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—反渗透现象 > Video
同学们好
下边我们继续
关于非电解质稀溶液
依数性的学习
上节课我们介绍了
渗透压
通过范德霍夫方程
我们了解到
小小的一个半透膜
会把蔗糖溶液
和溶剂组成的体系当中
赋于神奇的物理特性
也就是说
1%摩尔浓度的蔗糖溶液
就能够维持
2.5m以上的水柱的高度
这是一个多么神奇的结果
范德霍夫在20世纪初
就成功地建立了
渗透压的理论模型
这一模型的建立
也成为范德霍夫
对于化学和物理化学
理论贡献的
一个重要组成部分
但是这样一个理论的发现
走到为现代社会发展的
服务过程当中
具体发挥它的作用
还经历了一个漫长的过程
首先要分析
这样一个漫长的过程
就不得不回忆一下
Florida大学的Dr.S.Sourirajan
在五零年
在海边看到的一个
神奇的现象
也许同学们
当你们在海边漫步的时候
也看到过许多的海鸥
可是我们注意到吗
海鸥除了在水边俯冲
来捕食的同时
有的时候
它还会喝一口水
想到海水
同学们马上就想到
又苦又涩
难以下咽
可是海鸥
为什么要去喝一口水呢
如果你仔细的去看的话
或许你还会发现
海鸥喝完一口水以后
当它离开水面
它还会吐掉半口
我们都知道
海鸥和我们的
普通的禽类一样
它也是需要淡水
来维持它的
生命的体液循环
喝下的一口海水
能够被它的生命循环体系
所接受吗
从我们的常识来判断
显然是不行的
而海鸥喝海水的诀窍
或者秘密
被后续的人们所发现
也就是从Dr.S.Sourirajan
这样一个
细致的观察当中发现的
吐出来的后边的这半口水
通过对海鸥生理过程的
详细解剖
人们发现
在海鸥喝入一口海水以后
它可以通过嗉囊的挤压
把其中这样一部分淡水
挤压到自己的胃里
而把剩余的浓的盐水
再吐出来
这样一个现象
对于我们在海边
看惯了海鸥喝水
认为是一种司空见惯的
大多数的观察者来讲
或许没有什么惊奇
但是在范德霍夫发现
渗透压这样一个
理论方程的
半个世纪以后
由美国科学家
首次从海鸥的生活习性当中
找到了这样一个新的
神奇的现象
却为渗透压的利用
找到了新的突破点
进一步的分析
人们发现
如果我们把
溶解了高盐度的海水
和我们的纯水体系当中
同样放入一个半透膜
这时候
只要我们在海水一端
给它增加外在的压力
就可以使海水当中的溶剂
也就是纯水
通过半透膜
从海水当中得到分离
施加的压力
就是我们需要的
溶液反向渗透入纯水当中
所需要的反向的渗透压
如果要得到
这样的反向的渗透压
其中一个关键的技术环节
就是要有一个能够产生
并且能够承受
这样大的压力的半透膜
这种半透膜也简称为RO膜
RO膜在生物的肌体当中
是非常常见的
一个器官当中的组成部分
刚才我们讲到了海鸥的嗉囊
还有许许多多的哺乳动物
或者是禽类的
它们的胃部 肠部
甚至在它们体液循环的
关键的器官当中
都有这样半透膜的结构
这样的半透膜
往往由于他们
结构的特征的限制
不能够在工业上
或者是生活当中
大面积的获得
同时
它们的耐久性和强度
也受到了一定的限制
所以从50年代以来
科学家们投入了大量的精力
来寻找具有
只让水分子通过
而不让其它的离子
或分子通过的半透膜的结构
经过又半个世纪的努力
人们终于在上个世纪末
成功的找到了
由有机芳香酰胺中空纤维
非对称醋酸纤维素组成的
这样的具有干闭湿开的
RO膜结构
这种膜它的孔道
非常的狭窄
一般只有10-10m
而我们前面了解了
水分子的直径
大约是4×10的10-10m
显然
水分子以这样的直径
是很难通过我们的中空纤维
所构成的半透膜的
但是我们知道
水分子由于氢氧键的极性
使它形成了氢氧键之间
104.5°的夹角
如果我们从最大的尺度上看
它的直径是
4×10-10m的话
我们换一个角度去看
它的尺寸就会有所减小
而更为可贵的是
这种中空纤维素
构成的半透膜
具有干闭湿开的特性
也就是说当水分子
没有浸入半透膜的时候
半透膜当中的物理通道
直径是10-10m
当水分子
浸入这种通道的时候
它的直径会扩大到
原来的一倍左右
也就是达到两到三个
10-10m的量级
这时候水分子
利用自己的104.5°的
这样一个夹角的结构
通过它的弹性的变形
就可以顺利的通过
我们中空纤维构成的
半透膜的通道
而其他的离子
或者是成团簇的
溶剂的分子
都没有办法
通过这样的通道
因为团簇的分子
直径超过了
我们半透膜的孔道
自然会被阻隔
而许多离子的尺寸
和水分子相近
为什么它不能够
