀溶液的蒸氣壓下降與溶液的質(zhì)量摩爾濃度成正比。 即溶液的蒸汽壓下降只與溶液的質(zhì)量摩爾濃度成正比， 與溶質(zhì)的本性無關(guān)。 ，2. 溶液的沸點(diǎn)升高( 1) 定義：難揮發(fā)溶質(zhì)的稀溶液，沸點(diǎn)比純?nèi)軇└摺? 2) 原因：由于溶液蒸氣壓下降引起的。如圖 1-3，當(dāng)在水中加入難揮發(fā)性溶質(zhì)時，溶液的蒸氣壓下降，在373.15K 時，溶液的蒸氣壓低于101.3 kPa,因而水溶液不能沸騰，只有繼續(xù)升高溫度，使溶液的蒸氣壓達(dá)到 101.3 kPa 時，溶

18、液才能沸騰。(3) 公式：若 Tb* 、Tb 分別為純?nèi)軇┑姆悬c(diǎn)和溶液的沸點(diǎn),則沸點(diǎn)升高 Tb = Tb* Tb,實(shí)驗(yàn)表明， Tb值與 p成正比： Tb= kb ?bB(1-3)式中, kb 為溶劑摩爾沸點(diǎn)升高常數(shù),單位為K?kg?mol 1 ；Kb 只取決于溶劑本身的性質(zhì),而與溶質(zhì)無關(guān),不同溶劑的 Kb 值不同。表 1-2 列出了幾種常用溶劑的摩爾沸點(diǎn)升高常數(shù)。 【例 1.5】 373.15K 時使 0.02 mol 蔗糖溶于 0.98 mol 水中,溶液的沸點(diǎn)為多少？ 【解】該蔗糖水溶液的質(zhì)量摩爾濃度為,由 Tb= Kb?bB 得 Tb = 1.134 mol?kg 1 x 0.512 K

19、?mo 1?kg= 0.590 K 沸點(diǎn)為 373.15K + 0.590K = 373.74K?！纠?.6 已知純苯的Tb*為353.25K,將2.67g萘(C10H8 )溶于100 g苯中，測得該溶 液的沸點(diǎn)升高了 0.531 K，試求苯的Kb。【解萘的摩爾質(zhì)量為 128 g?mol1由 Tb= Kb?bB得Kb = 2.55 K?kg?mol 1若已知溶劑的 Kb 值,就可從沸點(diǎn)升高求溶質(zhì)的摩爾質(zhì)量。3. 溶液的凝固點(diǎn)降低(1) 定義：難揮發(fā)非電解質(zhì)溶液的凝固點(diǎn)低于純?nèi)軇┑哪厅c(diǎn)的現(xiàn)象。(2) 凝固點(diǎn)： 溶液的凝固點(diǎn)就是溶液的液相與溶劑固相兩相平衡時的溫度,此時溶液的蒸氣壓與溶劑固體的蒸

20、氣壓相等。(3) 原因 :主要原因是溶液的蒸汽壓降低所致,當(dāng)在水中加入難揮發(fā)的非電解質(zhì)后,其蒸汽壓下降,而此時冰的蒸汽壓不變,高于溶液的蒸汽壓,固液兩相平衡被破壞,冰向水轉(zhuǎn)化,固液不能同時共存,要防止冰的熔化同時要保持固液兩相同時共存,方法是降低溫度, 但隨著溫度的降低, 固液兩相的蒸汽壓同時降低, 當(dāng)溫度下降到某一點(diǎn)時, 冰水的蒸汽壓可 達(dá)到平衡, 此時冰水共存, 此時的溫度即為液體的凝固點(diǎn), 此凝固點(diǎn)必然低于純水的凝固點(diǎn)。(4) 公式：實(shí)驗(yàn)證明,在稀溶液中凝固點(diǎn)的降低值也只與溶質(zhì)的質(zhì)量摩爾濃度成正比。 即： Tf = Kf?bB ( Tf = Tf* Tf)(1-4)式中， Tf為溶液的凝

