第4章 分子间相互作用与溶剂特性
高分子物理---第四章 分子量与分子量分布
T c0
n Kc n M
1 Kc Mn
(2) 气相渗透法(VPO)
通过间接测定溶 液的蒸气压降低 值而得到溶质分 子量的方法
溶液
T 溶剂
T Ax2 n2 x2 n1 n2
n2 n2 n1 n2 , x2 n m/ M n1 n2 n1
假设聚合物试样的总质量为m, 总物质的量为 n, 不同分子量分子的种类用 i 表示
第 i 种分子的分子量为Mi , 物质的量为ni , 质量为mi , 在整 个试样中所占的摩尔分数为xi , 质量分数为wi , 则有:
n
i
n,
m
i
m
ni xi , n
mi wi m
x
i
1,
P
P T
1 1 T , P P T
V G G 1 而 n n P n V1 T 1 T P T P 1 T 1
M Mn
2 n
2
2 M n M w 1 n Mn
多分散系数: Polydispersity coefficient Mw Mz d or d Mn Mw
单分散 Monodispersity
4.2 聚合物分子量的测定
化学方法 Chemical method 端基分析法 热力学方法 Thermodynamics method 沸点升高，冰点降低，蒸气压下降，渗透压法 光学方法 Optical method 光散射法 动力学方法 Dynamic method 粘度法，超速离心沉淀 及扩散法 其它方法 Other method 电子显微镜，凝胶渗透色谱法
溶质与溶剂的相互作用
温度影响：温度升高，溶解度增大；温度降低，溶解度减小。
压力影响：压力增大，溶解度增大；压力减小，溶解度减小。
溶剂性质影响：极性溶剂中，极性溶质溶解度较大；非极性溶剂中，非极性溶质溶解度较大。
溶质性质影响：分子间作用力强的溶质，溶解度较小；分子间作用力弱的溶质，溶解度较大。
溶解平衡
定义：溶质与溶剂达到动态平衡的状态
溶解度与温度：温度升高，溶解度增大；温度降低，溶解度减小
溶解度曲线：表示溶质在不同温度下溶解度的变化关系
溶解度：溶质在溶剂中达到饱和状态时的浓度
分子间作用力
范德华力：溶质与溶剂分子间的主要作用力
氢键：溶质与溶剂分子间可能存在的特殊作用力
离子键：溶质与溶剂分子间可能存在的强作用力
疏水作用：溶质与溶剂分子间可能存在的排斥作用力
在工业生产中的应用
制药行业：药物的溶解和提取
食品行业：食品添加剂的溶解和提取
化学工业：化学反应中的溶质与溶剂的相互作用
环保行业：废水处理中的溶质与溶剂的相互作用
溶质与溶剂的相互作用的未来研究展望
新材料的探索与应用
新型溶质与溶剂的探索：寻找具有特殊性质的溶质和溶剂，以实现更广泛的应用。
新型溶质与溶剂的应用：研究新型溶质与溶剂在生物医药、环保、能源等领域的应用。
压力的影响
添加标题
添加标题
添加标题
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压力对溶解速度的影响：增加压力，溶解速度加快
压力对溶解度的影响：增加压力，溶解度增大
压力对溶解平衡的影响：增加压力，溶解平衡向溶解方向移动
压力对溶液性质的影响：增加压力，溶液的黏度、密度等性质发生变化
溶质和溶剂的特性影响
溶质和溶剂的极性：极性相似的溶质和溶剂更容易相互溶解
溶质和溶剂的特性
溶质和溶剂的特性溶质和溶剂是化学中非常重要的概念，它们在溶液中扮演着不可或缺的角色。
本文将介绍溶质和溶剂的特性，包括它们的定义、性质、相互作用以及对溶液形成和性质的影响。
一、溶质的特性溶质是指在溶液中被溶解的物质。
当溶质与溶剂发生相互作用时，会发生各种物理或化学变化。
下面是溶质的一些主要特性：1. 粒子大小：溶质可以是一个小分子、离子或更大的分子。
这些粒子的大小直接影响着它们在溶液中的行为。
小分子溶质通常更容易被溶解，而离子则会通过与溶剂的相互作用产生离子化。
2. 极性：溶质可以是极性的或非极性的。
极性分子在水等极性溶剂中更容易溶解，因为它们之间存在着电荷间的相互吸引力。
非极性溶质通常更容易溶解在非极性溶剂中，如石油醚。
3. 溶解度：溶质的溶解度指的是在给定的溶剂中能溶解的最大量。
溶解度受溶质和溶剂之间相互作用的影响。
一些溶质的溶解度受温度、压力和溶液浓度等因素的影响。
