《无机化学与化学分析》章末总结8

第八章主要是对溶液物理性质的简单介绍。其实这部分不太像化学，更接近一些预备知识。

8 溶液的物理性质

8.1 溶液的类型

溶液（solution）是两种或多种物质组成的均匀混合物，其组分在分子水平上均匀地混合在一起。可以简单分为液体溶液，气体溶液和固体溶液。溶液中存在量最大或决定溶液存在状态的组分称为溶剂（solvent）；溶解在溶剂中的其他组分称为溶质（solute）。

将KCl和NaCl细细研磨后均匀混合也不能称为溶液，因为在分子水平上两者依然是泾渭分明的。

8.2 溶液的浓度

溶液浓度是定量的溶剂中溶解的溶质的量，溶解的溶质越多则浓度越大。

浓度的定量表达方法可以分为质量分数、体积分数、摩尔分数、质量浓度、物质的量浓度和质量摩尔浓度等。具体的定义按下不表。

值得注意的是物质的量浓度与质量摩尔浓度的区别，一个是以体积为基础，一个是以质量为基础，以体积为基础的溶液浓度会受温度变化影响，所以高精度的测量常用质量摩尔浓度，平时普通的化学计算可以忽略因使用物质的量浓度而产生的微小误差。

8.3 溶液的依数性

对于不同的溶液，有那么一些性质，只与溶质的质点数有关，而与其种类无关，这些性质称为依数性（colligative properrties）。例如下面将讨论的蒸汽压、沸点、凝固点和渗透压。需要注意，下面所讨论的溶液限于挥发性的溶剂与非挥发性的溶质。

对于可挥发的溶剂而言，表面的溶剂分子不断脱离进入空气中，同时空气中的分子又不断进入溶剂。当二者的速率达到平衡时，液气两相达到平衡，此时气体溶剂的分压称为饱和蒸汽压。

溶液的蒸汽压低于溶剂的蒸汽压，其规律满足拉乌尔定律（Raoult’s law）：$p=xp^*$

$p$表示溶液蒸汽压，$x$是溶剂的摩尔分数，$p^*$是纯溶剂的蒸汽压。对于浓度较大的实际溶液，不精确服从拉乌尔定律。

通过拉乌尔定律也能看出，溶液蒸汽压是依数性的。

（ 对于溶液来说，可以考虑溶液表面混合分布着溶剂和溶质分子，单位表面积的溶剂分子数自然少于纯溶剂表面的溶剂分子数，因此分子脱离液相的速率降低，所以蒸汽压自然较小。这与拉乌尔定律的描述相一致。 ）

蒸汽压下降必然导致了沸点升高和凝固点降低，即分子需要更高温度来脱离液相，同时只需更低的温度从液相转化为固相。更详细的分析可以通过相图来说明，此处略去。

（ 懒得找图了XD ）

沸点升高值和凝固点降低值与溶质的性质无关，因此也是依数性的。

浓度不同的两种溶液会在半透膜的两边逐渐形成液面高度差，支撑高度差形成的即是渗透压（osmotic pressure），它同样是依数性的，定量表达式为：$\varPi = cRT$。

8.4 电解质溶液及其活度

瑞典化学家阿伦尼乌斯（S. A. Arrhenius）提出了电解质的电离理论，即可电离的物质溶于水之后形成离子，而不需要外加电流。电离理论一定程度上解释了一些依数性反常现象。

荷兰化学家范特霍夫（J. van’t Hoff）用一个特定因数i表达这些偏离预期值的反常现象的实测值，如氯化钠的i为1.94，几乎是浓度的两倍。用电离理论来解释则为：一些物质溶于水之后电离产生了更多离子，质点数增加所以依数性的性质增加。

但是缺点同样显而易见，那就是NaCl的i值并不等于2，同样硝酸铅的i值为2.89，也不等于3，说明解释仍存在不足。

德国化学家德拜（P. Debye）和休克尔（E. Hückel）于1923年提出了强电解质溶液理论，完美解释了上述反常现象。该理论认为电解质电离出的离子被相反电荷的离子组成的”离子氛“所包围，由于正负电荷的互相拉扯，相当于质点数有所减少，据此引出溶液活度概念。

活度（activity）即为考虑离子间的引力后得到的有效浓度，显然是要小于物质的量浓度的，但是大多数要求不高的计算中可以忽略其误差。在很稀的溶液中，活度可视为等于化学计量浓度。

8.5 胶态分散体系

一种物质以微粒形式分散在另一物质中形成的体系叫分散体系。根据微粒大小不同可分为分子分散体系，胶态分散体系和粗分散体系。

胶态分散体系也常称胶体（colloids），其具有特征的丁达尔效应（Tyndall effect）。

总结

有关溶液的物理性质，可以看作是为后面章节补充基础。