第一章物质的聚集状态
( Collective State of Matter)
学****要求
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、结构及其性质等。
、表面活性物质、乳浊液的基本概念和特征。
在通常的温度和压强条件下,物质的聚集状态有气体(gas),液体(liquid)和固体(solid), 这三种聚集状态各有其特点,且在一定条件下可以相互转化。在特殊的条件下,物质还可以等离子状态存在。当物质处于不同的聚集状态时,其物理性质和化学性质是不同的。物质聚集状态的变化虽然是物理变化,但常与化学反应相伴而发生,所以了解和掌握有关物质的聚集状态的知识对解决各种化学问题是十分重要的。
本章将讨论气体、液体和溶液的基本性质和变化规律,晶体的分类和性质将在第七章中介绍。
物质除了以气态、液态和固态的形式单独存在以外,还常常以一种(或多种)物质分散于另一种物质中的形式存在,这种形式称之为分散系(dispersion system)。例如,粘土微粒分散在水中成为泥浆;乙醇分子分散在水中成为乙醇水溶液;奶油分散在水中成为牛奶等。在分散系中,被分散了的物质称为分散质(dispersion phase),而容纳分散质的物质称为分散剂(dispersion medium)。分散质处于分割成粒子的不连续状态,而分散剂则处于连续的状态。在分散系内,分散质和分散剂可以是固体、液体或气体。按分散质和分散剂的聚集状态分类,分散系可以有九种,见表1-1。由于大部分的化学反应和生物体内的各种生理、生化反应都是在液体介质中进行的,因此,本章主要讨论分散剂是液体的液态分散系的一些基本性质。按分散粒子的大小,常把液态分散系分为三类:粗分散系、胶体分散系和低分子或离子分散系,见表1-2。虽然这三类分散系的性质有明显差异,但是划分它们的界线是相对的
,因此分散系之间性质和状态的差异也是逐步过渡的。
表 1-1 按聚集状态分类的各种分散系
分散质
分散剂
实例
气
气
空气、家用煤气
液
气
云、雾
固
气
烟、飞尘
气
液
泡沫、汽水
液
液
牛奶、豆浆、农药乳浊液
固
液
泥浆、油漆、墨水
气
固
泡沫塑料、木炭、浮石
液
固
硅胶、珍珠
固
固
红宝石、合金、有色玻璃
表 1-2 按分散质粒子大小分类的各种分散系
分散质
粒子直径/nm
分散系类型
分散质
主要性质
实例
<1
低分子或
离子分散系
小分子或离子
均相,稳定,扩散快,颗粒
能透过半透膜
***化钠,氢氧化
钠,葡萄糖水溶液
1~100
胶体分散系
高分子溶液
高分子
均相,稳定,扩散慢,颗粒不能透过半透膜
蛋白质、核酸水溶液,橡胶的苯溶液
溶胶
分子、离子、原子的聚集体
多相,较稳定,扩散慢,颗粒不能透过半透膜
氢氧化铁,硫化***,碘化银溶胶
>100
粗分散系
乳浊液、悬浮液
分子的大集合体
多相,不稳定,扩散很慢,颗粒不能透过滤纸
乳汁,泥浆
系统中任何一个均匀的(组成均一)部分称为一个相(phase)。在同一相内,其物理性质和化学性质完全相同,相与相之间有明确的界面分隔。只有一个相的系统称为单相系统或均相系统(homogeneous phase system),有两个或两个以上相的系统称为多相系统(multiple phase system)。所以,低分子或离子分散系为均相系统,胶体分散系和粗分散系都属于多相系统。
理想气体状态方程
气态物质的基本特征是它的扩散性和可压缩性。一定温度下的气体常用其压力或体积进行计量。当压力不太高()、温度不太低(大于0℃)的情况下,气体分子本身的体积和分子之间的作用力可以忽略,气体的压力(pressure)、体积(volume)温度(temperature)以及物质的量之间的关系可近似地用下式来表示:
pV = nRT (1-1)
式(1-1)称为理想气体状态方程( ideal or perfect gas equation )。
式中:p为气体的压力,SI单位为Pa;
V为气体的体积,SI单位为为m3;
n为物质的量,SI单位为mol;
T为气体的热力学温度,SI单位为K;
R为气体常数。
在标准状况(p=×103Pa,T=)下,×10-3m3, 因此可以确定R的数值及单位为:
例1-1 L, ℃时,压力为500k
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