物质的聚集状态
第一章 物质的聚集状态
vap H m
为液体的摩尔蒸发热（摩尔汽化焓）
只要知道p1、p2、T1、T2和 vap H m 五个量 中任意4个，就能求出另外一个物理量。
1.2.3 液体的沸点 液体在蒸发过程中，随着外加温度的升高， 蒸气压也在逐渐增大，当外加温度增加到液体 的饱和蒸气压等于外界（环境）压力时，在整 个液体中的分子都能发生气化作用，液体开始 沸腾，此时的温度就是该液体在该压力下的沸 点（boiling point）。 液体的沸点随外压而变化，压力越大， 沸点也越高。当外压为标准情况的压力（即 101.325kPa）时的沸点，为正常沸点。一般我 们所说的沸点都是正常沸点。
理想气体分子之间没有相互吸引和排斥， 分子本身的体积相对于气体所占有体积完全可 以忽略。
pV = nRT
R---- 摩尔气体常量
在STP下，p =101.325kPa, T=273.15K
n=1.0 mol时, Vm=22.414L=22.414×10-3m3
pV R nT 3 3 101325Pa 22.414 10 m 1.0mol 273.15K 8.314 J mol 1 K 1
定量的气体，当压力一定时，气体的体积 V与热力学温度T成正比。 数学式可表示为 或 或 V = V0T/T0 V∞T V1/V2 = T1/T2
查理-盖· 吕萨克定律也可以用图形来表示， 称为等压线—— 直线。如图1.2 所示。
3. 阿伏加德罗定律 在相同的温度和压力下，相同体积的不同 气体均含有相同数目的分子。 1.1.2 理想气体的状态方程 人们将符合理想气体状态方程式的气体， 称为理想气体。
R=8.314 kPaLK-1mol-1=8.314Pa· 3 · -1mol-1 m K
大学化学物质的聚集状态
04 固态物质
晶体结构
1 2 3
晶体结构定义
晶体是由原子、分子或离子按照一定的规律在三 维空间内周期性重复排列形成的固体物质。
晶体分类
根据晶体内部原子、分子或离子的排列方式，晶 体可以分为离子晶体、原子晶体、分子晶体和金 属晶体等。
晶体性质
晶体具有规则的几何外形、固定的熔点和各向异 性的特点。
非晶体结构
高分子溶液的特性与应用
特性
高分子溶液的特性主要包括溶液粘度较高、稳定性较好、不易结晶等。这些特性使得高分子化合物在 许多领域都有广泛的应用，如塑料、橡胶、涂料、粘合剂等。
应用
高分子溶液在工业生产和科学研究中具有广泛的应用，如制备高分子材料、改善材料性能、制备高分 子复合材料等。此外，高分子化合物在生物医学领域也有广泛应用，如制备药物载体、组织工程支架 等。
胶体的性质
胶体具有丁达尔效应、布朗运动、电泳和电渗等性质。这些性质与胶体粒子的大 小和带电性质密切相关，是胶体区别于其他分散体系的重要特征。
大分子溶液的定义与性质
大分子溶液的定义
大分子溶液是由高分子化合物溶解于溶剂中形成的均一、透 明、稳定的溶液。
大分子溶液的性质
大分子溶液具有粘度较大、扩散系数较小、不易渗透等性质 ，这是因为高分子化合物在溶液中能够形成较大的分子链， 对溶剂分子产生较大的阻力。
大学化学物质的聚集状态
contents
目录
• 物质的聚集状态简介 • 气态物质 • 液态物质 • 固态物质 • 溶液的聚集状态 • 胶体与大分子溶液
01 物质的聚集状态简介
聚集状态的定义
聚集状态是指物质在一定条件下所呈 现的空间形态，包括单个分子、分子 间相互作用形成的聚集集体以及更大 尺度的物质结构。
物质的聚集状态
物质的聚集状态
物质的聚集状态主要有气态、液态、固态和等离子态等。
气态是物质的一种聚集状态，特点是分子间的距离较大，分子间的相互作用力很微弱，分子可以自由运动。
