当前课程知识点：大学化学 > 第二章 物质的聚集状态与溶液的性质 > 2.2 溶液的性质—气体、液体和固体的溶解 > Video
同学们好
下边我们继续溶液性质的学习
我们要分别了解
气体、液体和固体
它们的溶解过程
在中学里
老师给大家介绍的
了解溶质和溶剂之间
相互关系的一个重要参数
就是溶解度
这一概念表述的就是
在一定的温度和压力下
100g的溶剂当中
能够溶解的溶质的最大的克数
它代表的是溶剂
对于不同溶质的溶解能力
也是表征我们
制备各种溶液的可能性
首先我们来看气体
在液体当中的溶解过程
英国科学家Henry
在总结气体在液体当中
溶液度的过程当中
发现在中等的压力下
气体在液体当中的溶解度
与液面上方气相当中的
气体的分压呈正比
这个式子
可以用这样一个
方程式来表示
这当中气体的溶解度
与气液界面上方
气体的分压成正比
它们的比例关系
是一个常数
Henry给出的这样一个关系
只适合于在中等的压力下
因为对于有的气体来讲
当压力过大
会产生气体的液化
这时候气体的分压
就会受到影响
所以亨利定律
是具有适应的范围
同时要提醒大家注意的是
如果我们溶解的气体
与溶剂之间
是会发生化学反应的
那显然
这样的过程
也不符合亨利定律
我们来看
几种气体它的溶解度
与所处的温度和
压力之间的关系
我们会发现
对于氢气而言
在相同的压力下
温度升高
溶解度会显然的减小
对于氨气来讲
当相同的温度下
压力增加的时候
它的溶解度
会显著地提高
对于乙炔来讲
当处在
不同的溶剂条件下
即使在同温、同压下
由于溶剂性质的不同
比如水和乙醇当中
我们就发现
在乙醇当中的溶解度
会明显地高于
在水当中的溶解度
所以不同的气体
在溶剂当中的溶解度
与温度、压力有关
更与溶剂的特性相关
对于固体和液体
它们在液相当中的
溶解过程来讲
温度升高时
固体的溶解度
会相应的增加
而液体受影响较小
原因是
由固相到液相的过程
往往是一个
吸热的过程
所以固相的溶解
需要更多的热量
升高温度
对于这个溶解过程
有明显的帮助
而液体在液体当中的溶解
由于没有发生溶质的相变
所以在这个过程当中
它需要的热量较少
温度增加
对于溶解度的变化
影响较小
对于固体和液体
在液相溶剂当中的
溶解过程而言
压力对它们的影响
非常地不明显
原因是
液相和固相溶质
他们的分子之间的距离较小
因此
压力的改变
对于它们的溶解度的影响
不明显
在这里
我们为了更深入的介绍
溶质和溶剂
在形成溶液过程当中的
相互作用
我们需要了解一个
相似相溶性原理
一般认为
溶质和溶剂
在结构上越相似
其相互之间的溶解度
就会越大
比如我们常见的溶剂
水
水的分子与极性分子
容易形成氢键
所以水呢 就较容易和
极性分子的溶质
或含有氢键的溶质
产生互溶
这张表中给出了
不同碳链长度的醇
在水和己烷当中的溶解度
对比不同的溶解能力
我们发现
对于碳链较短的
甲醇、乙醇和丙醇
这当中羟基的存在与
我们水当中的氢
容易形成氢键
所以在水中
这种短碳链的醇
可以无限比例的互溶
而由于短碳链当中
羟基的存在
所造成的强极性
使他们和非极性的溶剂
己烷之间的溶解能力
会受到一定程度的影响
随着分子量的增加
丁醇
或更长碳链的醇类当中
羟基所造成的极性
会逐渐减弱
而碳链造成的
与己烷当中的
碳链的相似性
得到增强
所以
对于高分子量的醇类
它们与己烷之间的溶解度
可以无限互溶
而我们极性的水分子
与长链
但具有弱极性的醇类的溶解度
却在逐渐地下降
这就是相似相溶性的
一个最好的体现
讲到这里
我们和大家
分享一个有趣的话题
这个话题是
水分子间的氢键的形成
是推动地球生命
演化的关键
怎么样去解析这个话题呢
我们还要返回到
最初的水分子的
结构特征
在水分子的结构特征当中
我们可以看到
以下的这样一个特殊的
价键结构
这种价键结构当中
氢和氧之间
氢氧键的夹角是104.45°
氢氧键的键长是
95.84个pm
从三维的立体结构来看
氢和氧
形成的立体结构当中
氢氧键之间的夹角
是104.5°
而氢氧键的键长
大约是96个pm
由于这样一个
104.5°的夹角
使原本应该是对称结构
变成了非对称结构
使原本应该是
非极性的水分子
变成了极性的分子
而由于水分子当中
氧对于氢的电子的
强烈的争夺
使得氢部分的质子裸露
而呈现明显的正电性
氧的部分
呈现明显的负电性
当水分子
和周围相邻的水分子
发生相互作用的时候
水分子当中氢
会和相邻水分子当中的氧
产生相互的作用
而形成长度为
177pm的氢键
同样
水分子当中
带有负电的氧
