第4章水溶液和胶体.ppt

《第4章水溶液和胶体.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第4章水溶液和胶体.ppt（129页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、第四章 水、溶液和胶体,Chapter 4 The Water, Solution and Colloids,溶液是一种物质（溶质）均匀分散在另一种物质（溶剂）中的一类分散体系。本课程仅讨论溶剂为水的溶液。水是一种极性物质，物质溶解在水中是一种物理化学过程，既有溶质（分子或离子）的分散过程，又有溶剂分子与溶质粒子的相互作用，同时还伴随有能量的变化（溶解焓和水合焓）。,第四章水、溶液和胶体,Chapter 4 The Water, Solution and Colloids,溶质的溶解和分散促进了溶质的反应活性，所以溶液中的化学反应是化学研究的注意点之一。同时溶质的分散状态又反过来影响溶剂的性质

2、：蒸气压降低、沸点升高和凝固点降低等。利用这些变化可以来研究溶质的相关性质，例如测定溶质的相对分子质量。,第四章 水、溶液和胶体,Chapter 4 The Water, Solution and Colloids,1 水 2 溶液 3 胶体,1 水,1 水 一、水的结构 二、水的物理性质 三、水的化学性质,一、水的结构,The Structure of Water,在水分子中，两个氢原子和一个氧原子形成一个V形结构的分子，其中氧原子采取sp3不等性杂化。在四个sp3杂化轨道中，有两个杂化轨道被两对孤电子对占据，另外两个杂化轨道与两个H原子生成两个共价键。由于孤电子对对成键电子的排斥作用，键角

3、由109.5被压缩为104.5。,水分子中氧的sp3杂化轨道,一、水的结构,The Structure of Water,在液态水中，由于水分子中O原子的电负性很高，共用电子对强烈的偏向氧原子一边，而使H原子显示出相当大的电正性，即H原子上带有部分正电荷，O原子上带有部分负电荷。因此，在相邻的水分子间存在着氢键。,水分子的氢键,一、水的结构,The Structure of Water,无论固态或液态水都含有通过氢键形成的缔合分子(H2O)n，n=2，3，4。这种由简单分子结合成较复杂的分子，并且不引起物质在化学性质上的改变的过程叫做分子的缔合。氢键的形成是水分子缔合的根本原因。,一、水的结构

4、,The Structure of Water,缔合的水分子在温度升高时，往往可以重新分开成简单分子，因此水分子的缔合和离解的过程是个动态平衡的过程，可以表示为： 由于缔合是放热过程，所以降低温度时，水的缔合程度也随之增高，即n值增大。,缔合,离解,一、水的结构,The Structure of Water,水的一些物理性质可以用水分子的缔合来解释。温度下降时，水的缔合程度增高，在273K时水凝结成冰，全部水分子缔合在一起成为一个巨大的分子。 冰中每个水分子都被相邻的四个水分子包围着，每个水分子位于四面体的顶点，因此冰的结构中具有较大的空隙，故密度反而比水小。,二、水的物理性质,纯水是一种无色

5、、无味、无臭的透明液体，深层的天然水呈蓝绿色，如海水、湖水等。泉水稍有甘甜味。在一个大气压下，纯水的凝固点（冰点）是0C，沸点是100C。水具有三种特殊的物理性质。 （1）水的偶极矩为1.87D，表现有很大的极性。 （2）在所有的固态和液态物质中，水的比热容最大， 为4.1868103JKg-1K-1。（为什么？） （3）和绝大多数的物质凝固时体积缩小，密度增大的情况不同，水结冰时，体积变大，密度减小。水的密度在3.98C(276.98K)时最大，其值为1.0gcm-3。,The physical Property of Water,二、水的物理性质,The physical Property

6、 of Water,冰和水的体积与温度的关系图 从图中可以看到在276.98K时，单位质量的水体积最小，密度最大。276.98K以下时水的密度反而降低，在273K结冰时，密度突然变小（273K时水的密度为0.999gcm-3，冰的密度为0.9168 gcm-3）。,冰和水的体积与温度的关系图,二、水的物理性质,The physical Property of Water,水密度反常的原因是：接近沸点的水主要以单分子存在，冷却时分子热运动减缓，分子间距离缩小。同时水的缔合程度增大，分子间排列变得紧密。这两种因素使水在温度降低时，密度增大。当温度降到276.98K时，密度最大。 当温度继续降低时，

