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1、气体、溶液、胶体,1 气体,一、物质的状态,一定T、P下，物质常见的状态有：,T升高，s l g解离成单个原子失去外层电子；高度电离状态的气体,物质第五态：玻色爱因斯坦凝聚态,印度物理学家玻色提出，爱因斯坦将其用于原子气体中，进而做出预言：物质除四态外，还存在另外的一种状态。当温度足够低、运动速度足够慢时，大部分原子会突然跌落到最低的能级上，此时所有的原子“凝聚”到同一状态，就像一个“超级原子”一样，具有完全相同的物理性质。,实现及研究“玻色-爱因斯坦凝聚”的条件极为苛刻：一方面需要达到极低的温度（绝对零度的十亿分之几度），另一方面还需要原子体系处于气态。,1971年，美国国家标准与技术研究院
2、和科罗拉多大学的科学家在铷原子蒸气中第一次直接观测到了“玻色-爱因斯坦凝聚”，获得2001年度的诺贝尔物理学奖。,2008年，德国美因茨大学的研究小组开发出高分辨率扫描电子显微镜，可绘制“玻色-爱因斯坦冷凝物”中的单个原子。,二、理想气体,考虑分子本身大小、分子间相互作用力,How？,自身体积可忽略；相互作用也可忽略,此时，气体处于理想状态， 称为理想气体,【理想气体】分子本身不占体积，分子之间没有相互作用力的气体。,分子体积与气体体积相比可忽略不计 (即分子本身不占体积）,分子之间没有相互作用力,分子之间以及分子与器壁之间的碰撞不造成动能损失,【具体而言，理想气体应具备以下三条件】,1、理想
3、气体状态方程式,【理想气体的另一个定义】在任何T、P下符合理想气体状态方程式的气体。,pV=nRT,（p：压力；V：体积；T：温度；n：物质的量；R：摩尔气体常数）,(1) p、V、T、n四个量相互关联，一旦给定了其中三个，第四个只能按上式取唯一的值。,(2) R的值因体积和压力所用单位不同而不同。,标准状况下（p=101.325 kPa, T=273.15 K)，1 mol气体的体积为22.4 升。,均采用国标单位：Pa，m3，mol，K,1 Pam3 = 1 J,R=8.315 J K-1 mol-1,2、理想气体状态方程式的应用,描述气体状态的一个重要方程式，其应用？,m为气体质量(g)
4、，M为气体的摩尔质量,为气体密度,测定气体分子量,【例】 一学生在实验中，在500 mmHg、25oC下收集得250 mL天然气，得气体净重为0.118 g，求这种气体得分子量。,M = 15.9 (g mol-1),三、道尔顿分压定律,某组分在同一温度下，单独占有混合气体的容积时所产生的压力。,【分压】,T，PA,T，PB,T，P ？,发现：引入第二种气体后总压力增加，且等于两种气体的分压之和，两种气体单独的压力没有改变。（PPAPB）,道尔顿进行如下实验：,【结论】混合气体的总压等于各组分的分压之和,pi和ni分别表示各组分的分压和物质的量；V为混合气体的体积,理想气体状态方程不仅适用于单
5、一气体，也适用于混合气体,xi摩尔分数：i组分的物质量占总物质的量的分数。,【注】理想气体才遵守道尔顿分压定律，实际气体在低压、高温时适用。,道尔顿分压定律的应用：,排水法收集气体：,p(总压) p(气体) p(水蒸气),四、气体扩算定律,扩散：一种气体自发地同另一种气体混合渗透的现象,气体扩散定律：同T下，气体的扩散速度与其密度的平方根成反比。,2 溶液,溶液的浓度有哪些表示方法？会相关计算。,什么是溶液的依数性？有哪些通性？,难挥发的非电解质稀溶液的依数性有何规律？计算公式？,了解溶液依数性的应用？,一、几个基本概念,1、分散体系,一种或几种物质以细小颗粒分散在另一种物质中所形成的体系。,
