刚学过的化学实验和化学计量,是高中化学的基础,现在进入第二章《化学物质及其变化》。新课标化学教材,“化学实验”和“分类”为两大支柱,我们开始学习“分类”这个支柱、拐棍儿。
图1、你属于什么型儿?内分泌失调型
一、分类法的重要性
书店的图书浩如烟海,分类为“政治”、“经济”、“音乐”、“中小学教材”、“中小学教辅”等各个区域,可以方便我们迅速寻找到所需要的图书。
化学上的物质3000多万种,根本就无法穷尽,按照分类方法可以找到物质之间的共性,所以分类法很重要。九年级时候已经将物质划分为纯净物和混合物,将元素周期表上的114种元素划分为非金属元素和金属元素,高中要进一步加深对分类法的理解。
这里要学到的第一种是交叉分类法——按照物质的某个成分来分类,例如硫酸钠,可以划分为硫酸盐、钠盐,碳酸钾可以划分为碳酸盐和钾盐,每个物质都属于不止一类,这就是交叉分类法,如图2。
图2、交叉分类法的例子图3、树状分类法的例子
第二种是树状分类法,按照所属范围从大到小,这种方法应用最普遍,最系统,在化学、生物、物理学中都广泛应用。化学上的物质用树状分类法的示意图见图3。光看看图2和图3,就觉得树状分类法(图3)就比较顺溜儿,比较适用。实际上也是如此,我们高中所学的所有物质,都可以归结到图3中。
二、分散系和分类法
分散系,是在九年级学的溶液基础上的一个延伸。
2.1 分散系把溶液、悬浊液、乳浊液、雾、合金都包括进去了
九年级:一种(或多种)物质分散在另一种液体中(一般是水)形成均一、稳定的体系,是溶液。
溶质溶剂溶液
现在呢?一种(或多种)物质分散在另一种(或多种物质)中的得到的体系,叫做分散系。
分散质分散剂分散系
为了清楚起见,把有区别的文字用“红色”表示。可以看出,按照分散剂的状态,可以把分散系分为三种:固体分散系(例如合金)、液体分散系(就包括溶液、悬浊液、乳浊液,还有今天要学习的一种新的分散系——胶体)、气体分散系(例如雾),见图4。
图4、九种分散系的示意图图5、豆浆是一种胶体
2.2 胶体中分散质的粒子不大不小
溶液中,溶质的粒子小,直径一般小于 1 nm(纳米),浊液(悬浊液、乳浊液)中溶质的粒子大,直径一般大于 100nm;胶体中的分散质(胶体粒子)直径在 1 - 100 nm,介于溶液、浊液之间,例如豆浆。
图6、液体分散系中的粒子直径示意图
2.3胶体分散系可以形成丁达尔效应
胶体有什么特殊的性质,作为与溶液、浊液的区别呢?英国科学家丁达尔发现,光柱通过胶体时,会受到胶体粒子散射而形成光柱,叫做丁达尔现象,如图7。溶液由于其粒子尺寸太小而没有这种现象,如图8。
图7、氢氧化铁胶体的丁达尔现象图8、硫酸铜溶液无丁达尔现象
丁达尔现象,是光柱遇到胶体粒子发生了散射,例如光线通过缝隙、通过树叶都可以产生丁达尔现象。胶体粒子尺寸恰好在纳米级别,胶体研究也有助于纳米科技的发展。
2.4 胶体不是一个稳定体系
溶液,在保证条件不变的情况下,会一直保持稳定不变的。但是胶体不行,胶体粒子时不时就相互吸引、聚集,胶体这种分散系就被破坏了,因此称呼胶体是介稳性的分散系,而溶液是稳定的分散系。
图9、氯化钠溶液示意图图10、氢氧化铁胶体粒子示意图
图9是氯化钠溶液的示意图,溶质氯化钠都以氯离子(蓝色)、钠离子(紫色)形式存在,周围被水分子(白色)所包围,比较稳定。
图10是一个氢氧化铁胶体粒子的示意图,无数个Fe(OH)3分子聚集在一起,最后胶体粒子外层带有某种电荷,胶体粒子一直处于不断增大——减小的变化中,遇到电能、电解质溶液等等条件,就会影响胶体粒子的电性和稳定性,胶体分散系被破坏。
大气中的烟尘污染物、面粉厂和水泥厂中的空气,等等,都是有害于人类的胶体分散系,利用施加静电的方法可以破坏其介稳性,消除或减少污染。
污水中的固体悬浮物,可以通过假如明矾、硫酸铁等电解质的方法使之聚集成大颗粒沉淀下去,这个过程称之为“絮凝”,明矾、硫酸铁等被称为絮凝剂。絮凝也是自来水净化的一个重要步骤。
物质的分类、分散系这部分内容比较孤立,需要在以后的应用中逐渐熟练。
2010年9 月11 日·北京西三环
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