第1章 溶液膠體分散體系

主講教師霍涌前基礎化學緒論

化學研究的主要對象是實物（習慣上實物仍稱為物質）。化學是在原子、分子層次上研究物質的組成、結構、性質及其變化規律的自然科學。化學的研究對象基礎化學課程簡介

化學熱力學初步知識、化學動力學初步知識、實驗數據誤差分析、分光光度法、滴定分析法、四大化學平衡的有關規律及計算。基礎化學的研究對象問題：血紅蛋白如何運輸O2、CO2、Fe2+？金屬中毒鋁甘肅徽縣鉛錠

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預習

聽課及筆記

作業

無機化學實驗主要內容學習要求理論46學時實驗24學時理論考試占70%平時占10%實驗占20%

總課時70學時

成績考核理論學時分配章節標題學時第一章溶液和膠體分散系4第二章化學熱力學基礎4第三章化學平衡2第四章化學反應速率4第五章酸堿解離平衡4第六章難溶強電解質的沉淀-溶解平衡2第七章氧化還原反應和電極電勢4第八章原子結構和元素周期律4第九章分子結構4第十章配位化合物4第十一章定量分析中的誤差與有效數字2第十二章滴定分析法4第十三章吸光光度法2第一章溶液和膠體分散系第一節分散系的分類第二節混合物和溶液的組成標度第三節稀溶液的通性第四節溶膠第五節高分子溶液第六節凝膠第一節分散系的分類被分散成微粒的物質分散相起分散作用的物質分散介質分散系的組成分散系的分類分子分散系膠體分散系粗分散系Fe(OH)3溶膠分散相粒子直徑分散系類型分散相粒子的組成實例小于1nm分子分散系小分子小離子生理鹽水葡萄糖溶液1～100nm膠體分散系溶膠膠粒氫氧化鐵溶膠硫化砷溶膠高分子溶液高分子蛋白質溶液核酸溶液大于100nm粗分散系粗粒子泥漿、牛奶

分散系的分類非均相均相

如果組成溶液的物質有不同的狀態，通常將液態物質稱為溶劑，氣態或固態物質稱為溶質。溶劑溶質液態溶液固態溶液溶液多種氣體混合在一起稱為氣態混合物，不作為氣態溶液處理。注第二節混合物和溶液的組成標度題目公式符號意義單位沸點升高凝固點下降溶液濃度的表示方法B的質量分數B的質量濃度B的體積分數B的質量純B的體積混合前各純組分體積混合物的質量B的質量

混合物的體積B的摩爾分數B的物質的量濃度B的分子濃度溶質B的質量摩爾濃度B的分子數

混合物的體積B的物質的量

混合物的體積B的物質的量

混合物的物質的量B的物質的量

溶質A的質量

醫學上表示體液組成時，凡是體液中相對分子質量已知的物質，均應使用物質的量濃度；對于相對分子質量未知的物質，可以暫時使用質量濃度。世界衛生組織建議B的物質的量濃度B的物質的量

混合物的體積B的質量濃度B的質量

混合物的體積【例1】20℃時，將70mL乙醇(酒精)與30mL水混合，得到96.8mL乙醇溶液，計算所得乙醇溶液中乙醇的體積分數。解:乙醇的體積分數為：【例2】將25g葡萄糖(C6H12O6)晶體溶于水，配制成500mL葡萄糖溶液，計算此葡萄糖溶液的質量濃度。葡萄糖溶液的質量濃度為：解：正常人血清中Na＋的濃度為：正常人血清中HCO3-的濃度為：【例3】100mL正常人血清中含326mgNa＋和165HCO3-mg，試計算正常人血清中Na+和HCO3-的量濃度。解：生理鹽水的質量濃度為：【例4】100mL生理鹽水中含0.90gNaCl，計算生理鹽水的質量濃度和濃度。生理鹽水的濃度為：解：19【例5】將0.27gKCl晶體溶于100g水中，計算溶液中KCl的質量摩爾濃度。KCl的摩爾質量為74.5g·mol-1。KCl的質量摩爾濃度為：

