第二章-分散体系.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第一章 溶液和胶体,第一节 分散体系,第二节,溶液的浓度,第三节 稀溶液的依数性,第四节 胶体溶液,第五节 乳状液和表面活性剂,第一节 分散体系,分散体系：一种或几种,物质(,分散质,)分散在另一种物质(,分散剂,)中所形成,的体系.,按,分散质粒子的大小,分类，分散体系分为三类:,分散质粒,类型 子大小 主要性质 实例,分子/离子,单相,很稳定,扩散速度快 食盐水,分散体系,100,nm,多相,很不稳定,粒子扩散慢 牛奶,(,乳浊液/,不能透过滤纸，普通显微镜可见 泥浆,悬浊液,),溶液与胶体的区别实验蒸发实验：,将糖、无机盐等溶液蒸发至饱和，有晶体析出。,将蛋白质、明胶、硅胶等胶体蒸发，最后得到无定形胶状物。,过滤实验：,把各种溶液或胶体按右图实验，观察分散质是否能透过羊皮纸。,结果：溶液的分散质（溶质）能透过羊皮纸，但胶体的分散质不能。,三、分散度与比表面,界面两相之间的接面。常和“表面”混用。,表面两相中有一相是气体时的接面。,分散度一相在另一相中分散的程度。,比表面,s,0,表示单位体积固体所具有的表面积。用来表示固体分散度的大小。比表面越大，分散度越大。表示为：,分散度,例 一个边长为1,cm,的立方体,表面积,S=6*1,2,=6cm,2,体积,V=1cm,3,比表面,S,0,6cm,-1,将此立方体分割为边长为100,nm,的小立方体，则:,小立方体的体积为10,-15,cm,3,小立方体的个数为10,15,个,总表面积为,S=6*10,5,cm,2,比表面,S,0,=6*10,5,cm,-1,1,cm,第一章 溶液和胶体,第一节 分散体系,第二,节,溶液的浓度,第三节 稀溶液的依数性,第四节 胶体溶液,第五节 乳状液和表面活性剂,一、物质的量及其单位,物质的量,n,表示系统中所含基本单元的数量。,SI,制基本物理量,单位为,mol，,称为“摩尔”。,基本单元可以是分子、离子、原子及其他粒子，或这些粒子的特定组合。,摩尔是一系统的物质的量，该系统中所包含的基本单元与0.012,kg,12,C,的原子数目相等。1,mol,的任何物质均含有6.02*10,23,个基本单元数。,摩尔质量物质的质量除以该物质的物质的量。常用单位为,g.mol,-1,。,第二节 溶液的浓度,二、物质的量浓度（简称浓度）,单位体积溶液中所含,溶质,B,的物质的量数。,常用单位,mol,L,1,例1-2,三、质量摩尔浓度,单位质量,溶剂,A,中所含,溶质,B,的物质的量数。,A,溶剂，,B,溶质,常用单位为,mol,kg,1,例1-3,四、摩尔分数,物质,A,或,B,的物质的量与混合物中各物质的物质的量总和之比。,例1-4,x,A,+,x,B,=1,五、质量分数,物质,B,的质量与混合物质量之比,在分析化学中常用质量分数表示混合物中某物质的含量。,例(1)将40,g,乙二醇溶于600,g,水中，计算溶液的,b,B,。(2),将40,g,乙二醇溶于水中配成600,mL,溶液，计算,c,B,。,解,乙二醇的相对分子质量,M=62.1,第一章 溶液和胶体,第一节 分散体系,第二,节,溶液的浓度,第三节 稀溶液的依数性,第四节 胶体溶液,第五节 乳状液和表面活性剂,第三节 稀溶液的依数性,溶液的性质大体上可分为两类：,由,溶质不同,而引起的各种性质，如密度、导电率、酸碱性、颜色等；,由,溶质的粒子数目不同,而引起的各种性质，如蒸气压下降、沸点上升、凝固点下降、渗透压等。这类性质称为依数性（通性）。,依数性的特点：,依数性的变化只,与溶质的粒子数目即溶液浓度有关，与溶质的本性无关。,溶液越稀，依数性的表现越有规律。,电解质与非电解质溶液的依数性有所不同，难挥发与易挥发溶质的溶液的依数性有所不同，这里着重讨论,难挥发非电解质稀溶液,的依数性。,一、水的蒸气压,饱和蒸汽压,P,*,(,蒸汽压):,蒸发,凝结，当,蒸发,=,凝结,时，饱和蒸汽产生的压力,;,P,*,的大小主要取决于物质的本性，外因上只,随温度的升高而增大。