21、固點(diǎn)降低；Kf為凝固點(diǎn)摩爾降低常數(shù)，單位為K?kg?mo 1。Kf也只取決于溶劑的性質(zhì),而與溶質(zhì)的性質(zhì)無關(guān)。常見溶劑的Kf 見表 1-2?！纠?1.7為防止水箱結(jié)冰,可加入甘油以降低其凝固點(diǎn),如需使凝固點(diǎn)降低到270.00K,在100g水中應(yīng)加入甘油多少 g?(甘油的 M = 92 g?mol 1)【解 Tf = Tf* Tf = 273.15K 270.00k = 3.15 K 根據(jù) Tf = Kf ?bB因甘油的 M=92 g?mol 1,故100 g水中應(yīng)加入的甘油質(zhì)量為mB = MX nB = 92 g?mo 1 XJ.169 mol = 15.55 g【例1.8】將0.749 g谷氨

22、酸溶于50.0 g水中，測得凝固點(diǎn)為272.96 K，計(jì)算谷氨酸的摩爾質(zhì) 量?！窘狻?Tf = Tf* Tf =273.15K 272.96K=0.188K根據(jù) Tf = Kf ?bBM = 148 g?mol 1（5）作用： 根據(jù)溶液的沸點(diǎn)升高和凝固點(diǎn)降低,可以測定物質(zhì)的 M。 解釋生命現(xiàn)象。例如,蒸氣壓下降,減少蒸發(fā),凝固點(diǎn)降低,從而使植物表現(xiàn)出一定的 抗旱性和抗寒性,仍保持生命力。 致冷劑。如30 g食鹽和70 g冰混合，體系的溫度可降至251 K。4. 溶液的滲透壓（1） 滲透現(xiàn)象：溶劑分子通過半透膜進(jìn)入溶液的自發(fā)過程。如圖1-4 所示可知產(chǎn)生滲透現(xiàn) 象必須具備兩個條件：一是有半透膜,

23、二是半透膜兩側(cè)存在溶液濃度差。（2）滲透壓：為阻止?jié)B透進(jìn)行（滲透速率相等）而施于溶液液面上的額外壓力（等于平衡時玻璃管內(nèi)液面高度所產(chǎn)生的靜水壓力）。如圖1-5。用符號n表示，單位為 Pa或kPa。特點(diǎn) :當(dāng)半透膜內(nèi)外溶液濃差越大,滲透作用越強(qiáng)。當(dāng)膜內(nèi)外溶液濃度相等時,滲透作用便 不會發(fā)生,這種滲透壓相同的溶液稱為等滲溶液。（3）公式：范特霍甫總結(jié)大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果指出： “稀溶液的滲透壓與濃度和絕對溫度的關(guān)系同 理想氣體方程式一致” ,表示為：n V = nRT 或 n = CRT（1-5）（4）作用：可以計(jì)算蛋白質(zhì)等生物大分子的相對分子質(zhì)量，比凝固點(diǎn)下降法靈敏。如溶質(zhì)的質(zhì)量為mB,測得滲透壓為 n

24、,溶質(zhì)的摩爾質(zhì)量為 M，則，【例1.9】某蛋白質(zhì)飽和水溶液，每升含蛋白質(zhì)5.18 g,在T = 298.15 K時測得其滲透壓為0.413 kPa,求此蛋白質(zhì)的摩爾質(zhì)量。【解】根據(jù)【例1.10】由實(shí)驗(yàn)測得人體血液的凝固點(diǎn)降低值 Tf是0.56 K ,求在體溫37C時的滲透壓。（已知 Kf = 1.86 K?kg?mol 1）【解】根據(jù) Tf = Kf ?bB當(dāng)溶液很稀時，有c bB根據(jù) n = CRTn= 0.30 mol?kg 1 X 8.314 kPa?dm3?m1?K 1 X （273+ 37） K =776 kPa 滲透現(xiàn)象在植物有機(jī)體的許多生理過程中有著很重要的作用。植物吸收水分和養(yǎng)

