化学第三章一、分散体系的定义

1、1 第三章第三章 溶液和胶体溶液和胶体2008.72一、分散体系的定义一、分散体系的定义 分散体系：分散体系：一种或几种物质分散在另一种物质一种或几种物质分散在另一种物质之中所形成的体系称为之中所形成的体系称为“分散体系分散体系”。 13.1 13.1 胶体的定义及基本性质胶体的定义及基本性质被分散的物质被分散的物质分散相。分散相。分散相存在的介质分散相存在的介质分散介质分散介质。分散体系的分类分散体系的分类：返回返回返回返回分散相颗粒的大小（半径）分散相颗粒的大小（半径） 类别类别 1010-7-7m m（ 10102 2nmnm） 粗分散体系粗分散体系: : 悬浮体、悬悬浮体、悬浊液（泥浆

2、）、乳状液（牛奶）等。浊液（泥浆）、乳状液（牛奶）等。3-1 溶液溶液(多组分体系热力学多组分体系热力学)3 10 10 -9-9m m（ 1nm1nm） 分子或（离子）分散体系分子或（离子）分散体系（真（真溶液）超显微镜下也不能分辨。溶液）超显微镜下也不能分辨。1010-9-9 1010-7-7m m （ 1nm1nm 10102 2nmnm） 胶体分散体系胶体分散体系。（能通。（能通过滤纸过滤纸, ,不能透过半透膜，在超显微镜下才可分辨。不能透过半透膜，在超显微镜下才可分辨。）（颗粒不能通过滤纸或半透膜，一般显微镜下可（颗粒不能通过滤纸或半透膜，一般显微镜下可看见颗粒。）看见颗粒。） 注：

3、注： 同一种分散相分散在不同的分散介质中，可同一种分散相分散在不同的分散介质中，可以形成不同的分散体系。以形成不同的分散体系。 13.1 13.1 胶体的定义及基本性质胶体的定义及基本性质返回返回返回返回4溶液：溶液：由两种或两种以上物质均匀混合而彼此呈由两种或两种以上物质均匀混合而彼此呈分子或离子状态分布者均称为溶液。分子或离子状态分布者均称为溶液。 按聚集状态分为：按聚集状态分为： 气态溶液气态溶液：混合气体。：混合气体。 固态溶液：固态溶液：一种固体以分子或原子状态完全均匀一种固体以分子或原子状态完全均匀 分布在另一种固体中所形成的体系（简称固溶体，分布在另一种固体中所形成的体系（简称固

4、溶体，如金银合金）。如金银合金）。 液态溶液液态溶液：（简称溶液）：（简称溶液） 形成方式有三种：形成方式有三种：二、溶液组成的表示法二、溶液组成的表示法5 气体溶解在液体中：气体气体溶解在液体中：气体溶质，液体溶质，液体溶剂溶剂 固体溶解在液体中：固体固体溶解在液体中：固体溶质，液体溶质，液体溶剂溶剂 液体溶解在液体中：少者液体溶解在液体中：少者溶质，多者溶质，多者溶剂溶剂 溶液组成表示法：溶液组成表示法： 1、物质的量分数、物质的量分数XB (又称摩尔分数又称摩尔分数) XB= 注：量分数没有量纲。注：量分数没有量纲。 若以若以A表示溶剂，表示溶剂，B表示溶质，则表示溶质，则 xB = 2

5、、质量摩尔浓度、质量摩尔浓度mB mB= BBBnnBBABnnn ABWn6 wA：溶剂：溶剂A的质量（单位：千克），的质量（单位：千克）， mB的单位：的单位：molkg-1。 3、体积摩尔浓度、体积摩尔浓度(物质的量浓度物质的量浓度) CB CB = 单位：单位：molm-3 或或moldm-3 4、质量分数、质量分数或质量百分数或质量百分数% = %= % 注：（注：（1）质量百分数和质量分数是一个无量纲的量。）质量百分数和质量分数是一个无量纲的量。VnB溶液的总质量溶液的总质量的质量的质量物质物质B溶液的总质量溶液的总质量的质量的质量物质物质B7（2）WB、%、，x与温度无关，而与温

