第1章物质的状态

1、1第一章 物质的状态 气态 液态 固态 等离子态 中子态物质的聚集状态2物质的状态气态气体的物理特性 气体没有固定的体积和形状 气体是最易被压缩的一种聚集状态 不同的气体能以任意比例相互均匀地混合 气体的密度比液体和固体的密度小得多描述气体的参数为体积(V) 压力(p) 温度(T) 物质的量(n)3pVTnRpVTmMRpTRMn气体的物质的量(mol)V气体的体积(m3)T气体的温度(K)p气体的压力(Pa)R气体常数(8.314J/molK)m气体的质量(kg)M气体的摩尔质量(kg/mol)气体的密度(kg/m3)若V的单位取L，则R的单位为(8.314kPaL/molK)理想气体的状态

2、方程4理想气体的分压定律312121231233iiiiiiinnnnnnnRRRRRpppppppppppnpTTTTTTnnxxnVVVVVVVTpRR总总总总总总总物质的量分数（）组分气体的分压是指在相同温度下占有与混合气体相同体积时所产生的压力（摩尔分数）5实例气体分压的计算某容器中有NH3、O2 、N2气体的混合物。取样分析后知n(NH3) = 0.320mol，n(O2) = 0.180mol，n(N2) = 0.700mol，混合气体的总压p = 133.0kPa。计算各组分气体的分压。n= n(NH3) + n(O2) + n(N2)= 0.320mol + 0.180mol

3、+ 0.700mol = 1.200mol33()0.320()133.035.51.2kPH0aNNH0pnnp6分压定律的应用实例7实际气体的状态方程22()()VnpRVTabnn(实际)(实际)V实际V理想p实际p理想a、b为范德华常数8物质的状态液态液体的物理特性n 可压缩性比气体的小，具有一定体积n 改变压力时对液体的体积几乎没有影响 n 液体分子的相互扩散是一个较慢的过程 n 液体具有对抗流动的性质，即具有粘度 n 液体具有表面张力9液体的蒸发与凝结液体分子与气体分子一样在不停地运动，在一定温度下每个分子的动能是不同的，对于具有足够高能量的分子可以克服分子间的引力而逸出液体成为气

4、体，这一过程称为气化或蒸发。液体蒸发到液面上的气态分子叫蒸气。蒸气分子也可以失去能量重新回到液体中，这一过程成为凝结或冷凝。蒸发为吸热过程，冷凝为放热过程。在一定温度下，1mol液体蒸发所需要的能量称为该液体的摩尔蒸发热，1mol蒸气冷凝所放出的能量称为该蒸气的摩尔凝聚热。pmmva2222kJ / mol40.640 kJ / mol.6( ) ( )( ) lggl H OH O ( )H OH OHH 凝聚10液体的饱和蒸气压和沸点在一定的温度下，液体的蒸发和蒸气的凝结速度相同，此时气液达成动态平衡，这时蒸气所具有的压力称为饱和蒸气压。不同的物质分子间作用力不一样，在相同的温度下，具有不

5、同的蒸气压。当液体的饱和蒸气压等于外压时，液体内部就会有大量气泡生成，蒸气会连续不断地由液体变为气体，这种现象成为液体的沸腾，此时的温度为该液体的沸点。沸点与外压有直接的关系。不同的液体有不同的沸点。11液体的凝固点q当一种液体受冷冻时，分子运动逐渐变慢，最后达到一种温度状态，分子的动能足够低，使分子间引力足以把分子固定在晶格结点上，此时物质开始凝固了。因为凝固的分子放出了它们多余的能量，所以要使温度保持恒定，必须对体系继续冷冻取走多余的能量。 q一种液体的正常凝固点是在100 kPa下该物质液相与固相达成平衡时的温度。在凝固点时，液固平衡体系的温度一直保持恒定，直到液体完全凝固时为止。在凝固

6、点时，使1mol物质完全凝固所需取走的热量，叫做该物质的摩尔凝固热。 12“体系”与“相”的概念 在科学研究中，往往将研究讨论的对象称为体系。 体系中化学性质和物理性质完全相同的部分称为相，且相与相之间在指定的条件下有明显的界面。 体系内不论有多少种气体都只有一个气相。液体则按其互溶程度通常可以是一相、两相或三相共存。对于固体，一般是有一种固体便有一个相，而不论它们的质量和大小。 相与态的概念不同，态是指物质存在的状态，如油和水构成的体系，只有一个态液态，但却包含两个相。13水的相图描述多相体系的状态如何随体系的组分、温度、压力等变量而变化的图叫做相图。(固态)(液态)(气态)14固体晶体晶体

7、的性质晶体具有规则的几何外形。非晶体为无定形体。晶体呈现各向异性。许多物理性质，如光学性质、导电性、热膨胀系数和机械强度等在晶体的不同方向上测定时，是各不相同的。非晶体的各种物理性质不随测定的方向而改变。 晶体具有固定的熔点。非晶体如玻璃受热渐渐软化成液态，有一段较宽的软化温度范围。 晶体是由原子、离子或分子在空间按一定规律周期性地重复排列构成的固体。15离子晶体和原子晶体NaCl的晶体结构金刚石的晶体结构16液 晶晶体是各向异性的，液体则是各向同性的。一般的晶体熔化后就由各向异性转化为各向同性的液体。但是，有些物质在由晶体向液体的转变过程中，要经历一种各向异性的液态，这种状态的物质称液晶。正

