第一章溶液和胶体分散系

第一章溶液和胶体分散系 第一节分散系的分类第二节混合物和溶液的组成标度第三节稀溶液的通性第四节溶胶第五节高分子溶液第六节凝胶

溶液是由一种以上的物质组成的分散系统。溶液与医学有着密切的联系。人体内的溶液是由一种以上的物质组成的分散系统。溶液与医学有着密切的联系。人体内的血液、细胞内液、细胞外液以及其他体液都是溶液。体内的许多化学反应都是在溶液中进行的，营养物质的消化、吸收等无不与溶液有关。胶体分散系在自然界中尤其是在生物界中普遍存在，与人类的生活及环境有着非常密切的关系。

第一节分散系的分类 一、基本概念二、分散系的分类

一、基本概念 分散系　一种或几种物质分散在另一种物质中所形成的系统称为分散系统，简称分散系。分散相　分散系中被分散的物质称为分散相。分散介质分散系中容纳分散相的物质称为分散介质。按分散相粒子的直径的大小，分散系可分为粗分散系、胶体分散系和分子分散系。

二、分散系的分类 溶胶高分子溶液粗分散系泥浆、牛奶粗粒子

分子分散系也称溶液。通常所说的溶液是指液态溶液，常把分散相称为溶质，把分散介质称为溶剂。分子分散系也称溶液。通常所说的溶液是指液态溶液，常把分散相称为溶质，把分散介质称为溶剂。胶体分散系又可分为溶胶和高分子溶液。溶胶的分散相粒子是由许多小分子或小离子聚集而成，溶胶是高度分散的非均相系统，较不稳定。高分子溶液的分散相粒子是单个大分子或大离子，高分子溶液很稳定，属于均相系统。粗分散系包括悬浊液和乳浊液。悬浊液是固体小颗粒分散在液体介质中形成的粗分散系。乳浊液是液体小液滴分散在另一种液体中形成的粗分散系。

第二节混合物和溶液的组成标度 一、B 的质量分数二、B 的体积分数三、B 的质量浓度四、B 的分子浓度五、B 的浓度或 B 的物质的量浓度六、B 的摩尔分数七、溶质 B 的质量摩尔浓度

一、B的质量分数 按国家标准，混合物是指含有一种以上物质的气体相、液体相或固体相；溶液是指含一种以上物质的液体相或固体相。 wB为量纲一的量，其SI单位为1。例题

二、B的体积分数 φB 为量纲一的量，其 SI 单位为 1。例题

三、B的质量浓度 ρB 的 SI 单位为，常用单位为等。例题，

CB的SI单位为m-3，医学常用单位为L-1和mL-1。 医学临床上常用分子浓度表示血液中细胞的组成标度。我国成年男性血液中红细胞的分子浓度为4.5×1012~5.5×1012L-1，女性为3.8× 1012~4.6×1012 L-1。四、B 的分子浓度

五、B 的浓度或 B 的物质的量浓度 cB 的 SI 单位为 mol·m-3，医学常用的单位是 mol·L-1 ，mmol·L-1。例题

世界卫生组织建议：医学上表示体液组成时，凡是体液中相对分子质量已知的物质，均应使用物质的量浓度；对于相对分子质量未知的物质，可以暂时使用质量浓度。世界卫生组织建议：医学上表示体液组成时，凡是体液中相对分子质量已知的物质，均应使用物质的量浓度；对于相对分子质量未知的物质，可以暂时使用质量浓度。 B 的质量浓度与 B 的浓度之间的关系为： ρB=cBMB MB 为 B 的摩尔质量。例题

六、B 的摩尔分数 xB 为量纲一的量，其 SI 单位为 1。由 A，B 两种物质组成的混合物：则对于由多种物质组成的混合物：例题

七、溶质 B 的质量摩尔浓度 bB 的 SI 单位为 mol·kg-1。例题

第三节　稀溶液的通性 一、液体的蒸气压二、稀溶液的蒸气压下降三、稀溶液的沸点升高四、稀溶液的凝固点降低五、稀溶液的渗透压力

一、液体的蒸气压 在一定温度下，当液体与其蒸气达到液、气两相平衡时，液面上方的蒸气称为饱和蒸气，饱和蒸气所产生的压力称为该温度下液体的饱和蒸气压，简称蒸气压。

液体的蒸气压与液体的性质和温度有关。在相同温度下，不同的液体，其蒸气压不同。温度升高时，液体的蒸气压增大。液体的蒸气压与液体的性质和温度有关。在相同温度下，不同的液体，其蒸气压不同。温度升高时，液体的蒸气压增大。　　　液体的蒸气压等于外压时的温度称为液体的沸点。　　　液体的沸点与外压有关，外压越大，沸点就越高。液体在101.325 kPa 下的沸点称为正常沸点。　　　固体物质也具有一定的蒸气压。但一般情况下，固体的蒸气压较小。

