《水基分散系》PPT课件.ppt

第二章 水基分散系 第1节分散体系 第3节稀溶液的依数性 第5节胶体分散系 第2节溶液 第4节电解质稀溶液的依数性 第一节分散体系 分散体系定义 将一种或几种物质的微粒分散在另外一种介质中所形成的体系称为分散体系 其中被分散的物质称为分散质 而起分散作用容纳分散质的介质称为分散剂或分散介质 按分散质粒子大小分类 分散系的分类 分散系 三类分散系比较 分散系分类 二 第二节溶液 1 溶液的定义和分类2 溶解过程3 溶解度4 溶液浓度的表示方法 1 溶液的定义和分类 什么是溶液凡两种或多种物质混和形成的均匀 稳定的分散体系 叫做溶液 其中分散质称为溶质 分散剂称为溶剂 在溶液中 溶质是以分子或离子状态均匀的分散于溶剂之中 属于分散系中的分子分散系 即真溶液 特点 均匀 稳定 单相体系 微乳液 1943年由J H Schulman等提出 微乳液是由表面活性剂 助表面活性剂 通常为C4 C8的一元醇 油 非极性有机液体如脂肪烃 和水按适当比例组成的一种透明或半透明的 低粘度的 各相同性的热力学稳定分散系 微乳液分散质点的粒径在10 100nm数量级 故也被称为纳米乳液 微乳液由于其特殊组成及结构既能溶解油又能溶解水 且作为有机分子聚集体之一 具有有机分子聚集体的一切性质 如改变化学平衡 加快化学反应进程等 同时具有很强的增溶性 增敏及增稳作用 溶液的分类 按聚集状态 气态溶液 如空气广义溶液液态溶液 如NaCl水溶液固态溶液 如合金狭义溶液 液态溶液 最常用水溶液 溶解过程与溶液的形成 溶质均匀分散于溶剂中的过程 溶解 是个既有化学变化 又有物理变化的复杂过程 溶解的机理尚不很清楚 只有相似相溶的经验规律 常伴随 颜色变化 体积变化 能量变化 例如 熵的变化 相似相溶原理 结构相似的物质之间容易相互溶解 即溶剂与溶质具有相同的组成或结构 因而具有相似的极性 它们之间能较好的相互溶解 例如 乙醇易溶于水 苯易溶于四氯化碳 溶解度的概念在一定的温度和压力下 一定量溶剂中最多能溶解的溶质的量 在一定的温度压力下 物质的溶解度大小取决于该物质和指定溶剂本身的特性 溶解度与温度 压力等因素有关 3 溶解度 质量摩尔浓度m mol kg 1 每1kg溶剂中所含溶质的物质的量mB 体积摩尔浓度c mol L 1或mol dm 3 每升溶液中含溶质的物质的量CB 4 溶液浓度的表示方法 4 溶液浓度的表示方法 质量分数w 某溶质的质量与溶液质量的百分比 w 摩尔分数x 无单位 某溶质B的物质的量与溶液总物质的量之比 x w溶质w溶液 nBn溶液 什么是 依数性 溶液有关的性质分为两类 溶液的颜色 比重 导电性等性质 与溶质的本性有关 溶液的蒸气压 沸点 凝固点等性质 与溶质的本性无关 而与溶质的数量有关 只与溶质的数量 摩尔分数 有关 而与溶质的本性无关的性质 称为 依数性 只有溶质的浓度低 即 稀溶液 才具有依数性 依数性来源于分散微粒间距离远 作用力小 1 稀溶液的依数性 第三节稀溶液的依数性 1 稀溶液的依数性2 蒸气压下降3 沸点上升和凝固点降低4 渗透压 通常所说的 稀溶液的依数性 包括四个方面 1 蒸气压下降 Theloweringofthevaporpressure 2 沸点上升 Theelevationoftheboilingpoint 3 凝固点降低 Thedepressionofthefreezingpoint 4 渗透压 Thephenomenonofosmoticpressure 1 稀溶液的依数性 什么是物质的饱和蒸气压 什么是溶液的饱和蒸气压 溶液的蒸气压下降 这句话是什么意思 为什么溶液的蒸气压会下降 下降多少 由什么决定 2 溶液的蒸气压下降 气化 蒸发 液体表面能量较大的分子 克服分子间的引力 逸出液体表面进入液体上面的空间 凝结 气相中的分子 可能与液体表面发生碰撞 并被周围的液体分子所吸引 重新回到液相 饱和蒸气压 当 凝结 蒸发达到平衡 此时蒸气压为一定值 称为饱和蒸气压 1 什么是物质的饱和蒸气压 测量蒸汽压的示意图 除液体外 固体也有饱和蒸气压 如干冰 萘 碘等固体蒸气压很大 可直接由固体变成气体 升华 饱和蒸气压与物质的种类有关 有些物质的蒸气压很大 如乙醚 汽油等 