7、出现了较多的(H2O)3三聚水分子，即具有类似冰结构的较大缔合分子，他们结构疏松，所以276.98K以下，水的密度反而降低。 到冰点时，全部的水分子缔合成一个巨大的缔合分子，结构中具有较大的空隙，因此密度突然大幅度下降。严冬季节，冰封水面时，由于冰的密度比水小，所以冰浮在水面上，此时下面的水层不易冷却，有利于水生动植物的越冬生存。,二、水的物理性质,The physical Property of Water,水的分子量虽然不大，但水的熔沸点，熔化热和蒸发热都异常的高。 水与第六主族其他元素的氢化物熔沸点的比较 图中虚线表示按直线外推时，水的熔沸点的估计值。由于水分子间存在氢键，在分子间产生了

8、较强的结合力，所以使得水的熔沸点比同族其他元素的氢化物显著升高。,水与第六主族其他元素的氢化物熔沸点的比较,三、水的化学性质,The chemical property of Water,1、水的热稳定性 2、水作为溶剂 3、水与单质的反应 4、水与可溶性氧化物的反应 5、水解作用 6、自离解作用,1、水的热稳定性,表4.1 水的离解热,1、水的热稳定性,由表可见，水对热的稳定性很高。水蒸气加热到2000K，也只有0.588%的水离解为氢和氧。水在离解时要吸收大量的热。水在常温时是不能离解为H2和O2的。但在常温下通直流电（在水中加入少量酸或碱以增加其导电能力），则水在常温下亦能分解为H2和O

9、2，工业上需要的纯H2和纯O2，就是用这种方法来制取的。,2、水作为溶剂,水分子是一个强极性分子，所以它是许多盐类和一些极性共价化合物的良好溶剂。例如HCl、FeSO4等溶解于水后分别产生H+、Cl-，Fe2+、SO42-离子。这些离子与水分子发生水合作用，生成水合离子，如H3O+、Fe(H2O)62+等。其中水分子是通过“O”氧配位与其他质点结合的。当这些化合物从水溶液中结晶析出时往往会带配位水，成为水合晶体，例如： Fe(H2O)6SO4H2O即FeSO47H2O（七水合硫酸亚铁）。,3、水与单质的反应,在一定条件下，水能和多种比较活泼的金属发生反应，反应的结果是放出H2，同时生成碱或碱性

10、氧化物，像Na、K、Ca等活泼金属即便放在冷水中，也能看到它们同水发生反应，反应式为： 2Na + 2H2O = 2NaOH + H2 Ca + 2H2O = Ca(OH)2 + H2,3、水与单质的反应,但是，像Mg、Al、Zn、Fe这些活泼性较差的金属，在一般温度下就不能与水发生反应，只有在剧烈加热或高温的情况下，才能与水发生反应而放出氢气： 这两个反应所以生成氧化物而不是氢氧化物，是由于它们的氢氧化物都不溶于水，并且在高温下都会分解成氧化物和水的缘故。至于像铜、汞、金、银等不活泼金属，则根本不能与水发生反应。,高温,高温,3、水与单质的反应,水只能和少数非金属发生反应。例如烧红了的炭能与

11、水蒸气反应生成一氧化碳和氢气，反应式为： C + H2O CO + H2 工业上用煤和水蒸气在高温下反应生成CO和H2的混合气通常叫做“水煤气”，这种水煤气在燃烧时发热量很大，是一种很重要的气体燃料。,高温,4、水与可溶性氧化物的反应,凡是能溶于水的酸性氧化物或碱性氧化物都能与水反应，生成相应的含氧酸或碱。例如： H2O+CO2H2CO3 H2O+SO2H2SO3 H2O+Na2O2NaOH H2O+CaOCa(OH)2,5、水解作用,一些盐类或二元化合物在水的作用下水解，或者说水被非氧化还原性的分解。例如： Mg3N2 + 6H2O3Mg(OH)2+ 2NH3 PCl5 + 4H2OH3PO

12、4+ 5HCl SbCl3 + H2OSbOCl+ 2HCl,6、自离解作用,水本身可以微弱电离： H2O + H2O H3O+ + OH- Kw11014 一个水分子把来自另一个水分子的质子水合了。在298K时，水中的H+和OH-的浓度乘积等于110-14，此值称之为水在298K时的离子积。,2 溶液,Solution,一、溶液的一般概念 二、溶解过程 三、水合物 四、溶解热 五、温度对溶解度的影响 六、压力对溶解度的影响 七、溶液的浓度 八、溶液的饱和蒸气压 九、稀溶液的依数性 十、非电解质稀溶液依数性的应用 十一、电解质溶液,一、溶液的一般概念,The general Concept o

