《分散体系》PPT课件.ppt
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1、2006-8,1,第8章 分散体系,8.1 分散系的概念 8.2 稀溶液的依数性 8.3 溶胶 8.4 乳浊液,2006-8,2,分散系的概念分散系一种或几种物质(分散质)分散在另一种物质(分散剂)中所形成的体系。即 分散系=分散质+分散剂分散系的分类按分散质粒子直径的大小来分类:共分三类。按分散质和分散剂的聚积状态来分类:共分9类。,8.1 分散系的概念和分类,2006-8,3,按分散质粒子直径的大小分类,2006-8,4,按分散质和分散剂的聚积状态分类,g-g 空气g-l 云、雾g-s 烟、尘l-s 汽水、泡沫l-l 牛奶、豆浆l-s 泥浆、溶胶s-g 沸石、泡沫塑料s-l 珍珠、肉冻、硅
2、胶s-s 合金、有色玻璃,2006-8,5,8.2 稀溶液的依数性,非电解质稀溶液的依数性 电解质稀溶液的依数性,2006-8,6,非电解质稀溶液的依数性,溶液的性质大体上可分为两类:1.由溶质不同而引起的各种性质,为溶液的特性,其变化与溶质的本性有关。溶质不同,这些性质也不同。如:颜色、体积、导电性、密度和酸碱性等。2.由溶质的粒子数目不同而引起的各种性质,这类性质称为依数性(也叫通性),它们与溶质的本性无关,只与溶质粒子数目(浓度)有关。如:溶液的蒸汽压下降、沸点上升、凝固点下降和渗透压等。,2006-8,7,依数性的特点,依数性的变化只与溶质的粒子数目即溶液浓度有关,与溶质的本性无关。溶
3、液越稀,依数性的表现越有规律。电解质与非电解质溶液的依数性有所不同。难挥发与易挥发溶质溶液有所不同。先讨论难挥发非电解质 稀溶液的依数性,再讨论难挥发电解质稀溶液的依数性。,2006-8,8,饱和蒸气压 p(A)T温度,平衡时:蒸发速率=凝结速率平衡时饱和水蒸气的压力称为水的饱和蒸气压p(A),简称水的蒸气压。影响液体蒸气压大小的因素液体本性:不同物质有不同的蒸气压,常温下蒸气压较低的为难挥发物质,如甘油、糖、食盐等;蒸气压较高的为易挥发物质,如苯、碘等。温度:升高温度蒸发速率加快,蒸气压上升。温度一定,蒸气压有定值。,蒸发过程,2006-8,9,溶剂转移实验表明:溶液的蒸气压 纯溶剂的蒸气压
4、,1.溶液的蒸气压下降,水 浓溶液 空杯 稀溶液初始状态 终止状态图8-2 溶剂转移实验,2006-8,10,溶液蒸气压下降实验结果表明:溶液的蒸气压p 小于纯溶剂的蒸气压p(A)即 p=p(A)-p,溶液的蒸气压下降示意图,纯水0.1mol.L-1蔗糖水0.5mol.L-1蔗糖水,液体饱和蒸气压p随温度t变化曲线,即气液两相平衡线,2006-8,11,1887年,法国物理学家拉乌尔由实验结果总结得出:在一定温度下,难挥发非电解质稀溶液 p=pAxA 摩尔分数xA p=pA 1-xB=pA-pAxB 则 p=pAp=pA xB 一定温度下,难挥发非电解质稀溶液的p xB,与溶质的本性无关 拉乌
5、尔定律。,拉乌尔定律,只适应于稀溶液,2006-8,12,在很稀的溶液中,n(A)+n(B)n(A),所以:,令 Kpp(A)M(A),则 p Kp b(B),在一定温度下,难挥发非电解质稀溶液的pb(B),与溶质种类无关。,2006-8,13,2.溶液沸点升高,沸腾:p液p外,汽化在其表面和内部同时发生沸点Tb:沸腾时的温度。特点?沸点时气液两相平衡共存,温度不变。当 p外101.325kPa时,正常沸点Tb。如:Tb(水)373.15K从拉乌尔定律可导出稀溶液沸点上升公式:Tb=TbTb=Kb b(B)Kb沸点上升常数,与溶剂有关。表8-3 常见溶剂的Kb。,为什么?,2006-8,14,
6、水溶液的沸点上升示意图,t/,100 Tb,101.325,p/kPa,0,Tb,p,p,2006-8,15,表8-3 常用溶剂的Kb和Kf值,2006-8,16,例8-4 将0.2g二苯胺(C6H5)2NH溶解于60.0g苯中,计算此溶液在常压下的沸点。解 查得:溶剂苯的沸点Tb=353.30K,Kb=2.53,二苯胺的M=169 gmol-1,代入式(8.9)得:Tb Tb-TbKb b(B)2.530.2/(1690.060)0.050 TbTb+Tb0.050+353.30353.35(K),2006-8,17,凝固点(freezing point):熔点或凝固点:一定外压下,固 液p
