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第1章 气体、溶液和胶体分散系第1节 分散系1、 分散系的基本概念分散系：一种或几种物质分散在另一种或领几种物质中所形成的系统称为分散系统分散相：被分散的物质，又称分散质分散介质：起分散作用的物质，又称分散剂2、 分散系的分类分散相分散介质实例气体液体泡沫（如灭火泡沫）液体液体乳状液（如豆浆、牛奶、石油）固体液体悬浊液、溶胶（如泥浆）气体固体浮石、泡沫塑料液体固体珍珠、某些宝石固体固体某些合金、有色玻璃气体气体空气液体气体雾固体气体烟、尘当分散介质为液体时，按分散相粒子直径分类分散相粒子直径分散系类型分散相粒子的性质实例 100nm粗分散系多相，热力学不稳定系统，分散相粒子不发生扩散，不能通过半透膜，也不能通过滤纸，在普通显微镜下可观察到，目测显浑浊 泥水、豆浆、牛奶溶液可以是液相或者固相，如金属合金是固态溶液粗分散系可以分为悬浊液（固体小颗粒）和乳浊液（液体小液滴）第2节 、混合物和溶液的组成的表示方法1、 混合物常用的组成方法（一） B的质量分数 （二）B的体积分数 （三） B的质量浓度 BmBV （四）B的分子浓度 CBNBV（五） B的浓度 cBnBV （六）B的摩尔分数 xBnBn二、溶液的组成的表示方法（一）溶质B的质量摩尔浓度 bBnBmA （mA代表溶剂A的质量）（二）溶质B的摩尔比 rBnBnA （nA代表溶剂A的物质的量）三、理想气体的状态方程式 pVnRT 道尔顿的分压定律 p第四节 稀溶液的依数性溶液的性质可以分为两类：第一类性质与溶质的本性以及溶质与溶剂的相互作用有关，如溶液的颜色、导电性、密度、粘度与体积等。第二类性质之决定于溶质的数目，而于溶质的性质几乎无关，如难挥发电解质稀溶液中溶剂的蒸气压下降、难挥发电解质稀溶液的沸点升高、稀溶液的凝固点降低和稀溶液的渗透压力等。一、液体的蒸气压当水的蒸发速率与水蒸气的凝聚速率相等时，水蒸气与水达到平衡状态，水面上方水蒸气的物质的量和液态水的物质的量不再改变。此时，水面上方的水蒸气成为饱和水蒸气，饱和水蒸气所产生的压力称为该温度下水的饱和蒸气压。（受本性、温度的影响）二、难挥发非电解质稀溶液蒸气压下降法国化学家拉乌尔定律表达式 PA=PA*xA（PA*代表纯溶剂的蒸气压，PA代表难挥发非电解质稀溶液的蒸气压，xA代表稀溶液中溶剂的质量分数）p=kbB（在一定温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸气压下降与溶质B的质量摩尔浓度成正比）三、难挥发非电解质稀溶液的沸点升高纯溶剂的沸点是恒定的，但难挥发非电解质稀溶液的沸点是变化的。当溶液沸腾时，溶剂不断汽化，溶液的浓度逐渐增大，溶液的蒸气压逐渐下降，溶液的沸点就逐渐升高。Tb=kbbB （k为常数） MB=kbmBmATb（溶剂的质量，溶质的质量）四、非电解质稀溶液的凝固点降低水溶液的凝固点是指水溶液与冰平衡共存时的温度Tf=kfbB MB=kfmBmATf利用凝固点降低法测定溶质的摩尔质量的相对误差较小盐和碎冰的混合物可以用作冷却剂，冰的表面总附有少量水，当撒上盐后，盐溶解在水中成为溶液，此时溶液的蒸气压低于冰的蒸气压，冰就会融化而吸收大量热。五、稀溶液的渗透压力（一）渗透现象和渗透压力水分子通过半透膜从纯水进入非电解质稀溶液或从浓度较小的非电解质溶液进入浓度较大的非电解质稀溶液的过程称为渗透现象。产生渗透现象的两个条件：一、有半透膜存在。 二、半透膜两侧的相同体积的溶剂或非电解质稀溶液中水分子不相等在稀溶液的液面上施加一额外压力，这种恰好能阻止渗透发生而施加于非电解质稀溶液液面上的额外压力成为非电解质稀溶液的渗透压力。（二） 渗透压力与浓度、温度的关系范托夫定律： =cBRT MB=mBRTV（三） B的渗透浓度 cos,Bnos,BV （nos,B代表混合物中为发生解离的溶质分子与溶质解离分子和阴阳离子浓度的总和）（四） 渗透压力在医学上的意义1、 等渗、低渗和高渗溶液 正常人血液的渗透浓度为280-320mmolL-12、 晶体渗透压力和胶体渗透压力血液中既含有含有小分子或小离子晶体物质又含有大分子和大离子胶体物质，因此血液的渗透压力是晶体物质和胶体物质所产生的渗透压力的总和。