第二章 分散体系 课件(共35张)- 《无机及分析化学(第二版)》同步教学（高教版）

第二章分散体系知识目标：了解分散系的相关概念；理解分散系的分类方法；掌握各类分散系的特征；了解溶液组成量度的相关概念；理解溶液稀释与混合的原理；掌握溶液组成量度的各种表示方法、溶液的配制、各种浓度的计算及换算；了解溶液依数性、渗透压的产生原理；理解渗透压定律、晶体和胶体渗透压概念；掌握渗透浓度的计算、渗透压作用机理及其在医学上的应用；了解溶胶的制备、凝胶的形成；理解溶胶的稳定性及聚沉；掌握溶胶、高分子溶液的性质及其应用；了解与表面想象相关的概念；理解表面张力、表面能的产生及其降低的方法和途径；掌握表面吸附及表面活性物质的作用原理及其在实践中的应用。能力目标：能说出各种分散系的特征；能进行溶液的配制、稀释的实际操作，能应用各种浓度公式进行相关计算；能应用渗透压原理分析渗透进行的方向及解释与渗透压相关的医学问题；能解释溶胶、高分子溶液的稳定性及高分子溶液对溶胶的保护作用；能分析吸附、表面活性物质的作用过程并能应用。第一节

分散系人们把具体研究的对象称为体系。分散系是指一种或几种物质以细小的粒子分散在另一种介质中所形成的体系。其中被分散的物质称为分散相(分散质)，容纳分散相的介质称为分散介质(分散剂)。通常按分散相例子大小不同，将分散系分为三类：分子或离子分散系、胶体分散系、粗分散系。分子或离子分散系通常称为真溶液，简称溶液。其中分散相称为溶质，分散介质称为溶剂。粗分散系按分散状态分为悬浮液和乳状液。悬浮液是固体分散质以微小颗粒分散在液体分散剂中形成的分散系。乳状液是液体分散质以微小的液滴分散在另一种不相溶的液体分散剂中形成的分散系。胶体分散系即胶体溶液，根据分散颗粒的聚集状态分为溶胶和高分子溶液。从外观上看溶胶和高分子溶液均不浑浊，用普通显微镜不能分辨出粒子。前者是多相、相对稳定体系；后者是单相、稳定体系。第二节

溶液的组成标度溶液组成中，溶液组成标度是指一定量的溶液或溶剂中所含溶质的量。一、溶液的组成标度的表示方法表示溶液组成标度的方法很多，医学上常用的有：物质的量浓度、质量浓度、质量摩尔浓度、质量分数、体系分数、摩尔分数等。1.物质的量浓度溶质B物质的量nB除以溶液的体积V称为物质B的物质的量浓度，用cB表示，也可以写成c(B)：cB=nB/V物质的量浓度的SI单位是“摩尔每立方米”，符号为mol/m3。其他常用单位还有mol/L、mmol/L、μmol/L。2.质量浓度溶质B的质量mB除以溶液的体积V称为物质B的质量浓度，用ρB表示：ρB=mB/V质量浓度的SI单位是kg/m3。其他常用单位还有g/L、mg/L、μg/L。3.质量摩尔浓度溶质B的物质的量nB除以溶剂的质量mA称为物质B的摩尔质量浓度，用bB表示：bB=nB/mA摩尔质量浓度的SI单位是mol/kg。4.质量分数溶质B的质量mB除以溶液的质量m称为物质B的质量分数，用ωB表示：ωB=mB/m质量分数量纲为1，可以用小数或者百分数表示。5.体积分数在相同温度和压力下，溶质B的体积VB除以溶液的体积V称为物质B的体积分数，用φB表示：φB=VB/V体积分数量纲为1，可以用小数或者百分数表示。6.摩尔分数物质B的物质的量nB除以混合物的物质的量n称为物质B的摩尔分数，用xB表示。溶液由溶质B和溶剂A组成，设溶质B的物质的量为nB，溶剂A物质的量为nA。则溶质B的摩尔分数和溶剂A的摩尔分数分别为：xB=nB/(nA+nB)xA=nA/(nA+nB)摩尔分数量纲为1，可以用小数或者百分数表示。二、溶液组成标度的有关计算1.溶液组成标度表示方法的换算(1)质量浓度与物质的量浓度之间的换算换算依据是：cB=nB/VρB=mB/VmB=nBMB因为溶质的量不变，所以mB=cBVMB=