,难挥发物质：蒸气压较低的物质，如葡萄糖、食盐等,；,易挥发物质：,蒸气压较高的物质，如苯、乙醇、碘等。,动态法测定液体饱和蒸气压-通用化学实验技术,p131,蒸发,凝结,水,葡萄糖,aq,一段时间后,葡萄糖,aq,溶剂转移实验:现象?,1、溶液蒸气压下降,在溶剂中加入少量难挥发非电解质（如葡萄糖、蔗糖、甘油等），同一温度时,，,p,aq,p,*,。,蒸汽压下降值:,p=p,*,-,p,蒸汽压下降,原因：,溶质分子溶剂化，束缚了一些高能量的溶剂分子；,溶剂表面被溶质分子占据。,单位时间内逸出液面的溶剂分子数目便相应地减少了；,葡萄糖(少量),二、稀溶液的依数性,一定,T,下，难挥发非电解质稀溶液的蒸气压,p,等于纯溶剂的蒸气压,p,*,乘以溶剂在溶液中的物质的量分数,x,A,：,p=p,*,x,A,因是稀溶液,n,A,n,B,，n,A,+n,B,n,A,拉乌尔定律(定量计算),：,p,=,p,*,p,=,p,*,x,B,若溶剂质量1,kg，,在数值上,n,B,=b,B,，,K,蒸汽压下降常数，只与溶剂有关,p=K b,B,：,在一定温度下，难挥发非电解质,稀,溶液的蒸气压下降值与溶液的质量摩尔浓度成正比，与溶质种类无关。,2、溶液的沸点上升,沸点(,b.p.),：,p,aq,=,p,外,时,液体沸腾,这时的温度称-；,沸点上升原因：,373,K，101.325kpa,时：,p,aq,p,*,，,所以要提高温度,才能使,P,aq,P,*,，,即,沸腾。,P,外,P,*,P,aq,P,aq,P,*,拉乌尔定律：,T,b,=T,b,T,b,*,=,K,b,b,B,K,b,：沸点上升常数，与溶剂性质有关，,b,B,：溶液的质量摩尔浓度。,3、溶液凝固点下降,凝固点(,f.p.),：,p,液,=,p,固,，,固、液两相平衡时的温度。,K,f,：摩尔凝固点下降常数，,只与溶剂本性有关,；,T,f,=T,f,0,T,f,=K,f,b,B,由于,p,冰,*,下降较快，当温度下降到,t,f,时,p,冰,*,=,p,溶液,系统再次处于平衡状态,原因：,冰水共存：,p,水,*=,p,冰,*=,p,加蔗糖后：,p,溶液,p,冰融化,(吸热),系统温度下降,冰,水,蔗糖,(少许),将1.29,g,丙酮(,CH,3,)CO,溶解在200,g,水中测得此溶液的凝固点为-0.21,0,C，,求丙酮的相对分子质量。,T,f,=T,f,0,T,f,=K,f,b,B,=K,f,(m,B,/m,A,M,B,),M,B,=K,f,m,B,1000,/,T,f,m,A,=1.86,1.29,1000/0.21,200,=57(,g.mol,-1,),解,例题：,溶液的沸点上升和凝固点下降都可以测定溶质的摩尔质量，,较常用的是凝固点下降法,。,原因：,1、,达到溶液的凝固点时，溶液中有晶体析出，,易于观察。,2、,只有稀溶液才符合拉乌尔定律，实验测得,的,T,f,和,T,b,值均比较小，同一溶剂的,K,f,值,均比,K,b,值要大，同一溶液的,T,f会比,T,b,大,，,实验误差要小；,说明：,溶液蒸气压下降规律，有助于植物耐寒与抗旱性的说明。,溶液的凝固点下降：,可用于防冻。,应用：,h,糖水,纯水,半透膜,p,p,半透膜：,只允许水分子及小分子自由通过而限制大分子通过。,渗透过程：,自发进行,4、渗透压,半透膜两边的液位差所表示的静压即为渗透压。,只透过溶剂不透过溶质的膜,如动物膀胱,猪羊的肠衣、细胞膜等,糖水,纯水,p+,p,半透膜,渗透现象发生在用,半透膜,隔开的,纯溶剂和溶液,之间，也发生在用半透膜隔开的,两种不同浓度的溶液,之间，这时较稀溶液中的溶剂渗入较浓溶液中。,等渗溶液,：,半透膜隔开的两种溶液浓度相同,4、溶液的渗透压,h,溶液2,溶液1,半透膜,p,p,渗透压的定量计算范特荷甫,(,van,t Hoff),实验规律,:,稀溶液的渗透压与浓度及绝对温度成正比，而与溶质本性无关,。