溶液胶体分散体系PPT课件

-,1,化学研究的主要对象是实物（习惯上实物仍称为物质）。化学是在原子、分子层次上研究物质的组成、结构、性质及其变化规律的自然科学。,化学的研究对象,基础化学课程简介,化学热力学初步知识、化学动力学初步知识、实验数据误差分析、分光光度法、滴定分析法、四大化学平衡的有关规律及计算。,基础化学的研究对象,-,2,问题：血红蛋白如何运输O2、CO2、Fe2+？,-,3,金属中毒,铝,甘肃徽县铅锭冶炼厂致300多名儿童铅中毒,生前头发揭开贝多芬死亡之谜,铅,-,4,主要内容,学习要求,理论46学时实验24学时,理论考试占70%平时占10%实验占20%,-,5,理论学时分配,-,6,第一章溶液和胶体分散系,第一节分散系的分类,第二节混合物和溶液的组成标度,第三节稀溶液的通性,第四节溶胶,第五节高分子溶液,第六节凝胶,-,7,第一节分散系的分类,分散系的组成,分散系的分类,分子分散系,胶体分散系,粗分散系,Fe(OH)3溶胶,-,8,非均相,均相,-,9,如果组成溶液的物质有不同的状态，通常将液态物质称为溶剂，气态或固态物质称为溶质。,溶剂溶质,液态溶液,固态溶液,溶液,多种气体混合在一起称为气态混合物，不作为气态溶液处理。,注,第二节混合物和溶液的组成标度,-,10,溶液浓度的表示方法,B的质量分数,B的质量浓度,B的体积分数,-,11,B的摩尔分数,B的物质的量浓度,B的分子浓度,溶质B的质量摩尔浓度,-,12,医学上表示体液组成时，凡是体液中相对分子质量已知的物质，均应使用物质的量浓度；对于相对分子质量未知的物质，可以暂时使用质量浓度。,世界卫生组织建议,B的物质的量浓度,B的质量浓度,-,13,【例1】20时，将70mL乙醇(酒精)与30mL水混合，得到96.8mL乙醇溶液，计算所得乙醇溶液中乙醇的体积分数。,解:乙醇的体积分数为：,-,14,【例2】将25g葡萄糖(C6H12O6)晶体溶于水，配制成500mL葡萄糖溶液，计算此葡萄糖溶液的质量浓度。,葡萄糖溶液的质量浓度为：,解：,-,15,正常人血清中Na的浓度为：,正常人血清中HCO3-的浓度为：,【例3】100mL正常人血清中含326mgNa和165HCO3-mg，试计算正常人血清中Na+和HCO3-的量浓度。,解：,-,16,生理盐水的质量浓度为：,【例4】100mL生理盐水中含0.90gNaCl，计算生理盐水的质量浓度和浓度。,生理盐水的浓度为：,解：,-,17,19,【例5】将0.27gKCl晶体溶于100g水中，计算溶液中KCl的质量摩尔浓度。,KCl的摩尔质量为74.5gmol-1。KCl的质量摩尔浓度为：,解：,-,18,【例6】将112g乳酸钠(NaC3H5O3)溶于1.00L纯水中配成溶液，计算溶液中乳酸钠的摩尔分数。,NaC3H5O3的摩尔质量为112gmol-1。溶液中乳酸钠的摩尔分数为：,解：,-,19,蒸气压下降,沸点上升,凝固点降低,渗透压,第三节稀溶液的通性,-,20,初始：V蒸发V凝聚平衡：V蒸发=V凝聚,气液两相平衡,一、液体的蒸气压,-,21,饱和蒸气压,饱和蒸气压：在一定的温度下，当蒸发的速度等于凝聚的速度，液态水与它的蒸气处于动态平衡，这时的蒸气压称为水在此温度下的饱和蒸气压，简称蒸气压。,蒸发速度=凝聚速度,-,22,二、稀溶液的蒸气压下降,问题,为什么溶液的蒸气压会下降？,B的摩尔分数,pA：溶液的蒸气压pA*：纯溶剂的蒸气压nA：溶剂的物质的量nB：溶质的物质的量,-,23,双组分体系,-,24,黑线：纯溶剂蒸汽压曲线。红线：溶液的蒸汽压曲线。