大学化学第二章 物质的相互组织方式—第一节

5.混合物——分散系
把一种或几种物质分 散在另一种物质中就 构成分散体系。其中， 被分散的物质称为分 散相，另一种物质称 为分散介质。 分散介质可以是气体、
P69-76
例如：云，牛奶，珍珠
液体或者固体。
分散体系分类
1. 按分散相粒子的大小分类： 分子分散体系 胶体分散体系 粗分散体系 2. 按分散相和介质的聚集状态分类：
3. 分子热运动的平均速度约 v = 500 m/s ；
4. 分子的平均碰撞次数约 z = 1010 次/秒 。
5. 分子或原子处于不停的热运动
6. 体系存在涨落现象
偏离统计平均值的现象称为涨落现象。
可以证明，在粒子数可自由出入的某空间 范围内的粒子数的相对涨落反比于系统中粒子 数N的平方根。粒子数越少，涨落现象越明显。 分子数目太多，无法解这么多的联立方程。
第二章 物质的相互组织方式
气体、液体、固体、等离子体、液晶 和超临界流体
Nanjing University
1.气体、液体与固体
物质的3种普通状态存在着本质上的区别：
P21-55
气体分子做无规则的运动，一个气体分子这一刻可能 这里，另一刻可能在另一个毫无关联的地方。 而固体和液体则不同，构成固体和液体的分子都在一 个平衡位置附近做无规则运动，虽然他们的运动也是 无规律可言的，但是宏观上遵循统计学规律，可以找 到一个平衡位置。 固体和液体的区别是，固体分子做无规则运动的平衡 位置固定，而液体中每个分子的平衡位置却总是改变 的。
nNO 2 + nN2O4
pV 50.65 103 10.0 10 3 0.204mol 8.314 298 RT
nNO 2 + 2nN2O4 nNO (反应前 ) 15.2 0.330mol 2 46.01 \ nN O 0.330 0.204 0.126mol 2 4 xNO2 nNO 2 0.38 nNO + nN O
即使能解也无用，因为碰撞太频繁，运动情况
瞬息万变，
必须用统计的方法来研究。
§2、理想气体的压强
一. 气体分子的微观假设
1. 关于每个分子的力学性质
(1)大小 — 分子线度<<分子间平均距离；
(2)分子力 — 除碰撞的瞬间，在分子之间、
分子与器壁之间无作用力；
(3)碰撞性质 — 弹性碰撞；
(4)服从规律 — 牛顿力学。
a 为反映分子间引力作用的修正项，则 1 mol 气体的范 德瓦尔斯方程为：
a ( p + 2 )(Vm b) RT Vm
所以，常温常压时分子体积和分子间作用力的修正可忽 略。但是随着压强 P 的增加，分子体积和分子间作用力的影 响也逐渐增加，当 压强 p 达数百大气压时，b 和 Pin 达到完 全不能忽略的程度。
范氏气体模型： 1. 分子是直径为d 的刚球； 2. 在 d ―无穷远处”的范围内，分子间有恒定引力。这 就是有引力的刚球分子模型。 对理想气体： pVm = RT p为实测压强；Vm为 1 mol 气体分子自由活动空间的体积， 也即容器容积。 对真实气体： 1. 分子体积引起的修正：设分子自由活动空间的体积 = Vm – b， b 是与分子体积有关的修正量。则：
mRT M pV
m pM V RT
5.1.3 混合理想气体
组分气体： 理想气体混合物中每一种气体。 分压： 组分气体 B 在相同温度下占有与混合气体相同 体积时所产生的压力。
Dalton分压定律： 混合气体的总压等于混合气体中各
组分气体分压之和。 p = p1 + p2 + ， 或 p = pB
nB pB p xB p n
John Dalton (1766-1844)
英国化学家 创立原子学说 解释化学的基本定律: 质量守恒定律 定比定律 倍比定律 化合量定律
例1 将高温下15.2 g 的 NO2 充入10.0 dm3 烧瓶，将此烧 瓶冷却到 25 oC，测得烧瓶中气体的总压力为 50.65 kPa，试求算 NO2 和 N2O4 的分压.
