第五章 气体和分散系统

1. 第五章　气体和分散系统

2. 3 3 3 教学基本要求 3 1 2 第一节　稀溶液的依数性 第二节　表面化学 第三节　胶体 4 闽北职业技术学院食品与生物工程系

3. 闽北职业技术学院食品与生物工程系 教学基本要求 1.掌握稀溶液的蒸汽压、沸点、凝固点和渗透压这些依数性的变化规律，以及溶液组成的各种表示方法。 2.掌握表面活性物质的定义，了解其应用。 3.掌握胶体的基本特征，了解胶体的基本性质。

4. 闽北职业技术学院食品与生物工程系 能力目标： 1.能够应用稀溶液的依数性求物质的摩尔质量。 2.能正确地选择和使用表面活性物质。 3.能写出胶团结构的表达式，能破坏溶胶稳定性，使之聚沉。

5. 闽北职业技术学院食品与生物工程系 第一节　稀溶液的依数性 一、溶液组成及表示法 溶液的一般概念 凡两种以上的物质混和形成的均匀稳定的分散体系称为溶液。有气体溶液、固体溶液、液体溶液等。 溶液多指液体溶液，通常分为电解质溶液、非电解质溶液。 溶液由溶质和溶剂组成。 溶解过程：溶质分子或离子的离散过程；溶剂化过程。 溶液的形成伴随随能量、体积、颜色的变化。

6. 闽北职业技术学院食品与生物工程系 质量分数(%)： 物质的量浓度(mol/L)： 摩尔分数(%)： 质量摩尔浓度(mol/kg)：

7. 闽北职业技术学院食品与生物工程系 　习题： 　　30g乙醇(B)溶于50g四氯化碳(A)中形成溶液，其密度为 ρ=1.28×103kg/m3，试用质量分数、摩尔分数、物质的量浓度和质量摩尔浓度来表示该溶液的组成。 解：质量分数w＝ （乙醇的质量）/｛（乙醇的质量+四氯化碳的质量）× 100％｝＝30/（30+50）× 100％＝37.5％ 　　乙醇的物质的量：30/46=0.65 mol； 　　四氯化碳物质的量:50/47=1.06 mol； 　　乙醇的摩尔分数＝0.65/(0.65+1.06)=0.38； 　　四氯化碳的摩尔分数＝1.06/(0.65+1.06)=0.62 　　或者＝1-0.38＝0.62。 物质的量浓度c=(1× 1.28× 103× 37.5%)/ 46=10.4 mol/L 质量摩尔浓度b=(0.65×1000)/50=13 mol/kg

8. 闽北职业技术学院食品与生物工程系 二、稀溶液的依数性 溶液的某些性质只与溶液的浓度有关，而与溶质的本性无关。这些性质包括：蒸气压下降、沸点升高、凝固点下降及渗透压增大等，适用于难挥发非电解质稀溶液。 2.1 蒸气压下降

9. 纯溶剂 C1 C2 压强 C2>C1 温度 闽北职业技术学院食品与生物工程系 实验测定25C时， 水的饱和蒸气压:p (H2O) = 3167.7 Pa； 0.5 mol /kg 糖水的蒸气压为: p (H2O) = 3135.7 Pa； 1.0 mol/ kg糖水的蒸气压为: p (H2O) = 3107.7 Pa。 结论：溶液的蒸气压比纯溶剂低，溶液浓度越大，蒸气压下降越多。

10. 纯溶剂 压强 C1 p0 p1 t 温度 稀溶液的蒸气压下降 闽北职业技术学院食品与生物工程系

11. 闽北职业技术学院食品与生物工程系 拉乌尔定律（1887年，法国物理学家） 在一定温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸气压等于纯溶剂的蒸气压乘以溶剂的摩尔分数。 设溶剂的摩尔分数为XA，溶质的摩尔分数为XB Δp: 纯溶剂蒸气压 与稀溶液蒸气压之差

12. 蒸气压下降常数质量摩尔浓度 闽北职业技术学院食品与生物工程系 结论：在一定温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸汽压下降值与溶质的摩尔分数成正比。 应用：