6、度无关，而CB与与温度有关。温度有关。 三、三、稀溶液的两个定律稀溶液的两个定律 1、拉乌尔定律（、拉乌尔定律（Roaults law）18871887年法国化学家拉乌尔从实验探讨稀溶液的性年法国化学家拉乌尔从实验探讨稀溶液的性质时发表了一个定律质时发表了一个定律：“定温下，在稀溶液中，定温下，在稀溶液中，溶剂的蒸气压等于纯溶剂的蒸气压乘以溶液中溶溶剂的蒸气压等于纯溶剂的蒸气压乘以溶液中溶剂的摩尔分数。剂的摩尔分数。”表示为：（）表示为：（）： PAPA*x（3-1） PA ：溶液面上溶剂的蒸气压：溶液面上溶剂的蒸气压; PA*：纯溶剂的蒸：纯溶剂的蒸气压；气压； x：溶液中溶剂的摩尔系数：溶

7、液中溶剂的摩尔系数对对A、B二组分体系：二组分体系：PP（x)8 PPx x由于溶剂蒸气压的改变值可以求溶质的摩尔分由于溶剂蒸气压的改变值可以求溶质的摩尔分数，计算溶质的分子量。（主要应用于溶质为数，计算溶质的分子量。（主要应用于溶质为不挥发性物质。不挥发性物质。PA=P液液）*AAAPPP *AA*APPP BBAABBMWMWMW )(*AAAAABBppWPMWM (3-2) 拉乌尔定律的定性解释：拉乌尔定律的定性解释：如果溶质分子和溶剂分子如果溶质分子和溶剂分子间相互作用的差异可以不计，则由于在纯溶剂中加间相互作用的差异可以不计，则由于在纯溶剂中加9AAxp 入溶质后减少了单位体积中溶

8、剂分子的数目，因而入溶质后减少了单位体积中溶剂分子的数目，因而也减少了单位时间内可能离开液相表面而进入气相也减少了单位时间内可能离开液相表面而进入气相的溶剂分子的数目，以使溶剂与其蒸气压在较低的的溶剂分子的数目，以使溶剂与其蒸气压在较低的蒸气压力时就可以达到平衡，所以蒸气压下降。蒸气压力时就可以达到平衡，所以蒸气压下降。 注：（注：（1）对实际溶液拉乌尔定律仅适用于稀溶液）对实际溶液拉乌尔定律仅适用于稀溶液。实际溶液的蒸气压实际溶液的蒸气压组成图如组成图如图图4-14-1：因为在稀溶液中，溶剂分因为在稀溶液中，溶剂分子之间的作用力受溶质分子的影响子之间的作用力受溶质分子的影响很小，即溶剂分子周

9、围的环境与纯很小，即溶剂分子周围的环境与纯溶剂几乎相同，所以溶剂的饱和蒸溶剂几乎相同，所以溶剂的饱和蒸气压就仅与单位体积中溶剂的分子气压就仅与单位体积中溶剂的分子数（浓度）有关，而与溶质分子的数（浓度）有关，而与溶质分子的性质无关。因此。性质无关。因此。AAxp 10（2）计算溶剂的摩尔分数时，其分子量应该用气）计算溶剂的摩尔分数时，其分子量应该用气态时的分子量。例如水虽有缔合分子，但分子量仍态时的分子量。例如水虽有缔合分子，但分子量仍以以18.01计算计算 2、亨利定律：（、亨利定律：（Henrys law） 18031803年亨利（年亨利（HenryHenry）在研究一定温度下气体在）在研

10、究一定温度下气体在溶剂的溶解度时，发现其溶解度与溶液面上气体的溶剂的溶解度时，发现其溶解度与溶液面上气体的平衡压力成正比后来发现该定律对挥发性溶质亦平衡压力成正比后来发现该定律对挥发性溶质亦适用适用“在一定温度和平衡状态下的稀溶液中，气体或挥在一定温度和平衡状态下的稀溶液中，气体或挥发性溶质在稀溶液中的溶解度与该溶质的平衡分压发性溶质在稀溶液中的溶解度与该溶质的平衡分压成正比成正比”这条规律叫亨利定律，用公式表示为：这条规律叫亨利定律，用公式表示为： （）（） PB=KxXB （3-3）11 XB：溶质在溶液中的摩尔分数；：溶质在溶液中的摩尔分数； KX：比例系数（亨利系数）与温度、总压力及：