6、被分散的物质,把分散质分散开来的物质,例如：云，牛奶，珍珠,分散体系根据分散质颗粒大小可分为：,以分子或离子形式分散（ 1 nm），没有界面，均匀，也称为溶液。,分散质颗粒半径在1 100 nm之间。目测均匀，实际是多相不均匀体系。,分散质颗粒 100 nm，目测混浊不均匀，放置后会沉淀或分层，如黄河水。,2、相,体系内部具有相同物理性质和化学性质的部分,一个体系中可以出现几个相，相与相之间有明显界面。,体系中只有一相，称为单相或均相，含有两相或两相以上的体系称为多相。,单相,多相,3、分散度,分散质被分散的程度，常用比表面积表示。,正方体颗粒 ： V=l3 S=6l2 （l：边长）,颗粒越小
7、（l越小），比表面越大，分散度越大。,比表面积：单位体积所具有的表面积。,二、溶液浓度的表示方法,溶液即分子分散体系，其浓度有多种表示方法，要学会计算及相互转换。,1、质量摩尔浓度 (mol/kg),2、物质的量浓度 (mol/L),3、质量百分比浓度,ppm：part per million，10-6，溶质质量占溶液质量的 百万分比，也称百万分比浓度。 g/g， g/mL,ppb： part per billion， 10-9，十亿分之，ng/g， ng/mL,ppt： part per trillion， 10-12，万亿分之，pg/g， pg/mL,5、摩尔分数,4、体积分数,三、分配定
8、律,一种溶质在两种互不相溶的溶剂中分配，在一定温度下达到平衡，溶质在两相中的浓度比值为一常数。,Ao、Aw分别为有机相和水相中A的平衡浓度,（KD：分配系数）,分配定律的重要应用：分离和富集,利用与水互不混溶的有机溶剂同试液一起振荡，一些组分进入有机相，另一些组分留在水相中，从而达到分离目的。 萃取分离,上层淡棕色为碘的水溶液，下层为无色的CCl4；,碘在CCl4（非极性）中的溶解度比在水中大，在充分混合的情形下，碘分子由水中迁移到四氯化碳中。原来无色的CCl4已呈漂亮的红紫色溶液。,【如】CCl4萃取I2,例: 大黄中游离蒽醌的纸色谱图,* Rf：比移值，衡量物质向上移动的物理量。,色谱分离
9、：利用混合物中各组分在某一物质中的吸附或溶解性能（分配能力）的不同，将各组分分开。,如: 叶绿素分离 (see flash 1-1),四、稀溶液的依数性,颜色、气味、酸碱性、导电性等,顾名思义就是依赖于数量的性质，,依数性？,0.1 mol/kg 蔗糖溶液：tf= -0.186oC 0.1 mol/kg 甘油溶液：tf= -0.186oC 0.2 mol/kg 甘油溶液：tf= -0.372oC,可见，凝固点只与溶液的浓度有关,只与溶液浓度（粒子数目）有关，与溶质的本性无关,依数性,1、蒸气压下降,(1) 纯溶剂的蒸气压:,一定T，密闭容器中的纯溶剂（如水）,水面上一部分动能较大的水分子从水面
10、逸出，扩散到容器的空间成为水蒸气蒸发,水分子不断蒸发的同时，有一些水分子相互碰撞又重新成为液态水 凝聚,液面上的蒸气浓度不再改变，此时液面上的蒸气压力称为饱和蒸气压，简称蒸气压。,任何纯液体在一定温度下，都有一定的蒸气压，而且随温度升高而增大。,蒸发速度凝聚速度,(2) 溶液的蒸气压,在纯溶剂（如水）中加入难挥发物质后，溶液的蒸汽压如何变化？,25C时， 水的饱和蒸气压: p (H2O) = 3167.0 Pa； 0.5 mol kg-1 蔗糖溶液蒸气压: p (H2O) = 3135.7 Pa；,蒸气压降低，Why?,【需说明的是】溶液的蒸气压实际上指溶液中溶剂的蒸气压，因为难挥发溶质的蒸气
11、压很小，可忽略。,【or】降低了单位体积内溶剂分子的数目，单位时间内逸出液面的溶剂分子数减少，因此溶液在较低的蒸气压下建立平衡。,难挥发溶质分子占据一部分液面，阻碍了溶剂分子的蒸发，达到平衡时蒸发出来的溶剂分子数减少，从而产生的压力降低。,故溶液的蒸气压比纯溶剂的蒸气压低。, 溶液的蒸气压比纯溶剂低，而且浓度越大，蒸气压下降越多。,水的饱和蒸气压: p (H2O) = 3167.0 Pa； 0.5 mol kg-1 蔗糖溶液蒸气压: p (H2O) = 3135.7 Pa； 1.0 mol kg-1蔗糖溶液蒸气压: p (H2O) = 3107.7 Pa。,蒸气压降低与溶液浓度到底有没有定量规
