物质的聚集状态
1. Intro
- 气液固三态
- 第四态: 等离子体. 温度足够高打破原子核与电子结合
- 液体固体之间过渡: 液晶; 流动性与各向异性
2. 气体
理想气体状态方程: \(pV = nRT\)
2.1. Dalton 分压定律
- 温度与总体积恒定时, 混合气体的总压等于各组分气体的分压强之和.
- 适用条件: 无化反, 理想气体.
- 推论: \(p_iV_t = n_iRT, P_tV_i = n_iRT, P_tV_t = n_tRT\)
2.2. 范斯瓦尔德方程
\[ \left( p + \frac{n^2}{V}a \right)(V-nb) = nRT \]
2.3. 相数计算
气体一个相, n 个固体 n 个相, 液体完全互溶一个相, 完全不互溶为两个相.
气体液化需要动能降低, 势能上升, 即 T↓P↑
2.4. 临界温度, 临界压强
2.5. 饱和蒸汽压
- 饱和蒸气压: T 确定时, 气液两相平衡时蒸汽相的压强.
- 温度不变蒸汽压不变, 温度升高, 蒸汽压越大.
2.5.1. 饱和蒸汽压和温度关系
\[ \lg P = -\frac{\Delta H_{vap}}{2.303RT} + B \] \[ \Rightarrow \lg \frac{P_2}{P_1} = \frac{\Delta H_{vap}}{2.303R} \times \frac{T_2 - T_1}{T_1T_2} \Rightarrow \ln \frac{P_2}{P_1} = \frac{\Delta H_{vap}}{R} \times \frac{T_2 - T_1}{T_1T_2} \] T 变化不大时,\(\Delta H_{vap}\) 可以近似看作常数。
3. 凝固与熔化 升华与沉积
3.1. 凝固点/熔点
- 凝固点/熔点: 液固两项共存温度
- 大多数: 外压升高, 熔点或凝固点升高, H2O 反之
3.2. 固体的蒸气压曲线 P~T:
\[ \lg P = -\frac{\Delta H_{sub}}{2.303RT} + B \]
4. 相图
- 体系的组分数: 用来表达相平衡体系各相组成所需要的最少物种数.
- 相律: F = C - P + 2. 其中 F 为(P, T)的自由度; C 为体系组成数; P 为相数。
5. 溶液
- 溶液: 两种或两种以上的纯物质互相分散而形成的均匀的稳定的混合物.
- 质量分数(W溶质/W溶液), 摩尔分数(n质/n总),
- 质量摩尔浓度(b(mol/kg)=n 质/W 剂), 体积摩尔浓度/物质的量浓度(c(mol/L)=n 质/V 溶液).
对于稀的水溶液(ρ = 1kg/L), c(mol/L) = b(mol/kg)
5.1. 溶解度
- 溶解度 S: 饱和溶液中溶质中的浓度.
- 固体溶解度表示方法:
- S克/100g 溶剂,
- S克/100g 饱和溶液,
- S摩尔/1L 饱和溶液.
- 含结晶水的物质的溶解度通常用 100g 水中所含无水盐的克数表示
- 影响固体 S 的因素:
- 固体本身的性质与结构(eg. 氢键)
- P 影响很小, T 影响明显.
- 影响气体 S 的因素:
- 气体性质与结构,
- T,
- P -> Henry 定律
5.1.1. Henry 定律
- 一定温度下气体在液体中溶解度与该气体压强成正比 \(C = K_{H, c}\times P\)
- henry 常数被温度, 气体种类, 溶剂种类确定.
- 适用范围: 稀溶液, P 低于中等压强, 气体与溶剂之间无化学反应.
5.1.2. 依数性
- 依数性:植于单位体积溶液中溶质的粒子数有关的性质
- E.g., 蒸汽压的下降, 沸点的上升, 凝固点降低, 溶液渗透压.
- 蒸汽压的下降: Raoult 定律
- \(P = P^0 \times x_{d}\), P 为溶剂产生的蒸汽压, P0 为纯溶剂的蒸汽压. d for dissolvent.
- 适用范围: 不具有挥发性的 非电解质 的稀溶液.
- 推论: \(\Delta P = P^0 \times x_s\), s for solute 溶质 here. 蒸汽压的下降与溶液中的溶质摩尔分数成正比.
- 沸点上升
- \(\Delta R_b = K_a\times b_s\), s for solute.
- 适用范围: 非电解质 不具挥发性稀溶液.
- 凝固点降低
- \(\Delta T_f = K_f\times b_s\), s for solute.
- 常用于测定溶质分子量
- 溶液的渗透压/𝜋/
- 对于 非电解质 的稀溶液 \[ \pi = cRT = \frac{n}{V}RT = nRT \]
- 用途: 测定溶质(生物大分子)的分子量
- 蒸汽压的下降: Raoult 定律
5.1.3. 电解质依数性
- 上述公式右侧乘上范特霍夫因子 𝑖.
- 强电解质, i 接近离子数; 弱电解质, i 大于 1.
5.1.3.1. Raoult 定律
对于两种挥发性液体的理想溶液,有: 一定 T 下, 溶液中各挥发性组分的蒸汽压和它们在溶液中的摩尔分数成正比.
6. 固体
- 七个晶系, 14 空间点阵
- 晶胞~计算晶胞所含离子/原子数
6.1. 晶体类型
金属, 离子, 共价, 分子
6.1.1. 金属晶体
- 球密堆积结构~ 六方密堆积, 立方密堆积(fcc) 配位数都是 12
- 成键电子在原子间自由运动~ 良导电性与导热性、延展性
6.1.2. 离子晶体
- Zns(四面体空隙), NaCl(八面体空隙), CsCl(立方体空隙)
- 晶格能大~熔点硬度较高, 晶体电阻大, 熔化后离子导电性强, 缺乏延展性, 容易溶解
6.1.3. 共价晶体
- 共价键有方向性, 没有球密堆积
- 熔点沸点高, 硬度大, 各向异性
6.1.4. 分子晶体
- 分子间以范德华力相互作用
- 熔点低, 可升华, 导电性差