11、比例系数（亨利系数）与温度、总压力及溶质和溶剂本身的性质有关；溶质和溶剂本身的性质有关； ：挥发性溶质或气体：挥发性溶质或气体 注：（注：（1）该定律仅适用于稀溶液）该定律仅适用于稀溶液; KxPB*12（2）亨利定律也可表示为：）亨利定律也可表示为： BmBmKP (3-4) BCBCKP (3-5) 但：但：xK mK CK （Pa） （Pakgmol-1） （Pam3mol-1） K 的数值与所用的浓度、压力的单位有关。的数值与所用的浓度、压力的单位有关。 （3）对大多数气体，溶于水时，溶解度随温度的）对大多数气体，溶于水时，溶解度随温度的升高而降低。所以升温或降低气体分压都能使溶液升高

12、而降低。所以升温或降低气体分压都能使溶液更稀更能服从于亨利定律。但在有机溶剂中，也有更稀更能服从于亨利定律。但在有机溶剂中，也有一些气体的溶解度随温度升高而增大。一些气体的溶解度随温度升高而增大。13 在一定温度压力下，在一定的浓度范围内，在一定温度压力下，在一定的浓度范围内，溶剂遵守拉乌尔定律，溶质遵守亨利定律的溶液溶剂遵守拉乌尔定律，溶质遵守亨利定律的溶液。（对各种不同的溶液，其浓度范围是不同的）。（对各种不同的溶液，其浓度范围是不同的）。 四、稀溶液的定义四、稀溶液的定义： 3-3 界面现象界面现象 密切接触的两相之间的过渡区（约几个分子的密切接触的两相之间的过渡区（约几个分子的厚度）称

13、为厚度）称为界面界面。凡不同相共存的体系，在各相。凡不同相共存的体系，在各相之间总存在着界面，界面的类型取决于物质的聚之间总存在着界面，界面的类型取决于物质的聚集状态，一般有五种：集状态，一般有五种：lg、 ll 、ls、 sg 、ss14 界面现象所研究的对象涉及一个广泛的领域，相界面现象所研究的对象涉及一个广泛的领域，相变化过程（结晶、溶解、升华、蒸发等）。多相催变化过程（结晶、溶解、升华、蒸发等）。多相催化，多相化学反应，电化学中的电极过程等，都是化，多相化学反应，电化学中的电极过程等，都是在界面上进行的。所以，对界面的研究有重要的意在界面上进行的。所以，对界面的研究有重要的意义义。 任

14、何两相界面任何两相界面上的分子与相上的分子与相的本体分子的的本体分子的处境不一样。处境不一样。例如：例如： 12.1 12.1 界面吉布斯自由能和表面张界面吉布斯自由能和表面张力力一、表面（界面）吉布斯自由能一、表面（界面）吉布斯自由能15 气体分子的吸引力气体分子的吸引力液体内部分子对表层液体液体内部分子对表层液体分子的吸引力分子的吸引力,液体表层分子受到向内的拉力。液体表层分子受到向内的拉力。 如把一部分分子移到表面上来，则需要克服向内的如把一部分分子移到表面上来，则需要克服向内的拉力而消耗功，此功叫拉力而消耗功，此功叫表面功表面功（非体积功的一种）。（非体积功的一种）。即，表面上分子比内

15、部分子应有更多的能量。即，表面上分子比内部分子应有更多的能量。表面能表面能：表面分子比其内层分子多出的能量。表面分子比其内层分子多出的能量。12.1 12.1 界面吉布斯自由能和表面张界面吉布斯自由能和表面张力力 分散程度越高，表面能越大。通常以比表面分散程度越高，表面能越大。通常以比表面（A。）表示多相分散体系的分散程度，其定义。）表示多相分散体系的分散程度，其定义为为 A。=A / V A：面积，：面积， V：体积。：体积。在等温等压组成不变可逆的条件下在等温等压组成不变可逆的条件下 ffWdGWG 16表面吉布斯自由能表面吉布斯自由能：等温等压条件下的表面能；等温等压条件下的表面能； 由