胶体渗透压力仅占血液总渗透压力的一小部分。除了水之外，小分子晶体物质的分子或者离子也能透过半透膜，所以血液与组织液中小分子物质的浓度相等，小分子晶体物质对维持血液与组织液之间水的相对平衡不起作用。第五节 溶胶一、 溶胶的性质（一） 溶胶的光学性质1、 丁泽尔现象实质：溶胶的分散相粒子对可见光的散射作用产生的。当入射光照射到分散相粒子：如果分散相粒子的直径大于入射光的波长时，则发生光的反射 如果分散相粒子的直径小于入射光的波长时，则发生光的散射2、 瑞丽散射定律 I=243BVB4(nB2-nA2nB2+2nA2)I0（二） 溶胶的动力学性质1、 布朗运动：溶胶的分散相粒子受到处于不停热运动的分散介质的分子撞击时，其合力不为零产生这种不规则的运动。2、 扩散：由浓度较大处移向浓度较小处。扩散能力用扩散系数来表示：单位时间内在浓度梯度为1的溶液中通过单位面积的分散相粒子的量。3、 沉降：重力和布朗运动。当两种方向相反的作用达到平衡时，越靠近容器底部（三） 溶胶的电学性质1、 电泳：在电场作用下，分散相粒子在分散介质中的定向移动称为电泳2、 溶胶的分散相粒子带电的原因（1） 胶核的选择吸附与胶粒具有相同或者相似组成的粒子优先被吸附，这一规律称为法扬斯规则。（2） 分散相粒子表面贩子的解离分散相粒子与分散介质接触时，其表面上的分子发生解离，有一种离子进入分散介质中而使分散相粒子带电（四） 胶团的结构（负溶胶）（正溶胶）二、溶胶的稳定性与聚沉（一）溶胶的稳定性（1）溶胶带电（2）布朗运动（3）溶剂化作用：吸附层和扩散层都是水化的，在水化膜的保护下胶粒较难因碰撞聚集变大而聚沉。越厚越稳定（二）溶胶的聚沉溶胶的稳定性是暂时的和有条件的，只要减弱或消除使溶胶暂时稳定存在的因素，就能使胶粒聚集成交大的颗粒而沉降。 通常用聚沉值来比较各种电解质对某一溶胶的聚沉能力 聚沉值是使一定量溶胶在一定时间内完全聚沉所需电解质溶液的最低浓度由电解质对溶胶的聚沉实验可以达到如下规律（1）电解质对溶胶的聚沉作用，主要是由与胶粒带相反电荷的离子（反离子）引起的，反离子的电荷数越多，其聚沉能力就也大，电解质的聚沉值就越小（2）带相同电荷的离子的聚沉值的能力虽然接近，但也不完全相同。例如，用碱金属离子聚沉负溶胶时，其聚沉能力的相对大小：Cs+Rb+K+Na+Li+面对正溶胶来说，聚沉能力的相对大小为Cl-Br-NO3-I-（3）有机化合物的离子（如脂肪酸盐和聚酰胺类化合物的离子）都有非常重要的聚沉能力，能有效的降低溶胶的稳定性使其产生聚沉2、溶胶的相互聚沉作用将胶粒带相反电荷的两种溶胶混合，也会产生聚沉现象。与电解质对溶胶的聚沉作用不同的是，只有当两种溶胶的胶粒的电荷数完全被中和时，溶胶才会完全聚沉；否则，溶胶可能聚沉不完全，甚至不聚沉。电解质的聚沉作用主要是由于反离子挤入吸附层，减少或中和了胶粒的电荷所引起的；而高分子化合物的絮凝作用是由于高分子化合物溶液浓度较低时，一个高分子化合物长链可以同时吸附两个或者多个胶粒，把胶粒聚集在一起二产生沉淀。三、溶胶的制备和净化（一）溶胶的制备1、分散法研磨法：用体磨把大颗粒固体磨细，在研磨的时候加入单宁或明胶作为稳定剂溶胶法：使暂时凝聚起来的分散相又重新分散形成溶胶的方法。制备时，把新生成的沉淀经洗涤后，加入电解质溶液作为稳定剂，经过搅拌，使沉淀重新分散而形成溶胶。2、凝聚法凝聚法的特点：先形成难溶物质的过饱和溶液，再是难溶物质的粒子相互凝聚成胶粒而达到溶胶。化学凝聚法：利用化学反应使产物凝聚而形成溶胶。在溶液中进行的复分解反应、水解反应、氧化还原反应等，只要有一种生成物的溶解度较少，就可以控制反应条件使该生成物凝聚而得到溶胶。一般来说，在制备溶胶时，反应物的浓度要比较稀，反应物混合时要比较缓慢，而且其中的一种反应要稍有过量。