13、f Solution,1、溶液：一种物质以分子、原子或离子状态分散于另一种物质中所构成的均匀而又稳定的体系叫溶液。 2、溶剂：溶液是一种分散体系，作为分散介质的叫做溶剂。例如食盐溶于水中，则水为溶剂。常以占有较多成分的组分看作是溶剂。,一、溶液的一般概念,3、溶质：溶液是一种分散体系，作为被分散的物质叫做溶质。例如食盐溶于水中，食盐则为溶质。常以占有较少成分的组分看作是溶质。 4、非水溶液：以水为溶剂的溶液则称为水溶液。以乙醇、汽油、苯等作溶剂的可溶解有机物的溶液称为非水溶液。,一、溶液的一般概念,The general Concept of Solution,5、液态溶液：液体组成的溶液，常

14、指水溶液。 6、气态溶液：气体混合物都是气态溶液，如空气。 7、固态溶液：氢气溶解于金属铯中、汞溶解于金属钠或金属锌中等都可以形成固态溶液 (合金)。,一、溶液的一般概念,The general Concept of Solution,8、溶解度：在指定温度下，一种物质在一定量的溶剂中可以溶解的最大量，称为该物质在这种溶剂中的溶解度。 9、饱和溶液：当向一种溶液中加入过量的溶质时，纯溶质和已经溶解的溶质之间会建立起溶解平衡，达到平衡时，纯溶质溶入溶液的速度与已溶溶质从溶液中析出的速度相等，此时溶液的浓度就保持不变了，这时的溶液称为饱和溶液，饱和溶液的浓度就是该溶质的溶解度。,一、溶液的一般概念

15、,The general Concept of Solution,10、不饱和溶液：溶液的浓度低于饱和溶液的浓度时称为不饱和溶液。不饱和溶液与溶质接触时，会继续溶解的溶质。 11、过饱和溶液：溶液的浓度高于饱和溶液，这是一种不稳定的体系，在过饱和溶液中投入纯溶质时，便会诱使溶液中过多的溶质自发析出，很快达成溶解和析出平衡。,二、溶解过程,The Process of Solution,溶解过程中有一条经验规律：“相似相溶”原理，即非极性物质可以溶解在非极性溶剂中(例如碘溶于四氯化碳中)，极性物质和离子型晶体易溶于极性溶剂(如水)中。,二、溶解过程,The Process of Solution

16、,离子型晶体溶解的过程是一个拆散晶格的过程。在晶体内部阴离子和阳离子都均等地被对方所包围和均等地被各个方向上的相反电荷所吸引。但在晶体表面的离子除了被内部相反的电荷所吸引以外，还要被外部的水分子所包围，内外所受的静电吸引力是不均等的。极性分子水以偶极的正端指向晶体的阴离子，以负端指向晶体的阳离子，产生晶体偶极间的静电吸引，这种静电吸引可以相当强，克服了离子晶体的晶格能而把阴阳离子从晶体表面拖出来，通过分子运动在溶液中扩散，形成均匀的溶液体系(还有另一方面的原因，由于体系有向更大混乱度发展的趋势)。,二、溶解过程,The Process of Solution,每个溶液的离子分别与水分子结合形成

17、水合离子，在溶液中运动的离子是水合离子。溶液与化合物不同，在溶液中溶质和溶剂的相对含量可在一定范围内变化，但溶液不是溶质和溶剂的机械混合物，也不是两者的化合物，严格的说，溶解的过程是一个物理化学过程。,三、水合物,Hydrate,在水溶液中离子与水分子的相互作用，阳离子(除非其中含有氢原子的离子，如NH4+可以有氢键)大多是通过离子偶极相互作用而结合成水合阳离子的。阴离子除可以通过离子偶极作用，有时还可以通过氢键结合成水合阴离子。,三、水合物,Hydrate,此外，某些金属阳离子与水分子的引力很强，水分子中氧原子上的孤电子对占入了金属原子的空轨道而形成了配合阳离子，例如Al(H2O)63+，6

18、个水分子与Al3+离子配合生成正八面体的Al(H2O)63+离子。 将水合离子化合物的溶液蒸发结晶时，所得固体化合物往往保持了结合的水分子，这类带水的晶体化合物称为结晶水合物或水合晶体。例如AlCl36H2O、CuSO45H2O、FeSO47H2O等等。,三、水合物,Hydrate,在这些化合物中水分子有不同的结合形式，在AlCl36H2O中，水分子与Al3+离子结合成正八面体的Al(H2O)63+而占入晶格结点；在CuSO45H2O中四个水分子与Cu2+结合成四面体的Cu(H2O)42+而进入晶格结点，剩余的一个水分子则与SO42-离子通过氢键结合成水合离子并也进入晶格：,三、水合物,Hyd

