溶液和胶体

第二章溶液和胶体教学目的与要求：•了解分散系的概念及分类•了解溶液的涵义和类型•掌握稀溶液的依数性及有关应用（重点、难点）•了解胶体的概念和性质，掌握高分子溶液和凝胶的概念、性质及有关应用（重点）•了解粗分散系的特点、类型、稳定性及有关应用第二章溶液和胶体第一节分散系一、分散系的概念二、分散系的分类第二节溶液一、基本概念二、稀溶液的依数性第三节胶体一、胶体的分类二、胶体的性质三、凝胶第四节粗分散系第一节分散系一、分散系的概念一种或几种物质分散成微小的粒子分布在另外一种物质中所构成的系统叫分散体系，简称分散系。分散质（分散相）：分散系中被分散的物质。分散剂（分散介质）：容纳分散质的物质。例如①小水滴+空气=云雾，其中小水滴是分散质，空气是分散剂。②二氧化碳+水=汽水，其中二氧化碳是分散质，水是分散剂。二、分散系的分类按分散质粒子直径大小不同分为三类：类型颗粒直径/nm主要性质实例分子与离子分散系1颗粒能透过滤纸和半透膜，扩散快，单相，稳定蔗糖、氯化钠溶液胶体分散系1~100颗粒能透过滤纸，透不过半透膜，扩散慢，多相或单相，不稳定氢氧化铁溶胶、蛋白质溶液粗分散系100颗粒不能透过滤纸，扩散慢，多相，很不稳定泥浆牛奶溶胶胶体分散系高分子溶液•溶胶：分散质粒子是由许多小分子组成的聚集体，所形成的胶体分散系称为溶胶。其分散质和分散剂的亲和力不强，不均匀，有界面，是高度分散和不稳定的多相系统。由于亲和力不强，故又称为疏液溶胶（或憎液溶胶）。如氢氧化铁溶胶、碘化银溶胶等。•高分子溶液：分散质粒子是单个的高分子，与分散剂的亲和力强，故高分子溶液是高度分散、稳定的单相系统。高分子溶液在某些性质上与溶胶相似。由于高分子粒子与溶剂的亲和力强，故又称为亲液溶胶。如淀粉溶液、纤维素溶液、蛋白质溶液等。憎液溶胶、高分子溶液和小分子溶液三者性质的比较性质憎液溶胶高分子溶液小分子溶液粒子大小1--100nm1--100nm1nm分散相存在的单元许多分子组成的胶粒单分子单分子、离子能否通过半透膜不能不能能是否热力学稳定体系不是是是粘度大小小，与分散介质相似大小，与溶剂相似对外加电解质的敏感程度敏感，加入少量电解质会聚沉不太敏感，加入大量电解质会盐析不敏感分散系及其聚集状态聚集状态实例分散系分散介质分散相分子分散系胶体分散系粗分散系气态气态气态液态液态液态固态固态固态气体气体气体液体液体液体固体固体固体气体液体固体气体液体固体气体液体固体地表大气云水中空气真溶液真溶液吸附H2铂粉烹饪干料合金雾，厨房油烟烟、大气粉尘泡沫、乳状液乳胶、牛奶溶胶、油漆糖果奶油有色玻璃饱和水蒸气大气粉尘蛋泡油水乳浊液淀粉浆发酵面团水发干料狮子头第二节溶液一、基本概念•溶液：广义地说，两种或两种以上物质彼此以分子状态均匀混合所形成的体系称为溶液。溶液以物态可分为气态溶液、固态溶液和液态溶液。根据溶液中溶质的导电性又可分为电解质溶液和非电解质溶液。•溶剂和溶质：如果组成溶液的物质有不同的状态，通常将液态物质称为溶剂，气态或固态物质称为溶质。如果都是液态，则把含量多的一种称为溶剂，含量少的称为溶质。•溶液的浓度：①溶质质量分数②物质的量浓度二、稀溶液的依数性溶质溶解在溶剂中形成溶液,溶液的性质已不同于原来的溶质和溶剂,这种性质上的变化可分为两类:第一类由溶质本性不同所引起。如酸碱性、导电性、颜色、味道等。第二类由溶质数量不同所引起。如蒸气压、沸点、凝固点、渗透压等稀溶液的某些性质只与溶质的粒子数目有关,而与溶质的本性无关,这一类性质被称为稀溶液的依数性[提问]（1）沸腾的汤料中加盐或糖可止沸？