25、料；“濃肥燒死苗”的現(xiàn)象。 工業(yè)上的應(yīng)用：如電滲析法和反滲透技術(shù)進(jìn)行濃縮、海水、咸水的淡化，工業(yè)廢水處理及濃縮溶液等。1.5 膠體溶液1.5.1 表面積和表面能1 比表面：單位體積內(nèi)物質(zhì)的表面積。與物質(zhì)的分散度有關(guān)， 也同物質(zhì)的數(shù)量和粒子的形狀有關(guān)系。 它的一個重要特點(diǎn)就是具有很 大的比表面，具有某些特殊的性質(zhì)。2 表面能：如果把液體里面的分子拉到表面上來，就要供給這些分子足夠的能量克服向內(nèi)的 吸引力，環(huán)境對體系作功稱為表面功，屬于有用功。在任何兩相界面上均存在著表面能。體 系的比表面越大，表面能也越大。1.5.2 吸附作用1 降低能量的途徑：一是減小表面積，二是將其它物質(zhì)吸附聚集在膠體固體顆

26、粒的表面。2 吸附作用： 一種或幾種分子聚集在界面上并使其在界面上的濃度與相內(nèi)濃度不一樣的現(xiàn)象 叫做吸附。分為：(1) 分子吸附。非電解質(zhì)和弱電解質(zhì)溶液的吸附可以看成分子吸附。一般地說，極性吸附劑 易于吸附溶液中極性較大的組分，非極性吸附劑易于吸附非極性的組分。(2) 離子吸附。強(qiáng)電解質(zhì)溶液的吸附是離子吸附。在強(qiáng)電解質(zhì)溶液中，固體吸附劑對溶質(zhì)離 子的吸附，稱為離子吸附，它又分為離子選擇吸附和離子交換吸附兩種。離子選擇性吸附：吸附劑從溶液中選擇吸附某種離子。規(guī)律：固體吸附劑優(yōu)先吸附與其結(jié)構(gòu)相似極性相近的離子。 離子交換吸附或離子交換： 對陽離子的交換能力大致有下列順序：A13+ Ca2+ K+

27、;Cs+ Rb+ K+ Na+ H+ Li+對陰離子的交換能力次序?yàn)椋篜O43 C2O42 F；CNS F Br C1 NO3 C1O4CH3COO應(yīng)用：土壤學(xué)中養(yǎng)分吸收得；工業(yè)上離子交換樹脂；除臭。1.5.3. 溶膠的性質(zhì)1. 光學(xué)性質(zhì) 如果將一束強(qiáng)光射入膠體時，我們在光束垂直的方向上可以看一條發(fā)亮的光 柱，這種現(xiàn)象稱為丁達(dá)爾( Dyndal )效應(yīng)。成因： 丁達(dá)爾效應(yīng)的產(chǎn)生，是由于膠體粒子對光的散射形成的。由于膠體溶液中，分散相顆粒的大小在1100nm，可見光波長范圍為 400700nm,故可見光通過溶膠時將發(fā)生散射。2. 動力學(xué)性質(zhì)布朗運(yùn)動 :膠體顆粒不斷地作無規(guī)則運(yùn)動。成因： 這是由于

28、周圍分散劑的分子不均勻地撞擊膠體顆粒， 使其運(yùn)動不斷改變方向、 改變速 度。膠體粒子本身也有熱運(yùn)動，是二者的總結(jié)果。3. 電學(xué)性質(zhì)：電動現(xiàn)象(1) 電泳：在電場作用下膠體粒子在溶液中的移動現(xiàn)象。帶正電的膠粒向負(fù)極移動。帶負(fù) 電的膠粒向正極移動。(2) 電滲：在外電場作用下膠體溶液中液相的移動現(xiàn)象。(3) 成因：膠體粒子帶電。 膠體粒子帶電主要有兩種原因： 吸附帶電。 膠體粒子會選擇性地吸附某些離子而帶電。 例如利用 FeCl3 水解制備 Fe(OH)3 膠體溶液時，F(xiàn)e(OH)3優(yōu)先吸附FeO+而帶正電荷。As2S3優(yōu)先吸附HS，而帶負(fù)電荷。 電離帶電。 膠體粒子表面上的分子可以電離， 電離后