19、rate,同样，在FeSO47H2O中，晶体的离子组成是Fe(H2O)62+和一个水合硫酸根离子。,三、水合物,Hydrate,有少数水合物所含的水包含在晶格中而不与离子相结合，这类水称为晶格水，例如BaCl22H2O。给这类物质脱水时，晶体结构就瓦解了。还有一类水合物中的水分子是晶格吸附水或夹带水，例如硅酸盐矿物、天然沸石，给它们脱水时晶体结构就不会受到影响。,四、溶解热,Heat of Solution,将溶质溶解在溶剂中必将伴随有热量的变化，因为： （1）溶质在溶剂中的分散过程需要断开溶质内的某些化学键和克服溶质分子间的引力，这是一种能量吸收的过程。例如离子型固体MX溶解在水中时，首先拆

20、开晶格需要供给能量(晶格能H为正值)，这是一种吸热过程： MX(s) M+ + X-,四、溶解热,Heat of Solution,（2）溶质粒子与溶剂分子结合生成稳定的溶剂合物。例如上述晶体离子形成水合离子时释放出热量(水合能，H为负值)，这是一种放热过程： M+ + X- + aq M+(aq) + X-(aq),四、溶解热,Heat of Solution,溶质溶解在溶剂中的热效应，是上述吸热和放热两种过程相叠加的净结果。如果水合过程释放的能量高于断裂晶格所吸收的能量，则总的溶解过程是放热反应，如NaOH、AgF溶于水时都是放热反应。如果水合过程释放的能量不能满足断裂晶格所需要的能量，则

21、总的溶解过程是个吸热反应(H为正值)，例如硝酸铵、氯化钾溶于水时是吸热反应。,四、溶解热,Heat of Solution,表4.2 KCl和AgF的溶解热效应,溶质,四、溶解热,Heat of Solution,制备溶液的过程总伴随着熵效应的变化。例如固体溶解在水中，熵值增大了，即体系的混乱度增大了，S为正值；将气体溶解在液体中，体系的混乱度降低了，熵值减小了，S为负值，气体体系比溶解前的纯组分有了较高的有序度。,五、温度对溶解度的影响 The Effect of Temperature on Solubility,温度对一种物质的溶解度的影响决定于在制备它的饱和溶液时是吸热反应还是放热反应

22、。 吕查德里原理：向平衡体系施加外力时，体系向消除此外力的方向进行，并建立一种新的平衡。 能量+溶质+H2O = 饱和溶液 溶质+H2O = 饱和溶液+能量,五、温度对溶解度的影响,The Effect of Temperature on Solubility,五、温度对溶解度的影响,The Effect of Temperature on Solubility,由图可以看出温度对不同物质在水中的溶解度有不同的影响： 1、温度的升高有利于吸热过程，例如图中KNO3溶于水时是吸热反应； 2、温度升高不利于放热过程，例如图中Ce2(SO4 )3溶于水时是放热反应； 3、NaCl在水中的溶解度受温度

23、的影响不大，基本上是一条不变的直线；,五、温度对溶解度的影响,The Effect of Temperature on Solubility,4、硫酸钠的溶解度曲线较为复杂。在305.4K以下的曲线是含10个结晶水的Na2SO410H2O的溶解度曲线，溶解度随温度的升高而增大。在305.4K以上的曲线则是无水Na2SO4的溶解度曲线，溶解度随温度的升高而降低。 利用不同溶质在同一溶剂中的不同溶解度，可以提纯含有杂质的化合物。一般气体在水中的溶解度随温度的升高而下降，比如水在加热时总有气泡冒出。,六、压力对溶解度的影响,The Effect of Pressure on Solubility,压

24、力的变化对固体溶质和液体溶质的溶解度一般影响不大，但对气体溶质的溶解度却有很大的影响。,压强/Pa,亨利总结了气体溶解的定律：“在恒定温度下，在给定数量的液体溶剂中，气体的溶解度与溶液上方气相中该气体的分压成正比。”这个定律仅适用于稀溶液和相对低压的气体，溶解度很大的气体一般都和溶剂发生了化学反应，例如HCl气体与水反应，这类溶液就不遵守亨利定律。,七、溶液的浓度,Concentration of Solution,溶质在溶液中的浓度可以用不同的表示方法来反映: 1、质量分数w（旧称重量百分比浓度） 质量分数w 溶质的质量/(溶质的质量+溶剂的质量) 100% = 溶质的质量/溶液的质量100

