第1章+物质的聚集状态2014.3.z8.pdf

2014‐3‐111第 1章 物质的聚集状态普通物质分为三态：气体 (gases)、 液体 (liquids)、 固体 (solids)，目前有 等离子态、超固态、中子态1物质处于不同的聚集状态，会呈现出不同的物理化学性质，不同的聚集状态之间也可在一定条件下相互转化因而 ， 对物质聚集状态的理论研究是化学从 宏观向 微观 发展过程中的重要环节等离子体（ plasma)等离子体是一种电离气体，由气体电离后产生的离子、电子及中性粒子等组成，宏观上呈电中性，是继固、液、气态之后物质存在的第四态，是物质的一种高能量聚集状态在非常高的温度下，物质气体分子碰撞剧烈，使得处于原子核外的电子获得足够的能量脱离原子核束缚 成为自由，电子在更高的温度下，电离过程加剧，气体可以达到差不多完全电离的程度这种处于高度电离状态，含有电子、带正电的离子以及少量中性原子的物质称为等离子体2等离子体的产生y 高温等离子体（完全电离）：大气电离层、极光、闪电、太阳风 ……弧焊、电弧炉 ……y 低温等离子体（部分电离）辉光放电、微波等离子体、高频放电 ……3等离子体电视等离子电视主要由两片玻璃基板构成 ,技术原理利用高压放电使惰性气体 Ne,He,Xe等 ,产生紫外线照射在彩色荧光粉后 ,激发出红、绿、蓝可见光 ,再配合驱动电路的设计与处理将三种颜色的光混合 ,形成各式各样的彩色画面。

4y 受到巨大压力，组成物质的微粒间距离急剧缩小，密度特别大超固态中 子中 子 态态子子y 在超固态的基础上受到更大压力，物质结构改变，原子核在的质子和电子都变成中子，密度巨大内容提要§1.1 气体§1.2 液体和溶液§1.3 固体§1.4 胶体2014‐3‐112§§ 1.1 气气体 体常见的气体包括:单质气体 H2, N2, O2, O3, F2, Cl2……稀有气体 He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn气体化合物CO2, CO, HCl, NH3, NO, NO2, SO2, CH4……气体研究的重要性y 气体参与了自然界的大部分反应，如：y 人的呼吸及新陈代谢 （ O2→ CO2）y 植物的光合作用 （ CO → O ）（2→2）y 燃烧反应 （ O2参与）8此外，气体参与了许多传递过程，如咖啡香味的传递等 因此，我们将气体作为化学学科的一个主要研究内容气体的性质‰密封的气体在外界作用力下容易被压缩，与液体、固体相比，气体的压缩率最大；‰ 加热后气体体积膨胀；‰ 气体很容易混合，混合后为均一的相9气体的参数气体的参数y 描述气体需要借助四个参数：y 1 ）、气体的温度y 2 ）、气体的体积y 3 ）、气体的压力y 4 ） 气体的物质的量 ） 、 气体的物质的量y 改变这些参数中的任何一个，其他三个中必然至少有一个发生变化。

10§§ 1.1.1 理想气体状态方程理想气体 是客观上不存在的理想的科学概念‰气体分子本身没有体积‰气体分子间没有作用力‰ 将分子视为质点 ， 从而简化了不同分子间的区别11将分子视为质点 ， 从而简化了不同分子间的区别高温低压低压 气体定律：理想气体状§§ 1.1.1 理想气体的状态方程态方程：pV=nRT2014‐3‐113pV=nRT 或 pVm=RT1.理想气体的状态方程RTMmpV= 或p 是压力，单位为 PaV是体积，单位为3mn是物质的量，单位为 molR是摩尔气体常数，等于118.3145 J mol K− −⋅⋅T是热力学温度，单位为 K( / 273.15)KTt=+℃1) 计算 p， V， T， n四个物理量之一应用范围 :温度不太低，压力不太高的真实气体pV= nRT关于气体的计算142) 气体密度的计算RTpMVm==ρVmRTMp=请参考课本的例题 1.1( P2)pRTMρ=例：计算 25℃ ， 101325Pa时空气的密度空气的平均分子量为 29）解1：( )3mmol 25152733158101325−⋅⎭⎬⎫⎩⎨⎧+×==RTpVn153mmol 87.40 ..−⋅={}33mkg 1.185mg 2987.40−−⋅=⋅×=MVn＝空气ρ解 2:直接使用密度计算公式。