又会和相邻的
另外两个水分子
当中的氢
发生作用
形成同样长度的氢键
这也就是意味着
每个水分子可以和
相邻的水分子之间
最多形成
四个相同长度的氢键
这种现象
当水由液态变为固态
也就是由液态水
变为固态的冰的时候
表现的最为充分
我们从这张图当中
可以看到
当水分子
与周围相邻的水分子
形成四个
不同方位的氢键时候
水分子可以形成
这样一个六边形对称的
周期结构
如果
我们从它的侧面来看
水分子在不同的层面上
形成了周期的网格结构
而彼此之间
由于氢键的177pm的长度
而使它们所处的相对位置
比液态有所远离
而从另外一个角度看
这种拉开的结果
就使得水分子
在由液相变为固态的时候
出现了
体积的反常的膨胀
由于氢键的作用
使水分子
在形成固相的时候
彼此之间距离的增加
导致了
水在凝固过程当中
出现了反常的体积膨胀
我们从这张图片当中
可以发现
由于固态比液态
分子之间的距离更小
彼此之间的结构更为紧凑
所以绝大多数的液固相变
在发生凝固的时候
都会产生密度的增加
和体积的减小
所以像苯当中
产生苯的固体的时候
凝固的苯
会沉到苯的液面以下
而由于水分子
在形成固态的冰的时候
有四个氢键形成
使彼此之间的距离增加
而导致的
冰的体积的反常膨胀
当液态水变为冰时
冰会悬浮在液态的表面
这个过程
和普通的液固相变
正好相反
那么这样的现象
会带给我们什么样
更有趣的结果呢
首先
由于体积的反常膨胀
与水分子之间的氢键有关
研究发现
不仅结冰以后
水和冰之间的相对位置
会发生变化
而且由于在液态水当中
氢键的存在
会出现
液态水的密度
会在4℃的时候
达到最大值
高于4℃
水的密度会下降
低于4℃ 水的密度
同样也会下降
其原因是什么呢
是因为氢键的作用
使水分子之间彼此远离
导致了密度的下降
但是温度的降低
会减缓体系的热运动
又会导致
体系的密度的增加
对于水分子这种特殊的
极性结构来讲
177pm
氢键形成的数量
是直接影响其密度的
主要因素
同时
分子热运动的降低
也是影响其密度的
另一个关键因素
从高温降到低温的液态水
随着温度的降低
分子的热运动减缓
密度呈增加趋势
分子在温度降低时
同时有彼此靠近的趋势
也就是
极性的水分子之间
形成氢键的数量
在不断的增加
而氢键数量越多
水分子之间的距离
就会越长
水就会产生
随着温度降低
而导致的
反常的体积膨胀
直接的结果是导致
氢键的数量增加
而使密度降低
所以温度的降低
热运动的减缓
与氢键数量的形成
而导致的
氢键数目的增加
两者之间的交互作用
在4℃的时候
达到一个极值
也就是说
4℃以下
氢键的作用
对于密度的减小
起主导作用
而4℃以上
热运动的减缓
对于密度的增加
起主导作用
所以 水的密度
在4℃的时候达到最大
这又是一个
非常有趣的现象
水的密度变化的
这样一个有趣的现象
会给生命的演化
带来一个不平凡的历程
我们可以看到
在自然环境的
变化过程当中
地球曾经经历了
由严冬到酷热之间的交替转换
这种转换
在过去的数亿年中
经历了数次
而生命的演化过程
并没有终止
原因在哪里呢
我们知道
一旦水凝结成固体
那么这时候
就会终止细胞和
我们生命体的活动
对于生命的演化
是致命的
但是 地球上的冰川纪
反复的重复和演变
并没有影响我们生命
由简单到复杂的进化过程
原因就在于
当水凝固成冰的时候
冰成为了
水和大气环境之间
一个绝热的隔层
这个隔层
又由于冰下的水
在处于4℃的时候
密度最大
所以当地球上的水源
处在足够深的深度时候
一定会处在一个
相对稳定4℃的环境
这就意味着
无论外界的环境
是处在严寒
还是酷热
只要我们的生命
所处在的水的深度足够深
并且它能够进化出一种
在4℃下
能够继续生存
和演化的能力
那么外界环境的变化
对于生命的进化的影响
就丝毫不起作用
而这样的能力
已经被所有生活在
水中的生物
所完全掌握
所以直到今天
我们仍然可以看到
水中的鱼类
和各种生物
它们能够平安地度过
两极之间的
严酷的冰纪
而不受到任何的影响
就是延续了
它们在生命演化过程当中的
这种能力
同时太空探索
来寻找
与地球相似的生命环境
通过水的发现
来寻找地球以外的生物
也一直是科学研究当中
最热点最有趣的话题
最新的NASA公布的
最有希望发现的
生命的星球
是开普勒452b
这个星球
比地球大约60%
并且发现其上
存在有水
那么它也就是
距地球1400光年以外的
最有可能出现生命的
行星之一
水
为什么对生命如此的重要
我们前面讲了
不仅仅是因为水
对于我们细胞活动当中的