ρBV换算公式：ρB=cBMBcB=ρB/MB(2)质量分数ωB与物质的量浓度之间的换算换算依据是：cB=nB/VωB=mB/mmB=nBMBρ=m

/V因为溶质的量不变，所以mB=cBVMB=

ωBρV换算公式：cB=

ωBρ/MBωB=

cB

MB/ρ2.溶液的配制、稀释和混合(1)溶液的配制A:一定质量溶液的配制一般用质量分数ωB、质量摩尔浓度bB表示的溶液，配制时采用这种方法；配制时通常包括计算、称量、转移、定容等操作步骤。B:一定体积溶液的配制一般用物质的量浓度cB、质量浓度ρB和体积分数φB表示的溶液，配制时采用这种方法；配制时通常包括计算、量取、溶解、转移、定容等操作步骤。总的原则是将一定质量(或体积)的溶质与适量的溶剂混合，完全溶解后，再加溶剂至所需体积，搅拌均匀，即为所需溶液。(2)溶液的稀释溶液的稀释就是在溶液中加入溶剂使溶液的浓度变小的过程。稀释的特点是溶液的量改变了，但溶质的量在稀释前后没有改变：稀释前溶质的量=稀释后溶质的量或稀释前溶液的浓度×稀释前溶液的体积=稀释后溶液的浓度×稀释后溶液的体积假设浓溶液浓度为c1，体积为V1，稀释后的稀溶液浓度为c2，体积为V2，则c1V1=c2V2对于浓度为质量分数ωB者，其稀释公式可调整为：ωB1m1=

ωB2m2(3)溶液的混合溶液的混合就是将几种不同浓度的含同种溶质的溶液，混合配成所需浓度的溶液的过程。混合前后溶质总量保持不变。假设浓溶液浓度为c1，体积为V1，稀溶液浓度为c2，体积为V2。溶液混合后浓度为c，总体积比为V1+V2(近似值)，则c1V1+c2V2=c(V1+V2)第三节

稀溶液的依数性溶质溶解在溶剂中形成溶液，溶液的性质已不同于原来的溶质和溶剂。溶液的颜色、体积等变化与溶质的本性有关，而难挥发性溶质稀溶液的蒸汽压、沸点、凝固点等性质的变化则与溶质的本性几乎无关，仅决定于溶液的浓度，这种性质称为稀溶液的依数性。1.溶液的蒸汽压下降在一定的温度下，密闭容器中单位时间内蒸发出的分子数和由气相返回到液体内的分子数相等，气液两相处于平衡状态时的蒸汽所具有的压力称为该液面的饱和蒸汽压，简称蒸汽压，用符号p表示，单位为Pa或kPa。同一温度下，难挥发非电解质稀溶液蒸汽压总是低于纯溶剂的蒸汽压，称为溶液的蒸汽压下降。显然非电解质粒子越多，溶液的蒸汽压越低。描述难挥发非电解质溶液蒸汽压下降的规律：Raoult定律：在一定温度下，难挥发非电解质溶液蒸汽压下降与溶质的摩尔分数成正比，而与溶质本性无关。2.溶液的沸点升高当液体的蒸汽压等于外界压力时，液体就沸腾，此时的温度称为该液体的沸点。标准大气压下水的沸点为100℃。难挥发电解质溶液，沸点比纯溶剂高，凝固点比纯溶剂低。这都是由于溶液蒸汽压下降造成的。由于溶液的蒸汽压低于纯溶剂的蒸汽压，所以在下图中Tb*温度时，溶液的蒸汽压就小于外压，当温度升至Tb时，溶液的蒸汽压等于外压，溶液沸腾。因此溶液的沸点总是高于纯溶剂的沸点。这种现象称为溶液的沸点升高。溶液浓度越大，蒸汽压下降就越多，沸点升高越高。根据Raoult定律，难挥发非电解质稀溶液的沸点升高与溶液的质量摩尔浓度成正比，与溶质本性无关。溶液的蒸汽压下降、凝固点下降和沸点升高3.溶液的凝固点降低凝固点是指物质的固相纯溶剂的蒸汽压与它的液相蒸汽压相等时的温度。0℃时，纯水和冰的饱和蒸汽压相等，两者共存，此温度为纯水的凝固点，又称为冰点。但在0℃时，水溶液的蒸汽压低于纯水的蒸汽压。所以水溶液在0℃不结冰。温度继续下降，因冰的蒸汽压下降率比水溶液大，当降至Tf时，冰和溶液的蒸汽压相等，Tf就是溶液的凝固点。溶液的凝固点总是比纯溶剂凝固点低。这种现象称为溶液的凝固点降低。与溶液沸点升高一样，溶液的凝固点降低也是和蒸汽压下降成正比。根据Raoult定律可知，难挥发非电解质稀溶液的凝固点降低与溶液的质量摩尔浓度成正比，而与溶质本性无关。4.溶液的渗透压(1)渗透现象和渗透压溶剂的分子通过半透膜从纯溶剂进入溶液，或从稀溶液进入浓溶液的现象，称为渗透现象。渗透现象的产生，必须具备两个条件：一个是要有半透膜存在，二是要求半透膜两侧溶液存在浓度差。渗透现象渗透压当单位时间通过半透膜两侧的水分子数相等时，即水从两个方向透过半透膜的速率相等，液面将不再上升，这时渗透达到动态平衡。这种施加于溶液液面而恰能阻止渗透现象产生的额外压力成为渗透压。(2)渗透压与温度浓度的关系反映难挥发非电解质稀溶液渗透压与温度、浓度关系的公式：Π=cRT式中,

