第一章 溶液

1、第一章 溶 液掌握物质的量浓度、质量浓度、质量分数、体积分数, 溶胶胶团结构, 渗透压、渗透浓度.熟悉渗透现象产生条件和渗透压概念, 溶胶分类及基本性质, 表面活性剂结构、种类及作用, 高分子溶液基本性质和盐析.了解分散系定义及分类, 表面现象, 乳状液及气溶胶基本知识, 溶胶相对稳定因素及溶胶聚沉, 凝胶的形成、分类及性质. 溶液是由一种以上物质组成的分散系统。分散系统( 简称分散系)：一种或几种物质分散在一种物质中形成的系统。其中被分散的物质称为分散相，容纳分散相的物质称为分散介质。据分散相粒子直径大小，将分散系分为三类：分散相粒径分散系类型分散相粒子组成主要特征实 例 100 nm粗分散

2、系 粗分散粒子非均相不稳定系统易聚沉或分层泥浆乳汁分 散 系 分 类 物质的量浓度 物质B的物质的量浓度表示为cB或c (B) , 定义为溶质B的物质的量 (nB)除以溶液的体积(V)，即 ： nB可由B的质量 (mB)和摩尔质量(MB)求算, 即： BBncVBBBmnM第一节 溶液的组成标度 溶液的组成标度是用来表示一定量的溶剂或溶液中所含溶质的量，医学中常用的表示方法有以下几种：cB 的SI单位为molm-3 ，医学中常用 molL-1、mmolL-1molL-1等。cB可简称为浓度，但不能称为摩尔 浓度,使用时必须用粒子符号、物质化学式或其特定组合指明物质基本单元。如 c(H2SO4)

3、 = 1molL-1，c(1/2 H2SO4) = 0.1 mol 若说硫酸的物质的量浓度为1molL-1 含义就不清，因未指明基本单元，基本单元可能是H2SO4或1/2 H2SO4 质量浓度 物质B的质量浓度表示符号为 B ,定义为溶质B的质量(mB)除以溶液的体积(V) B的SI单位为 m-3,医学中常用单位是gL-1、mgL-1、gL-1等。 BBmV临床生化检验中，凡 MB已知的物质在体液内的组成标度，均应用cB表示；凡MB未知或尚未准确测得的物质，可用B表示。世界卫生组织提议：注射液标签上应同时写明 B和cB。如静脉注射用氯化钠溶液,NaCI = 9.0 gL-1，cNaCI = 0

4、.15molL-1 。 B与cB之间的换算关系为： B= cBMB 质量分数 物质B的质量分数表示符号为 BBBmmB, B的量纲为一，即单位为1,其值可用小数或百分数表示。如市售浓盐酸中HCl的质量分数为0.37或37.体积分数BBVV物质B的体积分数表示符号为 B 溶液的稀释 根据稀释前后，溶液中溶质的物质的量不变得出关系式： c1 及 V1 为稀释前溶液的浓度和体积； c2 及 V2 为稀释后溶液的浓度和体积。1122cVc V第二节 溶液的渗透压渗透现象 溶剂分子通过半透膜由溶剂 进入溶液的现称为渗透现象，简称渗透。产生渗透的条件 1.有半透膜存在；2.半 透膜两侧溶液的渗透浓度不同。

5、产生渗透的原因 达到渗透平衡前，溶剂分子由溶剂进入溶液的速度大于由溶液进入溶剂的速度渗透压 恰能阻止渗透继续发生而达到渗透平衡的压力，用符号 表示，单位为帕 (Pa) 或千帕 (kPa) 。(当溶液与溶剂用半透膜隔开时，为了不使溶剂渗入溶液而必须在溶液液面上施加的压力)。 溶液不同，渗透压大小也不同。 渗透压大表示该溶液通过半透膜的吸水力强。渗透压与浓度、温度的关系 范特霍夫定律或渗透压定律： = c RT 为溶液的渗透压(kPa)；c为溶液的浓度 (molL-1)；T为热力学温度(273t)K ；R为常数（8.314kPaLmol- 1K-1） 。 范特霍夫定律的意义 一定温度下,难挥发性非

