溶液和胶体溶液(无机).ppt

第一节 溶液组成量度的表示方法第二节 稀溶液的依数性第三节 渗透压力在医学上的意义第四节 胶体溶液,第一章 溶液和胶体溶液,Solution&Colloidal Solution,第一节 溶液组成量度的表示方法,溶液:,定义是一种物质以分子、原子或离子状态分散在另一种物质中所形成的均匀而稳定的体系。,固体溶液（如合金）,气体溶液（如空气）,液体溶液,通常不指明溶剂的溶液即是水溶液,第一节 溶液组成标度的表示方法,一、物质的量和物质的量浓度,(一)物质的量（amount of substance，nB）,单位：摩尔(mole)，符号为mol、mmol或mol,（二）物质的量浓度（amount of substance concentration，cB）,单位：摩尔每升（molL-1）、毫摩尔每升（mmolL-1）和微 摩尔每升（molL-1）等。,【例1-2】正常人血浆中每100ml含葡萄糖100mg、HCO3-164.7mg、Ca2+10 mg，它们的物质的量浓度（单位mmolL-1）各为多少？,（三）质量浓度（mass concentration，B),.定义：溶质B的质量(mB)除以溶液的体积(V),2.单位：gL-1或mgL-1,注意：世界卫生组织提议，凡是摩尔质量已知的物质，在人体内的含量统一用物质的量浓度表示；对于摩尔质量未知的物质，在人体内的含量则可用质量浓度表示。,质量浓度多用于溶质为固体的溶液，如生理盐水为9 gL-1的NaCl溶液。,二、质量摩尔浓度和摩尔分数,（一）摩尔分数(mole fraction xB),定义：物质B的物质的量(nB)除以混合物的物质的量(in I),若溶液由溶质B和溶剂A组成，则溶质B和溶剂A的摩尔分数分别为：,xAxB=1,（二）质量摩尔浓度（molalitybB）,.定义：溶质B的物质的量（nB)除以溶剂的质量(mA),.单位：molkg-1或mmolkg-1,.稀的水溶液：数值上 cB bB,.注意:mA的单位用表示。,【例1-3】将7.00g结晶草酸(H2C2O42H2O)溶于93.0g水中，求草酸的质量摩尔浓度b(H2C2O4)和摩尔分数x(H2C2O4)。,解 M(H2C2O42H2O)=126gmol-1，M(H2C2O4)=90.0gmol-1在7.00gH2C2O42H2O中H2C2O4的质量为：,草酸的质量摩尔浓度和摩尔分数分别为：,溶液中水的质量为：,m(H2O)=93.0+(7.005.00)=95.0（g）,三、溶液组成量度的其它常用表示方法,（一）质量分数（mass fraction B）,.定义：为物质B的质量（mB）除以混合物的质量（i mi),.对于溶液，溶质B和溶剂A的质量分数分别为：,AB=1,3.表达：例 100 g NaCl溶液中含NaCl 10 g，可表示为 NaCl=0.1=10%,（二）体积分数（volume fraction j B）,1.定义：物质B的体积（VB）除以混合物的体积（iVi),2.表达：,例：医用的消毒酒精(C2H5OH)=75%，,表示该溶液是纯乙醇75ml加25ml水配制而成，,也可近似认为是100ml溶液中含有乙醇75ml。,【例1-4】市售浓硫酸的密度为1.84kgL-1，质量分数为96，试求该溶液的c(H2SO4)、x(H2SO4)和b(H2SO4)。,解：,M(H2SO4)=98gmol-1,小 结,物质的量浓度（cB）,质量浓度（B),质量摩尔浓度（bB),摩尔分数(B),质量分数（B）,体积分数,mol.L-1,mmol.L-1,g.L-1,mg.L-1,mol.kg-1,mmol.kg-1,无单位,第二节 稀溶液的依数性,蒸气压下降 沸点升高 凝固点降低 渗透压力,稀溶液（bB0.2 molkg-1）的依数性（Colligative properties）,第二节 稀溶液的依数性,1.稀溶液的依数性变化与溶质的本性无关，只与溶 液的浓度有关,2.