解：【例6】將112g乳酸鈉(NaC3H5O3)溶于1.00L純水中配成溶液，計算溶液中乳酸鈉的摩爾分數。NaC3H5O3的摩爾質量為112g·mol-1

。溶液中乳酸鈉的摩爾分數為：解：蒸氣壓下降沸點上升凝固點降低滲透壓第三節稀溶液的通性

只與溶質粒子的數目有關而與溶質本性無關的稀溶液的性質。依數性初始：V蒸發

>V凝聚平衡：V蒸發

=V凝聚純水的蒸氣壓示意圖氣液兩相平衡一、液體的蒸氣壓凝聚蒸發H2O(l)H2O(g)

飽和蒸氣壓飽和蒸氣壓：在一定的溫度下，當蒸發的速度等于凝聚的速度，液態水與它的蒸氣處于動態平衡，這時的蒸氣壓稱為水在此溫度下的飽和蒸氣壓，簡稱蒸氣壓。蒸發速度=凝聚速度二、稀溶液的蒸氣壓下降問題為什么溶液的蒸氣壓會下降？純溶劑溶液Raoult定律B的摩爾分數B的物質的量

混合物的物質的量pA

：溶液的蒸氣壓pA*：純溶劑的蒸氣壓nA

：溶劑的物質的量nB

：溶質的物質的量雙組分體系p=p*xAp*(T)TpTbp0pTTb黑線：純溶劑蒸汽壓曲線。紅線：溶液的蒸汽壓曲線。三、稀溶液的沸點上升Pkb單位：四、稀溶液的凝固點降低Kf單位Tf

：溶液的凝固點Tf*

：純溶劑的凝固點Kf

：溶劑的凝固點降低系數【例7】從人尿中提取出一種中性含氮化合物，將90mg純品溶解在12g蒸餾水中，所得溶液的凝固點比純水降低了0.233K，試計算此化合物的摩爾質量。解：

該中性含氮化合物的摩爾質量為：已知溶液溶劑π溶劑透過半透膜進入溶液的現象。滲透現象

滲透壓力五、稀溶液的滲透壓力只允許水分子透過，不允許溶質分子透過

溶劑在半透膜內外的滲透作用過平衡時半透膜兩邊的靜壓力差。即阻止滲透作用所施加于溶液的最小外壓。滲透壓力ΔΠ滲透壓產生的根本原因問：溶液的滲透壓與氣體壓力的產生是否相同？半透膜存在、膜兩側溶液的濃度不相等對于電解質的稀溶液

對于強電解質溶液，滲透濃度等于溶液中溶質離子的總濃度。對于弱電解質溶液，滲透濃度等于溶液中未解離的弱電解質的濃度與弱電解質解離出的離子濃度之和。對于非電解質溶液，滲透濃度等于其物質的量濃度。滲透濃度

混合物中能產生滲透效應的溶質的微粒(分子或離子)的濃度總和。NaCl溶液HAc溶液【例8】生理鹽水的質量濃度為9g·L-1，計算生理鹽水的滲透濃度。生理鹽水的滲透濃度為:NaCl是強電解質，它在溶液中全部電離：解解：【例9】用實驗方法測得某腎上腺皮質機能不全病人的血漿的冰點為-0.48℃問此病人的血漿為等滲、低滲或高滲溶液？計算此血漿在37℃時的滲透壓力。此血漿的滲透濃度低于正常血漿的滲透濃度范圍，為低滲溶液。此病人血漿的滲透壓為：此病人血漿的滲透濃度為：滲透壓力在醫學上的意義

醫學上規定滲透濃度在280~320mmol·L-1范圍內的溶液。滲透濃度小于280mmol·L-1。滲透濃度大于320mmol·L-1。低滲溶液等滲溶液高滲溶液正常人血漿的滲透濃度為280~320mmol·L-1。解：此病人血漿的滲透濃度為：【例10】用實驗方法測得某腎上腺皮質機能不全病人的血漿的冰點為-0.48℃問此病人的血漿為等滲、低滲或高滲溶液？計算此血漿在37℃時的滲透壓力。

