第3章 分散体系

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渗透浓度大于320mmol· -3的溶液为高渗溶 dm 液(hypertonic solution 红细胞在低渗溶液中会溶血 ,在高渗溶液 中会皱缩



(a)正常渗透系统 (b)反渗透系统
第四节

电解质溶液
电解质定义、强(弱)电解质

电解质溶液的依数性:与浓度有关,但与非
电解质稀溶液依数性有偏差-非理想性偏差

度按一定浓度梯度分布

利用沉降平衡和沉降速率,可测定粒子的大 小和分布以及粒子的质量 超速离心技术分离溶胶:加快达到沉降平衡


溶胶的电学性质
电泳和电渗示意图
Fe(OH)3溶胶中, Fe(OH)3带正电,水带负电

电泳(electrophoresis):在电场作用下, 分散相粒子向某一电极区域移动的现象 电渗(electroosmosis):在电场作用下, 分散介质相对于多孔性固体界面作相对运动 的现象
摩尔分数无量纲
Σ xi =1

质量摩尔浓度:组分的物质的量与溶剂质量 之比。量纲: mol/kg bB = nB/mA
质量百分数:组分的质量占溶液总质量的百 分率 wB = (mB/m总)×100%
质量分数: wB = mB/m总
质量分数与质量百分数均无量纲

不同浓度间的关系
第二节

溶解度原理
溶解度:S= mB/mA 量纲:kg/kg 相似相溶原理:溶质和溶剂的结构或极性相 似,分子间作用力和大小也基本相同的情况 下,彼此互溶 ex:C2H5OH 和CH3OH 物质本身性质对溶解度的影响

第五节

胶体分散体系
胶体一般属于多相分散体系 溶胶的制备:分散法、聚集法 溶胶的净化:(电)渗析法、超滤法
(电)渗析法和超滤法装置
wenku.baidu.com


溶胶的光学性质
Tyndall(英)现象-光散射现象
Tyndall效应示意图

散射光强与入射光强和波长以及胶体粒子浓度
和大小有关-Rayleigh公式
9π Nv n n I9 0 I0 ( ) 4 2 2λl n 2n

溶液的 渗透压 示意图
糖水
纯水
半透膜

半透膜: 可以让小分子(如水分子)自由穿过, 而大分子(如糖分子)却不能通过 达到平衡时,糖水液面高于纯水液面


原因:由于半透膜两边单位体积内的水分子 数: 纯水>糖水,使得纯水一边的水分子的扩 散速度快,结果使纯水一边的水分子扩散到 糖水一边
Vant Hoff(荷兰)表达式: V = nRT

利用散射光原理可制作超显微镜
普通显微镜观察的是透射光,而超显微镜观 察的是散射光

溶胶的动力学性质
超显微镜下溶胶粒子的Brown运动

Brown运动:溶胶粒子所作的不规则运动,是 介质分子热运动的宏观体现 Brown运动使溶胶具有显著的扩散作用,使体 系具有动力学稳定性而不会很快聚沉。当扩 散和沉降达到平衡时,胶粒的浓度随容器高
电泳和电渗现象表明:分散介质和分散质(分 散相)带有相反电荷 生物医学中,利用电泳可以分离蛋白质:一 定pH条件下,不同蛋白质分子的大小及所带 电荷不同,其电泳速率也不同




溶胶电学性质的原因 界面吸附:相似相吸,即优先吸附与晶格结
构相同或相似的离子

由AgNO3与KI制备AgI溶胶,AgI分子的聚集 体先形成胶核(AgI)m

若KI过量,胶核将优先吸附I-带负电 若AgNO3过量,则优先吸附Ag+带正电


界面电离:分散相表面的分子发生电离
蛋白质(protein)分子中含有一定数量羧基 (-COOH)和氨基(-NH2),故为两性电解质
P H2N COOH
P H2N COO-
H
+ -
OH
+ H3N
P COO-
H
+ -
溶液浓度对蒸气压的影响: 溶液的浓度越大,溶液的蒸气压下降越多
纯溶剂与溶液的蒸气压曲线

Raoult 定律:溶液的蒸汽压随溶剂的浓度
成比例变化
P = PA* ·xA
P –溶液蒸气压 PA* –纯溶剂蒸气压 xA –溶剂的摩尔分数

△P= PA* -P △P= PA* ·XB
p
P外
a′ b′
纯溶剂

活度(α)- 相对校正浓度:
αB =γB cB/cBθ
γB-活度系数,αB无量纲

活度又称为有效浓度
c Bθ
-标准态浓度,数值上等于1,量纲与 cB相同 *标准态浓度其他形式:mBθ、xBθ



活度适用于依数性关系式
平均活度(α±)、平均活度系数(γ±)
电解质:MA=MZ-+AZ+
若γ±=(γ+γ-)1/2
a b c
Tf Tf*
溶液
T
Tb* Tb
蒸气压-温度图
沸点升高和凝固点降低