二、溶剂的特性溶剂是指用于溶解溶质的物质。
它可以是液体，固体或气体，并且通常是无色和无味的。
以下是溶剂的一些主要特性：1. 极性：溶剂可以是极性的或非极性的。
与极性溶剂相比，非极性溶剂通常更易于溶解非极性分子。
同时，极性溶剂也可以溶解极性分子和离子。
2. 极性指数：一个溶剂的极性可以通过极性指数来衡量。
极性指数较高的溶剂通常更喜欢与极性分子发生相互作用，而极性指数较低的溶剂则更容易溶解非极性分子。
3. 沸点和沸点：溶剂的沸点和沸点也常常决定了其在实际应用中的使用性能。
低沸点溶剂在溶液制备中通常更便于去除，而高沸点溶剂在温和条件下被广泛应用于有机合成。
三、溶质和溶剂的相互作用溶质和溶剂之间的相互作用对于溶液的形成和性质起着重要作用。
根据它们之间的相互作用类型，溶质和溶剂可以进一步分为以下几类：1. 同性相互作用：当溶质和溶剂是相同的物质时，它们之间的相互作用称为同性相互作用。
例如，水可以与水形成氢键，形成水合物。
2. 极性相互作用：当极性溶质与极性溶剂发生相互作用时，它们之间的极性相互作用可以导致物质的溶解和解离。
其它课程-分离课后习题及答案_3
分离课后习题及答案【注意事项】1.因时间关系，详细复习总结的电子版没时间做了，大家抽空多看看课本，考试以课本基础知识为主，书上找不到答案的不会考。
2.这里主要总结了老师上课讲的课后题参考答案，以及部分往届复习的名词解释整合，大家参考记忆。
3.考试题型：6-7个名词解释，6-7个选择题（考察细节掌握，一个两分），填空，简答论述（接近50分）。
4.不考计算题，但依然会考公式的其他应用，复习时自己注意。
5.【P22】【P24】【P44-45】【P216-217】这几页的图和表必须会解读，【P191-192】这两页表必须背过，必考重点！考试没有画图题，但可能有读图题，常见的重点图示必须熟悉。
6.抓紧时间好好复习，今年监考比历届都要严，不要因小失大！！！7.最后，祝都过。
第一章绪论1.分离技术的三种分类方法各有什么特点？答：（1）按被分离物质的性质分类分为物理分离法、化学分离法、物理化学分离法。
（2）按分离过程的本质分类分为平衡分离过程、速度差分离过程、反应分离过程。
（3）场流分类法2.分离富集的目的？答：①定量分析的试样通常是复杂物质，试样中其他组分的存在常常影响某些组分的定量测定，干扰严重时甚至使分析工作无法进行。
这时必须根据试样的具体情况，采用适当的分离方法，把干扰组分分离除去，然后才能进行定量测定。
②如果要进行试样的全分析，往往需要把各种组分适当的分离，而后分别加以鉴定或测定。
③而对于试样中的某些痕量组分，进行分离的同时往往也就进行了必要的浓缩和富集，于是就便于测定。
因此物质的化学分离和测定具有同样重要意义。
3.什么是直接分离和间接分离？答：直接分离是将待测组分从复杂的干扰组分分离出来；间接分离是将干扰组分转入新相，而将待测组分留在原水相中。
4.阐述浓缩、富集和纯化三个概念的差异与联系？答：富集：通过分离，使目标组分在某空间区域的浓度增大。
浓缩：将溶剂部分分离，使溶质浓度提高的过程。
纯化：通过分离使某种物质的纯度提高的过程。
高分子物理_第四章
良溶剂：与聚合物存在强相互作用，能很好地将 聚合物溶解。 不良溶剂：热力学上可以溶解，但实际不易溶解 的溶剂。 非溶剂：热力学上不能溶解。 沉淀剂：能与溶液中的溶剂互溶的非溶剂。例 如，聚苯乙烯的甲苯溶液，水和庚烷都是非溶 剂，庚烷可为沉淀剂。
Hildebrand公式
非极性（或弱极性）高聚物与溶剂混合时，其混合热变化可 用Hildebrand公式表示。
(3) 对于不能气化的高聚物，可利用液体的热膨胀系数α和压缩系 数β计算δ。δ ≈ (αT /β)1/2
(4) 高聚物的溶度参数还可通过基团的摩尔引力常数计算。
∑F δ =
~ V
i
=
d ∑ Fi M0
式中∑Fi是克原子或基团的摩尔引力常数之和，d为高聚物的 密度，M0为高聚物链节分子量。
(5) 实验测定高聚物的溶度参数可以采用稀溶液粘度法或 交联网溶胀法。例如，稀溶液粘度法使用若干种溶度参数 不同的溶剂，测定高聚物特性粘度最大值所对应的溶度参 数，这就是高聚物的溶度参数。
第四章
高分子溶液