液态是物质的一种聚集状态，特点是分子间的距离较小，分子间的作用力较大，分子可以有限制地运动。
固态是物质的一种聚集状态，特点是分子间的距离很小，分子间的作用力很大，分子只能在平衡位置附近振动。
此外，还有等离子态、超固态和玻色-爱因斯坦凝聚态等其他聚集状态。
当气体中分子运动更加剧烈，成为离子、电子的混合体时，称为等离子态；当压强超过百万大气压时，固体的原子结构被破坏，原子的电子壳层被挤压到原子核的范围，这种状态称为超固态；有些原子气体被冷却到纳开（10－9K）温度时，被称为气体原子（玻色子）都进入能量最低的基态，称为玻色–爱因斯坦凝聚态。
物质的四种聚集状态
物质的四种聚集状态
物质存在四种不同的聚集状态，包括固体、液体、气体和等离子体。
这些状态的区别在于原子或分子之间的相互作用和排列方式。
固体是一种最密实的聚集状态，其中原子或分子紧密排列在一起。
它们的形状和体积都是固定的，不像液体或气体那样随着温度或压力的变化而改变。
例子包括冰、岩石和金属。
液体是一种聚集状态，其中原子或分子之间的相互距离比固体稍大，但比气体小。
液体的形状是不稳定的，而体积是固定的。
液体的分子之间存在相互作用，因此液体可以流动。
例子包括水、牛奶和汽油。
气体是一种聚集状态，其中原子或分子之间的距离比液体和固体更大。
气体的形状和体积都是不稳定的，可以根据温度和压力的变化而变化。
气体的分子之间的相互作用很弱，因此气体可以自由流动。
例子包括氧气、氮气和二氧化碳。
等离子体是一种高能状态下的物质，其中原子或分子被剥离电子，形成带正电荷的离子。
等离子体存在于极端条件下，如太阳表面、闪电和等离子体切割器中。
它们通常表现出高温、高压和高电流的特性，因此在工业和科学中具有广泛的应用。
- 1 -。
第2章 物质的聚集状态
第2章物质的聚集状态(3学时)2.1 概述2.2 理想气体2.3 溶液2.4 固体—晶体物质的聚集状态：气体、液体、固体以及超临界液体等物质的聚集状态物质由分子组成，在通常情况下，物质呈固态、液态和气态。
固体：有一定的体积和一定的形状液体：有一定的体积气体：没有固定的体积和形状。
组成物质的分子是不停地运动的，并且分子间存在着相互作用力(引力和斥力)。
固体内部粒子的相互作用力最强，液体次之，气体最弱。
2.1 概述1. 相态（phase）：是物质的状态（或简称相，也叫物态）指一个宏观物理系统所具有的一组状态。
一个态中的物质拥有单纯的化学组成和物理特性（如密度、晶体结构、折射率等）。
2.相图表达一系列温度压力下的相平衡关系右图区：液相区，固相区，气相区和超临界区线：两相平衡区，S-L线（BD），S-G线（AB），L-G线（BC）点：三相共存点：B点，临界点：C点，Tc：临界温度，Pc：临界压力✧三相点：273.16K,610.75Pa ✧临界点：647.29K, 22.09MPa水的相图临界点与超临界态✧在临界点以下，气态和液态之间具有显著区别✧在临界点以上，这种区别将不复存在✧这种状态称为：超临界流体（supercritical fluid,简称SCF）如：水的临界点为T= 374.3℃，P c = 22.09MPa，c在此临界点以上，就处于超临界状态，该状态的水就称为超临界水。
超临界流体特点：具有液体和气体的优点，密度大，粘稠度低，表面张力小，有很强的溶解能力。
CO2：临界温度较低（Tc=364.2K），临界压力也不高（Pc=73.8MPa），无毒，无臭，不污染环境，实际工作中使用较多的事超临界流体。
如：用超临界CO：2从咖啡豆中除去咖啡因从烟草中脱除尼古丁大豆或玉米胚芽中分离甘油酯轻易穿过细菌的细胞壁，在其内部引起剧烈氧化反应，杀死细菌。
超临界流体在绿色化工工艺的开发研究中具有重要的价值。
