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溶液及溶液组成的表示方法

发布时间:2015-04-16 00:00 作者:中国标准物质网 阅读量:1426

广义上讲,溶液是一种分散体系,通常所谓的溶液是指液态溶液,其中最常见的又是以水为溶剂的水溶液,简称溶液。它与农业和生物科学有着密切的联系。这是因为生物体内的许多生化过程都是在水溶液中进行的。例如,人们的生活用水就是含有一定矿物质的水溶液;动物对营养成分的吸收,植物从土壤中吸取氮、磷、钾等都是通过溶液来输送的。因此,学习和掌握有关溶液的一些基础知识具有很重要的意义。

一、分散系

人们用观察、实验等手段进行科学研究及生产实践时,必须首先确定所要研究的对象,这种被确定的研究对象称为体系。体系中物理性质和化学性质完全相同的部分称为相。相与相之间有明显的界面。含有一个相的体系叫单相体系或均相体系,例如,氯化钠溶液、空气等。含有两个或两个以上相的体系叫多相体系,例如原油、牛奶等。

一种或几种物质分散在另一种物质中所形成的体系叫分散体系,简称分散系。分散系中被分散的物质叫分散质或分散相,而容纳分散质的物质叫分散剂或分散介质。例如,氯化钠溶于水所形成的氯化钠溶液,水滴分散在空气中形成的云雾,其中氯化钠和水滴为分散质,水和空气为分散剂。

按照分散质和分散剂聚集状态的不同,分散系可以分为9种。

按照分散质粒子的大小或者分散度的高低,分散系可以分为以下3类。

1.粗分散系

粗分散系中分散质粒子直径在10-7 m以上。被分散的粒子一般不能透过滤纸,在普通显微镜下甚至用肉眼就可观察到分散质粒子。这类分散系是不稳定的多相体系,静置时分散质粒子很容易从分散剂中分离出来。常见的粗分散系有悬浊液和乳浊液。悬浊液是固体分散质分散到液体分散剂中所形成的粗分散系,如可湿性粉剂加水后制成的悬浮液等。乳浊液是液体分散质以微小液滴的形式分散到液体分散剂中所形成的粗分散系,如牛奶、原油、多菌灵和乐果杀虫剂等。

2.分子或离子分散系

分子或离子分散系中分散质粒子直径在10-9m以下,分散质的分散程度达到单个小分子或离子的大小。分子或离子分散系是稳定的单相体系,即我们所熟悉的溶液,一般也称“真溶液”。由于分散质粒子很小,所以能透过滤纸,在普通显微镜及超显微镜下均看不到,无论放置多久,分散质粒子也不会从分散剂中分离出来。

3.胶体分散系

在胶体分散系中分散质粒子直径在10-9~10-7m之间,每一个分散质粒子均是由许多分子或离子组成的集合体。用眼睛和普通显微镜观察时,体系是透明的,看不见分散质粒子,外观与“真溶液”没有区别。但用超显微镜观察时能看到分散质粒子的存在。分散质粒子可以透过滤纸但不能透过半透膜。胶体分散系是一个相对稳定的多相体系,稳定性介于粗分散系与分子离子分散系之间,亦称为介稳体系。长时间放置,分散质粒子可以聚结变大,从分散剂中分离出来。

应当指出,上述三种分散系之间虽有明显的区别,但没有截然的界限,三者之间的过渡是渐变的。以粒子的大小范围作为分散系的分类根据只具有相对性。事实上已经发现,粒子直径为5×10-7m的分散系仍表现出胶体的性质。在研究问题的时候,我们常将溶液、浊液和胶体分别进行讨论,实际上存在的分散系往往是比较复杂的。例如,牛奶就是一个复杂的分散系,它的基本成分有水、脂肪、干酪质、乳糖等,其中脂肪以乳浊液的形式分散在水中,干酪质以胶体的形式分散在水中,而乳糖则以分子状态溶于水中形成溶液。

二、溶液组成的表示方法

在使用溶液时,常常需要知道溶液的浓度。一定量溶液(或溶剂)中所含溶质的量叫做溶液的浓度。由于溶质、溶剂和溶液的量,可以用千克(kg)、克(g)、摩尔(mol)或升(L)等单位表示,因此,表示溶液的组成也有多种方法。究竟采用哪一种表示方法,要由实际需要而定。下面介绍几种常用的溶液组成的表示方法。

1.溶质B的物质的量浓度

溶质B的物质的量浓度。cB等于溶质B的物质的量nB除以溶液的总体积V,用符号cB表示,即

cB=nB/V

式中:nB为溶质B的物质的量,SI单位为mol;V为溶液的体积,SI单位为m3;物质的量浓度cB的SI单位为mol.m-3。由于溶液的体积V的常用非SI单位为L,故物质的量浓度。cB的常用单位为mol·L-1。

根据SI规定,使用物质的量的单位“mol”时,要注明物质的基本单元。而物质的量浓度的单位是由基本单位“mol”推导得到的,所以在使用浓度单位时也必须注明所表示物质的基本单元。

例如:c(KMnO4)=0.10mol·L-1与c(1/5KMnO4)=0.10mol·L-1的两种溶液,它们浓度数值虽然相同,但是它们所表示的1L溶液中所含KMnO4的质量是不同的,分别为15.8g和3.16g。

2.溶质B的质量摩尔浓度

质量摩尔浓度常用符号bB来表示,是用溶液中溶质B的物质的量除以溶剂的质量表示的溶液的浓度,即

bB=nB/mA

式中:nB为溶质B的物质的量,SI单位为、mol;mA为溶剂的质量,SI单位为kg;bB为溶质B的质量摩尔浓度,SI单位为mol·kg-1。

质量摩尔浓度的优点是不受温度的影响,在室温下配制的溶液,升高温度后,只要溶剂不损失,质量摩尔浓度则不发生变化。因此,它通常用于稀溶液依数性的研究和一些精密的测定中。

3.溶质B的质量分数

溶质B的质量与混合物的质量之比称为B的质量分数,用wB来表示。

wB=mB/m

式中:mB为B的质量,SI单位为kg;m为混合物的质量,SI单位为kg。质量分数的SI单位为1。例如,将10g氢氧化钠溶于90g水中即得w(NaOH)=0.1(或10%)的氢氧化钠水溶液。

4.溶质B的质量浓度

B的质量与混合液体积之比称为B的质量浓度,B的质量浓度用ρB表示:

ρB=mB/V

式中:mB为B的质量,SI单位为kg;V为混合液的体积,SI单位为m3,质量浓度的SI单位为kg·m-3,常用单位为g·L-1。

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