改换溶剂法：利用分散相在两种不同分散介质中的溶解度相差悬殊的特点制备溶胶。（二）溶胶的净化常用的净化方法：将溶胶与纯溶剂用半透膜隔开，溶胶中的电解质和杂质的分子、离子可透过半透膜进入溶剂，而胶粒不能透过半透膜，不断更换溶剂，可将电解质和杂质出去。这种利用半透膜净化溶胶的方法成为渗析。第六节 高分子化合物溶液一、高分子化合物溶液的盐析加入少量电解质就可以使溶胶产生聚沉，但要使高分子化合物从溶液中沉淀洗出，必须加入大量的电解质。通常把高分子化合物在电解质作用下从溶液中沉淀下厨的现象陈伟高分子的盐析。盐析的主要作用是去溶剂化作用。高分子化合物溶液的稳定性主要来自分子的高度水化作用，当加入大量电解质时，除了中和高分子化合物的电荷外，主要是电解质离子发生强烈地水化作用，使原来高度水化的高分子化合物分子去水化，使其失去稳定性而沉淀析出。二、高分子化合物对溶胶的絮凝作用和保护作用 絮凝作用：在溶剂中加入少量的可溶性高分子化合物。可以导致溶胶迅速生成棉絮状沉淀保护作用：在溶胶中加入一定量的高分子化合物，能显著的提高溶胶的稳定性。三、高分子化合物溶液的渗透压力 ：维利公式四、唐南平衡：对于聚电解质溶液，由于聚电解质能解离为聚电解质离子和小离子，其中小离子能透过半透膜，使渗透压力偏离式。实验测定的聚电解质溶液的渗透压力是相同浓度的非电解质高分子化合物溶液的渗透压力的（z+1）倍 eq（Na+)内eqCl-内=eq（Na+)外eq（Cl-)外 在用渗透压力法测定聚电解质的摩尔质量时，在半透膜外溶液中加入较多的电解质，可以消除唐南平衡的影响，比较准确的测定聚电解质的摩尔质量。 在一般情况下，当有唐南平衡存在时，实验测得的渗透压偏高，因此求算出的高分子电解质的摩尔质量必然降低第七节 凝胶凝胶是特殊的分散系统，许多高分子化合物溶液在适当的条件下，粘度会逐渐变大，最后失去流动性，成为弹性半固性状态。形成凝胶的过程成为胶凝一、凝胶的分类刚性凝胶：粒子间的交联强，网状骨架肩负，干燥后网眼中的液体可以驱出，但其体积和外形几乎不变。弹性凝胶：由柔线形高分子化合物形成的凝胶。这类凝胶经干燥后体积明显变小，但若将干凝胶再放到适当的溶剂中还可以发生溶胀，即自动吸收溶剂而使体积胀大。二、凝胶的性质（一）溶胀有限溶胀：溶胶在液体中溶胀进行到一定程度时停止溶胀无限溶胀：溶胀作用可以一直进行下去，纸质凝胶的网状骨架完全消失，最后完全分散而称为溶液影响溶胶的内因：凝胶的结构，它与高分子化合物的柔性强弱和分子之间链接里的强弱等性质有关影响溶胀的外因：温度、介质的PH及溶液中电解质的影响等。一般情况下，升高温度使分子热运动加强，会削弱粒子间的连接强度，使溶胀成都增大，有时温度达到一定程度时，可使凝胶的骨架破裂而发生无限溶胀。在生理过程中，溶胀起着相当重要的作用。植物种子只有溶胀才能发芽；有机体越年轻，溶胀能力越强，老年人的皱纹就是机体溶胀能力降低的结果；老年人血管硬化也与构成血管壁的凝胶溶胀能力降低有关。（二）结合水凝胶溶胀吸收的水中，有一部分与凝胶结合的很牢固，这部分水称为结合水。（在0度时不结冰，100度不沸腾。（三）离浆凝胶在放置过程中，一部分液体可以自动地分离出来，使凝胶本身体积缩小，这种现象成为离浆或者脱水收缩。是溶胀的逆过程。第二章 化学热力学基础第一节 热力学第一定律一、热力学基本概念（一）系统、环境和相P44系统：将某一部分的物质或者空间与其余部分分开，作为研究对象，这部分作为研究的物质或者空间环境：在系统以外与系统有互相影响的其他部分称为环境1、敞开系统：系统与环境之间有物质的交换，又有能量的交换。所有生物体都属于敞开系统2、封闭系统：系统与环境之间没有物质的交换，但有能量的交换。3、隔离系统：系统与环境之间既没有物质的交换，也没有能量的交换。相：系统中物理性质和化学性质完全相同的均匀部分称为相。相与相之间存在明显的界面，在界面上系统的宏观性质发生明显的改变。由于气体能够无限的均匀混合，因此系统中无论含有多少种气体都只有一个气相。均相系统（单相）和非均相系统（多相）（二）状态和状态函数P45状态：系统各种物理性质和化学性质的综合表现状态函数：热力学中，用于确定系统状态的物理量（即性质）称为状态函数。