稀溶液依数性在生活上的应用

稀溶液依数性在生活上的应用姓名:李国立班级:临床四班学号:201650196 摘要:本文从目前对稀溶液依数性规律的应用研究出发,稀溶液依数性是指稀溶液中依赖溶质数量的物理性质.以非挥发性溶质形成的稀溶液,其饱和蒸气压下降、沸点升高、凝固点降低、渗透压等性质只与溶质的分子数量有关而与其种类无关,这些性质称为稀溶液依数性.稀溶液依数性非常贴近人们的生产和生活实践,可以解释我们身边的很多自然现象和生活规律.本文了依数性在人们生活与生产实践中的应用实例。 关键词:依数性; 应用实例,蒸汽压下降,沸点升高,凝固点降低,渗透压力 前言 在现实生活中稀溶液依数性的应用十分广泛,其饱和蒸气压下降、沸点升高、凝固点降低、渗透压等性质不断的被人们应用在生活生产以及医学上,对人类产生很大影响,有着极大的意义,目前人类对这些性质的利用正在探索的路上。 1蒸汽压力下降 1.1原理 在一定温度条件下,稀溶液的蒸汽压比纯溶剂饱和蒸汽压低,这种现象叫蒸气压下降.蒸气压下降可由稀溶液的拉乌尔定律轻易证明,在一定温度条件下,依据拉乌尔定律: pA = p* A xA ,由于xA + xB = 1 ,则有:Δp = p* A -pA = p* A ·xB,( 1)式中,Δp 表示蒸气压下降,p* A 和pA 分别表示纯溶剂的饱和蒸汽压和相同温度条件下的稀溶液的蒸汽压,xA 和xB 分别为稀溶液中溶剂和溶质的摩尔分数.所以( 1) 式表明了稀溶液的蒸气压下降值只与溶液中溶质的数量有关而与溶质的种类无关的特性. 1.2应用 可以用蒸汽压下降性质来解释糖水比纯水蒸发要慢的原因。 1 2 沸点升高 2.1原理 沸点是液体的饱和蒸汽压等于外压时的平衡温度,当外压为101.325KPa 时的沸点称为正常沸点.在一定外压条件下,当溶液中含有不挥发性溶质时,溶液的沸点会比纯溶剂的沸点高,这种现象叫沸点升高.用ΔTb 表示沸点升高值,则有: ΔTb = Tb -T* b = kb·xB,( 2) 式中,T* b 和Tb 分别表示相同外压条件下的纯溶剂和稀溶液的沸点,kb 为沸点升高系数,由热力学推导可得kb = RMA ( T* b ) 2 ΔvapH* m,A ,它是仅与纯溶剂的沸点T* b 、溶剂的摩尔质量MA 以及溶剂的摩尔蒸发焓ΔvapH* m,A 有关的物理量.若水为溶剂,其值为0.52 K·kg·mol -1.因此,当外压为pex =101.325kPa 时,Tb > T* b 。 2.2应用 在钢铁冶炼工业中,通过观测钢水的沸点来确定其他组分的含量在钢铁工业生产中,技术员为了配比一定比率的固溶体需要不断的取样测定,不仅重复劳动、工作量大,而且高温作业采样会有很大的潜在危险,于是技术员通过观测安装在熔炉中温度测量仪测定每一个状态时的沸点,就可以确定即时合金中的其他金属的含量,对合金生产起到关键的调控作用.这就依据依数性的沸点上升原理,在纯铁水中加入另一种金属后沸点会升高,不同的组分含量就对应相应的沸点,通过沸点的变化值就可计算出在某一沸点时另一种金属的含量,对钢铁合金的调节既方便又简捷. 3 凝固点降低 3.1原理 在一定外压条件下,固体溶剂与稀溶液达成两相平衡时的温度称为稀溶液的凝固点.在稀溶液中与只析出固态纯溶剂成相平衡时,稀溶液的凝固点比相同压力下纯溶剂的凝固点要低,这种现象叫凝固点下降.用ΔTf 表示凝固点降低值,则有: ΔTf = T* f -Tf = kf·xB,( 3) 式中,T* f 和Tf 分别表示相同外压条件下的纯溶剂和稀溶液的凝固点,kf 为凝固点降低系数,同样可由热力学推导得出kf = RMA ( T* f ) 2 ΔfusH* m,A ,它亦是仅与纯溶剂的凝固点T* f 、溶剂的摩尔质量MA 以及溶剂的摩尔熔化焓ΔfusH* m,A 有关的物理量.若水为溶剂,其值为1.86 K·kg·mol -1.当外压为pex =101.325kPa 时,Tf < T* f . 3.2应用 3.2.1在冬春季节,冰雪天的道路上通过泼洒工业食盐可以加速除冰融雪 每逢冬春季节,道路被冰雪覆盖时,路政工作人员就在冰雪上泼洒工业食盐,来加速冰雪融化,从而使道路畅通.这就根据依数性的凝固点降低原理,冰雪可以认为是固态纯水,在冰雪中撒一些食盐,食盐溶解在水中后形成稀溶液,由于稀溶液的凝固点要低一些,依据相平衡条件,随着白天温度稍稍回升,就可以使平衡向稀溶液方向移动,冰雪就会加速溶解变成液体,从而达到除冰融雪的目的.同样基于凝固点降低的原理,在冬季,汽车的散热器里通常加入丙三醇( 俗称甘油) 、建筑工地上经常给水泥浆料中添加工业盐等,都是通过降低凝固点来预防冻伤。 3.2.2致冷剂的制备 冰盐混合物在实验室中可用来使局部致冷。将固体NaCl和冰混合,可做成致冷剂,获得零下低温。混合物从外界吸热,冰部分融化成水。冰水共存,应为零度,但水将NaCl溶解,形成溶液,其冰点低于零度。