主要内容：高聚物的溶解， 高分子溶液的热力学性质，高分子亚浓溶液，高 分子浓溶液等。
4.1 高分子溶液的类型及应用
高分子以分子状态分散在溶剂中所形成的均 相混合物称为高分子溶液，主要指液态溶液而 言，与小分子溶液一样，它属于热力学稳定体 系。 与小分子溶液不同的是，高分子溶液的性质 随浓度的改变有很大的变化。
P1和P10分别表示溶剂组份在溶液中和纯溶剂中的蒸汽压，X1是溶剂的摩尔分数。
理想溶液的混合熵:
i ∆S m = − R (n1 ln X 1 + n 2 ln X 2 )
上标i表示理想溶液，R为气体常数，n为摩尔数。
理想溶液的混合自由能:
溶质与溶剂的相互作用与溶解过程
溶质与溶剂的相互作用与溶解过程相互作用指的是不同物质之间的相互作用力。
在化学中，溶质和溶剂之间的相互作用是溶解过程的基础。
溶质是指能被溶解的物质，溶剂是指用于溶解溶质的物质。
在溶解过程中，溶质和溶剂之间存在着多种相互作用方式。
本文将探讨溶质与溶剂的不同相互作用及其对溶解过程的影响。
1. 极性溶质与极性溶剂的相互作用极性溶质和极性溶剂之间的相互作用是溶解过程中最常见的情况之一。
极性溶质分子中存在着部分正负电荷的分布，而极性溶剂分子也具有类似的电荷分布。
在溶解过程中，极性溶质分子通过静电作用与极性溶剂分子相互吸引，形成氢键或离子-极化电荷作用力。
这种相互作用力有助于溶质分子在溶剂中分散并与其他溶质或溶剂分子相互作用。
2. 极性溶质与非极性溶剂的相互作用极性溶质在非极性溶剂中的溶解也是一种常见情况。
在这种情况下，极性溶质分子与非极性溶剂分子之间的相互作用较弱。
由于非极性溶剂无法与极性溶质通过静电作用相互吸引，溶质分子往往在非极性溶剂中聚集在一起形成团簇。
这种相互作用方式通常被称为疏水作用，即由于溶质分子间的相互作用力较大，使得溶质分子在非极性溶剂中聚集。
3. 非极性溶质与极性溶剂的相互作用非极性溶质在极性溶剂中的溶解是另一种常见情况。
由于非极性溶质分子不具有明显的电荷分布，与极性溶剂分子之间的相互作用力较弱。
在这种情况下，溶质分子往往通过弱的范德华力与极性溶剂分子相互作用。
范德华力是一种短程力，由溶质分子的电子云与溶剂分子的电子云引起。
这种相互作用力足以克服溶质分子之间的相互作用力，使得溶质分子在极性溶剂中分散。
4. 非极性溶质与非极性溶剂的相互作用非极性溶质和非极性溶剂之间的相互作用通常较弱。
由于它们都没有明显的电荷分布，相互间的相互作用力主要是范德华力。
在这种情况下，溶质和溶剂分子之间的相互作用力较小，溶质分子在溶剂中往往以团簇的形式存在。
总结起来，溶质与溶剂的相互作用方式主要包括极性-极性作用、极性-非极性作用、非极性-极性作用和非极性-非极性作用。
分离课后习题和答案解析
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4.不考计算题，但依然会考公式的其他应用，复习时自己注意。
5.【P22】【P24】【P44-45】【P216-217】这几页的图和表必须会解读，【P191-192】这两页表必须背过，必考重点！考试没有画图题，但可能有读图题，常见的重点图示必须熟悉。
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（2）按分离过程的本质分类分为平衡分离过程、速度差分离过程、反应分离过程。
（3）场流分类法2.分离富集的目的？答：①定量分析的试样通常是复杂物质，试样中其他组分的存在常常影响某些组分的定量测定，干扰严重时甚至使分析工作无法进行。
这时必须根据试样的具体情况，采用适当的分离方法，把干扰组分分离除去，然后才能进行定量测定。
②如果要进行试样的全分析，往往需要把各种组分适当的分离，而后分别加以鉴定或测定。
③而对于试样中的某些痕量组分，进行分离的同时往往也就进行了必要的浓缩和富集，于是就便于测定。
因此物质的化学分离和测定具有同样重要意义。
3.什么是直接分离和间接分离？答：直接分离是将待测组分从复杂的干扰组分分离出来；间接分离是将干扰组分转入新相，而将待测组分留在原水相中。
4.阐述浓缩、富集和纯化三个概念的差异与联系？答：富集：通过分离，使目标组分在某空间区域的浓度增大。
现代分离方法与技术第1章 ·绪论【精选】
实例二：己烷和水的混合实验。