生理活动的帮助
更重要的是
水由于氢键的形成
而形成的密度的反常
和由液相到固相
形成的体积的
反常膨胀
这样就会保护水中的生命
在地球外层空间
气侯严酷变化的情况下
生命的进化过程
不会受到干扰
所以
找到一个有水的星球
不容易
找到一个有水
而且所处的
和恒星之间的距离
能够恰当的保持在
使水处在
液态和固态之间
能够交互转变
并且使液态水
能够变成常态的
这样的星球
就更不容易
所以为什么人们在
航天的发现过程当中
在探索宇宙的过程当中
以找到水
作为找到生命的基础
其原因就在这里
我们的地球
是一个幸运的星球
我们的环境更是一个
可遇而不可求的
创造生命的奇迹
它有丰富的水资源
而且与我们恒星的距离
恰恰保持在
液态水和固态水
可以并存的
这样一个自然环境当中
借助水
生命才有了
演化和进化的可能
才有了我们丰富多彩的
生命的世界
所以
我们要爱护这个环境
要爱护我们的水
不能使我们生命的
进化和演化的历程
终止在
由于我们不小心
或者是不经意间
对于水和环境的破坏
而使整个生命进化的系统呢
意外的终止
关于水的学习呢
我们就到这里
-1.1 不一样的大学化学
--Video
-1.2 化学体系的建立
--Video
-1.3 应该了解的化学
--Video
-1.4 课程学习的必要准备
--Video
-第一章 绪论--第一章 习题
-2.1 物质的聚集状态—物质的相与相变
--Video
-2.1 物质的聚集状态—气体—理想气体与实际气体
--Video
-2.1 物质的聚集状态—气体—实际气体的状态方程
--Video
-2.1 物质的聚集状态—液体
--Video
-2.1 物质的聚集状态—固体—单晶多晶与非晶结构；晶体的宏观性质
--Video
-2.1 物质的聚集状态—固体—晶体的对称性
--Video
-2.1 物质的聚集状态—等离子体
--Video
-2.1 物质的聚集状态—液晶
--Video
-2.1 物质的聚集状态—等离子、液晶与平板显示技术
--Video
-2.2 溶液的性质—溶液的特点与分类
--Video
-2.2 溶液的性质—气体、液体和固体的溶解
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—饱和蒸气压降低
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—稀溶液的沸点升高
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—溶液的凝固点降低
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性— 溶液的渗透压
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—反渗透现象
--Video
-第二章 物质的聚集状态与溶液的性质--第二章习题
-3.1原子核外电子运动的描述-原子结构理论的发展
--Video
-3.1原子核外电子运动的描述-核外单电子运动的量子化模型
--Video
-3.1原子核外电子运动的描述-电子运动的特点
--Video
-3.2电子运动的波函数与原子轨道- 电子运动的波函数与原子轨道
--Video
-3.2电子运动的波函数与原子轨道-量子数的取值与原子轨道
--Video
-3.2电子运动的波函数与原子轨道-自旋量子数的取值原则
--Video
-3.3核外电子排布-多电子原子核外电子运动的描述
--Video
-3.3核外电子排布-基态原子核外电子的排布
--Video
-3.4元素周期律-元素周期律与元素周期表
--Video
-3.4 元素周期律-元素性质的周期性
--Video
-3.4元素周期律-电子结构与元素性质
--Video
-第三章 原子结构与元素周期律--第三章 小论文
-第三章 原子结构与元素周期律--第三章 习题
-4.1 离子键理论—离子键理论
--Video
-4.1 离子键理论—离子键价键构型
--Video
-4.1 离子键理论—离子半径与离子晶体的结构
--Video
-4.2 共价键理论—经典路易斯理论
--Video
-4.2 共价键理论—现代价键理论
--Video
-4.2 共价键理论—共价键的性质
--Video
-4.3 杂化轨道理论—杂化轨道的理论要点
--Video
-4.3 杂化轨道理论—杂化轨道类型（一）
--Video
-4.3 杂化轨道理论—杂化轨道类型（二）