,即,=,c,B,RT,b,B,RT,式中,：,为渗透压(,kPa,)；,c,是溶液的物质的量浓度(,mol,L,-1,)；,b,B,是溶质,B,的质量摩尔浓度；,T,为绝对温度(,K)；,R,为气体常数(8.314,kPa,L,mol,K,-1,)。,适用于非电解质稀溶液。,渗透压的大小与溶液的浓度和温度有关,一般用来测定高分子化合物的摩尔质量。,高分子化合物相对分子质量的测定,对于高分子化合物，由于其相对分子质量较大，一般只能配成浓度较小的溶液。,根据拉乌尔定律，溶液的浓度小，凝固点下降值也小，不能用凝固点下降法测其分子量。,虽然不易得到合适的半透膜，使渗透压的测定不具有普遍性。但是由于溶液的渗透压较大，实验误差较小，实际工作中也有用渗透压法来测定高分子化合物的相对分子质量。,例 血红素1.00,g,溶于适量水中，配成100,ml,溶液，此溶液的渗透压为0.366,kPa(20)，,求血红素的相对分子质量。,(1),溶液的物质的量浓度为：,c,B,=1.5010,-4,(mol.L,-1,),(2),血红素的相对分子质量为：,M=6.710,4,(g.mol,-1,),(3),溶液的沸点上升为：,t,b,=7.6810,-5,凝固点下降值为：,t,f,=2.7910,-4,由计算可见，,t,b,和,t,f,数值很小，测量起来很困难。但稀溶液的渗透压相当大，容易测量。,生物体的细胞膜,非常完美的半透膜，可以分离新陈代谢中的废物，维持体内电解质的平衡，通过膜吸收营养成分为各器官提供能量，维持生命过程的持续。,合成人工膜，用以进行各种分离，如气体分离膜，离子交换膜，超滤膜，透析膜。,反渗透,溶剂分子从溶液流向纯溶剂(或稀溶液)的过程称为反渗透。,必须在溶液一边施加超过渗透压的静液压。,海水淡化，成本约为城市自来水的3倍。,5、强电解质溶液的依数性,电解质溶液也具有,溶液蒸气压下降、沸点上升、凝固点下降和渗透压等,依数性,。,i,数值约等于电解质一分子能离解出来的离子,的个数，溶液越稀，,i,值越接近于整数。,NaCl,类：11型电解质稀溶液，,i,2，,MgC1,2,：12型或,Na,2,SO,4,等21型电解质稀溶液，,i,3，其余类推。,i,范特荷甫,校正系数,稀溶液依数性的实际应用,1抗寒性和抗旱性蒸气压下降可预防动植物过快脱水，但使水果等难干燥；预防冻伤，但食品冷藏时需较低的温度，一般水果在-1-4 时才结冰。,2干燥剂,CaCl,2,，P,2,O,5,3,冷冻剂 100,g,冰30,gNaCl，T,f,22.4。100g,冰42.5,gCaCl,2,，T,f,55。,4,施肥过多，盐碱土,5输液 5的葡萄糖和0.9生理盐水为等渗溶液。,6反渗透 海水淡化，生产成本约为自来水的3倍。,7.南极鱼类的抗寒性,南极鱼类血液的冰点为-2.0,温带鱼类血液的冰点为-0.8,生物化学研究确定，当外界温度偏离室温时，无论升高或降低，在有机体细胞中都会强烈产生可溶碳水化合物。,8.植物细胞的渗透压可达2000,kPa，,使水可由植物的根部输送到高达数十米的树冠。,9.浓溶液也具有依数性。,10.稀溶液的依数性也称为稀溶液的通性。,不管是稀溶液还是浓溶液，不管是非电解质溶液还是电解质溶液，都会产生,蒸气压下降,等依数性现象。,只有非电解质的稀溶液，能进行计算。电解质稀溶液由于溶质分子发生电离在计算时必须进行校正。对于浓溶液，不能计算。,稀,溶液一般指,C,0.1mol,l,-1,的溶液,，其实浓与稀之间并无明确的界线。,在理解,依数性,这一概念时，应注意：,解：,=,c,B,RT,b,B,RT,T,f,=T,f,0,T,f,=K,f,b,B,(,T,f,/K,f,),RT,(,T,f,/,K,f,),RT=8.314,310(0.56/1.86),776,kPa,例：测得人体血液的凝固点下降值为0.56,K，,求人在体温37时血液的渗透压。,三、强电解质溶液简介,范特霍夫发现电解质稀溶液的依数性极大地偏离了拉乌尔定律和渗透压定律。