稀溶液的依数性本质是溶液的蒸气压下降,（一）蒸气压 p（vapour pressure）,1.,水（l）,水（g）,蒸发,凝结,当v蒸发=v凝结时，气液相达到平衡，这种与液相处于动态平衡的气体叫做饱和蒸气。,单位为Pa（帕）或 kPa（千帕）。,一、溶液的蒸气压下降,蒸气压：饱和蒸气具有的压力称为该温度下的饱和蒸气压。,液体的本性（同温下不同的物质有不同的p）；,p随温度升高而增大；,固体具有一定的p；,易挥发物质：p大 难挥发物质：p 小。,2.影响蒸气压p的因素,（二）溶液的蒸气压下降（p）,加入一种难挥发的非电解质,1.原因：,降低了蒸发速度,2.溶液的蒸气压下降Raoult定律,表明：,在一定温度下，难挥发性非电解质稀溶液的蒸气压下降与溶液中溶质的摩尔分数成正比，与本性无关。,对于稀溶液：n A n B,所以：,得：,又：,表明：,稀溶液的蒸气压下降与溶液的质量摩尔浓度成正比。即难挥发性非电解质稀溶液的蒸气压下降只与一定量的溶剂中所含溶质的微粒数有关，而与溶质的本性无关。,【例1-5】已知20时水的饱和蒸气压为2.338kPa，将17.1g蔗糖(C12H22O11)与3.00g尿素CO(NH2)2分别溶于100g水，试计算这两种溶液的质量摩尔浓度和蒸气压分别是多少？,解 蔗糖的摩尔质量M=342gmol-1，溶液的质量摩尔浓度为：,尿素的摩尔质量M=60.0gmol-1，溶液的质量摩尔浓度：,所以尿素溶液中，x(H2O)=0.991，蒸气压p=2.32kPa。,二、溶液的沸点升高与凝固点降低,（一）溶液的沸点升高,1液体的沸点(boiling point),Tb：p液=p大气时的温度（沸腾）。,液体的正常沸点是指外压为101.3kPa时的沸点。没有专门注明压力条件的沸点通常都是指正常沸点。,101.3,373 TB,纯水,水溶液,TB,2.溶液的沸点升高原因,原因：p溶液 p溶剂，由蒸气压降低引起,Tb=Kb bB（KB 称为沸点升高常数）,P Tb,P bB,Tb bB,几种常用溶剂的沸点升高常数,溶 剂 沸点/K KB 水 373.0 0.52 苯 353.2 2.53 三氯甲烷 333.2 3.63 萘 491.0 5.80 乙醚 307.4 2.16,（二）溶液的凝固点降低,1液体的凝固点（freezing point）,在一定外压下，物质固、液两相平衡共存时的温度。,273K,P(s)=P(l),.溶液的凝固点降低原因,A,B,0.61,273,A：冰-水共存,Tf,Tf=Kf bB Kf 称为凝固点降低常数,Tf,B：冰-溶液共存,也是溶液蒸气压下降的直接结果,几种常用溶剂的凝固点降低常数,溶 剂 凝固点/K Kf 水 273.0 1.86 苯 278.5 4.90 醋 酸 289.6 3.90 樟 脑 452.8 39.7 萘 353.0 6.90 溴乙烯 283.0 12.5,小结,稀溶液的依数性：溶液的蒸气压P P=K bB 溶液的沸点Tb Tb=Kb bB 溶液的凝固点Tf Tf=Kf bB,.稀溶液的依数性变化只与溶液的浓度有关；,.稀溶液的依数性本质是溶液的蒸气压下降；,3.适用条件：难挥发、非电解质、稀溶液。,3.凝固点降低法的应用,应用：测定溶质的摩尔质量,【例1-6】将0.322g萘溶于80g苯中，测得溶液的凝固点为278.34K，求萘的摩尔质量。,查表1-4知苯的凝固点T f0=278.5 K，K f=5.10 Kkgmol-1,解：,Tf=278.5278.34=0.16(K),所以，萘的摩尔质量为128gmol-1。,说明：利用溶液的沸点升高和凝固点降低都可以测定溶 质的相对分子质量，但是在医学和生物科学实验 中凝固点降低法的应用更为广泛。,Tb法会因温度高而引起溶剂挥发，使溶液变浓而引起误差；,大多数溶剂的Kf值Kb值，因此同一溶液的 TfTb，因而灵敏度高、实验误差小；,某些生物样品不耐高温，在沸点易变性或破坏。