二、稀溶液的蒸气压下降 　　　当水中溶入难挥发非电解质后，溶液的表面被一部分难挥发非电解质的分子占据着，这样在单位时间内从溶液的液面逸出的溶剂分子比纯溶剂减少。在一定温度下达到平衡时，溶液液面上方溶剂分子的数目比纯溶剂液面上方的少，因此难挥发非电解质的蒸气压要比纯溶剂的低，这种现象称为溶液的蒸气压下降。 1887 年，法国化学家 Raoult 指出：

对由溶剂 A 和难挥发非电解质 B 组成的稀 溶液：在稀溶液中由以上两式，得

三、稀溶液的沸点升高 在相同温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸气压总比纯溶剂的低。当温度升高到纯溶剂的沸点时，纯溶剂的蒸气压等于外界压力而沸腾；但溶液的蒸气压则低于外界压力。要使溶液的蒸气压等于外界压力，必须升高温度。这样必然导致溶液的沸点高于纯溶剂的沸点，这种现象称为稀溶液的沸点升高。

难挥发非电解质稀溶液的沸点升高与溶质 B 的质量摩尔浓度成正比。测定出溶液的沸点升高，可计算出 B 的摩尔质量。

四、稀溶液的凝固点降低 溶液的凝固点是指固态纯溶剂与液态溶液平衡共存时的温度。水中溶解难挥发非电解质后，溶液的蒸气压下降，也使溶液的凝固点降低。难挥发非电解质稀溶液的凝固点降低与溶质B 的质量摩尔浓度成正比。测量出难挥发非电解质稀溶液的凝固点降低可计算出 B 的摩尔质量。，

O 例题

五、稀溶液的渗透压力 （一）渗透现象和渗透压力 1. 渗透现象　　　　许多天然或人造的薄膜对于物质的透过有选择性，它们只允许某种或某些物质透过，而不允许另外一些物质透过，这类薄膜称为半透膜。　　　　水分子通过半透膜从纯水进入溶液或从稀溶液进入较浓溶液的现象称为渗透。渗透现象产生的原因，是由于半透膜两侧相同体积的液体内的水分子数目不相等。相同体积的纯水内的水分子数目比溶液的多，因此在相同时间内由纯水通过半透膜进入溶液的水分子数目要比由溶液进入纯水的多，其结果是水分子从纯水进入溶液。

产生渗透现象的条件： 　（1）必须有半透膜存在; （2）半透膜两侧相同体积的液体中水分子数目不相等。 2. 渗透压力用半透膜将水溶液与纯水隔开时，渗透必然发生。为了阻止渗透的发生，必须在溶液的液面上施加一额外压力。这种恰好能阻止渗透进行而施加于溶液液面上的额外压力称为溶液的渗透压力。

（二）渗透压力与浓度、温度的关系 1877 年，德国植物学家 Pfeffer 用人工制成的半透膜测量蔗糖水溶液的渗透压力。发现了如下两个规律：（1）在热力学温度一定时，稀溶液的渗透压力与溶液的浓度成正比；（2）在浓度一定时，稀溶液的渗透压力与热力学温度成正比。

1886 年，荷兰理论化学家 归纳出渗透压力与浓度、温度之间的关系。通过测定溶液的渗透压力，可以计算溶质的摩尔质量。例题

渗透溶液是指混合物中能产生渗透效应的 溶质的微粒（分子或离子）的浓度总和。对于强电解质溶液，渗透浓度等于溶液中溶质离子的总浓度；对于弱电解质溶液，渗透浓度等于溶液中未解离的弱电解质的浓度与弱电解质解离出的离子浓度之和；而对于非电解质溶液，渗透浓度等于其物质的量浓度。（三）B 的渗透浓度对于电解质的稀溶液：例题