其他聚集态当温度足够高时，外界提供的能量足以破坏分子中的原子核和电子的结合，气体就电离成自由电子和正离子，即形成物质的第四态——等离子态(plasma),电离气体。
大学基础化学课件之物质的聚集状态
白色无水CuSO4溶于水
NaOH溶于水
NH4NO3溶于水 50升的水与 50升的纯乙醇混合 50升苯与 50升醋酸混合
蓝色 放热 吸热 体积<100升
体积>100升
溶液既不是溶质和溶剂的机械混合，也不是 两者的化合物。溶解过程是一个特殊的物理-化学 过程，常伴随着能量、体积、颜色的变化。
溶解实际包括两个过程：
2、查理-盖•吕萨克Charles-Gay-Lussac定律 V/T =常量（P, n 恒定）
3、阿佛伽德罗Avogadro定律
在相同温度和压力下，相同体积的不同气 体均有相同数目的分子。
V/n =常量（T, P 恒定）
2.理想气体的状态方程
pV nRT
其中，R为摩尔气体常数。
R pV 101325Pa 22.414 103 m3
摩尔分数(mole fraction)
定义：某种组分的物质的量与混合物的物质的量之比
xB nB (单位1) n总
nB : 溶质B的物质的量，mol n总 : 溶液中所有物质的物质的量的总和，mol
质量分数(mass fraction)
定义：溶质B的质量与溶液总质量之比
wB
mB（单位1） m总
原因：溶剂的部分表面被溶质所占 据，因此在单位时间内逸出液面的 溶剂分子数就相应减少，使得溶液 的蒸发速率降低。
实验测定25℃: 水的饱和蒸气压为： p(H2O)=3167.7Pa； 0.5 mol ·kg-1 糖水的蒸气压则为： P(H2O)=3135.7Pa； 1.0 mol ·kg-1糖水的蒸气压为： P(H2O)=3107.7Pa
设溶质的摩尔分数为xB
xA+xB=1 p=p0·(1－xB) p0 －p=p0·xB △p=p0·xB
教学课件：第一章-物质的聚集状态
气态物质如空气中的水蒸气、二氧化碳等，用于气象观测和气候变 化研究，对环境保护和气候预测具有重要意义。
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气体定律与状态方程
1 2 3
理想气体定律
理想气体遵循玻意耳定律、查理定律和盖吕萨克 定律，这些定律描述了气体在不同条件下的状态 变化。
状态方程
理想气体的状态方程为PV=nRT，其中P表示压 强，V表示体积，n表示摩尔数，R表示气体常数， T表示温度。
实际气体近似
对于压强较大或温度较低的气体，实际气体可以 近似为理想气体。
04 气态物质
气体分子运动论
01
分子运动论的基本假设
气体由大量做无规则运动的分子组成，分子之间相互作用力可以忽略。
02
分子平均动能
气体分子的平均动能与温度成正比，温度越高，分子运动越剧烈。
03
分子分布
气体分子在空间的分布是均匀的，但在单位时间内与器壁碰撞的分子数
与气体分子速率大小有关，呈现出“中间多、两头少”的分布规律。
流动性
液体具有一定的流动性，可以流动 和变形。
液体的相变与热力学性质
熔点和沸点
熔点和沸点是液体物质的重要热 力学性质。
热容量和导热性
液体的热容量和导热性与温度有 关，不同液体有不同的热容量和
导热性。
相变过程
液体在一定条件下可以发生相变， 如蒸发或凝固。
液体中的溶解与扩散
溶解度
不同物质在液体中的溶解度不同。
气体的相变与热力学性质
相变
01
气体在一定条件下可以发生相变，例如液化、凝华等。相变过
程中气体的热力学性质会发生显著变化。
物质的聚集状态
同温同压下，1mol任何气体的体
积都相等，但未必等于22.4L。
使用气体摩尔体积时应注意