Π为溶液的渗透压,单位为kPa;c为非电解质溶液的物质的量浓度，对于电解质溶液近似为各离子的物质的量浓度的总和，单位为mol/L，T表示溶液的热力学温度，单位是K；R为摩尔气体常数，为8.314mol/(L·K)。渗透压定律难挥发非电解质稀溶液的渗透压与溶液的物质的量浓度计热力学温度成正比，此规律称为渗透压定律(范特霍夫定律)。该定律表明了在一定温度下，难挥发非电解质稀溶液的渗透压只与单位体积溶液中的溶质颗粒数成正比，而与溶质的性质无关，故渗透压也是溶液的依数性。对于电解质溶液，由于电解质电离，单位体积内溶质的颗粒数比同浓度的非电解质溶液多，溶质粒子总浓度增加，故渗透压增大，所以必须引入一个校正因子i。即Π=

i

cRTi是电解质的一个“分子”在溶液中能产生的颗粒数。渗透浓度在一定的温度下，较稀溶液的渗透压只与溶液中溶质的粒子浓度成正比。因此医学上常用渗透浓度来表示溶液渗透压的大小。渗透浓度是指溶液中所能产生渗透现象的各种溶质粒子的总物质的量浓度，用符号cos表示。常用单位是mol/L或mmol/L，医学上相应的单位是渗量/升(Osmol/L)或毫渗量/升(mOsmol/L)。渗透压在医学上的意义(1)等渗、低渗、高渗溶液渗透压相等的两种溶液，称为等渗溶液。对于渗透压不等的两种溶液，渗透压高的称为高渗溶液，渗透压低的称为低渗溶液。医学上判断渗透压高低，是以血浆的总渗透压为标准来确定。正常人血浆的渗透浓度约为280-320mmol/L，故临床上规定渗透浓度在280-320mmol/L范围内的溶液为等渗溶液。凡高于320mmol/L的溶液为高渗溶液，凡低于280mmol/L的溶液为低渗溶液。(2)晶体渗透压和胶体渗透压由低分子物质产生的渗透压称为晶体渗透压，由高分子物质产生的渗透压称为胶体渗透压。血液渗透压为两类渗透压的综合，其中晶体渗透压占总渗透压的99.5%。晶体渗透压对调节细胞内、外水盐相对平衡及细胞的正常形态和功能起重要作用；胶体渗透压则对调节毛细血管内、外水盐相对平衡及及维持血容量方面起重要作用。第四节

胶体溶液分散相粒子直径在1-100nm之间的分散系称为胶体分散系。胶体是构成有机体组织的基础物质，也是药物的一类剂型。一、溶胶胶体溶液按照分散介质的不同可分为液溶胶、气溶胶和固溶胶。分散介质为液体的称为液溶胶，简称溶胶。分散介质为气体的，称为气溶胶，如烟、雾等。分散介质为固体的称为固溶胶，如有色玻璃。1.溶胶的制备溶胶的制备有两种方法：一种是将较大的颗粒粉碎成胶粒的分散法，第二种是使分子或者离子聚集成胶粒的凝聚法，又可分为物理凝聚法和化学凝聚法。2.溶胶的性质光学性质在暗室中将一束经过聚焦的光射入溶胶，在与光束垂直的方向上可以观察到一条明亮的光柱。这种现象称为丁达尔现象。丁达尔现象的产生与分散相离子直径大小d及入射光的波长λ有关。光照射到粗分散系(d>λ)时发生光反射,体系浑浊。光照射到真溶液(d<<λ)时大部分光透射,体系透明。光照射到溶胶(d<λ)时分散相离子类似小光源，向各个方向发射出光线，发生明显的散射作用发生丁达尔现象。(2)动力学性质胶体粒子不断地做无规则运动称为布朗运动。胶粒越小，温度越高，介质黏度越低，布朗运动越剧烈。A：扩散