有些物质的蒸气压很小 如甘油 硫酸等 蒸气压的大小 与液体分子间的吸引力有关 吸引力越大 蒸气压越小 极性分子的吸引力强 蒸气压小 非极性分子的吸引力小 蒸气压大 分子量越大 分子间的作用力越强 蒸气压越小 注意要点 饱和蒸气压与温度密切相关 蒸气压 温度曲线 温度升高 蒸气压增大 乙醚 乙醇 水 溶液的饱和蒸气压是指在溶液中 作为溶剂的那种物质 所具有的饱和蒸气压 分压力 溶液的饱和蒸气压同样与温度密切相关 2 什么是溶液的饱和蒸气压 同一温度下 溶液的蒸气压比纯溶剂的蒸气压要小 它们之间的差值 叫 溶液的蒸气压下降 3 溶液的蒸气压下降 是指什么 在溶质的摩尔分数一定时 溶液也有一条蒸汽压曲线 并总是处在纯溶剂的蒸汽压曲线之下 4 为什么溶液的蒸气压会下降 当水中溶入难挥发非电解质后 溶液的表面被一部分难挥发非电解质的分子占据 这样在单位时间内从溶液的液面逸出的溶剂分子比纯溶剂减少 在一定温度下达到平衡时 液面上方溶剂分子的数目比纯溶剂液面上方的少 因此难挥发非电解质的蒸气压要比纯溶剂有所降低 对于难挥发非电解质的稀溶液 对于只有一种溶质的稀溶液 则 溶液的蒸气压下降多少 拉乌尔定律 P溶液的蒸汽压 PA0纯溶剂的蒸汽压 XA溶剂的物质的量分数 P表示溶液的蒸汽压下降 在一个密闭的容器内放置两个分别盛纯溶剂和溶液的烧杯 若干时间后溶剂会全部自动转入溶液中 这是为什么 课堂思考 三 溶液的沸点上升 凝固点下降 1 什么是沸点和凝固点 沸点 当某一液体的蒸汽压等于外界压力时液体就会沸腾 此时的温度就称为该溶液的沸点 也即气 液平衡点 用Tb表示 boilingpoint 凝固点 该物质的液相蒸汽压和固相蒸汽压相等时的温度 或者说纯液体和它的固相平衡共存时的温度 用Tf表示 freezingpoint 水溶液的沸点升高和凝固点降低示意图 AB 水的气 液平衡线AA 水的气 固平衡线A B 溶液的气 液平衡线A 纯水的液 固平衡点A 溶液的液 固平衡点 Tb kb m Tf kf m Tb Tf表示溶液沸点上升 凝固点下降的度数kb kf称为溶剂的沸点上升常数 凝固点下降常数 是溶剂的本性 与溶剂的种类有关与溶质种类无关 m为溶质的质量摩尔浓度 5 溶液的沸点上升 凝固点下降 变化值有多大 拉乌尔定律 Raoult sLaw 用拉乌尔定律 通过测量溶液的沸点上升 凝固点下降的方法 测定溶质的分子量或摩尔质量 撒盐除积雪 凝固点降低 积雪融化 冰盐浴做低温冷冻剂 冰盐浴的冷冻温度远比冰浴的低 如NaCl 冰的混合物温度可降低到 220C 低温防冻剂 汽车散热器 水相 的冷却水 在寒冷的季节 通常加入乙二醇使溶液的凝固点下降 以防止水箱中的水因结冰而体积膨胀 胀裂水箱 溶液的凝固点下降的应用 4 具有一定的渗透压 1渗透现象2渗透压3渗透现象及应用 1 渗透现象 溶剂小分子通过半透膜向溶液扩散的过程称为渗透 渗透现象示意图 半透膜只能允许溶剂的分子通过 而不能允许溶质的分子通过 液柱产生的静压力阻止了水继续向管中渗透阻止渗透所需要的外界静压力 叫渗透压 记作 1886年 荷兰物理化学家van tHoff发现非电解质稀溶液的渗透压的大小 可以用与理想气体状态方程 pV nRT 形式相似的方程式计算 V nRT式中 渗透压 Pa V 体积 m3 R 8 314 Pam3mol 1K 1 在一定温度下 溶液越浓 渗透压越大 溶液的渗透压与溶质的本性无关 只与溶质的浓度有关 渗透压大小的计算 范德华方程 3渗透现象及应用 电解质对生命体的重要性反渗透法制备纯净水植物水份的吸收 渗透压平衡与生命过程的密切关系 在临床治疗中 当为病人大剂量补液时 要特别注意补液的渗透浓度 否则可能导致机体内水分调节失常及细胞的变形和破坏 临床常用c NaCl 为0 15mol L 1的氯化钠溶液和c C6H12O6 为0 28mol L 1的葡萄糖溶液 因为这两种溶液对应于血浆渗透压而言都是等渗溶液 在大量补液过程中 细胞不致破坏而保持正常地生理功能 反渗透法制备纯净水 植物水份的吸收 已知20 C时水的蒸气压为2333Pa 将17 1g某易溶难挥发非电解质溶于100g水中 溶液的蒸气压为2312Pa 试计算该物质摩尔质量 解 M 342g mol 课堂练习1 