将己烷和水放在一个烧杯里，它们不能自发混合 形成均匀溶液；当剧烈搅拌（做功）时，则相互 分散，短时间内形成均匀溶液，一旦放置（停止 搅拌）则形成互不相溶的两相。在这个实例中， 我们看到混合过程不能自发进行，而（做功使之 混合后的）分离过程可以自发完成。
现代分离技术
Modern technology for separation
内容简介
第一章 绪 论 第二章 分离过程的热力学 第三章 分离过程的动力学 第四章 分子间相互作用与溶剂特性 第五章 萃取分离法 第六章 色谱分离原理
内容简介
第七章 制备色谱技术 第八章 膜分离 第九章 电化学分离法 第十章 其他分离技术 第十一章 分析鉴定方法与分离分
杂志
化学工程； 化工学报； 膜科学与技术； 高分子材料科学与工程；
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第一章 绪 论
§1.1 分离科学及其研究内容 §1.2 分离科学的重要性 §1.3 分离过程的本质 §1.4 分离方法的分类 §1.5 分离富集在分析化学中的应用 §1.6 分离富集方法 §1.7 分离方法的评价 §1.8 直接分离和间接分离 §1.9 分离富集技术的发展趋势
（1）平衡分离过程 利用外加能量或分离剂使混合物体系形成两相界面，
通过两相界面的平衡关系使均相混合物得以分离。如液 -液萃取（达到平衡时的分配系数不同）；结晶（固-液 平衡）；蒸馏（液-气平衡） （2）速度差分离过程 利用外加能量，强化特殊梯度场（重力梯度、压力梯 度、温度梯度、浓度梯度、电位梯度等）。如高速或超 速离心强化离心力场，使用过滤材料强化不同物质移动 的速度差。电泳强化离子移动速度差等。一般用于非均 相混合物的分离。 （3）反应分离过程
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现代分离方法与技术
4.1.3 氢键相互作用
3. 氢键的强弱
与X和Y原子的电负性有关
X、Y原子的电负性越大，形成的氢键越强 与X和Y原子的原子半径有关 X、Y原子的原子半径越小，越易接近氢核，形成的 氢键越强。
例如：F原子的电负性最大，原子半径较小，
所以： －F－H……F 中的氢键最强。
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4.1.4 电荷转移相互作用
1.Lewis酸碱
Lewis酸—具有较强电子接受能力的化合物 Lewis碱—具有较强电子给予能力的化合物
2.电荷转移络合物
电子给予体与电子接受体之间形成的络合物
3.电荷转移络合物形成的条件 电子给予体分子中要有一个能量较高的已占分子轨道， 因而具有相对较低的电离势；电子接受体分子中要有 能量足够低的空轨道，因而具有相对高的电子亲和能。
3. 色散力
色散相互作用原理：假定两个分子i和j处于不停的、
随机的运动状态，这些分子中的外层电子也在不停地 运动。
当此两分子恰好处于相邻位置时，由于分子i上 的电子随机运动可能在某一瞬间t，电子在核周围的 位置不对称，使分子中产生瞬时偶极距。
i分子中的瞬时偶极距又在相邻分子j中诱导出一
个相应的偶极。于是，分子i和j都具有了瞬时的偶极 距，它们因静电作用而相互吸引。
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4.电荷转移反应 D + A (D…..A D+…..A－) (a) 未发生电荷转移作用； (b)表示电荷从D转移至A形成近于离子键状态的 (b) (a)表示D和A由一般分子间力连接， D和A之间
络合物。
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5.芳香烃、烯烃上取代基的影响 取代基的性质对芳香烃和烯烃的电子接受或给予能力 的影响很大。
一些溶解现象的定性解释
A B
水
HAA
小
HBB
HAB
HAB
＋
互溶性
难溶
己烷
大（氢键） 小
己烷
己烷
戊烷
丙酮
小
小
小
小
小
0
可溶
易溶
大（氢键） －
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2.诱导偶极相互作用