13. C1 压强 纯溶剂 pA0 p1 ΔTb 温度 Tb0 Tb 稀溶液的沸点升高示意图 闽北职业技术学院食品与生物工程系 2.2 溶液的沸点升高 液体的沸点是指其蒸气压等于外界大气压力时的温度。因为溶液的蒸气压总是低于纯溶剂的蒸气压；所以溶液的沸点升高。

14. 闽北职业技术学院食品与生物工程系 ΔTb=KbmB Kb：溶剂沸点上升常数，单位为K.Kg/mol 决定于溶剂的本性，与溶剂的摩尔质量、沸点、汽化热有关。 mB：溶液的质量浓度，单位为mol / kg

15. 闽北职业技术学院食品与生物工程系 2.3 溶液的凝固点下降 在标准状况下，纯液体蒸气压和它的固相蒸气压相等时的温度为该液体的凝固点。溶液蒸气压总是低于纯溶剂的蒸气压，溶液凝固点会下降。 Kf：溶剂凝固点降低常数K.Kg/mol； mB：溶质的质量摩尔浓度mol / kg。

16. 闽北职业技术学院食品与生物工程系 2.4 溶液的渗透压 1、渗透现象

17. 闽北职业技术学院食品与生物工程系 2、溶液的渗透压 由于半透膜两边的溶液单位体积内水分子数目不同而引起稀溶液溶剂分子渗透到浓溶液中的倾向。为了阻止发生渗透所需施加的压力，叫溶液的渗透压。 3、渗透现象产生的条件 半透膜：可以允许溶剂分子自由通过而不允许溶质分子通过。 浓度差：溶剂透过半透膜进入溶液的趋向取决于溶液浓度的大小，溶液浓度差大，渗透趋向大。

18. 闽北职业技术学院食品与生物工程系 4、溶液的渗透压的计算 Van’t Hoff (范特霍夫)公式： 与理想气体方程 无本质联系。 ：渗透压，kPa V：溶液体积 ，L R：气体常数 R = 8.314 J · mol-1 · K-1 mB：溶质物质的量 c：物质的量浓度，mol/L T：温度，K

19. 闽北职业技术学院食品与生物工程系 对于电解质溶液 i为一分子电解质离解生成的离子个数。 NaCl，i≈2 CaCl2，i≈3

20. 闽北职业技术学院食品与生物工程系 5、渗透压在医学上的应用 A 毫渗摩尔浓度（渗透浓度） 溶液中能产生渗透效应的各种物质质点的总浓度，以mmol/L或（mOsm/L)来计算渗透压单位。 B 等渗液 渗透压相等的两种溶液称为等渗液，渗透压高/低者称为高/低渗液。 小词典：osmosis---渗透

21. 闽北职业技术学院食品与生物工程系 正常人血浆总渗透压的范围在280-320mOsm/L； 在此范围的溶液（注射液）称为生理等渗液。

22. 闽北职业技术学院食品与生物工程系 渗透压平衡与生命过程的密切关系 ① 给患者输液的浓度 ② 植物的生长 ③ 人的营养循环

23. 闽北职业技术学院食品与生物工程系 依数性小结 结论：蒸气压下降，沸点上升，凝固点下降，渗透压都是难挥发的非电解质稀溶液的通性；它们只与溶剂的本性和溶液的浓度有关，而与溶质的本性无关。

24. ∵ ∴ 闽北职业技术学院食品与生物工程系 例：已知20ºC时水的蒸气压为2333Pa，将17.1g某易溶难挥发非电解质溶于100g水中，溶液的蒸气压为2312Pa，试计算该物质摩尔质量。 解：设该物质的摩尔质量为M，则其物质的量nB=17.1/M (mol); 溶剂水的物质的量nA=100/18（mol); 所以：xB=nB/(nA+nB)

25. 解： 得到 尼古丁摩尔质量为M，则 分子式为C10H14N2 闽北职业技术学院食品与生物工程系 例:已知烟草中的有害成分尼古丁的实验式是C5H7N，将496mg尼古丁溶于10.0g水中，所得溶液在105Pa下沸点100.17ºC，求尼古丁的分子式。已知Kb=0.51K.Kg.mol-1