12、律？,一定温度下，难挥发的非电解质稀溶液的蒸气压P等于纯溶剂的蒸气压PB*乘以溶剂的摩尔分数xB 。, 一定温度下，难挥发的非电解质稀溶液的蒸气压下降与溶质的摩尔分数xA成正比。,(3) 拉乌尔定律 （法国物理学家）,P = PB* xB,P = PB* - P,p: 纯溶剂蒸气压与稀溶液蒸气压之差； XA溶质的摩尔分数,= PB* - PB* xB,= PB*(1- xB) = PB* xA,对于稀溶液，溶剂的物质的量nB 远远大于溶质的物质的量nA ，即nB nA,P = PB* xA, PB* bA MB,= K bA, 难挥发的非电解质的稀溶液，蒸气压下降值只取决于溶剂的本性及溶液的质
13、量摩尔浓度。,P = K*b,例： 某稀溶液在25 0C时蒸气压为3.127 kPa，纯水在此温度的蒸气压为3.168 kPa。求溶液的质量摩尔浓度。,以1kg溶剂为基准:,nA= 0.718 mol bA= 0.718 mol/kg,【沸点】液体的蒸气压等于外界压力时，液体即沸腾，此时的温度就是该液体的沸点。,2、沸点升高 依数性之二,水: 101.325 kPa，100oC （正常沸点）,通常所指的沸点：外界压力101.325 kPa时的沸点。,水中加入难挥发的物质后, 溶液蒸气压下降,100oC蒸汽压 101.325 kPa, 100oC不能沸腾, 要沸腾，只有升高温度，使溶液的蒸气压达
14、到101.325 kPa, 溶液的沸点高于纯溶剂的沸点沸点升高,Kb：溶剂摩尔沸点升高常数,取决于溶剂的本性，与溶剂的摩尔质量、沸点、汽化热等有关；,不同溶剂，Kb值不同。,可见，溶液沸点升高值与溶质的本性无关，只与其浓度相关。,计算溶液沸点；, 测溶质的摩尔质量（MA）,的应用：,凝固点：,3、凝固点降低 依数性之三,物质的液相蒸气压固相蒸气压时的温度,溶液的蒸气压 纯溶剂的蒸气压,B(水的沸点)，B(溶液沸点)， A(水的凝固点)，A(溶液凝固点),溶液凝固点下降。,Kf：溶剂摩尔凝固点下降常数，取决于溶剂的本性，不同的溶剂，Kf值不同。,计算溶液的凝固点,测溶质的MA, 植物为什么表现出
15、一定的抗旱性和耐寒性 ?, 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）, 冬天在汽车水箱里加甘油或乙二醇，防止水箱里的水结冰（防冻剂等）。,4、渗透压 依数性之四,这种现象，称为渗透现象。,半透膜允许溶剂分子通过，不允许溶质分子通过。,【渗透】溶剂分子透过半透膜从纯溶剂进入溶液，或从稀溶液进入浓溶液的现象。,发生渗透的必要条件：,（1）存在半透膜,（2）半透膜两侧溶液的浓度不同。,溶液的渗透压：,一定温度下，为阻止渗透作用的进行，必须向溶液施加的最小压力 。,1886年，Vant Hoff (范特霍夫)提出：稀溶液的渗透压与溶液的物质的量浓度和热力学温度成
16、正比，与溶质的本性无关。,对于稀溶液，c b；,渗透压的应用：, 动植物生理, 有机体的细胞膜具有半透膜性质，渗透压是引起水在生物体中运动的重要推动力。, 植物细胞汁的渗透压约可达2000 kPa，所以水分可以从植物的根部运送到数十米高的顶端。, 淡水鱼在海水中养殖会使鱼脱水；,合理施肥；,输液时，用渗透压与人体基本相等的溶液（ 780 kPa，等渗溶液）。例如临床常用5%葡萄糖溶液,输液的渗透压小于血浆的渗透压（低渗溶液）：,水通过细胞膜向细胞内渗透，使细胞肿胀甚至破裂。,输液的渗透压高于血浆的渗透压（高渗溶液）：,细胞内的水通过细胞膜渗透出来，引起细胞的收缩。, 人体输液, 海水淡化，污水处理、溶液浓缩,反渗透技术（Flash 1-2）：,在浓溶液一侧施加足够的压力，使浓溶液中水分子通过半透膜逆向扩散到稀溶液中 。,蒸气压下降、沸点上升、凝固点降低和渗透压都是难挥发非电解质稀溶液的通性；它们只与溶剂的本性、溶液的浓度有关，与溶质的本性无关。,依数性小结,浓度不太高的溶液，定性分析依数性时，一般认为：,（1） 同类物质的