25、% 溶质的质量 溶液的质量(g)质量分数w 溶液的体积(ml)溶液相对密度(gml-1)质量分数w,七、溶液的浓度,Concentration of Solution,2、物质的量浓度c（旧称体积摩尔浓度） C= C=,溶质的物质的量(mol),溶液的体积(dm3),溶质的质量(g),溶液的体积(cm3),1000(cm3.dm3),溶质的相对分子质量(g.mol-1),c =,c =,七、溶液的浓度,Concentration of Solution,3、质量摩尔浓度m 在1000g溶剂中所含溶质的物质的量，称为此溶液的质量摩尔浓度，用符号m表示，单位molkg-1。对于浓度极低的水溶液来说

26、，质量摩尔浓度与体积摩尔浓度大致相等，因为1000g水占有的体积近似为1000cm3。,七、溶液的浓度,Concentration of Solution,4、溶液的稀释与浓缩 溶质的物质的量n(mol)溶液的物质的量浓度c(mold m-3)溶液的体积V(dm3) 那么将一个溶液样品稀释或浓缩时，无论溶液的浓度和体积如何变化，其中所含溶质的物质的量是不会改变的，因此就得出下面的关系式： c1V1c2V2 其中c1V1是稀释或浓缩前溶液所含溶质的物质的量，c2V2是稀释或浓缩后溶液所含溶质的物质的量。虽然稀释或浓缩前后，溶液的c1、c2和V1、V2都改变了，但稀释或浓缩前后其中所含溶质的量却没

27、有改变。这就是溶液的稀释规则。,八、溶液的蒸气压,The Vapor Tension of Solution,1、水和冰的蒸汽压 表4.4 水的蒸气压数据,八、溶液的蒸气压,The Vapor Tension of Solution,1、水和冰的蒸汽压 固体也有蒸汽压，但固体的蒸汽压都很低。固体蒸汽压的大小与固体晶格粒子吸引力的强度成反比，离子型固体的晶格粒子间的吸引力较强，因此离子型固体的蒸汽压很小，几乎观测不到；而分子型固体由于分子间力较弱，所以分子型固体都有可以观测到的蒸汽压。,八、溶液的蒸气压,The Vapor Tension of Solution,1、水和冰的蒸汽压 表4.5 冰

28、的蒸气压数据,八、溶液的蒸气压,The Vapor Tension of Solution,1、水和冰的蒸汽压 由数据可见，在0时水和冰有共同大小的蒸汽压613Pa，表明在0时水冰水蒸气达到三态的共同平衡。把水的蒸汽压和冰的蒸汽压曲线绘制在同一张图上，以温度为横坐标，蒸汽压为纵坐标，可以得到水和冰的蒸气压曲线，两条曲线相交在水的凝固点0上。,水和冰的蒸气压曲线,八、溶液的蒸气压,The Vapor Tension of Solution,2、溶液的蒸气压降低 这里只讨论不挥发的非电解质固体的稀水溶液。例如实验发现，将少量蔗糖溶解在水中，形成一种稀溶液时，这个稀溶液的蒸气压比对应温度下纯水的蒸气

29、压低。这是因为溶剂的部分表面被溶质所占据，因此在单位时间内逸出液面的溶剂分子就相应减少。结果达到平衡时，溶液的蒸气压必然低于纯溶剂(水)的蒸气压，而且降低的数值p与溶液的质量摩尔浓度m近似地成正比： pp(纯水) - p(溶液)Km K叫做蒸气压降低常数，是溶剂的一个特征常数。,八、溶液的蒸气压,The Vapor Tension of Solution,把某一浓度的蔗糖蒸气压曲线也联合绘制在水冰蒸气压曲线的图上，则可得到： 不挥发非电解质溶液的蒸汽压 从水冰蒸气压曲线图中还可以导出两个新的结论，即蔗糖溶液的沸点比纯水升高了，沸点由tb变为tb；蔗糖溶液的凝固点比纯水降低了，由tf变为tf。,

30、不挥发非电解质溶液的蒸汽压,八、溶液的蒸气压,The Vapor Tension of Solution,根据实验结果，法国物理学家拉乌尔总结出溶液蒸汽压降低的规律性，被称为拉乌尔定律(Raoults Law)，即“定温下，稀溶液的饱和蒸气压等于纯溶剂的蒸气压乘以溶液中溶剂的摩尔分数”： pApA*xA 式中pA*代表纯溶剂A的蒸气压，xA代表溶液中A的摩尔分数。,八、溶液的蒸气压,The Vapor Tension of Solution,若溶液中仅有A、B两种组分，则上式又可写成： pApA*(1- xB)，xB 式中xB代表溶液中B的摩尔分数，利用这个定律可以测定一些不挥发性的非电解质的