,三、稀溶液的沸点上升,P,kb单位：,-,25,四、稀溶液的凝固点降低,Kf单位,Tf：溶液的凝固点Tf*：纯溶剂的凝固点Kf：溶剂的凝固点降低系数,-,26,【例7】从人尿中提取出一种中性含氮化合物，将90mg纯品溶解在12g蒸馏水中，所得溶液的凝固点比纯水降低了0.233K，试计算此化合物的摩尔质量。,解：,该中性含氮化合物的摩尔质量为：,已知,-,27,渗透压力,五、稀溶液的渗透压力,只允许水分子透过，不允许溶质分子透过,-,28,溶剂在半透膜内外的渗透作用过平衡时半透膜两边的静压力差。即阻止渗透作用所施加于溶液的最小外压。,渗透压力,-,29,渗透压产生的根本原因,问：溶液的渗透压与气体压力的产生是否相同？,半透膜存在、膜两侧溶液的浓度不相等,-,30,对于电解质的稀溶液,对于强电解质溶液，渗透浓度等于溶液中溶质离子的总浓度。对于弱电解质溶液，渗透浓度等于溶液中未解离的弱电解质的浓度与弱电解质解离出的离子浓度之和。对于非电解质溶液，渗透浓度等于其物质的量浓度。,渗透浓度,混合物中能产生渗透效应的溶质的微粒(分子或离子)的浓度总和。,NaCl溶液,HAc溶液,-,31,【例8】生理盐水的质量浓度为9gL-1，计算生理盐水的渗透浓度。,生理盐水的渗透浓度为:,NaCl是强电解质，它在溶液中全部电离：,解,-,32,解：,【例9】用实验方法测得某肾上腺皮质机能不全病人的血浆的冰点为-0.48问此病人的血浆为等渗、低渗或高渗溶液？计算此血浆在37时的渗透压力。,此血浆的渗透浓度低于正常血浆的渗透浓度范围，为低渗溶液。,此病人血浆的渗透压为：,此病人血浆的渗透浓度为：,-,33,渗透压力在医学上的意义,医学上规定渗透浓度在280320mmolL-1范围内的溶液。,渗透浓度小于280mmolL-1。,渗透浓度大于320mmolL-1。,低渗溶液,等渗溶液,高渗溶液,正常人血浆的渗透浓度为280320mmolL-1。,-,34,解：此病人血浆的渗透浓度为：,【例10】用实验方法测得某肾上腺皮质机能不全病人的血浆的冰点为-0.48问此病人的血浆为等渗、低渗或高渗溶液？计算此血浆在37时的渗透压力。,此血浆的渗透浓度低于正常血浆的渗透浓度范围，为低渗溶液。,此病人血浆的渗透浓度为：,-,35,由小分子和小离子所产生的渗透压力。,晶体渗透压力和胶体渗透压力,晶体渗透压力,由大分子和大离子所产生的渗透压力。,血浆的渗透压力主要是晶体渗透压力，而胶体渗透压力很小。在37时，血浆的渗透压力为770kPa，其中胶体渗透压仅约为4kPa。,胶体渗透压力,-,36,340mmolL-1,220mmolL-1,300mmolL-1,300mmolL-1,红细胞,外界,溶血现象,质壁分离,水分子,-,37,【例11】一种精制蛋白质物质，其相对分子质量约为5104。(1)已知298.15K时水的密度是997kgm-3，估算溶质的质量分数为0.02的该物质的水溶液的沸点升高、凝固点降低和298.15K时的渗透压力。(2)欲准确测定该物质的相对分子质量，选用哪种依数性能得到较好的结果？(3)若选用渗透压力法测定该物质的相对分子质量，在298.15K时测得质量分数为0.02的该物质的水溶液的渗透压力为1033.5Pa，计算该物质的相对分子质量。,-,38,解：为了计算方便，取1kg溶液。该物质的质量摩尔浓度和浓度分别为：,（1）溶液的沸点升高约为：,溶液的凝固点降低约为：,-,39,(2)采用渗透压力法测定溶质的相对分子质量，能得到较好的结果。,溶液的渗透压力为：,该精制蛋白质的相对分子质量是4.8810-4。,(3)该物质的摩尔质量为：,-,40,第四节溶胶,溶胶的性质,溶胶的稳定性与聚沉,溶胶的制备与净化,-,41,-,42,分散系性质表,-,43,1861年首先提出了“胶体”概念,“胶体化学之父”格雷姆(英国),R.A.席格蒙迪(德国),1925年诺贝尔化学奖。