--Video
-4.3 杂化轨道理论—不等性杂化轨道理论
--Video
-4.4 价层电子对互斥理论（VSEPR）I
--Video
-4.4 价层电子对互斥理论（VSEPR）II
--Video
-4.5 分子轨道理论-分子轨道的建立
--Video
-4.5 分子轨道理论-分子轨道能级图
--Video
-4.5 分子轨道理论-异核双原子分子和离子
--Video
-4.6 分子间作用力-分子的极性
--Video
-4.6 分子间作用力-分子间作用力
--Video
-4.7 氢键
--Video
-第四章 分子结构与化学键理论--第四章 小论文
-第四章 分子结构与化学键理论--第四章 习题
-5.1 配合物的基本特征-配合物的形成
--Video
-5.1 配合物的基本特征-配合物的命名规则
--Video
-5.2 配合物的化学键理论-配位学说
--Video
-5.2 配合物的化学键理论-配合物价键理论
--Video
-5.2 配合物的化学键理论-晶体场理论
--Video
-5.3 配合物化学键理论的应用-配合物的几何异构现象
--Video
-5.3 配合物化学键理论的应用晶体场理论的应用（一）
--Video
-5.3 配合物化学键理论的应用晶体场理论的应用（二）
--Video
-第五章 配位化学概论--第五章 习题
-6.1化学反应中的能量变化-化学热力学基本概念(一)
--Video
-6.1化学反应中的能量变化-化学热力学基本概念(二)
--Video
-6.1化学反应中的能量变化-热力学第一定律
--Video
-6.1化学反应中的能量变化-恒温与恒压热效应(一)
--Video
-6.1化学反应中的能量变化-恒温与恒压热效应(二)
--Video
-6.1化学反应中的能量变化-反应进度
--Video
-6.1化学反应中的能量变化-热化学方程式与盖斯定律(一)
--Video
-6.1化学反应中的能量变化-热化学方程式与盖斯定律(二)
--Video
-6.1化学反应中的能量变化-标准摩尔反应热的计算(一)
--Video
-6.1化学反应中的能量变化-标准摩尔反应热的计算(二)
--Video
-6.2 化学平衡-可逆反应与平衡常数
--Video
-6.2 化学平衡-化学平衡的规则
--Video
-第六章 化学反应中的能量变化与化学平衡--第六章 习题
-7.1 自发过程与自发反应（一）
--Video
-7.1 自发过程与自发反应（二）
--Video
-7.2 熵与热力学第二定律—熵
--Video
-7.2 熵与热力学第二定律—熵与Entropy
--Video
-7.2 熵与热力学第二定律—热力学第二定律
--Video
-7.3 热力学第三定律与与孤立系统熵判据—热力学第三定律
--Video
-7.3 热力学第三定律与与孤立系统熵判据—孤立系统熵判据
--Video
-7.4 吉布斯自由能判据-吉布斯自由能（一）
--Video
-7.4 吉布斯自由能判据-吉布斯自由能（二）
--Video
-7.4 吉布斯自由能的判据—标准吉布斯自由能的计算
--Video
-7.4 吉布斯自由能的判据—反应方向的标准吉布斯自由能判据
--Video
-7.4 吉布斯自由能的判据—非标准状态下自发反应方向性的判据
--Video
-7.4 吉布斯自由能判据—吉布斯-亥姆霍兹方程
--Video
-7.5 化学反应方向的影响因素—勒夏特列原理与化学反应的方向（一）
--Video
-7.5 化学反应方向的影响因素—勒夏特列原理与化学反应的方向（二）
--Video
-7.5 化学反应方向的影响因素—温度、压力对化学反应方向的影响实例（一）
--Video
-7.5 化学反应方向的影响因素—温度、压力对化学反应方向的影响实例（二）
--Video
-第七章 化学反应的方向--第七章 小论文
-第七章 化学反应的方向--第七章 习题
-8.1 化学反应速率-化学反应的方向与反应速率
--Video
-8.1 化学反应速率-化学反应速率的表示方式
--Video
-8.2 化学反应的速率方程-化学反应的速率方程的建立（一）
--Video
-8.2 化学反应的速率方程-化学反应的速率方程的建立（二）
--Video
-8.2 化学反应的速率方程-化学反应级数与速率方程
--Video
-8.2 化学反应的速率方程-化学反应级数与速率方程-一级反应速率方程
--Video
-8.2 化学反应的速率方程-化学反应级数与速率方程-二级反应速率方程