31、分子量。,九、稀溶液的依数性,Colligative Properties of dilute Solution,Colligative 来自希腊语，意为团结、一起的意思。依数性指的是仅仅与溶液中微粒的个数有关的性质，而与溶质的种类无关。 . Lowering the vapor pressure . Elevation of the boiling point. . Freezing point depression of solution . Osmotic pressure,溶液的蒸气压下降 Depression of vapor tension,溶液的沸点升高、凝固点下降,Elevat

32、ion of the Boiling Point and Depression of the Freezing Point,溶液沸点的升高与凝固点的降低也都与溶液的质量摩尔浓度成正比： tf Kfm，tb Kbm 式中Kf是溶液的质量摩尔凝固点降低常数(cryoscopic constant)，Kb是溶液的质量摩尔沸点升高常数(ebullio scopic constant)，它们的数值决定于溶剂的性质。,在凝固点时，固液达到平衡，两相的蒸气压相等。由于溶液的蒸气压降低，自然必须降低温度使固液相的蒸气压重新相等，以建立平衡（固液相的蒸气压随温度变化的速度不同）。 显然，稀溶液凝固点的降低值也和

33、溶液的质量摩尔浓度成正比 Tf= Kfm 式中Kf叫做摩尔凝固点降低常数，与溶剂的凝固点、摩尔质量和熔化热有关。,溶液的沸点升高、凝固点下降,Elevation of the Boiling Point and Depression of the Freezing Point,表4.6一些常用溶剂的质量摩尔沸点升高常数,溶液的沸点升高、凝固点下降,Elevation of the Boiling Point and Depression of the Freezing Point,表4.7一些常用溶剂的质量摩尔凝固点降低常数,渗透压,Osmotic Pressure,我们给缺水的植物浇上水，不

34、久植物茎叶挺立，这是由于水渗入植物细胞内的结果，这种现象叫做渗透现象。,Experiment(实验) a图中，半透膜左边放入浓溶液，右边放入稀溶液；溶剂从右边移动到左边（就好像溶液要获得相等的浓度）。由于溶剂的净移动，产生了压力差，如图b.它是由于渗透引起的，称为渗透压,即为U型管两边的液面差；如果在U型管左边加一个压力，可以阻止溶剂分子的静移动，如图 c。,渗透压,Osmotic Pressure,一些只允许水分子自由通过而溶质不能通过的膜状物质称为半透膜。例如细胞膜、萝卜皮、皮肠衣、牛皮纸等都是半透膜。半透膜内外水的静压强称之为渗透压。,渗透压的测定,渗透压,Osmotic Pressur

35、e,1886年荷兰物理学家范特荷甫(Vant Hoff)指出：“稀溶液的渗透压与溶液浓度和温度的关系同理想气体方程式一致”，即： V= nRT 或 = cRT 渗透压 V溶液体积 n溶质物质的量 R气体常数 T绝对温度 c溶液的物质的量浓度,反渗透 Reverse Osmosis Reverse Osmosis,若把溶液和纯溶剂用半透膜隔开，向溶液一侧施加大于渗透压的压力，溶剂分子则向纯溶剂方向移动，这种现象称为反渗透。可用于海水淡化。 海水淡化,九、稀溶液的依数性,Colligative Properties of thin Solution,综上所述，我们可以看出非挥发性溶质的二组分稀溶液

36、的蒸气压降低、沸点升高、凝固点下降及渗透压等，在指定溶剂的种类和数量后，仅取决于溶质分子的数目，而与溶质的本性无关。所以稀溶液的这些性质被称为稀溶液的依数性，这是溶液的重要性质之一。,十、非电解质稀溶液依数性的应用,The Application of Colligative Properties of thin Nonelectrolyte,1、测定分子的相对分子质量 由于测定蒸汽压和渗透压的技术比较困难，所以常采用沸点升高和凝固点下降这两种依数性来测定溶质分子的相对分子质量。只是对相对分子质量特别大的物质，如血色素等大分子才采用渗透压的方法来测定其相对分子质量。,十、非电解质稀溶液依数性的

37、应用,The Application of Colligative Properties of thin Nonelectrolyte,2、制作防冻剂和制冷剂 溶液凝固点下降的原理在实际工作中很有好处，汽车水箱中用的防冻液就是在水中添加甘油或乙二醇来降低了水的凝固点，从而达到防止水箱中的水结冰的目的。,十、非电解质稀溶液依数性的应用,The Application of Colligative Properties of thin Nonelectrolyte,3、输液 渗透现象在许多生物过程中有着不可缺少的作用，如人体静脉输液所用营养液(如葡萄糖液等)，需精心调节以使它与血液具有相同的渗透压

