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—非电解质稀溶液的依数性—溶液的凝固点降低 > Video
同学们好
下边我们继续
非电解质稀溶液
依数性的学习
我们要继续了解
拉乌尔特定律的
延伸的另一个内容
也就是溶液的
凝固点的降低
与溶液当中溶质的
质量摩尔浓度之间的关系
研究发现
难挥发非电解质稀溶液的
凝固点的降低值
与溶质的质量摩尔浓度
成正比
如果用一个
数学方程来表示
我们可以发现
在这个方程当中
凝固点的降低值
与质量摩尔浓度之间
有了一个新的系数
这个系数被称为
凝固点降低常数
有关稀溶液当中
溶质含量与
溶液的凝固点降低
之间的关系
我们同样
可以借助相图来探讨
以水溶液为例
在水溶液的相图当中
我们会发现
溶液和水相比
在相同的温度下
其饱和蒸气压
会有一定程度的下降
这样的结果会导致
在纯的溶剂和溶液之间
出现液固界面之间的
分子转移速率的差距
在一定的温度下
单位时间内
从液相进入固相
和单位时间内
由固相进入液相的分子数
达到平衡
凝固和融化实现了
在这一温度下的平衡
也就是达到了
液相的凝固点
而对于稀溶液而言
由于在液固相的界面当中
在液相的一侧
存在着溶质的分子
所以在同样的温度下
由固相进入液相的
分子数量没有改变
而由液相
进入固相的分子数量
相应的减少
那么要改变这样一种状况
就需要我们
降低环境的温度
降低液相分子的
热运动速率
提高由液相进入固相的
液体分子的分子数量
才能够达到
新的液固相的平衡
同学们也许会问
老师为什么我们的溶质分子
不会进入到固相当中去呢
关于这个问题
我们可以从
冰的三维结构当中
找到答案
由于氢键处在固定的
周期性结构位置
我们可以看到
水分子彼此之间
处在一个六边形的
几何对称位置
它们中间的空间
不足以容纳
其它离子的存在
所以
当水变为固态的冰的时候
所有溶液当中的溶质
会作为杂质
排除到液相当中
这也就是为什么
我们在海水当中
感觉到的苦和涩
而在海水所冻出来的冰当中
却没有这样的味道
原因就是
在结冰的过程当中
由于形成了
这样固定的周期性结构
水分子已经成功的
把原来溶解在
溶液中的离子
以杂质的方式
排除到液相当中
海水就变成了淡水
所以相对于
水的稀溶液和冰
形成的固液界面
这当中
如果要改变由液相
进入固相的分子数
我们就需要降低
整体的温度
因而稀溶液当中
存在溶质的时候
要建立起
液相和固相的平衡
溶液的凝固点
就需要适当的降低
稀溶液凝固点
降低的这一特性
可以很好的帮助我们解决
自然环境带给我们的困难
比如飞机的除冰
就是我们在
日常生活当中
遇到的一个巨大难题
由于飞机飞行在地面和高空
温差巨大的环境当中
这样的瞬间的
快速的温度变化
很容易造成
飞机表面的结冰
飞机表面的结冰
轻则可以造成
燃料的浪费
重则会造成机毁人亡
所以如果我们可以把
非电解质的溶液
涂浮在飞机的表面
就可以有效的解决
由于温度变化而带来的
飞机表面的结冰现象
从而使飞行安全
得到保障
此外
对于冬季
道路结冰和积雪
造成的地面交通的困难
我们同样可以用非电解质
影响其溶液的凝固点
这一规律
来加以有效的解决
长期以来
人们一直依赖氯化钠
这样的强电解质
来解决结冰和积雪
对于交通的影响
但是
氯化钠溶化以后的
电解质溶液
会对交通工具的底盘
以及环境土壤的pH值
造成严重的影响
新型的非电解质融雪剂
已经成为越来越多国家
用于道路除冰和除雪的
重要手段
这些手段的实施
为我们地面交通状况的改善
提供了有效的保障
稀溶液凝固点降低的理论
除了能帮助我们解决
低温除冰的问题以外
我们还可以分享
另外一个话题
也就是关于水的三相点
根据生活常识
同学们似乎都觉得
水的三相点
应该是0℃
但这样的命题
真的是对的吗
为了进一步解析
它的真伪
我们不妨从
最初的温度体系的建立
来一层一层的去了解
它的发展历程
最初瑞典科学家Celsius
在研究物质变化
与温度之间的关系的时候
试图从水的冰点
与沸点之间的变化历程
来讨论温度的变化关系
它选择了水作为参照
以水的冰点作为起点
以水的沸点作为终点
原因是什么呢
因为Celsius发现
不管在哪里测试
水的冰点
似乎变化都不大
但是水的沸点
却和我们测试的环境
有直接的关系
比如说
我在高原地区
测试的水的沸点
往往温度比较低
而在海拔比较平缓的地区
所测试的沸点就比较高
比较弥补这一差异
Celsius最后确定
在海平面附近
测定的沸点呢
作为水的标准的沸点
尽管如此
Celsius建立的
最初的温度的标准
仍然是把水的冰点
作为了100度
而把水的沸点
作为了0度
把两者之间的
变化的过程
分为等份的100份
这样来确定了
温度的变化系统
接下来
法国科学家Christin
在后续的研究当中发现
如果我们用水从冰点
到沸点之间的变化历程
用水银做成的密封容器
来度量的话
那么这样的100度
均分的过程
还是把冰点作为零度
沸点作为100度
比较符合我们
生活的习惯
和大家研究过程当中的方便
在Christin的主张下
人们最后建立了完整的
以水为参考系的
温度系统
也就是我们现在
所熟悉的摄氏温度系统
尽管这个系统的
最后的确立
是由Christin等其他科学家
共同完成的
但人们为了纪念最早的
瑞典科学家Celsius
所以仍把这样的
温度计量系统
归类为摄氏温度
但是
接下来的问题来了
尽管我们确定了
水的冰点是稳定的
但是水的冰、液和气
三相共存的三相点
真的就像我们摄氏温度
确定的这样的0℃吗
这个问题
最初的科学家
实际上是没有多加考虑的
所以在1927年的时候
人们就通过
国际度量衡委员会
把水的冰点作为
热力学温度的基准点
定义为273.15K
但是定义的前提大家注意
这时候我们选择的压力
是我们的标准大气压
同学会问了
有什么不对吗
我们的测试
都在一个大气压下完成的呀
问题出在一个大气压
它的来源在哪里
如果这一个大气压
是来源于水蒸气的大气压
那么这样的标定
或许是没有问题的
而遗憾的是
我们大多数情况下
所测定的环境当中的
标准大气压
是来源于外界的空气
对于我们测定体系的
压力的贡献
而不是我们本身的
要测量的体系
比如像水
它的冰、水和水蒸气
共存的时候
这样的水蒸气
所贡献的大气压
那么问题就来了
这样的环境
空气所造成的标准大气压
与我们水蒸气本身
造成的大气压
两者之间的差异
会不会影响
我们原来已经选定的
以在一个大气压下边的
水的液、固、气
三相的冰点
作为我们的
热力学的基础
会产生相应的偏差呢
针对这个问题
国际上许多科学家
从不同的角度入手
来讨论环境压力
对于三相点的影响
其中最有代表性的
就是黄子卿教授
在1934年
通过冰盐瓶的实验
来最终确定了
水的液、固、气
三相共存的
冰点的温度
这个冰点就和我们前边
在大气环境下
讨论的冰点之间
出现了偏差
这个偏差
主要来源于哪里呢
了解了稀溶液的依数性以后
我们可以从
以下的方面来关注
首先大气压力的影响
对于水从液态
到固态之间的转变
与我们的水分子
在形成固态的时候
彼此之间形成的氢键结构
而导致的由固态到液态
体积是减小的过程
由液态到固态
反而是体积增加的过程
这样一个反常的
相变过程直接相关
空气的组成
虽然是复杂的
但是它提供的
一个大气压的环境
就使得冰和水
所处的平衡体系
会向体积减小的方向移动
因此在一个大气压下
去测量水和冰的
共存温度的时候
我们无意识之间
已经使这样的温度
向下产生了漂移
这个漂移的过程
就是一个大气压
实际上是降低了
我们的冰点的0.0075℃
还有一个方面
由于空气当中
含有复杂的组分
它们当中的二氧化碳
氩气、氮气、氧气
它们本身在水当中的
溶解度有所不同
其中溶解度较大的
比如像二氧化碳
当它以溶质的形式
存在于溶液体系当中
毫无疑问
这时候它就会作为
我们纯水溶液当中的溶质