,应用：测定溶质的摩尔质量,三、溶液的渗透压力,（一）渗透现象与渗透压力,1渗透现象：,溶剂分子通过半透膜发生的表面上单方面的扩散现象,产生条件,有半透膜膜两侧有浓度差,渗透方向：从稀溶液向 浓溶液进行渗透。,2渗透压（）,定义：达渗透平衡时溶液液面上的静压强,符号：,单位:Pa或kPa,3渗透压方程：范特荷普（Vant Hoff）定律,V=nBRT 或=cBRT 当溶液很稀时 cB bB bBRT,表明:稀溶液的大小仅与单位体积溶液中溶质质点数的多少有关，而与溶质的本性无关。,4.渗透压力法测定高分子化合物的分子量,【例1-7】将2.00g蔗糖(C12H22O11)溶于水，配制成50.0ml溶液，求溶液在37时的渗透压力。,解:,M(C12H22O11)=342gmol-1,=0.1178.314310=302(kPa),例【1-8】将1.00g血红素溶于适量水中，配制成100ml溶液，在293K时，测得溶液的渗透压力为0.366kPa，试求血红素的分子量。,解:,所以血红素的分子量为6.66104。,【归纳】血红素的浓度仅为1.5010-4 molL-1，凝固点下降仅为2.7910-4，故很难测定。但此溶液的渗透压力相当于37.3 mmH2O柱，因此完全可以准确测定。因此，渗透压力法是测定蛋白质等高分子化合物的相对分子质量的最好方法。,非电解质稀溶液的四个依数性,1.蒸气压下降,2.沸点升高,3.凝固点降低,依数性之间的关系,4.渗透压力,P=K bB,Tb=Kb bB,Tf=Kf bB,=cBRT,可以相互换算,四、稀溶液的依数性,bBRT,解,补例：测得人的眼泪的凝固点为-0.56 0C，求在310 K时人的眼泪的渗透压。,查表知K f（H2O）=1.86 Kmol-1 T0 f（H2O）=0 0C,Tf=T0 f-T f=0.56 K,强电解质稀溶液的依数性,弱电解质的依数性计算可近似等同于非电解质。,校正因子i：一“分子”电解质解离出的粒子个数。,A-B2或A2-B型强电解质如(MgCl2、Na2SO4等)，i=3,A-B型强电解质(如KCl、CaSO4、NaHCO3等)，i=2,【例1-9】临床上常用的生理盐水是9.0gL-1的NaCl 溶液，求该溶液在310K时的渗透压力。,解：,NaCl在稀溶液中完全解离，i=2，NaCl的摩尔质量为58.5gmol-1。,则：,第三节 渗透压力在医学上的意义,一、渗透浓度(osmolarity),溶液中能产生渗透效应的溶质粒子（分子、离子等）统称为渗透活性物质，其物质的量的浓度即为渗透浓度(osmolarity)，用符号cos 表示。,单位：molL-1或mmolL-1,=icBRT,=cosRT,可用渗透浓度代替渗透压力,【例1-10】计算医院补液用的50.0gL-1葡萄糖溶液和生理盐水的渗透浓度（用mmolL-1表示）。,解：,葡萄糖(C6H12O6)的摩尔质量为180gmol-1，50.0gL-1葡萄糖溶液的渗透浓度为：,NaCl的摩尔质量为58.5 gmol-1，生理盐水的渗透浓度为：,二、等渗、低渗和高渗溶液,1.正常人血浆的渗透浓度为303.7 mmolL-1,临床上常用的等渗溶液有：9.0g/L生理盐水（NaCl）、50.0 g/L葡萄糖溶液。,2.临床上规定:,等渗溶液:cos在280-320 mmolL-1的溶液;,高渗溶液:cos320 mmolL-1的溶液；,低渗溶液:cos280 mmolL-1的溶液,等渗、高渗和低渗溶液在医学上的应用,a.等渗溶液(生理盐水):“维持原状”,b.高渗溶液(15 gL-1NaCl):“皱缩”,c.低渗溶液(5 gL-1NaCl):“溶血”,三、晶体渗透压力和胶体渗透压力,晶体渗透压力：小离子和小分子物质所产 生的渗透压力,胶体渗透压力：高分子物质所产生的渗透 压力,1、将相同质量的葡萄糖和甘油分别溶解在100g水中，则形成溶液的P、Tb、Tf、均相同。