　　　　利用稀溶液的凝固点降低和稀溶液的渗透压力，均可计算溶质的摩尔质量。由于 cBRT 在数值上大于 kfbB，因此溶液的渗透压力在数值上也大于溶液的凝固点降低。当溶液的浓度很低时，很小，不能准确测定；但此时 Π 仍比较大可以准确进行测定。由于小分子溶质也能透过半透膜，因此渗透压力法仅适合于高分子化合物的摩尔质量的测定。，

（四）渗透压力在医学上的意义 1．等渗、低渗和高渗溶液　　　　医学上的等渗、低渗和高渗溶液是以血浆的渗透压力或渗透浓度为标准来衡量的，正常人血浆的渗透浓度为 280~320 mmol·L-1。医学上规定渗透浓度在 280~320 mmol·L-1范围内的溶液为等渗溶液；渗透浓度小于 280 mmol·L-1的溶液为低渗溶液；渗透浓度大于 320 mmol·L-1的溶液为高渗溶液。　　将红细胞置于渗透浓度为 280~320 mmol·L-1 的等渗 NaCl 溶液中，在显微镜下观察，红细胞的形态没有发生变化。这是由于等渗 NaCl 溶液与红细胞内液的渗透压力相等，细胞内、外处于渗透平衡状态。

将红细胞置于渗透浓度低于 280 mmol·L-1的低渗 NaCl 溶液中，在显微镜下观察，可见红细胞逐渐胀大，最后破裂，释出血红蛋白使溶液呈浅红色，这种现象医学上称为溶血。这是因为低渗 NaCl 溶液的渗透压力小于红细胞内液的渗透压力，NaCl 溶液中的水分子透过细胞膜进入红细胞内，而使红细胞涨破。

　　　　将红细胞置于渗透浓度高于 320 mmol·L-1 的高渗 NaCl 溶液中，在显微镜下观察，可见红细胞逐渐皱缩，这种现象医学上称为质壁分离。这是因为红细胞内液的渗透压力低于高渗 NaCl 溶液的渗透压力，红细胞内液中的水分子透过细胞膜进入 NaCl 溶液，而使红细胞皱缩。例题

2．晶体渗透压力和胶体渗透压力 由小分子和小离子所产生的渗透压力称为晶体渗透压力。由大分子和大离子所产生的渗透压力称为胶体渗透压力。血浆的渗透压力主要是晶体渗透压力，而胶体渗透压力很小。在 ℃ 时，血浆的渗透压力为 770 kPa，其中胶体渗透压仅约为 4 kPa。

间隔着细胞内液与外液的细胞膜只允许水分子透过，而其他分子和离子（如K+，Na+等）不能透过。水分子的渗透方向主要取决于晶体渗透压力。当人体缺水时，细胞外液中盐的浓度就会相对升高，外液的晶体渗透压力增大，超过了细胞内液的渗透压力，使细胞内液的水分子进入细胞外液，造成细胞内失水。如果大量饮水或输入过多的葡萄糖溶液（葡萄糖在体内氧化成二氧化碳和水），又会造成细胞外液晶体渗透压力减小，细胞外液的水分子进入细胞内液，使细胞肿胀，严重时可引起水中毒。因此，晶体渗透压力对维持细胞内、外水的相对平衡起着重要作用。临床上常使用小分子晶体物质的溶液来纠正某些疾病所引起的水盐失调。

间隔着血液与细胞液的毛细血管壁，允许水分子和各种盐类的离子（如Na+，K+等）透过，只有蛋白质的分子或离子不能透过。小分子晶体物质对维持血液与组织液之间水的相对平衡几乎不起作用。蛋白质分子或离子所产生的胶体渗透压力虽然很小，但由于蛋白质分子或离子不能透过毛细血管壁，对维持血容量和血管内、外的水盐的相对平衡却起着重要作用。当血浆蛋白的浓度（特别是白蛋白浓度）因某些病变下降时，血浆的胶体渗透压力也随之降低，结果水分子和盐类离子由血浆进入组织液，而使血容量（人体血液总量）降低，组织液增多，这是形成水肿的一个因素。临床上对大面积烧伤或失血等原因造成血容量下降的病人进行补液时，由于这类病人的血浆蛋白损失很多，血浆胶体渗透压力下降，不能单纯补充晶体溶液（如生理盐水等）还要同时输入血浆或右旋糖酐等血浆代用品，才能恢复胶体渗透压力和增加血容量。