而形成了我们的稀溶液
这样的稀溶液
总的对于纯水的
冰点的影响
致使它降低了0.0023℃
那么黄子卿教授
通过大量的实验
最终确定了
水的三相点
要比我们在一个大气压下
所测定的液、固、气
三相共存的
摄氏温度的0℃
要高出0.00980℃
这样的精准得到
是黄子卿教授
在进行了大量的
反复性的实验
通过稳定
冰的三相共存的温度环境
去除水环境当中的
二氧化碳
最后得到的准确度极高的
测试结果
而这一结果呢也最终
成为我们水的三相点的
确切的物理标准
通过黄教授精确的
实验测定
水的三相点
最终被确定为温度
为0.01℃
在此时
三相共存时
水蒸气的饱和蒸气压是
0.610kPa
这个压力值
和我们前边的
一个大气压的
标准值之间
存在着偏差
而这个偏差
恰恰是造成
我们的摄氏0℃
与水的真实的三相点温度
两者之间差异的根本所在
所以同学们
讲到这里
生活常识
有的时候带给我们
许许多多的故事
还需要用我们的知识
去修正
还需要用我们的知识
去深化的理解
水的三相点
就是其中一个
最有代表性的
有趣的例证
由于黄子卿教授出色的工作
后续化学界
在研究水的相图时
人们已经可以
非常准确地找到
水的三相点温度
与0℃之间的温度差异
这样为我们进一步的利用水
在不同温度
和环境条件下的
物理性质
提供了极大的方便
黄子卿教授
1929年
受聘于清华大学化学系
1934年
在访问MIT期间
成功的解决了
水的三相点的
物理测试标准
他精确的测试结果
为国际标准的制定
提供了新的实验依据
所以从1948年起
国际实用温标就选择
由黄子卿教授确定的
新的水的三相点
为基准的温度点
从而为我们
标准温标系统的建立
确定了物理基础
有关稀溶液
凝固点降低的
应用问题
我们就暂时跟大家
分享到这里
同学们课后还可以利用
你们在生活当中
在学习当中
所了解到的
其它的故事
来分享我们对这一部分
理论内容的学习和深化
我们对有关内容的理解
-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
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-4.1 离子键理论—离子键价键构型
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-4.1 离子键理论—离子半径与离子晶体的结构
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-4.2 共价键理论—经典路易斯理论
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-4.2 共价键理论—现代价键理论
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-4.2 共价键理论—共价键的性质
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-4.3 杂化轨道理论—杂化轨道的理论要点
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-4.3 杂化轨道理论—杂化轨道类型（一）
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-4.3 杂化轨道理论—杂化轨道类型（二）
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-4.3 杂化轨道理论—不等性杂化轨道理论
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-4.4 价层电子对互斥理论（VSEPR）I
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-4.4 价层电子对互斥理论（VSEPR）II
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-4.5 分子轨道理论-分子轨道的建立
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-4.5 分子轨道理论-分子轨道能级图
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-4.5 分子轨道理论-异核双原子分子和离子
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-4.6 分子间作用力-分子的极性
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-4.6 分子间作用力-分子间作用力
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-4.7 氢键
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-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
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-5.1 配合物的基本特征-配合物的命名规则
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-5.2 配合物的化学键理论-配位学说
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-5.2 配合物的化学键理论-配合物价键理论
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-5.2 配合物的化学键理论-晶体场理论
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-5.3 配合物化学键理论的应用-配合物的几何异构现象
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-5.3 配合物化学键理论的应用晶体场理论的应用（一）
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-5.3 配合物化学键理论的应用晶体场理论的应用（二）
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-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)
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-6.1化学反应中的能量变化-化学热力学基本概念(二)
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-6.1化学反应中的能量变化-热力学第一定律
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-6.1化学反应中的能量变化-恒温与恒压热效应(一)
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-6.1化学反应中的能量变化-恒温与恒压热效应(二)
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-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)