RTpMVm==ρ•真实气体的 微观模型：分子间有相互作用，分子本身有体积2 理想气体的微观模型16不可无限压缩•理想气体 微观模型：分子间无相互作用，分子本身无体积××××理想气体的模型17×××××××××可无限压缩◆ 理想气体 是真实气体在 p→ 0 情况下的 极限状态 ◆ 理想气体状态方程 是理想气体的宏观外在表现◆ 理想气体微观模型 反应了理想气体的微观内在本质说明◆◆ 真实气体 并不严格符合理想气体状态方程，也就是说真实气体在方程 Pv=nRT中的R不为常数 ◆ 真实气体 只在 高温低压 （100nm 悬浊液 ,乳浊液 ,泡沫1.4.2 胶体的分类若根据分散相和分散介质的聚集状态进行分类1)液溶胶将 液体作为分散剂 所形成的溶胶当分散78相为不同状态时，则形成不同的液溶胶：A. 液 -固溶胶 如油漆， AgI溶胶B. 液 -液溶胶 如牛奶，石油原油等乳状液C. 液 -气溶胶 如泡沫2014‐3‐11142)固溶胶将 固体作为分散介质 所形成的溶胶当分散相为不同状态时，则形成不同的固溶胶：79A. 固 -固溶胶 如有色玻璃，不完全互溶的合金B. 固 -液溶胶 如珍珠，某些宝石C. 固 -气溶胶 如泡沫塑料，沸石分子筛3)气溶胶将 气体作为分散介质 所形成的溶胶。

当分散相为固体或液体时，形成气 -固或气 -液溶胶， 但没有气 -气溶胶 因为不同的气体混合后是单相均 一80， 因为不同的气体混合后是单相均系统，不属于胶体范围A. 气 -固溶胶 如烟，含尘的空气B. 气 -液溶胶 如雾，云要求：① 分散相粒子大小落在1 nm-100 nm范围内；② 具有足够的稳定性（有适当的稳定剂存在）1.4.3 胶体的制备1.4.3 溶胶的特性溶胶的特性1、、 Brown运动运动 (Brownian motion)Brown运动是 分散介质分子以不同大小和方向的力对胶体粒子不断撞击而82通过大量观察，得出结论： 粒子越小， Brown运动越激烈，当半径大于 5 μm， Brown运动消失 其运动激烈的程度不随时间而改变，但 随温度的升高而增加一束光通过溶胶，从侧面（与光垂直方向）可以看到一个光的圆锥体， ——区分溶胶与溶液和悬浮液Tyndall效应的另一特点是， 不同方向观察到的光柱有不同的颜色2、丁达尔 Tyndall效应原因 ——光的散射现象光的散射现象当光束通过分散系统时，一部分自由地通过，一部分被吸收、反射或散射可见光的波长约在 400~700 nm之间。

1）当光束通过 粗分散系统 ，由于粒子大于入射光的波长，主要发生 反射 ，使系统呈现混浊 2） 当光束通过 胶体溶液 由于胶粒直径小于可见光波长84（ ） ， ，主要发生 散射 ，可以看见乳白色的光柱 3）当光束通过 分子溶液 ，由于溶液十分均匀，散射光因相互干涉而完全抵消， 看不见散射光 2014‐3‐11153、、 电泳 （（ electrophoresis）现象）现象影响电泳的 因素 有：带电粒子的大小、形状；粒子表面电荷的数目；介质 中电解质的种类、离子带电 胶粒 或大分子在外加电场的作用下向带相反电荷的电极作 定向移动 的现象称为 电泳 85强度， pH值和黏度；电泳的温度和外加电压等测定电泳的仪器和 方法 很多，主要有三类，即显微电泳、界面移动电泳和区域电泳电泳现象说明： 胶粒（分散相）带电例： AgNO3+KI = AgI(溶胶） + KNO3AgNO3过量，胶体 带正电荷 ， 正溶胶 ；−+•−••+3-3mxNO]x)NO(nnAg[(AgI)x胶核吸附层 扩散层胶团的结构胶粒胶团胶核胶粒胶团胶体带电的原因※ 吸附（主要原因）高度分散的胶体粒子具有很高的表面 Gibbs自由能，吸附带电粒子以降低 σ。