7、外101.325kPa,p液相p固相时的温度正常凝固点或熔点如:101.325kPa,水 冰,Tf273.15K,此时 p水p冰。早在1771年人们就发现加盐会使水的凝固点降低。拉乌尔将29种有机物分别溶于水,测其凝固点下降值。发现:不同有机溶液只要浓度相同,凝固点下降值就相同;浓度增加一倍,下降的度数也会增加一倍。,3.溶液的凝固点降低,2006-8,18,水溶液的凝固点下降示意图,T/K,373.15 Tb,101.325,p/kPa,Tf 0,p,Tb,Tf,2006-8,19,溶液的凝固点降低,0 冰 水平衡状态:p冰=p水,0 冰 水溶液 p冰 p水溶液 非平衡状态 p冰 p系统 p
8、水溶液,冰融化,T系统,p冰和 p水溶液 都下降。由于p冰下降较快,当温度降到 Tf 时,p冰=p水溶液,系统重新平衡,2006-8,20,凝固点下降的计算,从拉乌尔定律得溶液凝固点下降公式:Tf Tf-Tf Kf b(B)Kf凝固点下降常数,与溶剂性质有关。表8-3 常用溶剂的Kf。,例8-5 将1.29g丙酮(CH3)2CO溶解在200g水中,测得此溶液的凝固点为272.94K,求丙酮的相对分子量。解 溶剂:水 Tf273.15K,Kf 1.86TfTf-Tf 273.15-(272.94)0.21(K)设丙酮的相对分子量为MB,0.211.861.29/(M(B)0.200)M(B)57
9、.1,2006-8,21,应用:测定非电解质(有机物)的相对分子质量,沸点上升法:少用。凝固点下降法:较沸点上升法准确,易观察,常用。有时也可以利用此法来测定已知化合物的纯度。,2006-8,22,4.溶液的渗透压,渗透现象的产生:有半透膜;半透膜两边溶液浓度不等,或一边为纯溶剂。渗透方向:溶剂分子由低浓度高浓度渗透压:半透膜两边的液位差所示的静压半透膜(semi-permeable membrane):一种只透过溶剂不透过溶质的膜。例如,动物膀胱、猪羊的肠衣、细胞膜等。自然界中的渗透现象,例如?,2006-8,23,渗透,渗透压,糖水,纯水,半透膜,2006-8,24,渗透压示意图,糖水,纯
10、水,h,糖水,纯水,p+,p,p,p,渗透压,半透膜,2006-8,25,稀溶液的渗透压定律,1886年范特霍夫(Vant Hoff)提出稀溶液的渗透压定律:c(B)R T b(B)RT 其中:为溶液的渗透压,量纲为kPa;R-1.K-1 T 为绝对温度(K)适用于非电解质稀溶液渗透压的大小与溶液的浓度和温度有关。,2006-8,26,高分子化合物相对分子质量的测定,高分子化合物,分子质量较大,只能配成稀溶液。可不可以用凝固点下降法测其分子量?较大,实验误差较小,实际工作中用渗透压法测高分子化合物的分子量渗透压法的缺点:不易得到合适的半透膜,2006-8,27,解(1)c(B)=/RT=0.3
11、66/(8.314293)=1.50 10-4(molL-1)(2)c(B)=(1.00g1000)/(100ml M)相对分子质量M=6.7 104(g mol-1)(3)Tb=Kb m(B)=0.5121.5010-4=7.6810-5Tf=Kf m(B)=1.861.5010-4=2.7910-4,例8-6:将血红素1.00g溶于适量水中,配成100ml溶液,此溶液的渗透压为0.366 kPa(20)。计算:(1)溶液的物质的量浓度;(2)血红素的相对分子质量;(3)此溶液的沸点上升和凝固点下降值。,2006-8,28,依数性小结,拉乌尔定律:p=pA xA p=pA p=pA xB=K