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-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
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-6.2 化学平衡-化学平衡的规则
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-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）
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-7.1 自发过程与自发反应（二）
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-7.2 熵与热力学第二定律—熵
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-7.2 熵与热力学第二定律—熵与Entropy
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-7.2 熵与热力学第二定律—热力学第二定律
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-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
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-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
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-7.4 吉布斯自由能判据-吉布斯自由能（一）
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-7.4 吉布斯自由能判据-吉布斯自由能（二）
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-7.4 吉布斯自由能的判据—标准吉布斯自由能的计算
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-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
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-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
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-7.4 吉布斯自由能判据—吉布斯-亥姆霍兹方程
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-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）
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-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）
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-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）
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-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）
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-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
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-8.1 化学反应速率-化学反应速率的表示方式
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应的速率方程的建立（一）
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应的速率方程的建立（二）
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应级数与速率方程
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-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
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-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
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-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
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-碰撞理论（一）
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-碰撞理论（二）
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-过渡态理论（一）
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-过渡态理论（二）
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-8.4 催化剂对化学反应速率的影响
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-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）
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-9.1 酸碱平衡—酸碱定义（二）
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-9.1 酸碱平衡—水的解离平衡
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-9.1酸碱平衡—弱酸、弱碱的解离平衡（一）
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-9.1酸碱平衡—弱酸、弱碱的解离平衡（二）
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-9.1酸碱平衡—弱酸、弱碱的解离平衡（三）