p(Vm b) RT
RT p Vm b
2. 分子间引力引起的修正：
在容器内部，分子受到的吸引力之和为零，在器壁附近 s 范围内的分子受到的吸引力使分子碰壁的冲量减小 ，
Байду номын сангаасsum 0

Fsum

器 壁
RT p Vm b
RT pin 令 p Vm b
2s s
（p + pin） (Vm b) RT
液晶的定义，现在以放宽而囊括了在某一温度范围可以是 现液晶相，在较低温度为正常结晶之物质。而液晶的组成 物质是一种有机化合物，也就是以碳为中心所构成的化合 物。
同时具有两种物质的液晶，是以分子间力量组合的，它们 的特殊光学性质，又对电磁场敏感，极有实用价值。
常见液晶分子体系
液晶分子工作原理
“看见”与“看不见”
象的数量越大，涨落越小。
二、 理想气体压强公式
前提： 平衡态，忽略重力，分子看成质点（只 考虑分子的平动）； 设： 同种气体，分子质量为m， N—总分子数，V—体积，
为分界，发生急剧的变化。水的介电常数到了临界点以 上会急剧减小，直到与有机溶媒相同的水平，变成了可 以与有机物完全混合的状态。
几种常见的超临界流体
1. 最常见的是超临界二氧化碳，其临界温
度为31.26 ℃，临界压力为72.9 atm。
2. 超临界水的临界点为374 摄氏度，22
MPa。 3. 超临界甲醇为 239 ℃，8.1 MPa。
微粒之间相互作用的强弱决定了物质的 形态。
2.等离子体
P57-59
等离子体是由部分电子被剥夺后的原子及原子被电离后 产生的正负电子组成的离子化气体状物质，它是除去固、 液、气外，物质存在的第四态。等离子体是一种很好的 导电体，利用经过巧妙设计的磁场可以捕捉、移动和加 速等离子体。现在人们已经掌握利用电场和磁场产生来 控制等离子体。例如焊工们用高温等离子体焊接金属。 看似“神秘”的等离子体，其实是宇宙中一种常见的物
d d 4.8 0.8 pw nwater 0.04 白天： d d 98.37 4.8 0.8 Pa nair n n nwater pw 2.33 0.024 夜间： n n nair Pa 99.3 2.33
\
0.04 0.024 100% 40% 0.04
4.超临界流体
P55-57
如果达到特定的温度、压力，会出现液体与气体界面消 失的现象该点被称为临界点。超临界流体指的是处于临
界点以上温度和压力区域下的流体；在临界点附近，会
出现流体的密度、粘度、溶解度、热容量、介电常数等 所有流体的物性发生急剧变化的现象。
例如，水的密度、离子、介电常数等以临界温度 374℃
Joseph Louis Gay-Lussac (1778-1850)
Joseph Louis Gay-Lussac and JeanBaptistse Biot in their balloon on 24 August 1804 (7000 meters)
盖 ·吕萨克创造了当时世 界上乘气球升空的最高记录。 两次探测的空气样品证明，在 高空领域，地磁强度恒定不变， 空气的成分也基本相同，只有 氧气的含量随着高度而减少。
5.1.4 对理想气体状态方程的修正
考虑分子本身占有体积 考虑分子间引力
范德华方程
理想气体：T 较高，p 较小时，满足理想气体的物态 方程；
真实气体：T 较低，p 较大时，不满足理想气体的物 态方程。 找真实气体物态方程的途径：从实验中总结出经验 的或半经验的公式；修改理想气体模型，在理论上 导出物态方程。 1873 年，范德华用简洁的物理模型导出了真实气体 的物态方程 ：范德华方程。
5.1.2 理想气体状态方程
物理模型 分子之间没有相互吸引和排斥，分子本身 的体积相对于气体所占有体积完全可以忽略。 理想气体 符合理想气体状态方程式的气体。
pV = nRT
limp0 pVm= RT
R — 摩尔气体常量
理想气体状态方程式的应用
计算p，V，T，n四个物理量之一 用于温度不太低，压力不太高的真实气体。 气体摩尔质量的计算 气体密度的计算