通过半透膜的孔道呢
原因是在水溶液当中
这些离子
往往不是以单独的
离子的形式存在
而是以水合离子的形式存在
水合离子的存在
使得离子原有的物理尺寸
得到了放大
所以它们也没有办法通过
被水分子浸润以后的
中空纤维
所形成的半透膜的通道
有了这样的一个
半透膜与水分子的
完美的结合
所以我们就可以
在经过了一个世纪以后
真正把反渗透技术
带入了我们的生活
RO膜的成功研制
为我们解决了
怎么样能够从溶液当中
提取纯水的
关键的技术难题
从此
借助RO膜的
特殊的分离特性
水溶液当中的海水淡化
环境污染的治理
以及科学研究当中的
溶质的分离
成为了极为方便的
技术手段
利用这样的手段
人们首先解决了
在70年代以前
就已经长期困扰
中东沙漠地区的
缺水问题
同学们也许听说过
在70年代以前
虽然中东地区
由于石油的开采
带来了巨大的财富的供己
但是生活在那里的人们
不得不经常面临的一个
尴尬的困境
就是要用整船的石油
去换回整船的淡水
因为人们没有办法
从海水当中依靠蒸发
直接获得淡水
因为那样做
既不经济
而且海水浓缩以后的
化工的废料
是极难处理的环境废物
但是在上个世纪末
RO膜的成功工业化应用
就为人们从海水当中
通过加压反渗透的方式
获得廉价的淡水资源
提供了极大的便利
科威特 沙特等
中东代表性的国家
在发展他们石油经济的同时
真正获得了
社会发展的动力基础
淡水
使他们的人民生活和自然环境
得到了极大的改善
中东从此也就走出了
滴水贵如油的困境
在我们的今天
许多生活在
巨大的海洋中心的人们
他们依然受到
淡水资源困扰
比如像我们的西沙
驻守在那里的居民
和我们守岛的官兵
他们长期要依赖于
下雨来供给淡水的资源
有了RO膜的反渗透技术
就为住岛的居民
和官兵们的日常生活
提供了极大的便利
在太空当中
人们的生活更是离不了水
但是
由于太空发射成本的高昂
在太空中
不再是滴水贵如油
而是滴水贵如金
1g水的实际的成本
要远超过我们地面
1g黄金的市场的价格
所以
RO膜也就被人们
成功的应用到了
航天环境当中的
废水的利用
或废水的再循环
现在人们在国际空间站
已经成功的可以用RO膜
来提升
升级以上的环境的废水
来供航天员们
在日常生活当中
重复的利用
讲到这里
我们可以回顾一下
渗透技术 反渗透技术
中间的一个关键的桥梁
就是我们的RO膜
RO膜的出现
为整个的渗透压
走入我们寻常的百姓家
走入我们的工业生产
和日常生活
提供了重要的物质基础
而RO膜的研制
又是20世纪
有机化学和有机材料研究
重要的成果的体现
也就是说
一个物质
可以改变一个行业
一种技术
可以改变社会的
一种组织形态
RO膜的发展和认识
为我们提供了极好的例证
同时
还希望跟大家分享的是
范德霍夫
在20世纪初的渗透压理论
为他获得第一届诺贝尔化学奖
提供了很好的
研究和实验的支持
但是这一理论成果
直到半个世纪后
一位细心的美国科学家
才通过对海洋上
我们司空见惯的
海鸥喝水的
一种现象的解析
使反渗透技术
真正从我们对于渗透压的理解
走入了我们的实际的生活
愿我们的同学们
在你们的生活当中
都能做这样的细心的人
都能够细心的发现
你们在生活当中
司空见惯的现象背后
那些不为人们关注的细节
也许更多像RO膜
发展历程的这样的故事
将来在你们未来的
工作和生活当中
还会不断的涌现
最后我们来跟大家
一起分享一下
稀溶液依数性理论的局限
从前边我们分析
稀溶液依数性的
拉乌尔理论开始
我们了解了
稀溶液的饱和蒸气压降低
沸点升高 凝固点下降
和渗透压等现象
它们在难挥发溶质溶液当中
是十分常见
而且
它们的依数性是非常好的
但是
对于易挥发的
溶质的溶液的情况
由于溶质的状况
一直在不断的变化
我们的气液界面
我们的固液界面当中
溶质的分布状态
也受到环境的影响
时间的影响
所以它们变化的规律
就不再符合
稀溶液的依数性
而我们对于
难挥发非电解质
稀溶液的饱和蒸汽压降低
沸点升高
凝固点下降
和渗透压等这些复合溶液
依数性的规律
我们简称为稀溶液的依数性
对于依数性的理解
也帮我们更好的去了解
自然界当中
存在的这些现象
也帮我们利用这些理论
来服务于我们的生活
服务我们的工业生产
以及我们的科学研究
对于浓溶液和
电解质溶液来讲
由于溶液当中
离子间的作用的不同
稀溶液的依数性理论
就不再适用
我们来看一个例子
我们以蔗糖溶液和
NaCl溶液
这两种极具代表性的
非电解质和
电解质溶液来看
对于蔗糖溶液来讲
它的凝固点的降低
从0.1个mol/L