（1）只适用于气态物质，对于固态物质 和液态物质来讲，都是不适用的。 （2）可适用于混合气体 （3）并不是只有标准状况下气体摩尔体 积是22.4 L·mol-1 ，非标准状况下也有 可能，当把22.4 L·mol-1 用于计算时必 须是标准状况。
决定气体体积 的主要因素
粒子的数目
粒子的大小
可以忽略 可以忽略
粒子的间距
二、决定气体体积的因素
1. 粒子的数目
2. 粒子间的距离 思考：气体分子间的距离和什 么有关？
温度越高，
气体分子
间距越大； 体积越大；
压强越大，
气体分子
间距越小； 体积越小；
思考：气体分子间的距离 和什么有关？
当粒子数目一定时：
物质的聚集状态
物质有固、液、气三种状态，三种状态有何差异？ 从微观角度解释这三种状态存在差异的原因。
Fe
固体
H2O
液体
H2
气体
物质的聚集状态主要有气态、液态、固态三
种，这是宏观的；
其微观原因就是原子或分子聚集结构不同。
那么气态、液态、固态在宏观性质和微观结 构上到底有何差别呢？
不同聚集状态物质的结构与性质
气 态
Fe
H2O
Pb
H2SO4
1mol 任何物质所含的微粒数
目都相同，1mol 物质的质量往往
不同。1mol 物质的体积是否相同 呢？
表一
（表中所列物质的密度均为293K下的测定值） 物质 Al 物质的 质量 量（mol） （g） 1 27 密度 体积 （g· cm-3） （ cm-3 ） 2.7
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1.3
溶液浓度的表示方法
广义地说，两种或两种以上的物质均匀混合而且 彼此呈现分子（或离子）状态分布者均称为溶液。 气态溶液(空气)
溶 液 液态溶液：(酸、碱) 固态溶液 (合金)
溶质
溶剂
溶液的浓度：是指一定量溶液或溶剂中所含溶质的量。 由于“溶质的量”可取物质的量、质量、体积，溶液 的量可取质量、体积，溶剂的量常可取质量、体积等， 所以在实际生活中我们所遇到的浓度的表示方法是多种 12 多样的。
学习要求
1.了解分散系的分类及主要特征。 2.掌握理想气体状态方程式和气体分压定理。 3.掌握稀溶液的通性及其应用。 4.熟悉胶体的基本概念、结构及其性质等。 5.了解高分子溶液、表面活性物质、乳浊液 的基本概念和特征。
无机及分析化学 第一章 1
1.1
分散系
分散在另一种物质中形成的混合体系。
分散系（disperse system）: 由一种或多种物质
VB pB p V
(1-6)
分压定律只适用于理想气体混合物，但对压力 不太高的真实混合气体，在温度不太低的情况 下也可以使用。
无机及分析化学 第一章 10
外加例题：在250C与101 kPa 压力下，已知丁烷气中
有1.00%(重量)的H2S , 求: H2S 和C4H10 的分压力。
解：设现有1 公斤丁烷气，则其中：
分压力：在相同温度下，混合气体中某组分气体单独 占有混合气体的容积时所产生的压力。
7 无机及分析化学 第一章
分压定律(law of partial pressure):混合气体 的总压等于组成混合气体的各组分 气体的分压之和。
p pB
p — 气体的总压 pB — 组分气体B的分压
无机及分析化学 第一章
固态混合物有多少种纯固体物质，即有多少相。
5
无机及分析化学 第一章
1.2
1.2.1
气体
理想气体状态方程
pV nRT
p—
适用条 件 压力不太高、温度不太低，体积 和分子间的作用力可以忽略 气体的压力 ，单位为 Pa
V — 气体的体积，单位为m3
n — 气体的物质的量，单位为mol
R — 摩尔气体常数，8.314J· mol-1· L-1
(1-2)
8
RT pB nB V
两式相除，得
(1-2a)
RT pn V
(1-3)