,1903年与西登托夫一起研制成功超显微镜，可以观察到微粒的形状和运动，证明胶体溶液的异相性质,确立了现代胶体化学的基础。,-,44,TheodorSvedberg(瑞典)1926年诺贝尔化学奖,1924年，研制出超速离心机，用于蛋白质胶体研究,第一次测定了蛋白质的分子量。到1940年,超速离心机已可产生30万倍于g的加速度,可直接测定从几万到几百万大小的分子量，并可测出分子量的分布。,超速离心机,胶体化学中分散系统的研究,-,45,分散相和介质聚集状态分类表,-,46,CuSO4溶液,Fe(OH)3溶胶,溶胶的光学性质Tyndall现象,分散相粒子的直径在100nm。,一、溶胶的性质,-,47,散射光强度与入射光波长的4次方成反比，入射光的波长越短，溶胶对光的散射作用越强。,散射光强度随分散相分子浓度的增大而增大。,分散相与分散介质的折光率相差越大，则散射作用越强。,散射光强度与分散相粒子体积的平方成正比，在胶体分散系范围内，随着分散相粒子的增大，对光的散射作用增强。,结论,Rayleigh公式,-,48,布朗运动示意图,溶胶的动力学性质Brown运动,-,49,胶粒受到周围不断作热运动的分散介质分子的撞击，受到的合力不为零引起的。,小公务员的伟大论文,1905年关于热的分子运动论所要求的静止液体中悬浮小粒子的运动揭示布朗运动的本质，为他贏得了博士学位。,Brown运动的实质,-,50,布朗运动使胶体粒子从浓度大的区域向浓度小的区域移动的趋势，最终达到平衡的自发过程。,体系内浓度差越大，扩散越快。,沉降和沉降平衡,胶粒受到重力吸引下降。,由于扩散运动促使浓度趋于均一。,当作用于粒子上的重力与扩散力相等时，粒子的分布达到平衡。,扩散,-,51,Fe(OH)3溶胶的电泳,Fe(OH)3溶胶带正电荷,溶胶的电学性质电泳,电泳：外加电场下,分散相向一极移动的现象。,-,52,离解SiO2+H2OH2SiO3HSiO3+H+,胶体带电的原因,吸附高度分散的胶体粒子具有很高的比表面，容易吸附带电粒子。,AgNO3(浓)+KI(稀)AgI+KNO3,正溶胶,负溶胶,AgNO3(稀)+KI(浓)AgI+KNO3,-,53,【例】过量的KI作稳定剂。AgNO3+KIKNO3+AgI,(AgI)mnI(n-x)K+xxK+,【例】过量的AgNO3作稳定剂。AgNO3+KIKNO3+AgI,(AgI)mnAg+(n-x)NO3x+xNO3,指出胶核、胶粒、胶团、吸附层、扩散层,-,54,胶团构造示意图,过量的KI作稳定剂。,(AgI)mnI(n-x)K+xxK+,-,55,胶团构造示意图,过量的AgNO3作稳定剂。,(AgI)mnAg+(n-x)NO3x+xNO3,-,56,二、溶胶的稳定性和聚沉,溶胶的稳定性,胶体粒子带电溶胶表面溶剂化膜的保护作用布朗运动作用,胶粒带电和溶剂化膜的存在是胶体稳定的主要因素。,布朗运动对于胶体稳定的影响是双向的。,-,57,使一定量的溶胶在一定时间内完全聚沉所需电解质的最小浓度。,其值越小该电解质的聚沉能力越大。,电解质的聚沉能力主要决定于与胶粒带相反电荷的离子所带的电荷数。反离子的电荷数越高，聚沉能力就越强。可用聚沉值来衡量。,溶胶的聚沉,电解质对溶胶的聚沉作用,聚沉值,(AgI)mnAg+(n-x)NO3x+xNO3,-,58,不同电解质的聚沉值(mmolL-1),LiCl58.4NaCl51KCl50HCl31CaCl20.65BaCl20.69MgSO40.80AlCl30.093,负溶胶(As2S3),正溶胶(Al2O3),NaCl43.5KCl46KNO360K2SO40.30K2Cr2O70.63K2C2O40.69K3Fe(CN)60.08,-,59,电解质对溶胶的聚沉规律,带相同电荷的离子的聚沉能力。