6、电解质溶液的渗透压与溶液的物质的量浓度成正比，即与单位体积溶液内溶质颗粒数成正比,与溶质本性无关，该性质也称为溶液的依数性。对于难挥发性电解质稀溶液，因电解质在溶液中解离而使溶质颗粒数不同，故需引进校正系数i (溶质的一个分子在溶液中产生的颗粒数，如NaCl, i=2 ；CaCl2，i=3 )，此时，公式为：= i cRT 渗透压在医学中的意义 渗透活性物质及渗透浓度 溶液中能产生渗透效应的各个溶质粒子(分子或离子) 统称为渗透活性物质；溶液中渗透活性物质的总浓度称为渗透浓度, 用符号 cos表示，单位为mmolL-1 。 等渗、低渗和高渗溶液 人体正常血浆的cos 300mmolL-1，临床

7、上规定：等渗溶液:280320 mmolL-1；低渗溶液: cos280 mmolL-1；高渗溶液: cos320mmolL-1。临床实际应用时，略低于(或略超过)此范围的溶液也常视作等渗溶液，如50.0gL-1 葡萄糖溶液。晶体渗透压和胶体渗透压 血浆等生物体液中含有各种无机盐类电解质、小分子物质及高分子物质等。医学上，把电解质、小分子物质产生的渗透压称为晶体渗透压；高分子物质产生的渗透压称为胶体渗透压。37时，正常人血浆的渗透压约为770 kPa ,其中晶体渗透压约为766 kPa ，胶体渗透压约为4 kPa 。 临床大量输液用等渗溶液是基本原则。若大量输入低渗溶液，血浆被稀释，水分子向红

8、细胞内渗透，易使红细胞膨胀而破裂，出现溶血现象。若大量输入高渗溶液，血浆浓度增大，红细胞内水分子向血浆渗透，易使红细胞萎缩聚结成团，出现 血栓现象。 主要包括溶胶及高分子化合物溶液。 溶胶 胶粒由许多分子、原子或离子聚集而成，与分散介质间存在相界面，具很大界面积和界面能。胶粒有自动聚集趋势，并力图合并变大使体系能量降低，属多相、亚稳定系统。在光学、动力学和电学等方面具有一些特殊性。依分散介质不同，可分为三类 ：第三节 胶 体 溶 液胶体名称分散相分散介质 实 例气溶胶液固气气云雾烟尘 液溶胶 气液固液液液各种泡沫乳状液,如牛乳、原油溶胶和悬浮液,如金溶胶、油漆固溶胶气液固固固固馒头、泡沫塑料、

9、浮石硅凝胶合金溶 胶 分 类 溶胶的光学性质 暗室中让一束会聚光通过溶胶，在与光束垂直的方向可清晰地看到一条光带，称为丁达尔(Tyndall)现象。丁达尔现象是因分散相粒径接近入射光波长 而发生明显散射所致。粗分散系的分散相粒径 ，发生光的反射而混浊；真溶液的分散相粒径 ，大部分光线直接透射而透明；高分子溶液中分散相与分散介质的折射率差别很小,对光的散射也很弱，因此，利用丁达尔现象可区别溶胶与高分子溶液、真溶液及粗分散系。 溶胶的动力学性质 在超显微镜下观察溶胶时，看到胶体粒子的闪光不断地上下往来，作不规则折线运动，称为布朗( Brown )运动。溶胶粒子越小，温度越高，布朗运动越显著。 溶胶

10、的电学性质 电场中,胶粒在分散介质中向正极或负极运动称为电泳。电泳方向可确定胶粒所带电荷，带正电荷为正溶胶，如多数氢氧化物溶胶；带负电荷为负溶胶，如多数金属硫化物、硅酸、金、银等溶胶。 将溶胶充满在多孔性物质（如多孔陶瓷、活性炭等)中,使胶粒被多孔性物质吸附而固定。当多孔性物质两侧通电后，可观察到介质的定向移动,称为电渗。布朗运动产生原因: 周围分散介质的分子从各个方向以不同的力撞击胶粒，使胶粒在每一瞬间受到的合力方向不断改变，故胶粒处于不断地无秩序的运动状态。布朗运动产生原因: 周围分散介质的分子从各个方向以不同的力撞击胶粒，使胶粒在每一瞬间受到的合力方向不断改变，故胶粒处于不断地无秩序的运