（沸点）（2）腌黄瓜为什么“出汤”？（渗透压）稀溶液的依数性包括溶液的蒸气压下降，沸点升高，凝固点降低和渗透压。稀溶液的依数性稀溶液中溶剂的蒸气压下降、凝固点降低、沸点升高和渗透压的数值，只与溶液中溶质的量有关，而与溶质的本性无关，故称这些性质为稀溶液的依数性。在溶剂的种类指定后，稀溶液的依数性与一定量溶剂中溶质的含量(常用质量摩尔浓度表示)成正比，而与溶质的本性无关。1、溶液的蒸气压下降(1)纯溶剂的蒸气压在一定温度下,某溶剂的饱和蒸气所产生的压力称为该溶剂的饱和蒸气压,简称蒸气压。pA*(2)溶液的蒸气压溶液的蒸气压下降值Δp为Δp=pA*－pppA*水糖水pA*p溶液的蒸气压降低的原因：溶质是难挥发非电解质，因此溶液的蒸气压实际上是溶液中溶剂的蒸气压。由于溶液中溶质分子占据了溶液的一部分表面，阻碍了溶剂分子的蒸发，使达到平衡时蒸发出来的溶剂分子数减少，产生的压力降低。比较不同浓度溶液的蒸气压。显然，浓度越大，溶液的蒸气压越低。蒸气压与溶液的浓度有没有定量规律？1887年，法国著名物理学家拉乌尔根据大量的实验结果，总结出一个经验定律，这就是拉乌尔定律。在一定温度下,难挥发非电解质稀溶液的蒸气压下降（ΔP）与溶质的摩尔分数(XB)成正比,而与溶质的本性无关。拉乌尔(Raoult)定律:即:ΔP=P*XBΔp≈kb(B)在一定温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸气压下降，近似地与溶液的质量摩尔浓度成正比，而与溶质的种类无关。这是拉乌尔定律的另一种表达形式。2、溶液的沸点升高和凝固点降低沸点：液体蒸气压等于外界大气压力时的温度。凝固点：物质的液相蒸气压和固相蒸气压相等时的温度,即固相和液相平衡共存时的温度。沸点升高和凝固点降低左图：3条曲线：AB（水的蒸气压曲线），AˊBˊ（溶液的蒸气压曲线），AAˊ(冰的蒸气压曲线）由上图可以看出，溶液的蒸气压下降，导致溶液的沸点升高、凝固点降低。定量关系:Δtb≈kbb(B)Δtf≈kfb(B)因此，难挥发非电解质稀溶液的沸点上升和凝固点下降与溶液的质量摩尔浓度成正比，与溶质的本性无关。应用:①计算溶液的沸点和凝固点。②测M（B）③日常生活中的应用如：植物为什么表现出一定的抗旱性和耐寒性？因为细胞液是溶液，溶液的蒸汽压下降(抗旱性），溶液的凝固点降低（耐寒，不致结冰冻坏）又如：冬天在汽车水箱里加少量甘油或乙二醇，防止水箱里的水结冰（防冻剂等）再如：西门子0℃保鲜冰箱保鲜原理（溶液的凝固点降低）3、溶液的渗透压蔗糖溶液纯水渗透压半透膜产生渗透压示意图渗透作用:溶剂分子通过半透膜进入溶液的现象称为渗透作用。渗透压:为了阻止渗透作用而施加于溶液的最小压力称为该溶液的渗透压。范特霍夫定律：非电解质稀溶液的渗透压与溶液物质的量浓度(C)和温度(T)成正比,而与溶质的本性无关。即:Π=CRT或:在一定温度下,非电解质稀溶液的渗透压与溶液的质量摩尔浓度(bB)成正比,而与溶质的本性无关。即:Π≈bBRT渗透作用的应用：①测定大分子的M(B)②动植物生理：如植物体内水分传导，动物溶血，输血（等渗溶液），合理施肥，淡水鱼在海水中养殖会使鱼脱水③海水淡化，污水处理（反渗技术）产生渗透压的条件：①存在半透膜②半透膜两侧溶液浓度不同稀溶液的依数性实例：•烹饪实践中的加盐止沸•盐水和糖水更难结冰•食物原料的腌制•干料涨发等第三节胶体一、胶体的分类胶体按分散质分按分散剂状态分气溶胶—雾、云、烟液溶胶—Fe(OH)3胶体、蛋白质溶液固溶胶——烟水晶、有色玻璃分子或离子集合体粒子胶体—分子胶体—分散质是高分子，如淀粉溶液二、胶体的性质1、胶体的光学性质——丁达尔现象2、胶体的力学性质——布朗运动3、胶体的电学性质——电泳4、溶胶的稳定性和聚沉1、胶体的光学性质——丁达尔现象将一束平行光照射在胶体溶液上，在与入射光垂直的方向上可观察到一道发亮的光柱，这个现象称为丁达尔现象。