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-9.1 酸碱平衡—同离子效应
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-9.1 酸碱平衡—缓冲溶液（一）
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-9.1 酸碱平衡—缓冲溶液（二）
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-9.1 酸碱平衡—缓冲溶液（三）
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-9.2 配位平衡—配合物的解离平衡
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-9.2 配位平衡—配合物解离平衡的移动
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-9.3 沉淀溶解平衡—溶度积常数
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-9.3 沉淀溶解平衡—溶度积规则（一）
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-9.3 沉淀溶解平衡—溶度积规则（二）
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-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
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-10.2 原电池与电极电势—原电池
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-10.2 原电池与电极电势—电极电势（一）
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-10.2 原电池与电极电势—电极电势（二）
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-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）
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-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）
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-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
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-10.4 电极电势的应用—判断氧化还原反应的方向性
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-10.4 电极电势的应用—判断元素的氧化还原能力
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-10.4 电极电势的应用—判断氧化还原反应进行的程度
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-10.4 电极电势的应用—元素电势图及其应用（一）
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-10.4 电极电势的应用—元素电势图及其应用（二）
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-10.4 电极电势的应用—金属的电化学腐蚀与防护
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-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
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-无机元素化学-p区元素
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-无机元素化学-过渡元素
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-生命化学概论-生命有机化合物官能团
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-生命化学概论-生命元素-碳
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-生命化学概论-生命元素-氧
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-生命化学概论-蛋白质
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-生命化学概论-核酸
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-生命化学概论-糖
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-生命化学概论-金属酶与金属蛋白
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-生命化学概论-药物
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-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
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-纳米科学与化学-微观结构与仿生
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-纳米科学与化学-纳米结构的观察
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-纳米科学与化学-纳米结构与特殊浸润性
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-化学与材料-材料科学领域中的化学问题
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-化学与材料-正渗透与水处理技术
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-化学与材料-相变材料（一）
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-化学与材料-相变材料（二）
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-化学与材料-范德华力与二维材料
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-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