11、动状态。 胶粒带电的原因 1.选择性吸附 胶核总是选择性地吸附与其组成类似的离子。如将FeCl3溶液缓慢滴入沸水中制备Fe(OH)3溶胶，反应式为： FeCl3 + 3H2O Fe(OH)3 + 3HClFe(OH)3 + HCl FeOCl + 2H2O FeOCl FeO+Cl Fe (OH)3分子聚集成的胶核吸附与其组成类似的 FeO+ 而带正电荷，电荷符号相反的 Cl 称为反离子则留在介质中。 2.表面分子解离 胶核和介质接触后，表层分子与介质作用而解离，一种离子扩散到介质中去，胶核表面便留下带相反电荷的离子而使胶粒带电。如硅胶的胶核由许多SiO2H2O分子组成，表层H2SiO3分子在

12、水分子作用下可发生解离：H2SiO3 SiO322H+H+扩散到介质中，SiO32留在胶核表面 ,使胶粒带负电荷。 胶团结构 Fe(OH)3分子聚成胶核吸附与其组成类似的FeO+形成带正电荷的胶粒，反离子Cl受胶核吸附离子静电吸引而接近胶核，又因本身的扩散作用而有远离胶核表面分散到介质中的趋势，最终部分Cl与胶核紧密结合形成带电层吸附层，与胶核合称为胶粒。胶粒外围的Cl离胶粒越远越稀疏，形成与吸附层电荷符号相反的另一带电层扩散层，与胶粒合称为胶团。Fe(OH)3溶胶的胶团结构简式3Fe(OH) FeO(ClClx+mnn -x)x 吸附层扩散层胶核胶粒胶团 溶胶的相对稳定因素 1.胶粒带电 同

13、一溶胶的胶粒因带相同电荷而产生相互静电排斥,阻止胶粒碰撞聚集，且胶粒带电越多稳定性越大。 2.水化膜 溶胶吸附层和扩散层的离子都是水化而形成的水化膜。水化膜可阻碍胶粒聚集，且水化膜越厚，胶粒越稳定。 3.布朗运动 布朗运动可使胶粒克服因重力引起的聚沉。溶胶的聚沉 胶粒在一定条件下聚集成 较大颗粒而沉淀的现象称为聚沉。引起溶 胶聚沉的方法主要有： 1.加入电解质 叔尔采 哈迪 (Shulze Hardy) 经验规则表明，电荷相同的反离子聚沉能力几乎相等；而反 离子的电荷越多，聚沉能力也越大。 2.加入带相反电荷的溶胶 两种带相反电荷的溶胶适量混合，可相互中和彼此所带的电荷引起相互聚沉。如天然水中

14、的 胶体悬浮粒子多为负溶胶，明矾中硫酸铝水解生成的Al(OH)3为正溶胶，两者混合即发生相互聚沉而使水净化。3.加热 可增加离子运动速率和粒子碰撞机会，同时可削弱胶粒的溶剂化作用，使胶粒聚沉。如将As2S3溶胶加热至沸，即 可析出黄色的硫化砷沉淀。 高分子化合物溶液 分子直径1100nm ,相对分子质量1万以上。包括天然蛋白质、多糖及人工合成的高聚物 (如尼龙、有机玻璃、合成橡胶)等。与溶胶区别: 其主要特征是分散相粒子能自动分散到适宜的分散介质中形成均匀的溶液。与溶胶的性质比较如下： 高分子化合物溶液 溶 胶粒径1100nm 粒径1100nm单个水合高分子 分子、离子或原子聚成胶粒单相稳定系