12、p b(B)Tb=TbTb=Kb b(B)Tf=TfTf=Kf b(B)范特霍夫渗透压定律:c(B)RT b(B)RT,适用条件?,2006-8,29,生物体的细胞膜,非常完美的半透膜,可以分离新陈代谢中的废物,维持体内电解质的平衡,通过膜吸收营养成分为各器官提供能量,维持生命过程的持续。合成人工膜,用以进行各种分离,如气体分离膜,离子交换膜,超滤膜,透析膜。,2006-8,30,反渗透,渗透方向:浓溶液稀溶液必须在浓溶液一边施加超过渗透压的静液压。例如:海水淡化,成本约为城市自来水的3倍。,2006-8,31,稀溶液依数性的应用实例,1抗寒性和抗旱性蒸气压下降可预防动植物过快脱水;但使水果等
13、难干燥。预防冻伤,一般水果在-1-4 时才结冰;但食品冷藏时需较低的温度。2干燥剂CaCl2、P2O5 3冷冻剂 100g冰30g NaCl,22.4。100g冰42.5gCaCl2,55。4施肥过多,盐碱土5输液:葡萄糖和生理盐水浓度?6反渗透制纯水,等渗溶液:5葡萄糖0.9生理盐水,2006-8,32,7.南极鱼类的抗寒性 南极鱼类血液的冰点为 2.0 温带鱼类血液的冰点为 0.8 生物化学研究确定,当外界温度偏离室温时,无论升高或降低,在有机体细胞中都会强烈产生可溶碳水化合物。8.植物细胞的渗透压可达2000 kPa,使水可由植物的根部输送到高达数十米的树冠。9.浓溶液也具有依数性。10
14、.稀溶液的依数性也称为稀溶液的通性。,2006-8,33,8.2.2 电解质溶液依数性,表8-4 几种电解质溶液的凝固点下降值,范特霍夫发现:电解质稀溶液也有依数性,但偏离了拉乌尔定律和渗透压定律。,2006-8,34,当引入校正系数i 后电解质溶液的依数性就可用拉乌尔定律和渗透压定律计算。即Tb=i Kb b(B)Tf=i Kf b(B)=i c(B)RT i 是实验结果,取值?1:1型(NaCl):1 i 2 2:1型或1:2型(Na2SO4或CaCl2):2 i 3,2006-8,35,稀溶液的依数性,拉乌尔定律:p=i Kp b(B)Tb=TbTb*=i Kb b(B)Tf=TfTf*
15、=i Kf b(B)范特霍夫渗透压定律:i c(B)RT i b(B)RT对于非电解质,i=1;对于电解质,i 1,由电解质的类型决定。,2006-8,36,8.3 溶胶,8.3.1 分散度与表面能及表面吸附现象 8.3.2 溶胶的性质 8.3.3 胶团结构 8.3.4 溶胶的稳定性与聚沉,2006-8,37,分散度与比表面 比表面S0=S/V表面能:表面粒子比内部粒子多出的能量称为表面能。,表面粒子比内部粒子具有较高的能量,为了降低表面能液体:表面有自动收缩到最小趋势(球形),以减小表面能固体:吸附作用降低表面能,如活性炭、硅胶、沸石等常用 作吸附剂。,8.3.1 分散度与表面能及表面吸附,
16、2006-8,38,一定量的胶体物质,表面积越大,表面上的粒子就越多,表面能就越大。溶胶粒子具有很大的表面能。体系能量高不稳定,胶粒聚结,选择吸附,2006-8,39,分散度与比表面,分散度固体在液体中的分散程度,用比表面表示。比表面S0单位体积固体所具有的表面积S0越大,分散度越大。如图所示:,1cm,2006-8,40,任何两相的界面上都存在表面能,溶胶粒子具有很大的表面能高能量不稳定体系 相互聚结(S0)+吸附性 降低表面能。吸附:一种物质聚集到另一种物质表面上的过程。,一定量的物质,表面积越大,表面上的粒子就越多,表面能就越大。,吸附质,吸附剂,2006-8,41,吸附作用,固体吸附气
17、体的:如:竹碳/木炭/茶叶装修气体固体溶液中的分子的吸附(非电解质/弱电解质溶液)示例:活性炭吸附色素分子(脱色)吸附过程:洗脱过程:吸附规律:极性相似相吸固体溶液中的离子的吸附(电解质溶液)离子交换吸附离子交换树脂离子选择吸附,吸附过程放热,2006-8,42,可逆吸附阳离子交换树脂 R-SO3H+Na+=R-SO3Na+H+阴离子交换树脂 R-N+(CH3)3OH-+Cl-=R-N+(CH3)3Cl-+OH-,离子交换吸附,return,2006-8,43,离子选择吸附,固体吸附剂优先吸附与它组成相关的离子/性质相似且溶液中浓度较大的离子。例:AgNO3过量+KI AgI(或胶体)AgI
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