见表1-5。,他发现，当引入校正系数,i,后电解质溶液的依数性就可以用拉乌尔定律和渗透压定律计算。即,对同种电解质溶液：,范特霍夫做了很多努力，但没能解释,i,值不同的原因，真正解决,i,值之谜的是瑞典化学家阿累尼乌斯。,1:1型电解质(,NaCl)：1 i 2,2:1,型或1:2型电解质(,Na,2,SO,4,或,CaCl,2,)：2i 3,i,取值,阿累尼乌斯电离学说(1887年),电离学说,强极性化合物(强电解质)溶液具有导电性；,分子电离不完全、离子间的相互吸引等因素会影响溶液的导电能力，使电离度有大有小。,溶液越稀，电离度越大，在无限稀释的溶液中，电离度可达到100。,电解质稀溶液依数性偏大的原因是电解质在水中会发生电离，电离的结果使得相同浓度的电解质溶液和非电解质溶液所含的粒子数不同。,阿累尼乌斯因电离学说而,获得1903年诺贝尔化学奖。,离子互吸学说离子氛,强电解质在水溶液中全部离解，那么强电解质的离解度理论上应为100%。但在实验测定时，强电解质的离解度（表观离解度）一般都小于100%。,1923年，荷兰物理学家德拜（,Debye,）,和德国物理学家休克尔（,Huckel,）,提出,离子氛的概念,；,1）强电解质在溶液中是全部离解的。,2）但如果溶液中离子浓度较大时，离子间平均距离较小，离子间的吸引力和排斥力都相当显著。在这种情况下，每一个离子周围会分布有多个带有相反电荷的离子，形成“离子氛”。,表,KCl,在不同浓度下的表观离解度,c/mol.L,-1,0.2,0.1,0.02,0.01,0.001,0.0001,/%,83.1,86.2,92.3,94.2,98.0,99.2,表 某些强电解质的表观离解度(0.1,mol.L,-1,）,电解质,HCl,HNO,3,H,2,SO,4,KOH,NaOH,KCl,NH,4,Cl,CuSO,4,/%,92,92,58,89,84,86,88,40,活度和活度系数,活度即表观浓度，为离子的有效浓度，用,表示。,活度,和理论浓度,c,之间有如下关系：,=c/c,0,式中：,活度系数，无量纲,c,0,标准浓度，1,mol.L,-1,活度，无量纲,当溶液极稀时，离子间牵制作用降低到极弱的程度，,1，=c。,在本书的计算中，溶液的浓度大多比较低，离子氛较小，直接用理论浓度代替活度计算。,c,，,故,Rb,+,K,+,Na,+,Li,+,Ba,2+,Sr,2+,Ca,2+,Mg,2+,聚沉值大小的判断：,水化半径的变化规律:,同一主族,同价离子的水化离子半径次序次序与离子半径正相反。上下,水化离子半径；,电解质聚沉规律的解释,：,反离子的电荷越大，水化半径越小，与电位离子的静电作用越强，越容易进入吸附层，因而聚沉能力越大。,溶胶聚沉实例,溶胶的相互聚沉明矾,K,2,SO,4,Al,2,(SO,4,),3,24H,2,O,净水泥沙三角洲,加热使溶胶聚沉,加热Fe(OH),3,溶胶，产生红棕色沉淀。,浓缩使溶胶聚沉一般很难制得较高浓度（1%以上）的溶胶。,3.溶胶的保护,高分子溶液均匀、稳定的单相分散系。,高分子溶液对溶胶的敏化作用,第五节,乳状液,一、乳状液,二、表面活性物质,定义,：液体分散在另一互不相溶的液体中形成的体系。,乳状液属粗分散体系，分散质粒子：100,500,nm,由于液滴对可见光的反射作用，大部分乳状液外观为不透明或半透明的乳白色,组成,：,通常由水和油所组成。乳状液的两种类型：,一、乳状液,油包水型：,油/水；,O/W,牛奶,冷霜等,水包油型,水/油；,W/O,原油,奶油等,乳状液为不稳定体系,分散质液滴的直径较大，不能发生布朗运动而扩散；,体系的相界面较大，具有较高的表面能，液滴很快便会互相合并而分层；,要获得稳定的乳状液，必须加入稳定剂，如在水和油的体系中加入洗洁精或液体肥皂，振荡可以得乳白色的稳定的乳状液。,乳状液的稳定剂通常称为乳化剂，是表面活性物质中的一类。,表面活性物质：,溶于水后显著降低水的表面能的物质。