15、统 多相亚稳定系统扩散慢 扩散慢不能透过半透膜 不能透过半透膜粘度大 粘度小丁达尔现象微弱 丁达尔现象明显对电解质不敏感， 对电解质敏感加大量电解质发生盐析 加少量电解质即导致聚沉高分子化合物溶液的稳定性 高分子化合物含较多的亲水基,与水分子亲和力较强，因而高分子周围易形成水化膜而稳定。 高分子化合物溶液的盐析 电解质作用 下高分子从溶液中析出称为高分子的盐析，所用电解质称为盐析剂。盐析主要是去溶剂化作用。因电解质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水化作用，使高分子脱水失去稳定性而析出。常用盐析剂 以( NH4 )2 SO4为最佳。高分子化合物溶液对溶胶的保护作用 足量高分子

16、溶液加入到一定量的溶胶中，可使溶胶在受到外界因素作用时不易发生聚沉，此现象为高分子化合物对溶胶的保护作用。凝胶 高分子化合物溶液在适当条件下，粘度逐渐增大，最后失去流动性，形成具有网状结构，外观均匀并保持一定形态的弹性半固体，即为凝胶。凝胶形成过程为胶凝。如琼脂、动物胶等物质在热水中溶解，冷却静置后，便形成凝胶。影响胶凝的因素 温度和浓度等。升高温度，分子热运动加剧，不利胶凝；增大浓度，分子或胶粒间距减小，交联作用增强，利于胶凝。 凝胶分类 1.刚性凝胶 粒子间交联强，网状骨架坚固，干燥后网眼中液体可驱出，体积和外形无明显变化，但弹性失去易研碎，又称脆性凝胶。如硅胶、氢氧化铁等形成的凝胶。 2

17、.弹性凝胶 一般由柔性高分子化合物形成，干燥后体积明显缩小，但仍保持弹性，如明胶、琼脂、肉冻等。凝胶的性质 1.溶胀 干燥弹性凝胶放入适当溶剂中，自动吸收液体而膨胀称为溶胀。溶胀进行到一定程度停止为有限溶胀，溶胀可一直进行下去，直到其网状骨架完全消失而形成溶液为无限溶胀。 2.离浆 凝胶放置一段时间后，部分液体自动从凝胶中分离出来，凝胶本身体积缩小，此现象称为离浆。 第四节 表面现象和表面活性剂 表面现象 多相系统中，相与相之间的接触面称为界面或表面。相界面上发生的一切物理、化学现象称为界面现象或表面现象。 1.表面张力与表面能 恒温恒压下，沿液体表面作用于单位长度相表面上使界面收缩的力称为表

18、面张力。若将液体内部分子移至表面，需克服表面张力而对其做功，所做的功以势能形式储存于表面分子。故表面分子比内部分子多出一定能量, 该能量可称为表面能。 2.表面吸附 固体或液体表面吸引其它物质的分子、原子或离子聚集在其表面的过程称为吸附，如在充满红棕色溴蒸气的密闭试管中加入少量活性炭，可看到管中红棕色迅速变淡或消失，大量溴被活性炭表面吸附。通常将具吸附作用的物质(如活性炭)称为吸附剂,被吸附的物质(如溴)称为吸附质。 表面活性剂及结构特征 能显著降低相与相之间表面张力的物质为表面活性剂。结构特征：既含有亲水基或疏油基( 如OH、COOH、NH2、SH、SO3H等)；又含有疏水基或亲油基 (如直

19、链或带支链的有机烃基)。主要包括：阴离子表面活性剂；阳离子表面活性剂；两性离子表面活性剂；非离子型表面活性剂四类。 表面活性剂的几种主要作用 1.润湿作用 通常将液体能附着在固体上称为润湿。严格讲，液固二相接触后体系界面能降低叫润湿。界面能降低的大小即表示润湿程度的大小。 2.乳化作用 在乳状液两相界面上定向吸附而减小界面张力，并在乳状液分散相液滴周围形成具有足够机械强度的保护膜。使乳状液易于生成并变得稳定。 3.发泡和消泡作用 气相高度分散在液相中形成泡沫液体薄膜包围气体的状态。气泡是分散相，液体隔膜是分散介质。加表面活性剂可形成较稳定的泡沫，此表面活性剂为发泡剂，它可吸附于气液界面，降低表面张力，增加两相间接触，并使包围气体的液膜牢固，此为发泡作用。消泡:有物理消泡法和化学消泡法两种。 4.去垢作用(洗涤作用) 是润