此血漿的滲透濃度低于正常血漿的滲透濃度范圍，為低滲溶液。此病人血漿的滲透濃度為：由小分子和小離子所產生的滲透壓力。晶體滲透壓力和膠體滲透壓力

晶體滲透壓力由大分子和大離子所產生的滲透壓力。

血漿的滲透壓力主要是晶體滲透壓力，而膠體滲透壓力很小。在37℃時，血漿的滲透壓力為770kPa，其中膠體滲透壓僅約為4kPa。膠體滲透壓力340mmol·L-1220mmol·L-1300mmol·L-1300mmol·L-1紅細胞外界溶血現象質壁分離水分子

【例11】一種精制蛋白質物質，其相對分子質量約為5×104。(1)已知298.15K時水的密度是997kg·m-3，估算溶質的質量分數為0.02的該物質的水溶液的沸點升高、凝固點降低和298.15K時的滲透壓力。(2)欲準確測定該物質的相對分子質量，選用哪種依數性能得到較好的結果？(3)若選用滲透壓力法測定該物質的相對分子質量，在298.15K時測得質量分數為0.02的該物質的水溶液的滲透壓力為1033.5Pa，計算該物質的相對分子質量。解：為了計算方便，取1kg溶液。該物質的質量摩爾濃度和濃度分別為：（1）溶液的沸點升高約為：

溶液的凝固點降低約為：(2)采用滲透壓力法測定溶質的相對分子質量，能得到較好的結果。溶液的滲透壓力為：該精制蛋白質的相對分子質量是4.88×10-4。(3)該物質的摩爾質量為：第四節溶膠溶膠的性質溶膠的穩定性與聚沉溶膠的制備與凈化分散相粒子直徑分散系類型分散相粒子的組成實例小于1nm分子分散系小分子小離子生理鹽水葡萄糖溶液1～100nm膠體分散系溶膠膠粒氫氧化鐵溶膠硫化砷溶膠高分子溶液高分子蛋白質溶液核酸溶液大于100nm粗分散系粗粒子泥漿、牛奶

分散系的分類分散系溶液膠體濁液分散質粒子的直徑＜10-9m

10-9～10-7m

＞10-7m分散質粒子單個小分子或離子許多分子集合體或高分子巨大數目分子集合體實例酒精、氯化鈉溶液淀粉溶膠、牛奶石灰乳、油水外觀均一、透明均一、透明不均一、不透明穩定性穩定較穩定不穩定能否透過濾紙能能不能能否透過半透膜能不能不能鑒別無丁達爾效應丁達爾效應靜置分層分散系性質表1861年首先提出了“膠體”概念“膠體化學之父”格雷姆(英國)R.A.

席格蒙迪(德國),1925年諾貝爾化學獎。

1903年與西登托夫一起研制成功超顯微鏡，可以觀察到微粒的形狀和運動，證明膠體溶液的異相性質,確立了現代膠體化學的基礎。TheodorSvedberg(瑞典)1926年諾貝爾化學獎

1924年，研制出超速離心機，用于蛋白質膠體研究,第一次測定了蛋白質的分子量。到1940年,超速離心機已可產生30萬倍于g的加速度,可直接測定從幾萬到幾百萬大小的分子量，并可測出分子量的分布。超速離心機

膠體化學中分散系統的研究

分散相和介質聚集狀態分類表分類液溶膠固溶膠氣溶膠分散介質液體固體氣體分散相固態液-固溶膠如油漆、AgI溶膠固-固溶膠如有色玻璃、不完全互溶的合金氣-固溶膠如煙、含塵的空氣液態液-液溶膠如牛奶、原油等固-液溶膠如珍珠、某些寶石

氣-液溶膠如霧、云氣態液-氣溶膠

如泡沫固-氣溶膠如泡沫塑料、沸石分子篩CuSO4溶液Fe(OH)3溶膠溶膠的光學性質－Tyndall現象分散相粒子的直徑在>100nm。一、溶膠的性質散射光強度與入射光波長的4次方成反比，入射光的波長越短，溶膠對光的散射作用越強。散射光強度隨分散相分子濃度的增大而增大。分散相與分散介質的折光率相差越大，則散射作用越強。散射光強度與分散相粒子體積的平方成正比，在膠體分散系范圍內，隨著分散相粒子的增大，對光的散射作用增強。結論Rayleigh公式布朗運動示意圖溶膠的動力學性質－Brown運動