29、的粒子即帶電。 例如硅酸溶膠， SiO32 留在膠粒表面上而 H+ 進(jìn)入液相中，使得膠體粒子帶負(fù)電荷。(3) 應(yīng)用：生物科學(xué)中用電泳來分離蛋白質(zhì)及核酸，例如，正常血紅蛋白中兩處能離解的 氨基酸被不能離解的氨基酸取代，成為不正常的血紅蛋白，它比正常血紅蛋白少兩個電荷， 是導(dǎo)致鐮刀形細(xì)胞貧血這種遺傳病的原因。用電泳法可將這兩種血紅蛋白分離。1.5.4 膠團(tuán)結(jié)構(gòu)1 結(jié)構(gòu) : 例如 Fe(OH)3 的膠團(tuán)結(jié)構(gòu)為： (見圖 1-11 )式中 m 為 Fe(OH)3 分子數(shù)， n 為電位離子數(shù)， m>>n又如 As2S3 的結(jié)構(gòu)為 :As2S3m?nHS ?n-x)H+ x-?<H+。硅

30、酸的膠體結(jié)構(gòu)為 :SiO2?yH2Om?nHSiO3 ?(n-x)H x- ?xH。2 特點(diǎn)：膠粒帶電，膠團(tuán)不帶電。1.5.5 溶膠的穩(wěn)定性1. 動力穩(wěn)定性 由于強(qiáng)烈的布朗( Brown )運(yùn)動克服了重力的作用 ,再加上擴(kuò)散作用，從而 阻止了膠體粒子的下沉，說明溶膠具有動力穩(wěn)定性。2. 聚集穩(wěn)定性 因?yàn)槟z粒上都帶有相同符號的電荷，它們只能接近到某一定距離，因此不 會聚集在一起。3. 溶劑化作用 由于膠核吸附電位離子，吸引水分子形成溶劑化保護(hù)膜。它既可以降低膠 粒的表面，又可以阻止膠粒之間的接觸，從而提高了溶膠的穩(wěn)定性。1.5.6 溶膠的凝結(jié)1 凝結(jié)或聚沉 : 膠體粒子因聚集而變大，從分散系中沉

31、淀出來的過程。2 成因：溶膠的濃度太大；加熱；長時間地放置；加入電解質(zhì)。 對于價數(shù)相同的離子， 離子半徑大的離子凝結(jié)能力。 例如具有相同正電荷的堿金屬離子和堿 土金屬離子對 As2S3 溶膠的凝結(jié)能力順序?yàn)椋築a2 +> Sr2 +> Ca2 +> Mg2 +;Cs+> Rb+> K + > Na +> Li + ;這種次序稱為感膠離子序。帶相反電荷的兩種溶膠混合在一起時，也會發(fā)生凝結(jié)作用,即相互凝結(jié)。明礬凈水就是由于明礬水解生成的帶正電荷 A1(OH)3 膠體與帶負(fù)電荷的泥土膠體的相互凝結(jié)， 從而使水變清。1.6 高分子溶液和凝膠1.6.1 高分子溶液由摩爾質(zhì)量在 10000 以上的許多天然物質(zhì)如淀粉、 纖維素等， 及人工合成的塑料、 人工樹脂 等高分子化合物溶于水或其它溶劑中所得的溶液稱為高分子溶液。 高分子溶液具有真溶液和 溶膠溶液的雙重性。但高分子溶液與溶膠尚有不同之處。主要表現(xiàn)在：1. 高分子化合物具有強(qiáng)烈的溶劑化作用: 高分子溶液是均相體系，溶膠是多相體系。2. 高分子溶液的形成若將高分子化合物放在合適的