16、于表面能（或表面张力）的存在，液滴总趋由于表面能（或表面张力）的存在，液滴总趋于呈圆球形存在。（重量不变，以球形表面积最于呈圆球形存在。（重量不变，以球形表面积最小）油和水不能互溶，将二者混合震荡，静止仍小）油和水不能互溶，将二者混合震荡，静止仍分层，即为缩小界面。分散程度越高体系越不稳分层，即为缩小界面。分散程度越高体系越不稳定。定。（1g1g水，一个球体存在时，水，一个球体存在时，S S表表=4.85cm=4.85cm2 2 ，表面能，表面能3.43.410-5J10-5J；分成半径为；分成半径为10-710-7的液体球时，的液体球时，S S表表=3.0=3.0107cm107cm2 2，

17、 表面能表面能220 J 220 J ）17一、胶体的分类一、胶体的分类：分散相分散相 分散介质分散介质 名称名称 液液 气气 气溶胶气溶胶 固固 气气 气溶胶气溶胶 气气 液液 液溶胶液溶胶 液液 液液 液溶胶液溶胶 固固 液液 液溶胶（通常称为溶胶）液溶胶（通常称为溶胶） 气气 固固 固溶胶固溶胶 液液 固固 固溶胶（凝胶）固溶胶（凝胶） 固固 固固 固溶胶固溶胶返回返回返回返回胶体体系胶体体系具有一定分散程度的多相分散体系。具有一定分散程度的多相分散体系。 3-4 3-4 胶体的分类及基本性质胶体的分类及基本性质18常见胶体分散体系常见胶体分散体系: :溶胶：溶胶：AgIAgI溶胶、溶胶

18、、AsAs2 2S S3 3溶胶、金溶胶、溶胶、金溶胶、FeFe（OHOH）3 3 溶胶等。溶胶等。凝胶：珍珠等（水珠分散在凝胶：珍珠等（水珠分散在SiOSiO2 2中）中）固溶胶固溶胶： (s-s)(s-s)合金、有色玻璃、有色宝石等。合金、有色玻璃、有色宝石等。气溶胶：气溶胶： l-g l-g 云雾云雾 、s-g s-g 烟尘。烟尘。下面主要讲：下面主要讲：分散介质为水的憎液溶胶（难溶性分散介质为水的憎液溶胶（难溶性固体高度分散在水中形成的胶体分散体系）固体高度分散在水中形成的胶体分散体系）, ,简简称称溶胶或胶体溶液溶胶或胶体溶液。19 胶体分散系是一个高度分散的多相（非均相）胶体分散系

19、是一个高度分散的多相（非均相）体系，有很大的比表面和很高的表面能，致使胶体体系，有很大的比表面和很高的表面能，致使胶体粒子有自动聚结的趋势，所以，（一般要加入稳定粒子有自动聚结的趋势，所以，（一般要加入稳定剂剂- -少量特定的电解质）。胶体分散体系是一热力学少量特定的电解质）。胶体分散体系是一热力学不稳定体系，其不稳定体系，其特征特征是：高度分散的多相（不均匀）是：高度分散的多相（不均匀）体系，具有聚结不稳定性。体系，具有聚结不稳定性。 13.1 13.1 胶体的定义及基本性质胶体的定义及基本性质返回返回返回返回1.1.溶胶的制备溶胶的制备粗颗粒粗颗粒 分分散散法法胶体分散体系胶体分散体系凝凝聚聚法法分子或离子、原子分子或离子、原子 （1010- -7 7m m） （1010- -7 7m m 1010- -9 9m m ） （ 10 入射光的波长，则入射光的波长，则发生反射或折射现象；发生反射或折射现象； 若分散相的粒子直径若分散相的粒子直径 CsCs+ +RbRb+ +NHNH4 4+ +KK+ +NaNa+ +LiLi+ + 对正溶胶对正溶胶: : F F- -IOIO3 3- -HH2 2POPO4 4- -BrOBrO3 3- -ClCl- -ClOClO3 3-