膠粒受到周圍不斷作熱運動的分散介質分子的撞擊，受到的合力不為零引起的。小公務員的偉大論文

1905年《關于熱的分子運動論所要求的靜止液體中懸浮小粒子的運動》揭示布朗運動的本質，為他贏得了博士學位。Brown運動的實質布朗運動使膠體粒子從濃度大的區域向濃度小的區域移動的趨勢，最終達到平衡的自發過程。體系內濃度差越大，擴散越快。沉降和沉降平衡膠粒受到重力吸引下降。fwfdfw由于擴散運動促使濃度趨于均一。

當作用于粒子上的重力與擴散力相等時，粒子的分布達到平衡。擴散Fe(OH)3溶膠的電泳Fe(OH)3溶膠帶正電荷溶膠的電學性質－電泳電泳：外加電場下,分散相向一極移動的現象。※離解

SiO2+H2OH2SiO3

HSiO3

+H+

膠體帶電的原因※吸附高度分散的膠體粒子具有很高的比表面，容易吸附帶電粒子。++++++++膠核膠粒膠團緊密層擴散層AgNO3(濃)+KI(稀)→AgI+KNO3正溶膠負溶膠AgNO3(稀)+KI(濃)→AgI+KNO3【例】過量的KI作穩定劑。AgNO3+

KI→KNO3+AgI↓

[(AgI)m?

nI–?(n-x)K+]x–?

xK+

【例】過量的AgNO3

作穩定劑。AgNO3+

KI→KNO3+AgI↓[(AgI)m?nAg+?(n-x)NO3–]x+?

xNO3–

指出膠核、膠粒、膠團、吸附層、擴散層++++++++膠核膠粒膠團緊密層擴散層膠核、吸附層、擴散層膠粒膠團(AgI)m膠核K+K+K+K+膠團I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-K+K+K+K+K+K+K+K+膠粒膠團構造示意圖過量的KI作穩定劑。[(AgI)m

?nI–?(n-x)K+]x–?

xK+

(AgI)m膠核膠團構造示意圖膠團NO3-NO3-NO3-NO3-膠粒Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+NO3-NO3-NO3-NO3-NO3-NO3-NO3-NO3-過量的AgNO3

作穩定劑。[(AgI)m?nAg+?(n-x)NO3–]x+?

x

NO3–二、溶膠的穩定性和聚沉溶膠的穩定性

膠體粒子帶電溶膠表面溶劑化膜的保護作用布朗運動作用

膠粒帶電和溶劑化膜的存在是膠體穩定的主要因素。布朗運動對于膠體穩定的影響是雙向的。

使一定量的溶膠在一定時間內完全聚沉所需電解質的最小濃度。其值越小該電解質的聚沉能力越大。

電解質的聚沉能力主要決定于與膠粒帶相反電荷的離子所帶的電荷數。反離子的電荷數越高，聚沉能力就越強。可用聚沉值來衡量。溶膠的聚沉電解質對溶膠的聚沉作用聚沉值[(AgI)m?nAg+?(n-x)NO3–]x+?

xNO3–

負離子不同電解質的聚沉值(mmol?L-1)LiCl58.4NaCl51KCl50HCl31

CaCl20.65BaCl20.69MgSO40.80AlCl30.093負溶膠(As2S3)正溶膠(Al2O3)NaCl43.5KCl46KNO360K2SO40.30K2Cr2O70.63K2C2O40.69K3[Fe(CN)6]0.08電解質對溶膠的聚沉規律

帶相同電荷的離子的聚沉能力。對負溶膠來說，其聚沉能力的相對大小為：Cs+＞Rb+＞K+＞Na+＞Li+

Cl-＞Br-＞NO3-＞I-

對正溶膠來說，其聚沉能力的相對大小為：[(AgI)m?

nI–?(n-x)K+]x–?

xK+

[(AgI)m?nAg+?(n-x)NO3–]x+?

xNO3–

問題：如何使下列溶膠聚沉？溶膠的相互聚沉

將兩種帶相反電荷的溶膠混合會發生聚沉，這種聚沉現象稱為溶膠的互沉現象。example下列電解質對由等體積0.080mol·L-1的KI溶液和0.10mol·L-1的AgNO3溶液混合所得溶膠的聚沉能力的強弱順序如何？（1）CaCl2(2)MgSO4(3)Na3PO4解：