--Video
-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-温度对化学反应速率的影响
--Video
-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-碰撞理论（一）
--Video
-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-碰撞理论（二）
--Video
-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-过渡态理论（一）
--Video
-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-过渡态理论（二）
--Video
-8.4 催化剂对化学反应速率的影响
--Video
-第八章 化学动力学基础--第八章 习题
-9.1 酸碱平衡—酸碱定义（一）
--Video
-9.1 酸碱平衡—酸碱定义（二）
--Video
-9.1 酸碱平衡—水的解离平衡
--Video
-9.1酸碱平衡—弱酸、弱碱的解离平衡（一）
--Video
-9.1酸碱平衡—弱酸、弱碱的解离平衡（二）
--Video
-9.1酸碱平衡—弱酸、弱碱的解离平衡（三）
--Video
-9.1 酸碱平衡—同离子效应
--Video
-9.1 酸碱平衡—缓冲溶液（一）
--Video
-9.1 酸碱平衡—缓冲溶液（二）
--Video
-9.1 酸碱平衡—缓冲溶液（三）
--Video
-9.2 配位平衡—配合物的解离平衡
--Video
-9.2 配位平衡—配合物解离平衡的移动
--Video
-9.3 沉淀溶解平衡—溶度积常数
--Video
-9.3 沉淀溶解平衡—溶度积规则（一）
--Video
-9.3 沉淀溶解平衡—溶度积规则（二）
--Video
-第九章 酸碱平衡与沉淀溶解平衡--第九章 习题
-10.1 氧化还原反应方程式配平
--Video
-10.2 原电池与电极电势—原电池
--Video
-10.2 原电池与电极电势—电极电势（一）
--Video
-10.2 原电池与电极电势—电极电势（二）
--Video
-10.3 影响电极电势的因数—能斯特方程—浓度或分压对电池电动势的影响（一）
--Video
-10.3 影响电极电势的因数—能斯特方程—浓度或分压对电池电动势的影响（二）
--Video
-10.3 影响电极电势的因数—能斯特方程—浓度或分压对电极电势的影响
--Video
-10.4 电极电势的应用—判断氧化还原反应的方向性
--Video
-10.4 电极电势的应用—判断元素的氧化还原能力
--Video
-10.4 电极电势的应用—判断氧化还原反应进行的程度
--Video
-10.4 电极电势的应用—元素电势图及其应用（一）
--Video
-10.4 电极电势的应用—元素电势图及其应用（二）
--Video
-10.4 电极电势的应用—金属的电化学腐蚀与防护
--Video
-第十章 氧化还原反应与电化学基础--第十章 小论文
-第十章 氧化还原反应与电化学基础--第十章 习题
-无机元素化学-s区元素
--Video
-无机元素化学-p区元素
--Video
-无机元素化学-过渡元素
--Video
-生命化学概论-生命有机化合物官能团
--Video
-生命化学概论-生命元素-碳
--Video
-生命化学概论-生命元素-氧
--Video
-生命化学概论-蛋白质
--Video
-生命化学概论-核酸
--Video
-生命化学概论-糖
--Video
-生命化学概论-金属酶与金属蛋白
--Video
-生命化学概论-药物
--Video
-第十一章 元素与生命化学概论--第十一章 习题
-纳米科学与化学-自然界中的纳米现象
--Video
-纳米科学与化学-微观结构与仿生
--Video
-纳米科学与化学-纳米结构的观察
--Video
-纳米科学与化学-纳米结构与特殊浸润性
--Video
-化学与材料-材料科学领域中的化学问题
--Video
-化学与材料-正渗透与水处理技术
--Video
-化学与材料-相变材料（一）
--Video
-化学与材料-相变材料（二）
--Video
-化学与材料-范德华力与二维材料
--Video
-第十二章 化学与现代科学--第十二章 习题
-大学化学期末考试