故冰将接着融化成水。理论上可达到低熔点的温度。 3.2.3溶液凝固点下降在冶金工业中具有指导意义 一般金属的Kf都较大,例如Pb的Kf≈130 K kg/mol,说明熔融的Pb中加入少量其它金属,Pb的凝固点会大大下降,利用这种原理可以制备许多低熔点合金。金属热处理要求较高的温度,但又要避免金属工件受空气的氧化或脱碳,往往采用盐熔剂来加热金属工件。例如在BaCl2(熔点1236 K)中加入5%的NaCl (熔点1074 K)作盐熔剂,其熔盐的凝固点下降为1123 K;若在BaCl2中加入22.5%的NaCl,熔盐的凝固点可降至903 K。 3.2.4凝固点下降对植物的耐受性有重要意义 当外界气温发生变化时,植物体内细胞中具有多种氨基酸和强烈地生成可溶物性糖,正是这些可溶物的存在,从而使细胞的蒸气压下降,凝固点降低,保证了在一定低温条件下细胞液不致结冰;另外,细胞液浓度增大,有利于其蒸气压的降低,从而使细胞中水分的蒸发量减少,蒸发过程变慢,因此在较高的气温下能保持一定的水分而不枯萎,从而使植物表现出一定的抗旱性和耐寒性。 4 渗透压 4.1原理 渗透压顾名思义是渗透的压力.在一个U 型管中间用一个半透膜隔开,在半透膜的两边分别装相等高度的纯溶剂和稀溶液半透膜只允许溶剂通过、不允许溶质通过,当在半透膜的两侧到达平衡时,溶液一侧的液面有所上升,为阻止溶剂分子自纯溶剂向溶液一侧渗透,就需要在溶液上方施加一个额外的压力,以增加溶液的蒸气压,使半透膜两边溶剂的化学势相等而达到平衡,此时液面再次达到平齐,这个额外的压力就定义为渗透压.渗透压用Π表示,则有: Π= cBRT,( 4) 式中cB 为稀溶液的摩尔浓度,R 为摩尔气体常数,T 为系统温度. 4.2应用 4.2.1可以使用依数性来测定非挥发性性溶质的摩尔质量. 4.2.2可以用渗透压原理来说明生理盐水和葡萄糖注射液是与人体血液中红细胞与血浆正常的渗透压而特别配制的等渗溶液。 4.2.3海洋海水的淡化技术 随着人类社会的快速发展,淡水资源则不断匮乏,而取之不尽的海水因含有大量的盐分通常不能直接使用,所以海水的淡化技术昭示着非常巨大的经济价值和非常重要的研究意义.海水淡化也称海水化淡或海水脱盐,是指将海水中的多余盐分和矿物质去除得到淡水的技术,目前主要采用的海水淡化方法有蒸馏法、反渗透法、海水冻结法和电渗析法.反渗透法就是基于渗透压的原理,通过在半透膜的含海水的一侧用特种高压泵增压,使海水通过反渗透膜而进入纯水一侧,从而达到将海水淡化的目的,反渗透法具有设备简单、易于维护和设备模块化的优点,且脱盐率高,逐步取代蒸馏法成为应用最广泛的方法.经过反渗透膜处理后的海水,其水质甚至优于自来水,这样就可供工业、商业、居民及船舶和舰艇使用. 4.2.4溶液的渗透压在生物学中有很重要的作用 植物的细胞壁有一层原生质,起着半透膜的作用,而细胞液是一种溶液,其渗透压可高达2.0×10 Pa,土壤中水分通过这种渗透作用,送到树梢。当植物处于水分充足的环境中,水通过半透膜想细胞内渗透,是细胞内产生很大的压力,细胞发生膨胀,植物的根茎叶和花瓣就会有一定的弹性,这样植物就能更好地向空间伸展职业,充分吸收二氧化碳和接受阳光。如果土壤溶液的渗透压高于植物细胞液的渗透压,就会造成植物细胞液内的水分向外渗透,导致植物枯萎。农业生产上改造盐碱地、合理施肥和施肥后及时灌水就是这个道理。 总结 对稀溶液依数性的应用前景是十分广阔的,尤其在医学上,如渗透原理被用来处理尿毒症。在人工肾里,病人的血液在玻璃管(用作半透膜)循环,血液里的小分子废物向管外渗透,从而使得血液得到净化。以非挥发性溶质形成的稀溶液,其饱和蒸气压下降、沸点升高、凝固点降低、渗透压等性质应用将会产生不可估量的效益。 参考文献 [1]傅献彩,沈文霞,姚天扬等.物理化学[M].5 版.北京:高等教育出版社, 2005:233241. [2]天津大学物理化学教研室.物理化学[M]. 5 版.北京:高等教育出版社, 2009:184190. [3]何杰,邵国泉,刘传芳,等.物理化学[M].北京:化学工业出版社,2012:119123. [4]吕瑞东,高丕英.稀溶液的依数性与浓度关系的推导方法[J].大学化学,2009, 24( 3) :6972. [5]王正烈.稀溶液中溶剂的化学势及其在依数性上的应用[J].大学化学,2008, 23( 5) :4853. [6]傅玉普,郝策,蒋山.多媒体CAI 物理化学[M].4 版.大连:大连理工大学出版社,1998:114117. [7]刘志明,吴也平,金丽梅.应用物理化学[M].北京:化学工业出版社,2010:2325. [8]李惠淮.稀溶液的依数性[J].安徽教育学院学报,2003,21( 3) :45 -47. [9]百度百科.海水淡化技术[EB/OL].[2012 -11 -09].http: / /baike.baidu.com/view/2190374.htm.