26. 闽北职业技术学院食品与生物工程系 第二节　表面化学 一、比表面 表面现象：肥皂水的起泡，微小液滴的蒸发。 　　用来衡量多相分散体系的分散程度，即单位体积或单位质量的物质所具有的表面积。 　提示： 　　1g水若成为一个球状水滴时，其球面积为4.84×10-4m2。若把它分散成直径为10-9m的微小质点时，总表面积为6000m2，是原有表面积的100多万倍。因此，当体系的分散程度很高时，表面现象不能忽略。

27. 闽北职业技术学院食品与生物工程系 二、表面张力 　　垂直作用于表面上单位长度线段上的表面收缩力。其作用结果使液体表面积缩小，其方向对于平液面是沿着液面并与液面平行，对于弯曲液面则与液面相切。 表面张力实验示意图 　　表面张力与物质的本性和与所接触相的性质有关：分子间的相互作用力或化学键力越大，表面张力越大。表面张力随温度的升高而降低。表面张力一般随压力增加而下降。

28. 闽北职业技术学院食品与生物工程系 三、溶液的表面吸附 溶液的表面张力： I：无机盐、非挥发性的酸或碱以及蔗糖、甘露醇等多羟基有机物； 　　Ⅱ：短链醇、醛、酮、酸和胺等有机物； 　　Ⅲ：碳原子数为八个以上的直长链有机酸碱金属盐、磺酸盐、硫酸盐和苯磺酸盐等。 第三类物质，分子中的非极性基团比第二类的要大，只需少量这样的物质，溶液的表面张力就会显著降低，这类物质称做表面活性剂。 溶液表面张力与浓度的关系

29. 闽北职业技术学院食品与生物工程系 　　吉布斯吸附等温式： 　　(1)若 ＜0，则 ＞0。即表面张力随着溶质的加入而降低者，为正值，是正吸附，此时溶质浓度表面层高于体相，例如表面活性剂。 　　(2)若 ＞0，则＜ 0。溶液的表面张力随着溶质的加入而升高时，为负值，是负吸附。此时表面层中溶质浓度低于体相中溶质的浓度，表面惰性物质即属于这种情况。

30. 类别 实例 离子型表面活性剂 阴离子型 羧酸盐RCOOM+，硫酸酯盐ROSO3M+， 磺酸盐RSOM+，磷酸酯盐ROPOM+ 阳离子型 伯胺盐RNHX，季胺盐RN+(CH3) 3X 吡啶盐 两性型 氨基酸型RN+CH2CH2COO 甜菜碱型RN+（CH3）2CH2COO 非离子型表面活性剂 聚氧乙烯醚RO(CH2CH2O)nH 聚氧乙烯酯RCOO(CH2CH2O)nH 多元醇酯型RCOOCH2C(CH2CH2O) 3 闽北职业技术学院食品与生物工程系 表面活性物质： 　　表面活性物质由极性的亲水基团和非极性的疏水基团共同组成，具有两亲特性，其亲水作用使分子的极性端进入水中。

31. HLB值范围 主 要 用 途 HLB值范围 主 要 用 途 1～3 消泡剂 12～15 润湿剂 3～6 油包水型（W/O）乳化剂 13～15 洗涤剂 8～18 水包油型（O/W）乳化剂 15～18 增溶剂 闽北职业技术学院食品与生物工程系 表面活性物质的HLB值： 　　亲水亲油平衡值HLB表示表面活性物质的亲水性和亲油性的相对强弱。HLB值越大，其亲水性越强，HLB值越小，其亲水性越弱，亲油性越强。

32. 物理吸附 化学吸附 吸附作用力 分子间力 化学键力 吸附选择性 无选择性 有选择性 吸附速度 快，不需活化能 较慢，需活化能 吸附分子层 多分子层 单分子层 吸附热 较小，与液化热相近 较大，与化学反应热相近 吸附稳定性 不稳定，易解吸 比较稳定，不易解吸 闽北职业技术学院食品与生物工程系 四、固体的表面吸附 物理吸附与化学吸附

33. 闽北职业技术学院食品与生物工程系 固体表面对气体分子的吸附 　　一定T、p下，在吸附平衡时，被吸附气体在标准状况下的体积与吸附剂质量之比称为平衡吸附量，简称吸附量。 或 (1)等温吸附经验式 (2)单分子层吸附理论 或