特点：量值只取决于系统所处的状态而与过去的历史无关。当系统某一状态变化到另一状态时，状态函数的该变量只取决于系统变化前所处的状态和变化后所处的状态，而与实现这一变化所经历的具体途径无关1、广度性质（容量性质）：具有加和性。某个系统的某种广度性质的量等于系统中各部分该性质的量值的总和。系统的质量、体积、物质的量、热力学能等都是广度性质2、强度性质：强度性质没有加和性，整个系统的某种强度性质的量值与各部分的强度性质的量值相同。系统的温度、压力、密度等当系统的两种广度性质相除后就成为系统的强度性质（三）过程和途径等温过程、等压过程、等容过程、循环过程（所有状态函数的该变量都为零）（四）热和功热：由于温度不同，在系统和环境之间的交换或者传递的能量功：当系统发生过程时，在系统和环境之间除了热以外，以其他各种形式交换或传递的能量的统称（系统从环境的得到功时W0；系统对环境做功时，W0）W=Fdl二、热力学能与热力学第一定律的数学表达式UQ+W 热力学能是系统与环境之间以热和功的形式交换的能量热力学第一定律：当封闭系统发生过程时，系统热力学能的增加等于系统从环境吸收的热与环境对系统所做的功之和三、焓对于封闭系统内发生的不做非体积功的等容变化过程，系统的热力学能的增加在数值上等于系统所吸收的热。HU+pV 在封闭系统内发生的不做非体积功的等压过程中，系统所吸收的热在数值上等于系统的焓的增加。H=Qp（等压热） 第二节 热化学一、化学计量数与反应进度（一）化学计量数反应物和生成物前的计量数，反应物的为负，生成物为正（二）反应进度反应进度=nBVB（物质的量的改变量、化学计量数）二、热力学标准状态标准状态没有指定温度，在不同温度子啊就有不同的标准状态三、化学反应的摩尔热力学能变和摩尔焓变 rUm=rU rHm=rH对于有气体参加的反应：rHm=rUm+RTBB,g（为气体反应物和生成物的化学计量数）对于没有气体参加的反应：B,g为0代入四、热化学方程式五、赫斯定律：一个化学反应，无论是一步完成或者分成几步完成，反应热总是相同的六、化学反应的标准摩尔焓变的计算（一）利用赫斯定律计算化学反应的标准摩尔焓变rHm=i=1NirHm,i（二）利用标准摩尔生成焓计算化学反应的标准摩尔焓变rHm=i=1NBfHm,B（三）利用标准摩尔燃烧焓计算化学反应的标准摩尔焓变rHm(T)=-BBCHm,B(T)第三节 热力学第二定律一、自发过程不需要环境提供非体积功就能进行的过程二、影响化学反应方向的因素（一）反应热对化学反应方向的影响（二）反应熵变对化学反应方向的影响1、混乱度：系统不规则程度或无序的程度。越无序混软度越大2、熵：混乱度的量度S（1）物质的聚集状态（2）分子的组成 （3）温度 （4）压力三、热力学第二定律的数学表达式H-TS第四节 化学反应的摩尔吉布斯自由能变一、利用反应的吉布斯自由能变为了简便的判断化学反应在等温等压和不做非体积功的条件下进行的方向吉布斯定义了吉布斯自由能在等温、等压和不做非体积功的条件下，化学反应总是自发的想系统吉布斯自由能降低的方向进行；当系统的吉布斯自由能降低到不再改变即为零时，化学反应就达到平衡状态二、（一）化学反应的标准摩尔吉布斯自由能变的计算rGm(T)=-BBfGm,B(T)2、其他温度时反应的标准摩尔吉布斯自由能变的计算rGmT=rHmT-TrSmT（二）非标准状态下反应的摩尔吉布斯自由能变的计算 rGmT=rGmT+RTlnJ（等温式）三、温度对化学反应的摩尔吉布斯自由能变的影响第五节、热力学在生物化学中的应用一、生化标准状态溶液中氢离子浓度为10-7mol/L二、生物体内的耦合反应在系统中发生的两个化学反应，若其中一个反应的生成物同时也是另一个反应的反应物或者中间产物，则称这两个反应为耦合反应第三章 化学平衡第一节 可逆反应与化学平衡第二节 化学平衡（1）反应系统中各反应物的浓度或者分压均不随时间而改变（2）化学平衡是一种动态平衡（3）化学平衡是有条件的第二节 标准平衡常数