气体分散系 液体分散系 固体分散系
EPA’s Air Quality Index
Air Quality Index (AQI) Values
Levels of Health Concern
Colors
When the AQI is in this range:
...air quality conditions are:
质，在太阳、恒星、闪电中都存在等离子体，它占了整 个宇宙的 99％。
“看”清楚等离子体
3.液晶
P47-48
人们熟悉的物质状态（又称相）为气、液、固，较为生疏 的是电浆（等离子体）和液晶（ Liquid Crystal ，简称 LC）。液晶相要具有特殊形状分子组合始会产生，它们可 以流动，又拥有结晶的光学性质。
1 V P
或
pV C
Charles and Gay-lussac定律 在压力一定的条件下，一定质量气体每升高温 度一度（摄氏温度1 oC），其体积的增加总是
零度时该气体体积的
1 273
。
Robert Boyle (1627～1691 )
英国物理学家、化学家 , 出生于 爱尔兰。 英国皇家学会会长。 从事分子物理、光和电现象、 流体力学、声学、热学、力学 多方面的研究，成果累累。 杰出的化学家。 1661 年出版了 名著《怀疑的化学家》。 在生理学方面，研究空气对生 物的作用，发现了肺内血液颜 色和摄取空气有关，还找出了 毛细血管等。
0.04825 0.0464
37.27
43.40 46.4
22.65
22.4 22.0
此表说明范氏气体方程更符合实际。
5.1.5 气体分子运动论的基本概念 §1 、物质的微观模型
气体分子热运动的概念：
1. 分子的密度 31019 个分子/cm3 = 3千亿亿； 2. 分子之间有一定的间隙，有一定的作用力；
Green Yellow Orange Red Purple Maroon
5.1 气体（分子分散系）及其性质
低压下气体的两个经验定律 理想气体状态方程 混合理想气体 实际气体的状态方程 气体分子运动论
P30-33
5.1.1 低压下气体的两个经验定律
气体的基本特征：可压缩性和扩散性。
Boyle定律 在一定温度下，一定质量气体的体积与压力成 反比：
2. 关于大量分子的统计假设（对平衡态）
（1）无外场时，分子在各处出现的概率相同。
dN N const . dV V
（2）由于碰撞，分子可以有各种不同的速度，速度取向各方 向等概率，即：
x y z 0；
2 vx
2 vy
2 vz
1 2 v 3
注意：统计规律是有涨落 (fluctuation)的，统计对
...as symbolized by this color:
050 51–100 101–150 151–200 201–300 301–500
Good Moderate Unhealthy for sensitive groups Unhealthy Very unhealthy Hazardous
实
验
值 Vm (L) 22.41 p Vm (atmL) 22.41 22.24 31.17
计
算 ( p + a
值 Vm 2 (atmL) 22.41 22.40 22.67 )( Vm b )
p
(atm) 1 100 500
0.2224 0.06235
700
900 1000
0.05325
2 2 4
nNO 2 0.204 0.126 0.078mol xN 2O4 1 0.38 0.62 PN 2O4 50.65 0.62 31.40kPa
\ PNO 50.65 0.38 19.25kPa
2
例2 某日白天的温度 32oC，气压为 98.37 kPa，空气湿度 为 80％；晚间温度为 20oC，气压为 99.30 kPa，求算 晚间将从空气中凝结出百分之几的露水？（水的饱和 蒸汽压 32oC 时为 4.80 kPa， 20oC 时为 2.33 kPa ）