原因分析:形成溶液后,溶剂的蒸气压降低 沸点升高:△Tb=Tb –Tb*
△Tb=kb·mB
kb — 摩尔沸点升高常数

凝固点降低:△Tf =Tf – Tf*
△Tf = kf ·mB
kf — 摩尔凝固点降低常数
kb 、kf只与溶剂有关

决定分散相粒子表面电性的离子称为电位离
子,介质中具有相反电荷的离子称为反离子

溶液中的反离子,受静电吸引作用或范德华
力作用,可吸附在固相表面;同时,离子的 热运动又使它具有向液相扩散的趋势。两种 相反作用的结果,使得反离子在固一液相界 面上形成扩散双电层

扩散双电层:紧密层和扩散层
扩散双电层机结构及ζ电势
量NaCl,可通过重结 溶 解 度
KNO3
晶提纯
问题:用KCl和NaNO3
NaCl
为原料制备KNO3,说
明其制备过程 温度 溶解度曲线
第三节

非电解质稀溶液的依数性
依数性:主要取决于溶液中所含溶质粒子 数目而与溶质性质无关的性质

溶液的蒸气压降低 沸点升高和凝固点降低

溶液的渗透压
溶液的蒸气压降低

ζ电势(Zata势):滑移面处与液相本体间的 电位差 ζ电势使胶粒带相同电荷,对溶胶的稳定性 有重要作用 ζ电势只有在电场作用下,固-液相发生相对 移动时,才会体现出来,又称为电动电势 ζ电势与滑移面两侧的电荷和电荷分布有关
热力学电势0:胶核表面与液相本体间的电 位差,与固相特征及液相中电位离子有关
2 2 2 2 2 2 2 1 2 1

波长越短,散射光越强,透过光越弱;波长越 长,散射光越弱,透过光越强 现象:晴朗的天空呈蓝色,朝阳、晚霞呈红色 问题:汽车的尾灯为什么用红色?



Tyndall现象可区分真溶液、悬浊液和溶胶
只有分散相粒子大于入射光波长时,才能产 生散射 真溶液无散射、悬浊液产生漫反射

问题:溶质蒸气压对溶液蒸气压的影响分析
1.过程开始时, 纯水和糖水均以蒸发为主
2.因为糖水的蒸气压低于纯水的蒸气压,所以 糖水与上方蒸气首先达到平衡
钟罩实验
3.但是纯水平衡蒸气压 较高, 即此时H2O气 液并未平衡,继续蒸发,结果钟罩内气相蒸气 压大于糖水液面的蒸气压 4.为了保持糖水气液平衡,气相H2O 分子开始 凝聚到糖水中, 使得钟罩內蒸气压不能达到水 的饱和蒸气压 5.H2O 分子一直从 纯水中蒸出而凝聚入糖水。 使得糖水体积不断扩大,纯水体积不断减小, 直至纯水体积为零,达到糖水溶液与空气中水 的蒸气压平衡为止
OH
+ H3N
P COOH
蛋白质的界面电离示意图

蛋白质分子带电的符号和数量与溶液的pH密 切有关

当蛋白质分子不带电,处于等电状态,这时 溶液的pH值为等电点(isoelectric point),用 符号pI表示
pH > pI ,蛋白质带正电荷



pH < pI ,蛋白质则带负电
根据带电情况,蛋白质分别称为等电蛋白、 正电蛋白和负电蛋白
是不稳定的,分散质终会聚沉或分层

溶液分类(按形态):固态溶液(合金), 液 态溶液, 气态溶液(空气) 溶液中的分散质又称为溶质,分散介质又称 为溶剂
青铜合金 Cu(Sn、Pb)

按分散质粒子大小分类的分散体系 分散质 大小 体系 名称 实例及特征
r
<10-9m
分子分 NaCl水溶液、蔗糖水溶液等。粒子 散体系 扩散快,能透过半透膜,光散射弱 高分子溶液、缔合胶体溶液、溶胶 胶体分 等。粒子扩散较慢,不能通过半透 散体系 膜,较强的光散射 粗分散 乳状液、悬浊液、泡沫等。粒子扩 体系 散慢,不能通过半透膜,光散射弱
则α±=(α+α-)1/2

[例3-7] 288.2K,1mol NaOH溶于4.55mol水 中,溶液上方蒸气压为596.5Pa,同温度下纯 水的饱和蒸气压为1705Pa,以纯水为标准态, 求溶液中水的活度和活度系数 解:NaOH为不挥发溶质,溶液上方的蒸气压 就是溶剂水的蒸气压 xH2O=nH2O/n总=4.55/(1+4.55)=0.820 αH2O=pH2O/p*H2O=596.5/1705=0.350 γ=αH2O/xH2O=0.350/0.820=0.427

