1.1　溶液

1.1.1　分散系

物質除了以氣態、液態和固態的形式單獨存在以外，大多數是以一種（或幾種）物質分散在另一種物質中構成混合體系的形式存在的。例如，氯化鈉分散在水中形成生理鹽水，黏土微粒分散在水中形成泥漿，奶油、蛋白質和乳糖等分散在水中形成牛奶，水滴分散在空氣中就形成了霧。這些混合體系稱為分散系。在分散系中，被分散了的物質稱為分散質，它是不連續的；容納分散質的物質稱為分散劑，它是連續的。如生理鹽水中，氯化鈉是分散質，水是分散劑。在分散系內，分散質和分散劑可以是氣體、液體和固體三種聚集狀態中的任何一種，這樣就可以組成多種不同的分散系。按分散質和分散劑的聚集狀態不同，分散系可分為以下幾類，見表1-1。

按分散質粒子直徑的大小，常把液態分散系分為三類：低分子或離子分散系、膠體分散系和粗分散系，見表1-2。

根據分散相粒子的大小，將分散相體系分成低分子或離子分散系（粒子直徑<1nm）；膠體分散體系（粒子直徑為1～100nm）；粗分散體系（分散質粒子直徑>100nm）。

（1）低分子或離子分散系

在低分子或離子分散系中，分散質粒子的直徑<1nm，它們是一般的分子或離子，與分散劑的親和力極強，因而組成了均勻、無界面、高度分散、高度穩定的單相系統。

（2）膠體分散系

在膠體分散系中，分散質的粒子直徑為1～100nm，它包括溶膠和高分子溶液兩種類型。

①溶膠　其分散質粒子是由一般的分子組成的小聚集體，這類難溶于分散劑的固體分散質高度分散在液體分散劑中，所形成的分散系稱為溶膠（或稱為膠體）。例如，氯化銀溶膠、氫氧化鐵溶膠、硫化砷溶膠等。在溶膠中，分散質和分散劑的親和力不強，因而溶膠是高度分散的、不均勻、不穩定的多相系統。

②高分子溶液　如淀粉溶液、纖維素溶液、蛋白質溶液等，分散質粒子是單個的大分子，與分散劑的親和力強，故高分子溶液是高度分散、穩定的單相系統。

（3）粗分散系

在粗分散系中，分散質粒子直徑>100nm，是一個極不穩定的多相系統。按分散質的聚集狀態不同，粗分散系可以分為乳濁液和懸濁液。液體分散質分散在液體分散劑中，稱為乳濁液，如牛奶；固體分散質分散在液體分散劑中，稱為懸濁液，如泥漿。由于分散質的粒子大，容易聚沉，分散質也容易從分散劑中分離出來。

雖然這三類分散系的性質有明顯差異，但是劃分它們的界線是相對的。因此，分散系之間性質和狀態的差異也是逐步過渡的。

1.1.2　溶液

由兩種或兩種以上不同物質所組成的均勻、穩定的液相體系，稱為溶液。通常所說的溶液是指液態溶液，由溶劑和溶質組成。水是最常用的溶劑，習慣上用A代表溶劑，用B代表溶質。溶液的濃度是指一定量溶液或溶劑中所含溶質的量，其表示方法有多種。

（1）物質的量濃度

物質的量濃度（簡稱為濃度）是指單位體積溶液中含有溶質B的物質的量，常用cB表示。

cB=nB/V　　（1-1）

式中，nB為溶質B的物質的量，mol；V為溶液體積，L或dm3；cB為物質B的濃度，mol·L-1或mol·dm-3；B是溶質的基本單元。

【例1-1】　濃鹽酸的密度為1.19g·mL-1，HCl含量為37％，求濃鹽酸的濃度。若配制濃度為2.0mol·L-1鹽酸溶液500mL，應取濃鹽酸多少毫升？

cHClVHCl=c'HClV'HCl

因此：

【例1-2】　欲配制0.2000mol·L-1Na2CO3溶液1.000L，求應稱取基準Na2CO3的量。

在使用物質的量濃度時必須確定溶質的基本單元。同種溶質的基本單元不同，物質的量濃度也不相同。物質的基本單元可以是分子、離子、原子、電子及其他粒子或這些粒子的特定組合，如H+、H2SO4、H3PO4等都可以作為溶質的基本單元。因此，在使用物質的量濃度時，必須注明物質的基本單元，否則容易引起混亂。

由于溶液的體積隨溫度而變，所以物質的量濃度也隨溫度變化而改變。為了避免溫度對數據的影響，常使用不受溫度影響的濃度表示方法，如質量摩爾濃度、摩爾分數、質量分數等。

（2）質量摩爾濃度

質量摩爾濃度是指每千克溶劑中所含溶質的物質的量，用bB表示。

式中，nB為溶質B的物質的量，mol；mA為溶劑的質量，kg。所以，質量摩爾濃度的單位為mol·kg-1。由于物質的質量不受溫度的影響，所以質量摩爾濃度是一個與溫度無關的物理量。

【例1-3】100.0g溶劑水中溶有2.00g甲醇，求該溶液的質量摩爾濃度。

解　甲醇（CH3OH）的摩爾質量為32.0g·mol-1。

該溶液的質量摩爾濃度為0.625mol·kg-1。

（3）摩爾分數

溶液某組分的摩爾分數是該組分的物質的量占溶液中所有物質總的物質的量的分數，也叫物質的量分數，用x表示，其量綱為1。

對于多組分系統溶液來說，某組分A的摩爾分數為：xA=nA/Σn，nA為系統中物質A的物質的量。

對于雙組分系統的溶液來說，若溶質的物質的量為nB，溶劑的物質的量為nA，則其摩爾分數分別為：

則xA+xB=1，對于多組分系統來說有Σxi=1。

（4）質量分數

混合系統中，某組分B的質量與混合物總質量之比，稱為組分B的質量分數，用wB表示，其量綱為1。質量分數是不隨溫度變化而變化的。

質量分數，以前常稱質量百分濃度。

【例1-4】　在常溫下取NaCl飽和溶液10.00mL，測得其質量為12.00g，將溶液蒸干，得NaCl固體3.173g，求：①NaCl飽和溶液的物質的量濃度；②NaCl飽和溶液的質量摩爾濃度；③飽和溶液中NaCl和H2O的摩爾分數；④NaCl飽和溶液的質量分數。

解　①NaCl飽和溶液的物質的量濃度為：

②NaCl飽和溶液的質量摩爾濃度為：

③飽和溶液中NaCl和H2O的摩爾分數為：

nNaCl=3.173/58.44=0.0543（mol）

④NaCl飽和溶液的質量分數為：

消毒用的醫用酒精（乙醇）的濃度為75％，是指100mL這種酒精溶液中含純酒精75mL，實為體積分數。

在水質分析或環境保護方面，過去常用百萬分濃度（ppm）和十億分濃度（ppb）。ppm是指每千克溶液中含溶質的質量（單位：mg）。ppb是指每千克溶液中含溶質的質量（單位：μg）。

1.1.3　電解質溶液

酸、堿和鹽都是電解質。大多數鹽和強堿是離子型化合物，它們溶于水時，與極性的水分子結合成水合離子，這個過程可簡單表示為：

大多數強酸的分子具有很強的極性，溶于水時也可形成水合離子，簡寫為：

強酸、強堿和各種鹽在水溶液中全部以離子形式存在，故稱它們為強電解質，在水溶液中完全解離。

弱酸和弱堿在水溶液中，大部分以分子形式存在，只有少部分發生解離。