38、，否则血细胞将遭到破坏。 例如红血球的渗透压与0.9%的NaCl(aq)的渗透压相同。若把血液放入浓度小于0.9%NaCl溶液中，水就渗入红血球中，红血球溶涨可使红血球破裂，称为溶血作用（Hemolysis）,若放入大于0.9%的NaCl溶液中，红血球中的水分就渗出，红血球缩小(Sliriver)，所以大量的静脉注射必须配制与血液相等的渗透压才能应用，否则会引起严重的疾病。,十一、电解质溶液,Solutions of Electrolytes,1、电解质和非电解质 电解质(Electrolytes)溶质在溶液中以离子的形式存在，该溶液比纯溶剂具有更好的导电性，此溶质便为电解质。酸、碱、盐溶于水

39、均能导电，因此酸碱盐均是电解质，例如： HCl H+(aq) + Cl-(aq) NaCl Na+(aq) + Cl-(aq) NaOH Na+(aq) + OH-(aq) HAc H+(aq) + Ac-(aq),十一、电解质溶液,Solutions of Electrolytes,1、电解质和非电解质 非电解质(Nonelectrolytes)溶质以分子形式存在于溶液中，所形成的溶液不导电，此种溶液便为非电解质。例如蔗糖溶液、酒精和甘油的水溶液等。,十一、电解质溶液,Solutions of Electrolytes,2、强电解质和弱电解质 人们常根据电解质电离度(电离的百分率，以表示)的

40、大小，把电解质进一步分成两类。 强电解质(strong electrolytes)溶质在溶液中基本上是完全电离的，电离度大，导电性强。例如强酸、强碱和强酸强碱盐。 弱电解质(weak electrolytes)溶液中不能完全电离，仅部分电离，溶质是极性共价物质，在溶液中溶质分子与离子共存，电离度小，导电性差。例如弱酸、弱碱和弱酸弱碱盐。,十一、电解质溶液,Solutions of Electrolytes,强电解质如NaCl、KCl等，在水溶液中是完全电离的。假设NaCl或KCl溶解在水中的浓度为x 摩尔，那么在溶液中阴阳粒子的总浓度应为2x摩尔，即溶液中的粒子数是KCl表观浓度的两倍。那么依

41、照拉乌尔定律，它的p、tb和tf应该是同浓度非电解质溶液的两倍。,十一、电解质溶液,Solutions of Electrolytes,表4.8 几种盐溶液凝固点降低的情况,盐,m/molkg1,十一、电解质溶液,Solutions of Electrolytes,从表4.8中所列数据看，KCl如果不电离，按照拉乌尔定律，它凝固点的下降tf应该是0.372。如果它百分之百电离，溶液中粒子数是表现浓度的两倍，那么它的tf应该是0.3722=0.744。然而实测的结果却是0.673，介于0.372-0.744之间。既然NaCl、KCl等离子型盐应该是完全电离的，那为什么实验中测得的结果却有偏差呢?

42、,十一、电解质溶液,Solutions of Electrolytes,3、离子氛和离子强度 1923年德拜和休克尔提出了“离子氛”的概念，初步解决了强电解质实验与理论计算存在的矛盾。,十一、电解质溶液,Solutions of Electrolytes,德拜和休克尔认为强电解质在水溶液中是完全电离的，但由于离子间存在着相互作用，同电荷的离子相斥，异电荷的离子相吸，所以导致了离子不能完全自由的行动。正离子附近负离子要多一些，负离子附近正离子要多一些，即在正离子周围存在着由负离子形成的“离子氛”，在负离子周围存在着由正离子形成的“离子氛”。 离子氛的形成,十一、电解质溶液,Solutions o

43、f Electrolytes,3、离子氛和离子强度 当给电解质溶液通电时，正离子向负极移动，但它的离子氛却向正极移动，结果正离子的速度显然就要比毫无牵挂的自由正离子慢，因而表现出溶液的导电性比理论上低。因此就不难理解为什么电解质溶液的四种依数性有异常的原因了。 溶液导电性的高低取决于溶液中离子的多少(即浓度)和离子的迁移速度。离子的浓度越大，离子所带的电荷数目越多，离子与它离子氛之间的作用越强。为了进一步衡量溶液中正负离子作用的情况，人们引入了“离子强度”I的概念，用它来衡量溶液中离子和离子氛之间相互作用的强弱。,十一、电解质溶液,Solutions of Electrolytes,3、离子氛