一般固体溶质的溶解是吸热过程,但少数物 质如Li2SO4,由于半径很小的Li2+的溶剂化作 用很强,使得其溶解过程是放热过程。
压强的影响——气体溶质的溶解度随压强升 高而增大 Henry定律:S=KHp KH─亨利常数,随溶剂、溶质不同而异,受 温度影响小

根据不同物质溶解度受温度影响不同,可 制备和提纯物质 ex:KNO3,中混有少



温度的影响——取决于溶解过程的热效应
A + B = 溶液 ex: KNO3 Q=?
Q>0(吸热), 则T升高,溶解度增大 Q<0(放热), 则T升高,溶解度减小
ex: Li2SO4

溶解过程包括: 1)溶质以分子或离子形式进入溶剂并在溶 剂中扩散─吸热
2)溶质分子或离子与溶剂分子的相互作用 即溶剂化过程─放热
气态与液态相互转化示意图

原因分析:溶液液面上有电解质时,使得相 同温度下,溶液中的溶剂比纯溶剂的气化速 率慢,故根据平衡移动原理,会向生成液态 溶剂分子的方向移动,气体分子数目会减少, 即蒸气压会降低
纯溶剂和溶液的气液平衡图

以上溶液蒸气压相比纯溶剂蒸气压降低的结论, 没有考虑溶质的蒸气压对溶液的影响
依数性的应用

制作防冻剂和制冷剂 ex: 食盐 + 冰----制冷剂 平衡的冰水中加入盐,由于其凝固点降低, 平衡被打破,固相冰熔化吸热,从而制冷

配制等渗液 ex: 葡萄糖液、生理盐水等 反渗透技术


正常人血浆的渗透浓度约300mmol· -3 dm

渗透浓度在280~320mmol· -3的溶液为等渗 dm 溶液(isotonic solution),如生理盐水 渗透浓度小于280mmol· -3的溶液为低渗溶 dm 液(hypotonic solution)





热力学电势0与电动电势ζ的区别: 两者数值不同,一般0包括了ζ ,ζ是0的一 部分(|0 |>|ζ|) 热力学电势0 ,只决定于胶粒表面被吸附的 或电离下去的离子的活度,而与其它离子无 关,但ζ电势却对其它离子很敏感


溶胶的电泳或电渗速度与0无关,而与ζ成正


当外加电解质浓度加大时,进入紧密层的反 离子增加,从而使扩散层变薄,ζ电势变小。 当外加电解质浓度达到一定程度时,扩散层 厚度为零,ζ=0,这就是胶体的等电点。此 时,但0仍保持其原来的大小不变 胶体处于等电点时,外电场对粒子没影响, 不可能有电泳现象,胶体也最不稳定 ζ电势的大小,是衡量胶体稳定性的重要标志: ζ电势越大,反离子在扩散层越多,胶粒带电 就多,溶胶就越稳定
= nRT/v = CRT

渗透压与气体压强的区别:气体压强是由于 大量气体分子对器璧的碰撞而产生的
依数性的应用

测溶质的摩尔质量 由于测定蒸气压和渗透压的技术较困难, 故一般物质常用沸点升高和凝固点降低来 测定,但大分子物质常用渗透压来求

凝固点降低求溶质的摩尔质量比沸点升高 准确 原因: 凝固点受外界压强影响小,并且 k f > kb
第三章

分散体系
定义:一种或几种物质分散在另一种物质中 形成的混合体系 被分散的物质称为分散质 分散质所处的介质称为分散介质或分散剂 分散体系分类 若混合体系均匀、无相介面,则称为均相分 散体系(溶液);否则为多相分散体系



多相分散体系中,分散质又称为分散相
均相分散体系是稳定体系,而多相分散体系

电离度-α


离子互吸理论
P.Debye和E.Hückel提出强电解质溶液的 离子互吸理论:完全电离的强电解质溶液 中,形成离子氛动态结构
离子氛模型图

离子强度(I):表征强电解质溶液中离子间 的相互作用强弱,同时考虑离子浓度和离子 电荷
I=ΣmBzB2/2
量纲:mol/kg zB-离子B的电荷
10-9m< r <107m
r >
10-7m
第一节

均相分散体系组成的表示方法
物质的量的浓度(简称浓度):组分的物质的 量与溶液的体积之比 cB = nB/V
量纲: mol/m3 或 mol/dm3(mol/L)

摩尔分数(物质的量分数):组分的物质的量 与溶液的总物质的量之比 xB = nB/n总
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