诱导偶极—非极性分子没有固有偶极矩，但当受到电场
作用时，分子中的电荷常常发生分离，被诱导产生偶极。
诱导偶极距 —与外加电场强度E成正比。
＝E
为被诱导分子的极化率。
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•诱导能
一个非极性（或弱极性）分子i处于邻近极性分子j的电 场中时，所产生的平均诱导能为：
混合物A,B
否 分析分子结构是否有差别 是 与分离有关的性质上的差异 选择分离方法、材料和条件 调整体系中A, B 1.分子间相互作用 2.化学作用 3.外场作用 使A, B不同
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4.1 分子间相互作用
物理相互作用和化学相互作用的区别
物理相互作用
新物质的生成 无
化学相互作用
体系总能量 UT： UT=Ua+Ub+U(r) 分子间相互作用势能U(r)： U(r)=UT-(Ua+Ub)= UT-U() 这种相互作用势能也称作“双体相互作用势能函数”
Lennard-Jones方程：
U (r )
A B 12 6 r r
式A和B为常数，通常实验测得r值。
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分子间相互作用势能U(r)在数值上等于将两个分子从无限 远处推进至相距r处时所需作的功。
U ( r ) F( r )dr
相距r处两分子相互作用力F(r)为：
r
U ( r ) F( r ) r
习惯上规定排斥力为正值，吸引力为负值
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4.1.1 分子间静电相互作用
假设两个分子（离子）所带电量分别为qi和qj,和所 有带电粒子之间的静电相互作用一样，这两个分子间的 静电力（F）遵循库仑定律：
极性化合物的分子间也存在色散相互作用。 许多分离方法中，色散力起重要作用。 色散力也是许多溶剂极性不同的主要原因。
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分子间范德华力大小
在上述三种范德华力中，色散力通常是主要的。 例如：在40C液态2-丁酮的内聚能计算值由8％的 定向作用能、14％的诱导作用能和78％的色散 作用能组成。
F
qi q j 4 0 r
2
对于荷电分子而言，qi和qj是单位电荷e的积分，则 两个分子间的静电作用势能Uij为：
U ij
zi z j e 2 4 0 r
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4.1.2 分子间范德华力
范德华力主要包括： 永久偶极相互作用力； 诱导偶极相互作用力； 色散力。
不同类型分子间三种相互作用的大小不同。
有
相互作用能
弱
强
（015kJ/mol） （200400kJ/mol） 方向性与饱和性 无 有
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分子间相互作用是介于物理与化学相互作用之间的作用 氢键—键强度较弱（8～40 kJ/mol），有饱和性和方向性。 电荷转移—键能较弱（5～40 kJ/mol），化合物不稳定。 络合（配位）作用—强电荷转移相互作用，可分离得到晶体。 分子间相互作用的表征—势能或分子间力。 体系能量 当两个分子a和b相距无限远时，它们之间的相互作用可忽略 不计。这时由分子a和b组成的体系的总能量等于它们各自的能量 之和。 即：
吸电子基团使不饱和烃成为电子接受体 常见吸电子基团： －N(CH3)3+ ，－NO2，－CF3，=O，－COOH， －CHO，－CN， －X，－COR，－SO3H，
电子接受体化合物：1,3,5-三硝基苯，四氰基乙烯
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推电子基团使不饱和烃成为电子给予体 常见推电子基团： －CH3，－NH2，－OH，－NHCOCH3， －C6H5， －OCH3 电子给予体化合物： 1,3,5-三甲基苯，苯胺
偶极
这种现象称为 分子的极化