44、和离子强度 I1/2cizi2 I表示离子强度(molkg-1) zi表示溶液中i种离子的电荷数 ci表示溶液中i种离子的质量摩尔浓度,十一、电解质溶液,Solutions of Electrolytes,4、活度和活度系数 在电解质溶液中，由于离子之间存在相互作用，使得真正发挥作用的离子总是比电解质完全电离时应达到的离子浓度低一些。对这个问题，路易斯在1907年提出了“有效浓度”的概念，即“电解质溶液中离子实际发挥作用的浓度称为有效浓度，或称为活度”。,十一、电解质溶液,Solutions of Electrolytes,4、活度和活度系数 很显然，活度的数值比相应溶液的“实际浓度”要小一些

45、。加入一个修正因子，则： ac a电解质溶液的有效浓度，又称为溶液的活度(activity) 活度系数(activity coefficient) c电解质溶液的实际浓度,十一、电解质溶液,Solutions of Electrolytes,4、活度和活度系数 当溶液的浓度较大，离子强度较大时，如果不用活度进行计算，所得结果将和实际情况相差较大，所以这时要用活度讨论问题。但一般电解质的稀溶液，难溶性强电解质的溶液等，其浓度一般都很低，离子强度也较小，活度系数十分接近于1，在这样的情况下，我们可以采用实际浓度来求解问题，而不必考虑用活度来修正。,3 胶体,Colloids,一、分散体系 二、溶胶

46、 三、溶胶的聚沉和稳定性 四、高分子溶液对溶胶的保护作用和敏化作用,一、分散体系,Dispersive Systems,一种物质以极小的颗粒（称为分散相dispersed phase）分散在另一种物质（分散介质dispersion medi um）中所组成的体系叫做分散体系。如矿物分散在岩石中形成各种矿石，水滴分散在空气中形成云雾，染料分散在油中成为油漆或油墨等。分散体系按照分散相颗粒的大小，大致可分为三类。,一、分散体系,Dispersive Systems,1、分子分散体系 分散相离子的平均直径小，约为1nm，分散程度达到分子或离子状态，这样的体系叫做分子分散体系。例如我们前面讲过的溶液就

47、属于这类分散体系。,一、分散体系,Dispersive Systems,2、胶态分散体系 分散相粒子的平均直径在1nm1m之间，分散相的颗粒比分子或离子大得多，每个颗粒是由许多分子聚集而成的，这种分散体系叫做胶态分散体系，简称胶体。这是本节要主要介绍的内容。,一、分散体系,Dispersive Systems,3、粗分散体系 分散相粒子的平均直径在1m100m之间，分散相的颗粒更大。像墨汁、豆浆等都属于粗分散体系，一般叫做悬浮体。 相对于胶体和悬浮体而言，分子分散体系叫做真溶液。,二、溶胶,Sols,所谓溶胶是指固体分散在液体中的一种胶态体系。 1、溶胶的制备 例1：往25毫升沸水中倾入2毫升

48、3%的三氯化铁FeCl3溶液，搅动，形成红色的氢氧化铁溶胶： FeCl3 + 3H2O3HCl + Fe(OH)3 例2：一面搅动，一面往15毫升0.4%的酒石酸锑钾KSb(C4H6O6)2溶液中滴加硫化氢H2S水溶液，可得橙红色的硫化锑Sb2S3溶胶： 2KSb(C4H6O6)2 + 3H2SK2C4H6O6 + Sb2S3 + 3 C4H8O6,二、溶胶,Sols,例3：如果向偏硅酸钠Na2SiO3溶液中加入少许盐酸HCl，使pH=2-3，则有硅酸溶胶形成： Na2SiO3 + 2HClH2SiO3 + 2NaCl 这里必须指出的是形成溶液必须控制反应条件，否则就会有沉淀析出。另外，上面所列举的反应式并不能反映出溶胶形成的真实过程。,二、溶胶,Sols,2、溶胶的光学性质 溶胶是具有一定特性和结构的。用肉眼来看，溶胶好像和真溶液一样，都是均匀的，在分散相和分散介质之间没有界面。但实际上溶胶与真溶液有很大差别，溶胶是多相体系。凡是在夜间看过探照灯照射天空的人，都有这样的经验：如果天空很晴朗，则探照灯的光束细而淡；如果天气不好，空中有雾或云（称为气溶胶）则光束粗而亮。对溶胶进行类似的实验，也会出现这种现象。,二、溶胶,Sols,2、溶胶