对负溶胶来说，其聚沉能力的相对大小为：,Cs+Rb+K+Na+Li+,Cl-Br-NO3-I-,对正溶胶来说，其聚沉能力的相对大小为：,(AgI)mnI(n-x)K+xxK+,(AgI)mnAg+(n-x)NO3x+xNO3,问题：如何使下列溶胶聚沉？,-,60,溶胶的相互聚沉,将两种带相反电荷的溶胶混合会发生聚沉，这种聚沉现象称为溶胶的互沉现象。,下列电解质对由等体积0.080molL-1的KI溶液和0.10molL-1的AgNO3溶液混合所得溶胶的聚沉能力的强弱顺序如何？（1）CaCl2(2)MgSO4(3)Na3PO4,解：(3)(2)(1),-,61,溶胶的相互聚沉作用,与加入电解质情况不同的是，当两种溶胶的用量恰能使其所带电荷的量相等时，才会完全聚沉，否则会不完全聚沉，甚至不聚沉。,当两种带相反电荷的溶胶所带电量相等时，相互混合也会发生聚沉。,水中含有泥沙等污物的负溶胶，加入KAl(SO4)2在水中水解生成Al(OH)3正溶胶。在适当量下，发生相互聚沉。,明矾净水原理,-,62,三、溶胶的制备与净化,溶胶的制备,分散法,溶胶的净化,渗析法,研磨法胶溶法超声波分散法电弧法,凝聚法,化学凝聚法物理凝聚法,超过滤法,-,63,分散法研磨法,研磨法是机械粉碎的方法,适用于脆而易碎的物质。主要的机械是胶体磨。胶体磨有两个十分坚硬的磨盘，相互以10,00020,000r/min的转速方向运动，分散相在磨盘的间隙中受到强大的剪切力而粉碎，并达到胶体颗粒的粒径范围。若分散相为柔韧性的物质，在粉碎前应进行硬化处理，如用液态空气浸泡，硬化之后再粉碎。,PM系列行星式球磨机,-,64,凝聚法,化学凝聚法,B.复分解反应制硫化砷溶胶2H3AsO3(稀)+3H2SAs2S3(溶胶)+6H2O,A.水解反应制氢氧化铁溶胶FeCl3(稀)+3H2O(热)Fe(OH)3(溶胶)+3HCl,物理凝聚法,利用适当的物理过程，使待分散的物质凝聚成胶体粒子大小的颗粒。常采用的物理方法：蒸气骤冷、更换溶剂等。,-,65,溶胶的净化,将需要净化的溶胶放在羊皮纸或动物膀胱等半透膜制成的容器内，膜外放纯溶剂。利用浓差因素，多余的电解质离子不断向膜外渗透，经常更换溶剂，就可以净化半透膜容器内的溶胶。,简单渗析,为了加快渗析的速率，在渗析膜外可以加上电场，以提高离子的迁移速度。,电渗析,-,66,第五节高分子溶液,高分子溶液的盐析,高分子对溶胶的絮凝作用和保护作用,高分子溶液的渗透压力,Donnan平衡,-,67,三种溶液性质的比较,-,68,溶胶、高分子溶液性质比较,-,69,去溶剂化作用,加入少量电解质就可以使溶胶产生聚沉。,加入大量的电解质使高分子化合物从溶液中沉淀析出。,盐析的主要原因,高分子的稳定性主要来自高度的水化作用，当加入大量电解质时，除中和高分子所带电荷外，更重要的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去水化，使其失去稳定性而沉淀析出。,-,70,在溶胶中加入少量的可溶性高分子，可导致溶胶迅速生成棉絮状沉淀。,高分子溶液浓度较低时，一个高分子长链同时吸附两个或更多个胶粒，把胶粒聚集而产生沉淀。,原因,絮凝作用,高分子吸附在胶粒的表面上，包围住胶、粒，形成了一层高分子保护膜，阻止了胶粒之间及胶粒与电解质离子之间的直接接触，从而增加了溶胶的稳定性。,在溶胶中加入一定量的高分子，能显著地提高溶胶的稳定性。,高分子对溶胶的保护作用,原因,-,71,：高分子溶液的渗透压力B：高分子溶液的质量浓度MB：高分子的摩尔质量A2：Virial系数,-,72,不能电离,能电离,离子的膜平衡理论。膜两边要保持电中性，使得达到渗透平衡时小离子在两边的浓度不等的膜平衡。,由于离子分布的不平衡会造成额外的渗透压