一直到0.5个mol/L
这样大范围的变化来看
它的计算值与实验值
之间的符合度非常高
这也就意味着
非电解质的稀溶液
即使在浓度变化
比较大的范围内
稀溶液的依数性
依然可以保持
这为我们研究
稀溶液依数性
和应用稀溶液的依数性
提供了重要的实验基础
而反观强电解质的
氯化钠溶液
即使在浓度较低的情况下
我们发现
计算值和实验值之间
存在着明显偏差
非常值得关注的是
在每一种浓度下
计算值都会比相应的
实验值略高
分析原因
主要是氯化钠
当它溶解在水当中的时候
形成的氯化钠溶液当中
氯化钠并不是完全以
水合的钠离子
和氯离子存在
还有一部分
会以氯化钠的
水合分子的情况存在
而强电解质的离解程度
也就是我们在后边
要探讨的离解常数
会影响到
溶质在溶剂当中的溶解行为
在理论计算当中
我们可以简单的把强电解质
认为是百分之百的离解
这时候把一个NaCl的分子
离解以后的溶质的含量
近似为两个
非电解质分子的溶质的量
所以理论计算值
就会和实际的实验值之间
出现了偏高的这样一个偏差
同时
这样的结果也向我们
进一步的证实了
强电解质它的稀溶液
理论值与实验值
没有很好的符合
这也就进一步
向我们证实了
稀溶液的依数性理论
仅适用于
难离解的非挥发性
非电解质溶液
有关稀溶液的依数性理论
我们就学习到这里
在后续的学习当中
我们还会不断的分享
由稀溶液的依数性理论
带给我们有趣的话题
-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
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-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
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-3.1原子核外电子运动的描述-电子运动的特点
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-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
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-3.4元素周期律-电子结构与元素性质
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-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）
--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
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-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
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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)
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-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)
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-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
--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
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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
--Video
-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
--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