(1-2b)
nB pB p n
将组分气体B的摩尔分数xB=nB/n代入，得
pB xBp
无机及分析化学 第一章
(1-4)
9
在同温同压状态下
VB nB V n
将式(1-5)代入式(1-3)，得
(1-5)
4
1-100
胶 高分子溶液 高分子 体 分 溶 胶 分子、离子、 散 原子的聚集体 系 分子的大集合体
> 100 粗 乳浊液 分 悬浮液 散 系
无机及分析化学 第一章
相：系统中任何一个均匀的部分称为一个相，在同 一相内具有相同的物理性质和化学性质。 ①单相系统：只含有一相，是均匀的。 多相系统：多于一相的系统叫多相系统。 ②说明：相与组分不同，相与物态不同，通常两相 之间有明确的界面分开 气态混合物均为一（单）相。液态混合物视互溶 与否分一、二、三相。
分散相(dispersion phase)
分散系 分散介质(dispersion medium) 分散相和分散介质以是固体、液体或气体。
2
无机及分析化学 第一章
表 1状态分类的各种分散系
分 散 剂
气 气 气 液 液 液 固 固 固
无机及分析化学 第一章
基本单元 数 1 mol 3 mol
质 量 相 同
摩尔质量
前者是后者的 3倍
15
1.3.2
质量摩尔浓度
nB bB mA
(1-8)
bB —溶质B的质量摩尔浓度，单位为mol· kg-1 nB —溶质B的物质的量，单位为mol
mA —溶剂A的质量，单位为kg
质量摩尔浓度与温度无关
两种溶液浓度数值相同，但是，它们所表示1 L溶 液中所含KMnO4的质量是不同的，前者15.8克， 后者为3.16克。
14
无机及分析化学 第一章
Question
1mol H3PO4与3mol (1/3 H3PO4 )的 基本单元和基本单元数是否相同？质量 是否也相同？摩尔质量比是多少？
基本单元 前者 后者 H3PO4 1/3 H3PO4
1000 1.00% 0.293 mol n(H2S) = 34.1
1000 1000 1.00% n(C4H10) = 17.0mol 58.1 nH 2 S 0 . 293 P(H2S) = P 101 1.71kPa 总 n总 0.293 17.0 nC4 H10 17.0 101 99.3kPa P(C4H10 ) = P 总 n总 17.0 0.293 11
实
例
空气、家用煤气 云、雾 烟、灰尘 泡沫、汽水 牛奶、豆浆、农药乳浊液 泥浆、油漆、墨水 泡沫塑料、木炭、浮石 肉冻、硅胶、珍珠 红宝石、合金、有色玻璃
3
表 1-2
按分散相粒子大小分类的各种分散系
分散相
小分子或离子
分散相 分散系类型 粒子直径/nm
<1 溶 分子或离子 液
主要性质
均相，稳定，扩散快 分散系颗粒能透过半透膜 均相，稳定，扩散慢 颗粒不能透过半透膜 多相，较稳定，扩散慢 颗粒不能透过半透膜 多相,不稳定,扩散很慢 颗粒不能透过滤纸
T — 气体的热力学温度，单位为K
无机及分析化学 第一章
6
1.2.2
道尔顿分压定律
由于在通常条件下，气体分子间的距离大，分子间的 作用力很小，所以气体具有两大特征，即扩散性和可 压缩性，任何气体都可以均匀充满它所占据的容器。
如果将几种彼此不发生化学反应的气体放在同一容器 中，各种气体如同单独存在时一样充满整个容器。
1.3.1
物质的量浓度
nB cB V
nB — 溶质B的物质的量，单位为mol V — 混合物的体积，单位为L
无机及分析化学 第一章
(1-7)
cB — 溶质B的物质的量浓度 ，单位为mol· L-1
13
注意: 使用物质的量单位mol时，要指明物质的 基本单元。
例： c(KMnO4)=0.10mol· L-1 c(1/5KMnO4)=0.10mol· L-1的两个溶液。