（A）对（B）错,2、与非电解质稀溶液依数性有关的因素是A、溶液的体积 B、溶液的温度 C、溶质的本性 D、溶质的浓度,3、下列各对溶液中，中间用半透膜隔开，有较多水分子自左向右 渗透的是 A、0.1molL-1 NaCl 0.1molL-1 葡萄糖B、0.1molL-1 NaCl 0.1molL-1 BaCl2C、0.1molL-1 葡萄糖 0.1molL-1 蔗糖D、0.1molL-1 CaCl2 0.1molL-1 Na2SO4,4、质量分数3的某Na2CO3(M=106gmol-1)溶液，溶液的质量摩尔浓度(单位：molkg 1)为（A）0.0292（B）292（C）0.292（D）0.000292,5、血红细胞置于下列哪种溶液中将会引起溶血现象？A、9 gL-1 NaCl溶液 B、50 gL-1葡萄糖溶液 C、5 gL-1葡萄糖溶液 D、29 gL-1NaCl溶液,6、人的血浆在-0.56凝固，则37的渗透浓度为（已知Kf-1（B）301 mmol.L-1（C）775mmol.L-1-1,7、将两种或两种以上的等渗溶液按任意体积比混合，所得的溶液依然是等渗溶液（A）对（B）错,8、将0.450 g某物质溶于30.0 g水中，使冰点降低了0.150，这种化合物的分子量是（已知Kf=1.86）(A)100(B)832(C)186(D)204,8、Each100mlbloodplasmacontainsK+of20mgandCl-of366mg.Count theiramountof substaceconcentration,withtheunit mmolL-1.,解：,Theamountof substaceconcentrationof K+and Cl-are：,c(K+)=5.13(mmolL-1),c(Cl-)=103(mmolL-1),9、（习题5）质量分数为3的某Na2CO3溶液，密度为1.05gml-1，试求溶液的c(Na2CO3)、x(Na2CO3)和b(Na2CO3)。,解：,M(Na2CO3)=106gmol-1,c(Na2CO3)=0.297(molL-1),x(Na2CO3)=0.005,b(Na2CO3)=0.292(molkg 1),10、（习题8)有两种溶液在同一温度时结冰，已知其中一种溶液为1.5g尿素CO(NH2)2溶于200g水中，另一种溶液为42.8g某未知物溶于1000g水中，求该未知物的摩尔质量（尿素的摩尔质量为60 gmol-1）。,解：,由于两溶液在同一温度下结冰，则T f（尿素）=T f（未知物）,M（未知物）=342.4(gmol-1),即该未知物的摩尔质量为342.4 gmol-1,K f=K f,11.(习题9)测得人体血液的凝固点降低值T f=0.56K，求在310 K时人体血液的渗透压。,解：,=776kPa,查表知K f（H2O）=1.86 Kmol-1，由于=，则,=,12、（习题12）将1.01g胰岛素溶于适量水中配制成100ml溶液，测得298K时该溶液的渗透压力为4.34kPa，试问该胰岛素的分子量为多少？,解：,所以胰岛素的分子量为5.77103。,M（胰岛素）=RT=8.314298=5.77103(gmol-1),第四节 胶体溶液,分散相与分散介质,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。,分散体系分类,胶体分散系,高分子溶 液,微乳液,高分子,微乳滴,非均相、亚稳定系统分散相粒子扩散较慢,（一）溶胶的光学性质Tyndall效应,1869年Tyndall发现，若令一束会聚光通过溶胶，从侧面（即与光束垂直的方向）可以看到一个发光的圆锥体，这就是Tyndall效应。其他分散体系也会产生一点散射光，但远不如溶胶显著。,一、溶胶的性质,Tyndall效应的本质,利用Tyndall现象可以区分溶胶与其它分散系,丁铎尔现象的本质,当分散相粒子的直径远远小于入射光的波长时，光发生透射；,可见光（波长400760nm）照射溶胶（胶粒直径1100nm）时，由于发生光的散射，使胶粒本身好像一个发光体，因此，我们在丁铎尔现象中观察到的不是胶体粒子本身，而只是看到了被散射的光，也称乳光。