34. 分散系统 粒子线度 实 例 主要特征 分子分散 <10-9m 乙醇的水溶液、空气 能透过滤纸与半透膜，扩散速度快，超显微镜也看不见 胶体分散 10-9～10-7m AgI或Al（OH）3 能透过滤纸，不能透过半透膜；超显微镜可看到 粗分散 >10-7m 牛奶、豆浆 不能透过滤纸和半透膜，无扩散能力；显微镜可见 闽北职业技术学院食品与生物工程系 第五节　胶 体 一、分散体系的分类： 分散系统是指一种或几种物质分散在另一种物质中形成的体系。

35. 分散介质 分散相 名称 实例 液 气 液 固 液溶胶 肥皂泡沫 含水原油，牛奶 金溶胶、泥浆、油墨 固 气 液 固 固溶胶 浮石，泡沫玻离 珍珠 某些合金，染色的塑料 气 液 固 气溶胶 雾，油烟 粉尘，烟 闽北职业技术学院食品与生物工程系 胶体按聚集状态分类

36. 闽北职业技术学院食品与生物工程系 二、胶体的性质 1、丁达尔效应 丁达尔效应

37. 闽北职业技术学院食品与生物工程系 当光束投射到一个分散系统上时，可以发生光的吸收、反射、散射和透射等，究竟产生哪一种现象，则与入射光的波长（或频率）分散相粒子的大小有密切关系。 当入射光的频率与分散相粒子的振动频率相同时，主要发生光的吸收，如有颜色的真溶液； 当入射光束与系统不发生任何相互作用时，则发生透射，如清晰透明溶液； 当入射光的波长小于分散相粒子的直径时，则发生光反射现象，使系统呈现浑浊，如悬浊液； 当入射光的波长略大于分散相粒子的直径时，则发生光散射现象，如溶胶系统。可见光的波长在400-740 nm范围，胶粒的大小在1-100 nm范围，因此，当可见光束投射于溶胶系统时，会发生光的散射现象。

38. 闽北职业技术学院食品与生物工程系 2、溶胶的动力学性质-布朗运动 在超显微镜下观察胶体溶液，可以看到代表胶体粒子的发光点在介质中间不停地作不规则的运动，这种运动称为布朗（Brown）运动，如图1—3所示。超显微镜是利用溶胶粒子对光的散射现象设计而成具有强光源、暗视野的目视显微镜，其分辨能力比普通显微镜大200多倍。布朗运动是溶胶分散系的重要动力学特性之一，它并非由于外力的推动所致，而是介质分子的热运动和胶体粒子的热运动的综合表现。

39. 闽北职业技术学院食品与生物工程系 布朗运动示意图 由布朗运动引起的扩散作用在一定程度上可以抵消胶粒受重力作用而引起的沉降，使溶胶具有一定的稳定性，称为溶胶的动力学稳定性。

40. 闽北职业技术学院食品与生物工程系 胶体粒子的布朗运动必然导致溶胶具有扩散作用。但由于胶体粒子质量比普通分子的质量大得多，因此，溶胶的扩散速度比普通溶液要小得多。 由于重力作用，悬浮在分散介质中的胶体粒子有向下沉降的趋势，沉降的结果将使底部粒子浓度增大，造成上下粒子浓度的不均匀状态，与此同时，布朗运动引起的扩散作用，又会使底部的粒子向上浮，力图使粒子趋于均匀，沉降和扩散是两个相反的作用，两者之间存在着相互竞争，当沉降速率与扩散速率相等时，在一定高度的粒子浓度不再随时间而改变，这种状态就称为沉降平衡。溶胶粒子的沉降速率和扩散速率均很慢，要达到沉降平衡往往需要很长的时间。

41. 闽北职业技术学院食品与生物工程系 3、溶胶的电学性质-电动现象 在外电场的作用下，分散相与分散介质发生相对移动的现象，称为溶胶的电动现象。电动现象主要有电泳和电渗。 （1）电泳 在电解质溶液中插入两根电极，接通直流电，就发生离子的定向迁移，即阳离子移向负极、阴离子移向正极。在外电场作用下，带电的固体分散相粒子在液体介质中作定向移动的现象称为电泳。溶胶能产生电泳，说明胶体粒子带有电荷。根据胶体粒子在电泳时移动的方向，就可以确定它们所带的电荷符号。带正电荷的胶粒（正溶胶）电泳时移向负极，带负电荷的胶粒（负溶胶）电泳时移向正极。