现代分离方法与技术 分子间的相互作用也 可产生极化
（3）瞬时偶极 分子自身振动所 致，分子越大越容易
变形，瞬时偶极越大。
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1.永久偶极相互作用
永久偶极—分子中电荷分布不均匀的现象永久存在相互作 用势能。
具有永久偶极矩i和j的分子i和j，其相互作用势能为：
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第4章
分子间相互作用与溶剂选择
现代分离方法与技术 4.1 分子间相互作用 4.1.2 静电相互作用 4.1.3 分子间范德华力 4.1.4 氢键相互作用 4.1.5 电荷转移相互作用 4.2 物质的溶解与溶剂极性 4.3 疏水相互作用
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分离的基本思路:
分子间相互作用是联系物质结构与性质的桥梁
Ii，Ij分别为分子i和j的第一电离势，i，j分别为i和j的 极化率。 各种分子之间的电离能相差不大（880～1100 kJ/mol）， 色散力主要取决于极化率，即化学键的性质。
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色散力—色散力无处不在
色散相互作用普遍存在于各类化合物中。
非极性分子间相互作用力主要是色散力，如常温常 压下，己烷为液态、碘为固态。 许多有机物中，色散作用构成总吸引能的主要部分。
(U ij )CD
2 2 2 i j 3kT ( 4 0 )2 6
(ij)CD表示随机取向的偶极相互作用的平均作用能。 例如：对季铵盐分子而言， i＝j＝33.3510-30 cm (10dB),当r=1nm,T=300K时，平均作用能为9.7 kJ/mol,而 最大偶极相互作用能（偶极方向反平行）为50 kJ/mol。
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分子的极性与键的极性
分子的极性 1、极性分子 2、非极性分子 键的极性 1、极性共价键 2、非极性共价键
分类者不一定统一（与电负性和分子空间 构型有关 ） 电偶极矩 电负性差
现代分离方法与技术 正负电荷中心不重合便产生偶极 （1）永久偶极 极性分子的正负电荷重心不重合所产生的固有偶极。 （2）诱导偶极 外电场的作用使 分子变形产生的
现代分离方法与技术 6.软硬酸碱理论
软硬酸碱理论是判断电子给予体和电子接受体之 间电荷转移程度的定性标准。 软是指路易斯酸碱间的电荷转移不很明显，形成 以共价键为主的化学键；硬则指电荷转移很显著， 形成以离子键为主的化学键。 通常硬酸易与硬碱结合，软酸易与软碱结合。
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7.电荷转移络合物在分离中的应用 不饱和烃（烯烃、炔烃）的分离
亚铜盐、银盐、铂盐可以与烯烃和炔烃形成稳定
的电荷转移络合物，被用于烯烃和炔烃的分离或 回收。
CuCl2已用于乙炔、乙烯、丁二烯、苯乙烯的工业 分离。
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9.电荷转移络合物的离解压
电荷转移反应
亚铜盐与乙烯电荷转移络合物的形成涉及气体-固体平衡 C2H4(g)+ CuCl（s） CuClC2H4 （s）
( ij )CD
1 (4 0 )2
2 2 ( i j j i ) 6
例如：四氯化碳、环己烷、甲苯、正庚烷等的固有偶极矩 很小，但它们被诱导的极化率（值）较高（分别为 105,109,123,136 cm3），因而在极性溶剂中均有较高的 极化能。
现代分离方法与技术
U () U a U b
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双体（双分子）相互作用势能函数
当对体系做功使两个分 子相互接近到某一距离 r时，由该双分子组成 的体系的总能量UT中， 增加了分子间相互作用 势能U(r)。 U(r)与分子a和b的结构及 两分子对称中心间距离 r有关。