第四节溶胶 一、溶胶的性质二、溶胶的稳定性与聚沉三、溶胶的制备与净化

一、溶胶的性质 (一）溶胶的光学性质 1．Tyndall 现象 1869 年，英国物理学家 Tyndall发现：在暗室中让一束会聚的光通过溶胶，在与光束垂直的方向上可以看到一个圆锥形光柱，这种现象就称为 Tyndall 现象。溶胶的分散相粒子的直径在1~100 nm之间，小于可见光的波长（400~760 nm)，因此当光通过溶胶时发生明显的散射作用，产生 Tyndall现象。

由上式可得如下结论： 2．Rayleigh 公式（1）散射光强度与入射光波长的4次方成反比，入射光的波长越短，溶胶对光的散射作用越强。（2）散射光强度随分散相分子浓度的增大而增大。（3）分散相与分散介质的折光率相差越大，则散射作用越强。（4）散射光强度与分散相粒子体积的平方成正比，在胶体分散系范围内，随着分散相粒子的增大，对光的散射作用增强。

（二）溶胶的动力学性质 1. Brown 运动溶胶的分散相粒子在分散介质中不停地做不规则的折线运动，这种运动称为 Brown运动。

胶粒的 Brown 运动是由于胶粒受到处于不停运动的分散介质分子撞击，其合力不为零而引起的。

2. 扩散 溶胶的分散相粒子由于 Brown 运动，能自动地从浓度较高处移向浓度较低处，这种现象称为扩散。在生物体内，扩散是物质输送或物质分子通过细胞膜的推动力之一。

3. 沉降 溶胶在放置过程中，密度大于分散介质的胶粒，在重力作用下要沉降下来；但另一方面由于胶粒的 Brown 运动引起的扩散作用又力图促使浓度均一。当上述两种方向相反的作用达到平衡时，越靠近容器的底部，单位体积溶液中的胶粒的数目越多；越靠近容器的上方，单位体积溶胶中的胶粒的数目越少，形成了一定的浓度梯度，这种现象称为沉降平衡。

（三）溶胶的电学性质 1．电泳在电场作用下，胶粒质点在分散介质中的定向移动称为电泳。

2．胶粒带电的原因 （1）胶核的选择吸附：胶核的比表面很大，很容易吸附溶液中的离子。实验表明，与胶粒具有相同组成的离子优先被吸附。（2）胶粒表面分子的解离：胶粒与溶液中的分散介质接触时，表面分子发生解离，有一种离子进入溶液，而使胶粒带电。例如，硅酸溶胶的胶粒是由很多 xSiO2·yH2O 分子组成的表面上的 H2SiO3 分子在水分子作用下发生解离：，

3. 胶团的结构 AgI 溶胶的胶团结构示意图：溶胶的胶团结构也常用结构简式表示，如 AgI 负溶胶的结构简式表示为： [(AgI)m.nI-.(n-x)K+]x-.xK+

二、溶胶的稳定性与聚沉 （一）溶胶的稳定性溶胶具有一定的稳定性，其原因如下：（1）Brown 运动：溶胶的胶粒的直径很小，Brown 运动剧烈，能克服重力引起的沉降作用。（2）胶粒带电：同一种溶胶的胶粒带有相同电荷，当彼此接近时，由于静电作用相互排斥而分开。胶粒荷电量越多，胶粒之间静电斥力就越大，溶胶就越稳定。胶粒带电是大多数溶胶能稳定存在的主要原因。

（3）溶剂化作用：溶胶的吸附层和扩散层的离子都是水化的（如为非水溶剂，则是溶剂化的），在水化膜保护下，胶粒较难因碰撞聚集变大而聚沉。水化膜越厚，胶粒就越稳定。（3）溶剂化作用：溶胶的吸附层和扩散层的离子都是水化的（如为非水溶剂，则是溶剂化的），在水化膜保护下，胶粒较难因碰撞聚集变大而聚沉。水化膜越厚，胶粒就越稳定。 1．电解质对溶胶的聚沉作用 (二）溶胶的聚沉在溶胶中加入易溶强电解质，将使更多的反离子进入吸附层，减少了胶粒所带电荷，使水化膜变薄，使胶粒的运动足以克服胶粒之间的静电斥力，导致胶粒在相互碰撞时可能聚集合并变大，最终从溶胶中聚沉下来。

第一章 溶液和胶体分散系