例 已知烟草中的有害成分尼古丁的实验式是C5H7N 将507mg尼古丁溶于10 0g水中 所得溶液在105Pa下沸点100 17 C 求尼古丁的分子式 解 分子式为C10H14N2 课堂练习2 1 取2 50g葡萄糖 分子量180 溶解在100g乙醇中 乙醇的沸点升高了0 143 C 而某有机物2 00g溶于100g乙醇中 沸点升高了0 125 C 已知乙醇的Kf 1 86K Kg mol 1 求 1 该有机物的乙醇溶液 Tf是多少 并与 Tb值相比较 2 在20 C 该有机物乙醇溶液的渗透压是多少 自测题 第四节电解质稀溶液的依数性行为 电解质溶液 或者浓度较大的溶液也与非电解质稀溶液一样具有溶液蒸气压下降 沸点上升 凝固点下降和渗透压等性质 稀溶液定律所表达的依数性与溶液浓度的定量关系不适用于浓溶液和电解质溶液 电解质稀溶液计算公式分别为 i校正因子 Van tHoff系数AB型电解质 i 2 KCl KNO3 CaSO4 AB2或A2B型电解质 i 3 MgCl2 CaCl2 Na2SO4 浓溶液 溶质微粒之间的相互作用以及溶质微粒与溶剂分子之间的相互作用大大增加 电解质溶液 电解质的解离等 第二章 水基分散系 第四节胶体分散体系 胶体分散体系 一 胶体的制备 分类二 溶胶的性质三 胶团的结构四 溶胶的相对稳定因素及聚沉 一 胶体的制备及性质 溶胶的制备方法 研磨法 超声法 电弧法 胶溶法等 溶胶的稳定性与破坏在一定条件下的相对的稳定体系 胶体的分类 根据分散剂的性质胶体划分为 气溶胶 空气中的烟尘 云 雾液体溶胶 墨水 Fe OH 3溶胶固溶胶 球墨铸铁 有色玻璃 烟水晶 二 胶体的性质 1 光学性质 丁铎尔现象 2 动力学性质 布朗运动 3 电学性质 电泳和电渗 4 表面特性 吸附作用 丁铎尔现象 1869年Tyndall发现 当一束光线透过溶胶时 从与光束相垂直的方向上可以观察到一个光柱 这种现象称为Tyndall效应 产生原因 Tyndall效应是溶胶粒子对光产生散射的结果 是其高度分散和多相性的反映 1 光学性质 丁铎尔现象 2 动力学性质 布朗运动 布朗运动 在超显微镜下观察胶体溶液 可以看到代表胶体粒子的发光点在介质中间不停地作不规则的运动 这种运动称为布朗 Brown 运动 Brown运动的原因 本质上是由于分子固有的热运动 当不断作热运动的分散介质分子对溶胶粒子从不同方向撞击时 由于受力的不平衡而产生了不规则的运动 布朗运动示意图 电泳 在外电场作用下胶粒发生定向移动的现象称为电泳 3 电学性质 电泳 3 原因 电泳现象证明了胶体的粒子带有电荷 根据胶体粒子在电泳时移动的方向 可确定它们所带的电荷符号 电渗 在外电场作用下分散介质发生定向移动的现象称为电渗 3 电学性质 电渗 电渗仪 电泳和电渗的实质是相同的 只是表现形式不同 4 表面特性 吸附作用 Ag I K NO3 当KI过量时 AgI mnI 1 n x K x xK AgNO3 KI AgI KNO3 当AgNO3过量时 AgI mnAg n x NO3 x xNO3 胶团 胶粒 扩散层 吸附层 扩散层 扩散双电层 AgI溶胶胶团结构 Ag 过量 四 胶团的结构 注意 AgI胶体粒子在I 过量时 AgI吸附I 而带负电荷 Ag 过量时 AgI吸附Ag 而带正电荷 胶体的电荷是指胶体中胶体粒子带有电荷 而不是胶体带电荷 整个胶体是电中性的 淀粉胶体粒子因不吸附阴 阳离子而不带电荷 所以加入电解质不凝聚 也无电泳现象 四 溶胶的相对稳定因素及聚沉 溶胶的相对稳定因素1 胶粒带有同种电荷 由于同种电荷之间的排斥作用 可阻止胶粒相互碰撞而聚结成大颗粒沉淀2 水化膜的存在 胶粒中的吸附离子和反离子都是水化离子 所以胶粒实际上是被一层水化离子所包围 在胶粒周围形成了一层牢固的水化薄膜 这层水化膜具有一定的强度和弹性 可以阻止胶粒相互接触 从而增强了溶胶的稳定性 3 强烈的Brown运动 由它产生的扩散作用 能克服重力场的影响而不下沉 溶胶的这种性质称为动力稳定性 2 溶胶的聚沉 加入电解质 在溶液中加入电解质 增加了胶体中离子的总浓度 而给带电荷的胶体粒子创造了吸引相反电荷离子的有利条件 从而减少或中和原来胶粒所带电荷 使它们失去了保持稳定的因素