8、常液体向列型液晶近晶型液晶17固体非晶体结构特点组成物质的原子、分子等微粒在三维空间的排列呈杂乱无序状态物理特性组成可变，各向同性，无固定熔点，导热率和热膨胀性小，可塑性变形性大等几种典型的非晶体物质玻璃 橡胶 塑料 18物质的第四态等离子态 把气体物质施以高温、电磁场、放电、高能磁场、热核反应等作用，气态原子电离成带电的离子和自由电子。它们的电荷数相等，符号相反。这种状态叫等离子体，是物质的第四种状态。 如霓虹灯里是氖或氩的等离子体在发光。闪电、电弧、电车的“长辫子”在夜间冒的火花，都是由空气放电形成的等离子体。19物质的第五态中子态如果将固态物质施以高压，非金属可变成金属。如Te、I2、P

9、等，加压到l 0005000MPa就变成了金属，此时它们能导电。若把金属态再加高压或超高压，此时，核外电子被压到核里面去，电子与质子结合成中子，物质就成了中子态，这是物质的第五态。此时，体积很小，密度就会大得惊人。天文学家已在宇宙中发现“中子星”的存在，它就是密度极大的星体。20物质的分散状态一种或几种物质以微小粒子的形式分散在另外一种物质中所构成的系统称为分散系。被分散的物质叫分散质(分散相)。 起分散作用的物质叫分散剂(分散介质)。分散质气态 液态 固态分散剂气态空气 云雾 烟尘液态泡沫 牛奶 墨汁固态沸石 珍珠 合金21分散系的分类类 型粒子直径 分散系名称主 要 特 征相分子、离子分散

10、系1nm真溶液最稳定，扩散快，能透过滤纸及半透膜，光散射极弱单相系统胶体分散系1100nm高分子溶液很稳定，扩散慢，能透过滤纸，不能透过半透膜，光散射弱，粘度大溶胶稳定，扩散慢，能透过滤纸，不能透过半透膜，光散射强多相系统粗分散系100nm乳胶液悬浊液不稳定，扩散慢，不能透过滤纸及半透膜，无光散射22分散系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称为溶液。物质的三种状态之间均可形成溶液。通常所指的溶液是固体溶解到液体或液体溶解到液体所形成的混合物。溶于液体中的固体称为溶质。溶解溶质的液体称为溶剂。在熔融状态下或溶于水后能导电的物质称为电解质。由电解质所形成

11、的溶液成为电解质溶液。在水溶液中完全解离成离子的电解质为强电解质；在水溶液中部分解离成离子的电解质为弱电解质。在熔融状态下或溶于水后不能导电的物质称为非电解质。非电解质在水溶液中不解离。23溶质的溶解度和溶液的浓度在指定的温度下，一种物质在定量溶剂中可溶的最大量，称为该物质的溶解度。 在单位体积的溶液中所含溶质的量称为该溶液的浓度。浓度相对低的溶液叫做稀溶液，浓度相对高的溶液叫做浓溶液，溶解度达到最大的溶液叫做饱和溶液。在饱和溶液中，溶解了的溶质和未溶解的溶质达成动态平衡：溶质（纯） 溶质（已溶）24溶液浓度的表示法(1) 物质的量浓度单位体积的溶液中所含溶质的物质的量的多少cnV式中：c浓度

12、，单位mol/Ln溶质的物质的量，单位molV溶液的体积，单位L溶液稀释或浓缩时：1212ccVV25溶液浓度的表示法(2)质量摩尔浓度单位质量的溶剂中所含溶质的物质的量的多少 式中：b质量摩尔浓度，单位mol/kgn溶质的物质的量，单位molm溶剂的质量，单位kg溶液稀释或浓缩时：1212bbmmbnm26稀溶液的依数性一般情况下，溶液的性质取决于溶质的性质，但是溶液的某些性质却与溶质的本性无关，只取决于溶质的粒子数目。这些只与溶液中溶质粒子数目有关，而与溶质本性无关的性质称为溶液的依数性。溶液的依数性有溶液的蒸气压下降溶液的沸点升高溶液的凝固点降低溶液渗透压的产生27稀溶液的依数性蒸气压下

13、降App x1ABxx(1)BBpxppp x在一定温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸气压可表示为：式中：p溶液的蒸气压p*纯溶剂的饱和蒸气压xA溶剂的物质的量分数xB溶质的物质的量分数(双组分体系)Bppp xp28蒸气压下降图释29稀溶液的依数性沸点升高和凝固点下降*bbbbttbtK*ffffbKttt30稀溶液的依数性溶液的渗透压半透膜：只允许水分子透过而不允许溶质分子透过的薄膜(如肠衣、鸡蛋内皮、细胞壁等) 31范特霍夫定律渗透压T 热力学温度V 溶液的体积R摩尔气体常数n 溶质的物质的量c溶液的物质的量浓度b溶液的质量摩尔浓度TnVRRTcVnRTTbR(稀溶液)32稀溶液依数性的应用 分子量的测定 制作防冻剂和制冷剂 生理盐水的配制 海水的淡化反渗透33胶体光学性质34胶体光学性质35胶体动力学性质36胶体电学性质在电场中溶胶粒子向某一电极方向运动，有的溶胶粒子向阳极运动，有的粒子向阴极运动，这说明胶体粒子带正电或带负电。在电场作用下，带电质点在介质中的移动现象称为电泳。分散在水中的黏土粒子向阳极运动，因此黏土粒子带负电；Fe(OH)3溶胶向负极运动，说明Fe(OH)3溶胶粒子带正电。 37表面活性剂溶于水后能显著降低水的表面张力的