(可用此法区别溶液和溶胶)2、胶体的力学性质——布朗运动◇胶体粒子作永不停息的无规则运动，这种现象称为布朗运动。◇布朗运动的存在导致了胶粒的扩散作用，也使胶粒不致因重力的作用而产生沉降，有利于保持胶体的稳定性3、胶体的电学性质——电泳在外加电场的作用下，胶粒在分散剂里向阴极或阳极作定向移动的现象叫电泳。4、溶胶的稳定性和聚沉•溶胶的稳定性溶胶稳定的主要原因:（1）胶粒间同种电荷的排斥作用（2）胶粒的溶剂化作用（3）胶粒的布朗运动•溶胶的聚沉(1)电解质的聚沉作用电解质聚沉的主要原因：①中和了胶粒的电荷②破坏了胶粒的溶剂化膜(2)温度对溶胶稳定性的影响加热能破坏胶体的主要原因：①胶粒运动加剧,碰撞机会增多②胶粒所带电量减少(3)溶胶的相互聚沉聚沉的主要原因：胶粒所带电荷被中和三、凝胶1、凝胶的基本特征2、凝胶的分类3、凝胶的特性1、凝胶的基本特征•凝胶是一种特殊的分散体系，其中胶体颗粒或高聚物分子互相联结，形成空间网状结构，在网状结构的孔隙中充满了液体（如豆腐）•凝胶的性质介于固体和液体之间，它和溶胶不同，在溶胶中胶体质点或大分子是独立的运动单位，可以自由运动，溶胶具有很好的流动性。而凝胶体系中粒子形成网状结构，液体包在其中，它不仅失去流动性，而且显出固体的力学性质，如具有一定的弹性、强度等。凝胶和真正的固体也不一样，它由固液两相组成，属于胶体分散体系，其结构强度往往有限，易于破坏2、凝胶的分类凝胶可用不同的方法来分类。•根据分散相质点是刚性或柔性，可分为刚性凝胶或柔性凝胶两类。大多数无机凝胶是刚性凝胶。柔性的线形高聚物分子所形成的凝胶，例如橡胶、明胶、琼脂等属于弹性凝胶•根据凝胶中含液量的多少，将凝胶分为冻胶与干胶。在冻胶中液体的含量常在90%以上，琼脂冻胶中99.8%是水。液体含量少的凝胶称为干胶，市售明胶的含水量约为15%•也可分为可逆凝胶和不可逆凝胶。例如，亲液溶胶在胶凝后，加温或加溶剂，能恢复成原来的分散状态，而憎液溶胶一经聚沉，再加溶剂也不可能恢复原状3、凝胶的特性•凝固性（所以它们有一定的形状）•弹性（所以它们有半流体的性质）•离浆性（脱水后体积收缩）•溶胀性（过度吸水后体积膨胀，如干粉丝长时间浸水会发生膨胀）第四节粗分散系一、乳浊液乳浊液也称乳胶体，一般是指两种互不相溶的液体，在表面活性剂的参与下，其中一种液体以微小液滴的形式分散在另一种液体中的混合物体系。二、悬浊液悬浊液是指以水为分散介质，以固体物质为分散相的粗分散系，也需要加乳化剂才能稳定存在。实例：（1）勾芡用的水淀粉，如果搅匀后放置片刻便会沉淀，若加入少量鸡蛋清（乳化剂），再搅匀后便不易沉淀。（2）发酵面团，其分散介质为面团本身，分散相是通过发酵作用产生的二氧化碳气泡，属于气—固粗分散系。回顾小结本章介绍溶液和胶体的基础知识。通过学习，应了解分散系的概念及分类、胶体的概念和性质，掌握稀溶液的依数性及有关应用、高分子溶液和凝胶的概念、性质及有关应用本章重点◇稀溶液的依数性◇胶体的性质本章难点◇稀溶液的依数性的概念◇高分子溶液和凝胶的性质及应用思考练习题•三种分散系的本质区别是什么•溶液的依数性有哪些•举例说明什么叫做乳化剂•溶胶分子具有稳定性的主要原因是什么•高分子溶液具有稳定性的主要原因是什么