(3)>(2)>(1)溶膠的相互聚沉作用

與加入電解質情況不同的是，當兩種溶膠的用量恰能使其所帶電荷的量相等時，才會完全聚沉，否則會不完全聚沉，甚至不聚沉。

當兩種帶相反電荷的溶膠所帶電量相等時，相互混合也會發生聚沉。

水中含有泥沙等污物的負溶膠，加入KAl(SO4)2在水中水解生成Al(OH)3正溶膠。在適當量下，發生相互聚沉。明礬凈水原理三、溶膠的制備與凈化溶膠的制備

分散法溶膠的凈化

滲析法研磨法膠溶法超聲波分散法電弧法凝聚法

化學凝聚法物理凝聚法超過濾法分散法—研磨法研磨法是機械粉碎的方法,適用于脆而易碎的物質。主要的機械是膠體磨。膠體磨有兩個十分堅硬的磨盤，相互以10,000～20,000r/min的轉速方向運動，分散相在磨盤的間隙中受到強大的剪切力而粉碎，并達到膠體顆粒的粒徑范圍。若分散相為柔韌性的物質，在粉碎前應進行硬化處理，如用液態空氣浸泡，硬化之后再粉碎。PM系列行星式球磨機凝聚法化學凝聚法B.

復分解反應制硫化砷溶膠

2H3AsO3(稀)+3H2S→As2S3(溶膠)+6H2OA.

水解反應制氫氧化鐵溶膠

FeCl3(稀)+3H2O(熱)→Fe(OH)3(溶膠)

+3HCl物理凝聚法利用適當的物理過程，使待分散的物質凝聚成膠體粒子大小的顆粒。常采用的物理方法：蒸氣驟冷、更換溶劑等。溶膠的凈化

將需要凈化的溶膠放在羊皮紙或動物膀胱等半透膜制成的容器內，膜外放純溶劑。利用濃差因素，多余的電解質離子不斷向膜外滲透，經常更換溶劑，就可以凈化半透膜容器內的溶膠。簡單滲析

為了加快滲析的速率，在滲析膜外可以加上電場，以提高離子的遷移速度。電滲析第五節高分子溶液高分子溶液的鹽析高分子對溶膠的絮凝作用和保護作用高分子溶液的滲透壓力Donnan平衡三種溶液性質的比較溶膠、高分子溶液性質比較性質高分子化合物溶液溶膠分散相粒子高分子膠粒均一性均相多相通透性不能透過半透膜不能透過半透膜擴散速度慢慢黏度大小穩定性穩定體系亞穩定體系外加電解質的影響不太敏感

敏感去溶劑化作用加入少量電解質就可以使溶膠產生聚沉。

加入大量的電解質使高分子化合物從溶液中沉淀析出。鹽析的主要原因

高分子的穩定性主要來自高度的水化作用，當加入大量電解質時，除中和高分子所帶電荷外，更重要的是電解質離子發生強烈地水化作用，使原來高度水化的高分子去水化，使其失去穩定性而沉淀析出。一、高分子溶液的鹽析

在溶膠中加入少量的可溶性高分子，可導致溶膠迅速生成棉絮狀沉淀。二、高分子對溶膠的絮凝作用和保護作用

高分子溶液濃度較低時，一個高分子長鏈同時吸附兩個或更多個膠粒，把膠粒聚集而產生沉淀。原因絮凝作用高分子吸附在膠粒的表面上，包圍住膠、粒，形成了一層高分子保護膜，阻止了膠粒之間及膠粒與電解質離子之間的直接接觸，從而增加了溶膠的穩定性。

在溶膠中加入一定量的高分子，能顯著地提高溶膠的穩定性。高分子對溶膠的保護作用原因三、高分子溶液的滲透壓力П：高分子溶液

的滲透壓力ρB：高分子溶液的質量濃度MB：高分子的摩爾質量A2：Virial系數不能電離能電離四、

Donnan平衡

離子的膜平衡理論。膜兩邊要保持電中性，使得達到滲透平衡時小離子在兩邊的濃度不等的膜平衡。

由于離子分布的不平衡會造成額外的滲透壓，影響大分子摩