是胶体粒子自动地从浓度大的区域向浓度小的区域运动，最后达到浓度均

匀的过程。浓度差越大，扩散越快。利用胶粒扩散而又不能透过半透膜的

性质，可除去溶胶中的小分子杂质，使溶胶净化，称为透析或渗析。B：沉降分散相粒子在重力作用下逐渐下沉的现象称为沉降。在溶胶中，当扩散和

沉降两种相反作用的速率相等时，达到沉降平衡。电学性质在电场中，分散相粒子在分散介质中做定向移动的现象称为电泳，根据胶体粒子在电场中移动的方向，可确定它所带的电荷。移向阴极的胶粒带正电，该溶胶称为正溶胶，如氢氧化铁溶胶。移向阳极的胶粒带负点，该溶胶称为负溶胶，如硫化砷溶胶。溶胶的沉降A：溶胶的稳定性溶胶是不稳定体系，除了布朗运动起到稳定作用外，①胶体带电——同种胶粒带相同电荷，使胶粒之间相互排斥。②水化膜——由于胶核吸附的离子溶剂化能力很强，使胶粒外层包一层保护水化膜，阻止胶粒聚集而保持稳定。B：胶体聚沉的方法①加入电解质溶胶对电解质非常敏感，加入少量的电解质就能中和胶粒电荷，粒子聚集变大而迅速沉降。②加入带相反电荷的溶胶将带相反电荷的两种胶体互相混合时，由于胶粒带的电荷相反，彼此吸引而互相中和,从而发生沉降。③加热许多胶体溶液在加热时都能发生沉降，这是因为加热增加胶粒运动速度和粒子间的碰撞概率，同时降低了胶粒的吸附能力，削弱了胶粒的溶剂化作用，使胶粒聚沉。二、高分子溶液高分子化合物又称为大分子化合物，高分子溶液是指高分子化合物溶解在适当的溶剂中所形成的均相体系。高分子溶液的特性稳定性高分子溶液稳定，是因为其分子中有很多亲水基团，基团具有很强的亲水能力，在每个高分子周围形成牢固的溶剂化膜。用大量电解质使高分子化合物从溶液中聚沉析出的过程称为盐析。黏度大高分子化合物溶液的黏度比纯溶液大，原因是高分子化合物常形成线形、枝状或网状结构，这种伸展的大分子在溶剂中运动困难，使自由流动的溶剂减少，表现为高黏度。2.高分子溶液的保护作用在溶胶中加入一定量的高分子溶液，能显著提高溶胶对电解质的稳定性，这种现象称为高分子溶液对溶胶的保护作用。这种保护作用一般认为是加入的高分子被吸附在溶胶粒子的表面，将整个胶粒包裹起来，形成一个保护层。因高分子化合物具有很强的溶剂化能力，相当于在胶粒表面又增加了一层溶剂化膜，有效地阻止了胶粒的聚集，增强了溶胶的稳定性。三、凝胶1.凝胶的形成在适当的条件下，高分子溶液和某些溶胶的整个体系可以形成一种不能流动的、有弹性的、外观均匀的半固体状态。这种弹性半固体称为凝胶。液体含量高的凝胶称为胶冻；液体含量低的凝胶称为干胶。2.凝胶的性质弹性各种凝胶在冻状时，弹性大致相同，但干燥后就有很大差别。其中一类凝胶在烘干后体积缩小很多，但是仍保持弹性称为弹性凝胶；另一类凝胶烘干后，体积缩小不多，但失去弹性而具有脆性称为脆性凝胶。(2)溶胀干燥的弹性凝胶放入适当的溶剂中，会自动吸收液体而膨胀，这个过程称为溶胀。脆性凝胶没有此性质。溶胀分为有限溶胀和无限溶胀两类。如木材在水中为有限溶胀，牛皮胶在水中为无限溶胀。离浆(脱液收缩)新制备的凝胶放置一段时间后，一部分液体可以自动而缓慢地从凝胶中分离出来，凝胶本身体积缩小，成为两相，这种现象称为离浆或者脱液收缩。

例如血液放置分离出血清，淀粉糊放置后分离出液体。第五节

表面现象体系中物理和化学性质完全相同的部分称为相，相与相之间的接触面称为界面，一般有气-固，气-液，固-液，液-液等类型，若其中一相为气相，则称此界面为表面。1.表面张力与表面能液体内部分子所受的各个方向上的引力相等，合力为零。处于液体表面层的分子，受到相邻分子吸引力的合力并不为零，而是指向液体内部并与液面相垂直。这种合力企图把表面层的分子拉入液体内部，因而液体表面有自动缩小的趋势，即表面存在一种抵抗扩张的力——表面张力(γ)，它是垂直作用于单位长度相界面上的力，单位为N/m。欲将液体内部分子移到表面，就必须克服这种内部分子的拉力而做功，并以位能的形式储存在表面分子，这种液体表面层的分子比内部分子多出来的能量称为表面能(Es)。表面能Es与表面积ΔA的关系：Es=γΔA2.表面吸附吸附是指固体或液体表面吸引其他物质分子、原子或离子聚集在其表面的过程，或物质在两相界面上浓度自动发生变化的现象。具有吸附作用的物质称为吸附剂，被吸附的物质称为吸附质。固体表面上的吸附固体表面不能自动减小，只能依赖于吸附其他物质以降低表面能。固体表面的吸附按照作用