,表面活性物质具有表面活性的原因,表面活性物质分子由性质不同的两部分组成组成,：,二、表面活性物质,亲水的极性基团(,亲水基,):,如,OH、COOH、,NH,2,、SO,3,H,等；,亲油的非极性基团(,亲油基/憎水基,):如,R(,烃基)、,Ar,(,芳基)等.,化学式为：,C,17,H,35,COONa（K），,烃基,C,17,H,35,是亲油基，,COONa（K）,是亲水基,钠肥皂分子结构示意图,例如：钠肥皂：硬脂酸钠,简写符号,表面活性物质能降低水的表面能,表面活性物质的分子聚集在水的界面上。,空气,表面,水,当表面活性物质的浓度达到饱和时，表面活性物质分子在界面上定向排列，占据了水的界面，从而降低了水的表面能。,表面活性物质的碳链越长，憎水性就越强，就越容易聚集在水的界面上。,根据用途不同，表面活性物质可分为乳化剂、洗涤剂、润湿剂、发泡剂、增溶剂等等。,油,水,油,乳化剂与乳状液类型的关系,乳状液的类型取决于所选用的乳化剂。,钠肥皂亲水基截面较亲油基大，有利于形成水包油型的乳状液。,钙肥皂亲油基截面较亲水基大，有利于形成油包水型的乳状液。,水相把油滴紧紧包围起来,水,油相把水滴紧紧包围起来,水,油,钠肥皂的去污原理,肥皂不能在硬水中去污。因为硬水中含较多,Ca,2+,和,Mg,2+,，,会发生下列反应：,C,17,H,35,COO,-,Na,+,+Ca,2+,=(C,17,H,35,COO,-,),2,Ca,2+,硬酯酸钠（溶于水）硬酯酸钙或硬酯酸镁,不溶于水,解决的办法：,加三聚磷酸钠,Na,5,P,3,O,10,；,加沸石。,钠肥皂 钙肥皂,水,油,油,油,油,最简便的方法是稀释法：,取少量乳状液加水稀释，如果分散剂与水互溶，不出现分层现象，即为油/水型乳状液相反，如果分散剂与水不互溶而出现分层现象，则是水/油型乳状液。,例如牛奶加水稀释时，不但不分层，而且瞬即达到“水乳交融”，故牛奶是油/水型乳状液。,如何判断乳状液是油/水型还是水/油型呢？,应用,很多农药都是不溶于水的有机油状物，不能直接使用，需将它们与亲水性乳化剂配合制成,O/W,型乳剂后在使用。这样就能以少量药剂较均匀地噴洒在作物上，既能充分发挥药效，又能防止农药太集中而伤害作物。,在正常生理活动中，脂肪因不溶于水而难于被机体消化吸收，因此在消化系统内的运输和吸收需经胆汁中胆酸的乳化作用和小肠的蠕动，使脂肪形成乳浊液后，就易于进行生化反应而被消化吸收了。,健康人体血液中含有,MgCO,3和,Ca,3,(PO,4,),2,，,并以胶体状态存在，这些胶粒都被血清蛋白等高分子保护着。患病时，保护物质含量减少，溶胶稳定性下降，发生聚沉，形成各种结石。,一些表面活性物质,肥皂,块状的为,Na,肥皂，液体状的为,K,肥皂,硬脂酸盐,C,17,H,35,COONa（K）,亲油基 亲水基。,洗衣粉,十二烷基苯磺酸钠,ABS C,12,H,25,C,6,H,4,SO,3,-,Na,+,RN,+,CH,2,COO,-,|,CH,3,甜菜碱,用于洗发香波和洗面奶,洗洁精,十二烷基苯磺酸钠,ABS,聚氧乙烯十二烷基硫酸酯钠,AES,C,12,H,23,-O-(CH,2,CH,2,O),n,-SO,3,Na,CH,3,羧酸盐,R-COONa,硫酸酯盐,R-OSO,3,Na,磺酸盐,R-SO,3,Na,阴离子型,磷酸酯盐,R-OPO,3,Na,伯胺型,R-NH.HCl,仲胺型,R-NHCH,3,.HCl,阳离子型,叔胺型,R-N(CH,3,),2,.HCl,季胺型,R-N,+,(CH,3,),3,.Cl,-,氨基酸型,R-NHCH,2,-CH,2,COOH,两性,甜菜酸型,R-N,+,(CH,3,),2,-CH,2,COO,-,聚氧乙烯型,R-O-(CH,2,CH,2,O),n,H,多元醇型,R-COOCH,2,(CH,2,OH),3,非离子型,表面活性剂类型,学习要求,1了解分散系的概念及分类，了解溶胶的性质，掌握胶团结构，了解溶胶的稳定性和聚沉及其影响因素。,2.了解乳状液的特点、类型、稳定性。,作业,P25#1-13，#1-14,