Fajans规则 ： 容易与晶体离子形成不溶物的离规则 容易与晶体离子形成不溶物的离子优先被吸附※离解SiO2+H2O ⇔ H2SiO3 → HSiO3−+ H+胶核胶核（电中性）++−•−••−xK]x)K(nnI[(AgI)xmKI作稳定剂，胶体 带负电荷 ，负溶胶练习： KI作稳定剂时，胶体带什么电？写出胶团结构88胶核胶粒胶团胶粒 (带负电 )胶团 (电中性 )1.4.4 溶胶的 稳定性表现： 不分层也不沉积原因 （ 1） 胶粒带有电荷 ， 互相排 斥 主要原因 ）（ ） 胶粒带有电荷 ， 互相排 斥 主要原因 ）（ 2）溶剂化作用溶胶的聚沉聚沉： 使胶粒聚积成交大的粒子而沉降的过程方法： 加电解质；加带相反电荷的溶胶；加热电解质的聚沉能力：■ 反离子价态 ↑ 聚沉能力 （ H+除外 ） ↑■ ↑ ， （ ） ↑ 聚沉能力为反离子价态6次方之比■ 同价正离子，半径↑，聚沉能力↑同价负离子，半径↑，聚沉能力↓ 2014‐3‐1116大分子溶液对胶体的 保护作用 与 敏化作用在憎液溶胶中加入某些大分子溶液，加入的量不同，会出现两种情况：当加入大分子溶液的 量 足够多 时 ， 会 保护 溶91量 足够多 时 ， 会 溶胶不聚沉，这种现象称为 保护作用 .在加入 少量 大分子溶液时，会促使溶胶的聚沉，这种现象称为 敏化作用 ；当加入的大分子物质的量不足 时，憎液溶胶的胶粒粘附在大分子上，大分子 起了一个桥梁作用，把胶粒联系在一起，使之更容易聚沉。

92例如，对 SiO2进行重量分析时，在 SiO2的溶胶中加入少量明胶，使 SiO2 的胶粒粘附在明胶上，便于聚沉后过滤，减少损失，使分析更准确931.4.5 表面活性物质表面惰性物质（非表面活性物质）凡是使溶液表面张力增加的物质表面活性物质：凡是使溶液表面张力减小的物质 习惯上：加入少量就能 显著降低 表面张力的物质，又称 表面活性剂 应用特点： 用量小，收效大工业味精工业味精 ” ”1）表面活性剂结构特点）表面活性剂结构特点表面活性剂由结构上不对称的 两部分组成，为双亲化合物亲水基 :极性基团常见的亲水基有羧基、磺酸基和羟基等易溶于水，具有亲水性质结构特点结构特点 —双亲性双亲性非极性基团亲油基 ::一般为长链烃基 易溶于油，具有亲油性质 憎水基 )非极性基团易溶于油，具有亲油性质一般为长链烃基极性基团易溶于水，具有亲水性质常见的亲水基有羧基、磺酸基和羟基等亲水基亲水基亲油基亲油基H2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2COHCH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CO2014‐3‐11172）表面活性剂分类）表面活性剂分类按亲水基团的结构分类离子型阴离子阳离子如 肥皂、磺化油 、如 烷基三甲基氯化铵两性 如 十二烷基氨基丙酸钠非离子型 平平加、OP等特种表面活性剂特种表面活性剂氟碳表面活性剂、硅表面活性剂烷基二甲基甜菜碱性例：阴离子表面活性剂例：阴离子表面活性剂如 ： 肥皂溶于水后，起表面活性作用的是阴离子。

一般，阴离子表面活性剂水溶液显 中性或碱性 如 ： 肥皂硬脂酸钠 CH3(CH2)16COONa亲水基亲油基溶于水C17H35COONa C17H35 COO-+ Na+ 主要成分 :表面吸附的定向排列与形成溶液胶束空气 空气 空气 空气水水 水水3）表面活性剂的基本性质）表面活性剂的基本性质极稀溶液 稀溶液开始形成胶束溶液大于 CMC溶液CMC位置对应在 σ-c曲线的转折处当溶液浓度较稀，吸附量不大时，表面活性剂分子在表面层有较大的活动范围，它们的排列不那么整齐，但其憎水基团仍然倾向于逸出水面当达到饱和吸附时，表面活性剂。