42. 闽北职业技术学院食品与生物工程系 研究溶胶的电泳现象不仅有助于了解溶胶粒子的结构及电学性质，而且电泳现象在生产和科研中也有很多应用。例如根据不同蛋白质分子、核酸分子电泳速度的不同对它们进行分离，已成为生物化学中的一项重要实验技术。 电泳管

43. 闽北职业技术学院食品与生物工程系 （2）电渗 分散介质在电埸作用下的移动现象叫做电渗。工程上利用电渗使泥土脱水。 电渗仪

44. 闽北职业技术学院食品与生物工程系 三、 胶团的结构

45. 胶团 - - + x + (A g I ) n A g n - x NO ] x NO 胶粒 扩散层 · · （ ） · m 3 3 胶核 电位离子 反离子 [ 吸附层 扩散层 扩散双电层 AgI溶胶胶团结构（Ag+过量） 闽北职业技术学院食品与生物工程系

46. 闽北职业技术学院食品与生物工程系 四、 胶体的破坏 溶胶能相对稳定地存在，有三方面原因： （1）胶粒存在布朗运动，由它产生的扩散作用，能克服重力场的影响而不下沉，溶胶的这种性质称为动力稳定性。 （2）胶粒表面都带有相同电荷，由于同种电荷之间的排斥作用，可阻止胶粒相互碰撞而聚结成大颗粒沉淀。胶粒带的电荷愈多，溶胶愈稳定。 （3）胶粒中的吸附离子和反离子都是水化离子，所以胶粒实际上是被一层水化离子所包围，在胶粒周围形成了一层牢固的水化薄膜，这层水化膜具有一定的强度和弹性，可以阻止胶粒相互接触，从而增强了溶胶的稳定性。

47. 闽北职业技术学院食品与生物工程系 胶体分散系中的分散质从分散剂中分离出来的过程-溶胶的聚沉。 溶胶聚沉的主要因素：溶胶本身的浓度过高；溶胶被长时间加热；在溶胶中加入强电解质。 （1） 加入电解质使溶胶聚沉 只有当外加电解质的浓度达到一定的程度，才能使溶胶明显聚沉。不同电解质对溶胶的聚沉能力是不同的，为了比较各种电解质的聚沉能力，提出了聚沉值的概念。所谓聚沉值是指一定量的溶胶在一定的时间内明显聚沉所需要电解质的最低浓度，单位常用mmol/L表示。聚沉值是衡量电解质聚沉能力大小的尺度，电解质的聚沉值越小，聚沉溶胶的能力越强，反之亦然。

48. 闽北职业技术学院食品与生物工程系 起聚沉作用的主要是与胶粒带电符号相反的离子，即反离子，反离子的价数愈高，聚沉能力愈强，聚沉值愈小。即对带正电的溶胶起聚沉作用的是阴离子，对带负电的溶胶，起聚沉作用的是阳离子。 其次，聚沉能力随反离子价数的增高而迅速增大。 一般地说一价反离子的聚沉值约在25-150之间，二价反离子的聚沉值在0.5 - 2之间，三价的约在0.01 - 0.1之间。这个规律称为叔采—哈迪（Schulze—Hardy）规则。

49. 闽北职业技术学院食品与生物工程系 （2） 溶胶的相互聚沉 把两种电性相反的溶胶混合，也能发生聚沉，溶胶的这种聚沉现象称为相互聚沉。 溶胶的相互聚沉具有很大的实际意义。例如明矾净水的原理就是胶体的相互聚沉。明矾在水中水解产生带正电的Al(OH)3胶体，而水中的污物主要是带负电的粘土及SiO2等胶体，二者发生相互聚沉，使胶体污物下沉；另外由于Al(OH)3絮状物的吸附作用，就能将污物清除，达到净化水的目的。

50. 闽北职业技术学院食品与生物工程系 （3）溶胶的保护 1.加入适量的保护剂。 2.对溶胶进行渗析，以减小溶胶中的电解质浓度。 高分子化合物在一定溶剂下能产生溶剂化作用，形成保护膜，起到保护溶胶的作用。 高分子化合物:具有较大分子量的大分子化合物，如：蛋白质、纤维素、橡胶、淀粉、动植物胶、人工合成的各种树脂等。