,当分散相粒子的直径大于入射光的波长时，光发生反射；,当分散相粒子的直径略小于入射光的波长时，光发生散射。,（二）溶胶的动力学性质Brown运动,1827年植物学家布朗（Brown)用显微镜观察到悬浮在液面上的花粉粉末不断地作不规则的运动。,后来又发现许多其它物质如煤、化石、金属等的粉末也都有类似的现象。人们称微粒的这种运动为布朗运动。,但在很长的一段时间里，这种现象的本质没有得到阐明。,.Brown运动,1903年发明了超显微镜，为研究布朗运动提供了物质条件。,用超显微镜可以观察到溶胶粒子不断地作不规则“之”字形的运动，从而能够测出在一定时间内粒子的平均位移。,通过大量观察，得出结论：粒子越小，布朗运动越激烈。其运动激烈的程度不随时间而改变，但随温度的升高而增加。,Brown运动的本质,1905年和1906年爱因斯坦（Einstein)和斯莫鲁霍夫斯基（Smoluchowski)分别阐述了 Brown运动的本质。,Brown运动是分散介质分子以不同大小和不同方向的力对胶体粒子不断撞击而产生的，由于受到的力不平衡，所以连续以不同方向、不同速度作不规则运动。随着粒子增大，撞击的次数增多，而作用力抵消的可能性亦大。,当半径大于5 m，Brown运动消失。,2.扩散和沉降平衡,定义当溶胶中的胶粒存在分散密度差别时，胶粒将从分散密度大的区域向分散密度小的区域迁移，这种现象称为扩散。,扩散(diffusion)：,胶粒质量越小，温度越高，溶胶的粘度越小，粒子运动速度越大，布朗运动越剧烈，越容易扩散。,沉降(sedimentation)：,定义胶粒在重力作用下而下沉的现象称为沉降。,胶粒直径、密度越大，沉降速率越大。,沉降平衡(sedimentation equilibrium),定义 溶胶的胶粒较小，扩散和沉降两种作用同时存在。当沉降速度等于扩散速度时，系统处于沉降平衡状态。,沉降平衡时，胶粒的分散密度从上到下逐渐增大，形成一个稳定的分散密度梯度。,2.扩散和沉降平衡,2.扩散和沉降平衡,沉降平衡,扩散现象使胶粒克服重力沉降，是溶胶的稳定因素之一动力学稳定因素。,胶粒的直径很小，沉降速度很慢，胶粒的沉降困难也是溶胶相对稳定的因素。,应用超速离心技术，可以测定胶体分散系中颗粒的大小以及它们的相对分子质量，也是生物医学研究中的必备分离手段。,（三）溶胶的电学性质-电泳和电渗,定义 在外电场作用下，带电胶粒在介质中的定向运动称为电泳。,1.电泳(electrophoresis),说明：胶粒带电，所带电荷种类可由胶粒移动方向确定。,正溶胶：大多数金属氢氧化物溶胶。,负溶胶：大多数金属硫化物、硅酸、金、银等溶胶；,本质胶粒的定向运动。,2.电渗(electroosmosis),定义 在电场作用下，分散介质的定向移动现象称为电渗。,本质介质的定向运动。,二、胶团的结构,胶粒的结构比较复杂，先有一定量的难溶物分子聚结形成胶粒的中心，称为胶核；,然后胶核选择性的吸附稳定剂中的一种离子，形成紧密吸附层；由于正、负电荷相吸，在紧密层外形成反号离子的包围圈，从而形成了有带与紧密层相同电荷的胶粒；,胶粒与扩散层中的反号离子，形成一个电中性的胶团。,胶核的选择性吸附,胶核吸附离子是有选择性的，首先吸附与胶核中相同的某种离子，用同离子效应使胶核不易溶解。,若无相同离子，则首先吸附水化能力较弱的负离子，所以自然界中的胶粒大多带负电，如泥浆水、豆浆等都是负溶胶。,例1：AgNO3+KIKNO3+AgI 过量的 KI 作稳定剂 胶团的结构表达式：,(AgI)m n I(n-x)K+x xK+|_|_|,胶团的图示式：,二、胶团的结构,吸附层,例2：AgNO3+KIKNO3+AgI 过量的 AgNO3 作稳定剂 胶团的结构表达式：,(AgI)m n Ag+(n-x)NO3x+x NO3|_|_|,胶团的图示式：,二、胶团的结构,吸附层,扩散层,