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第1页：液体与固体章节封面

Liquids and Solids: Structure & Properties（液体与固体：结构与性质），Chapters 11 & 12。

第2页：物质的三态与相

物质的三态：固、液、气。

相 Phase

体系中均匀的一部分，与其他部分有明确边界。

本节讨论的核心问题：有几个相？分子靠什么作用力聚集在一起？——分子间作用力与氢键。

第3页：取向力

1. 分子间作用力：范德华力

取向力（dipole-dipole / ion-dipole forces）

永久偶极之间的静电作用；水分子的偶极矩为 1.87 D。

第4页：诱导力与色散力

诱导力（Induced dipole forces）

强度正比于离子电荷或偶极强度以及分子的极化率。

色散力（Instantaneous dipole forces）

瞬间偶极产生的作用力。

极化率 Polarizability

电子云变形的难易程度，与电子数和分子大小成正比。

诱导力与色散力合称色散力（Dispersion forces），通常随摩尔质量增大而增大。

第5页：

第6页：分子间作用力的判断

第7页：氢键

2. 氢键 Hydrogen Bond：氢原子与电负性很大的原子（O、N 或 F）之间的一种特殊的偶极—偶极相互作用。

第8页：氢键为何特殊

为什么氢键被视为“特殊”的偶极—偶极作用？

对同系物而言，摩尔质量减小通常沸点降低；但含氢键的物质沸点明显反常偏高，说明氢键强度远大于普通偶极作用。

第9页：液体的表面张力

3. 液体的性质 (1) 表面张力：使液体表面增大单位面积所需的能量。

分子间作用力越强，表面张力越大。

第10页：内聚力与毛细现象

(2) 毛细现象 Capillary action

内聚力 Cohesion

同种分子之间的相互吸引。

粘合力 Adhesion

不同种分子之间的相互吸引。

• 内聚力 > 粘合力（如汞）：液面凸出、毛细下降
• 粘合力 > 内聚力（如水）：液面凹下、毛细上升

第11页：液体的黏度

(3) 黏度 Viscosity：流体对流动的阻力的量度。

黏度随分子间作用力增大而增大，随温度升高而减小。

第12页：晶体与非晶体

4. 固体的结构

晶体 Crystalline solid

原子、离子或分子呈刚性且长程有序的排列（可预测）。

非晶体 Amorphous solid

没有确定排列与长程有序（不可预测）。

例：结晶 SiO₂ 为石英，非晶态 SiO₂ 为玻璃。

第13页：晶胞

(1) 晶体的晶胞 Unit Cell：晶体的基本重复单元。

三维空间中格点（lattice point）上可以是：

• 原子
• 分子
• 离子

第14页：七种晶胞类型

(2) 晶胞的七种类型：立方、四方、正交、正方、单斜、三斜、六方。

第15页：晶格点的堆积方式

(3) 晶格点的堆积类型：格点按不同方式在空间中堆积，形成简单立方、体心立方与面心立方等排列。

第16页：

第17页：布拉格方程

布拉格方程（Bragg Equation）：2d sinθ = nλ

相邻晶面反射波的光程差为 BC + CD；同相（相位相同）时发生加强衍射。

第18页：二氧化钛的X射线衍射图

TiO₂ 的 X 射线粉末衍射图：横轴为 2θ（度），纵轴为相对强度，各衍射峰对应不同的晶面间距。

第19页：晶面间距计算

波长 0.154 nm 的 X 射线在 14.17° 处被晶体衍射，取 n = 1，求晶面间距（pm）。

nλ = 2d sinθ；λ = 0.154 nm = 154 pm，θ = 14.17°

d = nλ/(2 sinθ) = (1 × 154 pm)/(2 × sin 14.17°) = 77.0 pm

第20页：晶体类型与实例

共价晶体 Covalent Crystals

格点为原子，由共价键结合，如石英、金刚石（Si、C 采取 sp³ 杂化）。

离子晶体 Ionic Crystals

格点为阳离子与阴离子，由静电作用结合，如 CsCl、ZnS、CaF₂。

第21页：分子晶体与金属晶体

分子晶体 Molecular Crystals

格点为分子，靠分子间作用力结合。

金属晶体 Metallic Crystals

格点为金属原子，靠金属键结合，可看作原子核与内层电子浸在可流动的“电子海”中。

第22页：混合型晶体

第23页：四类晶体的性质总表

第24页：相变与两相平衡

5. 相变与相图

H₂O(l) ⇌ H₂O(g)：气化与凝结互为逆过程，气相与液相共存时达到两相平衡。

第25页：六种相变名称

六种相变：熔化 melting、凝固 freezing、气化 vaporization、凝结 condensation、升华 sublimation、凝华 deposition。

第26页：水的相图

相图：概括物质以固、液、气三种状态存在的条件。

水的相图上有三相点、沸点与凝固点三个特征位置。

第27页：二氧化碳的三相点

由 CO₂ 相图可见，其三相点压力高于常压，常压下固态 CO₂ 直接升华而不熔化，这就是固态二氧化碳被称为干冰的原因。

第28页：蒸气压下降与拉乌尔定律

6. 非电解质溶液的依数性 (1) 蒸气压下降：加入难挥发非电解质后，溶液蒸气压降低。

拉乌尔定律：P₁ = X₁P₁⁰，ΔP = P₁⁰ − P₁ = P₁⁰X₂

X₁ 为溶剂摩尔分数，X₂ 为溶质摩尔分数，X₁ + X₂ = 1。

溶液的性质只由溶质粒子（离子或分子）的数目决定。

第29页：沸点升高

(2) 沸点升高：加入溶质后沸点由 T_b⁰ 升高到 T_b。

ΔT_b = T_b − T_b⁰ = K_b·m

m（质量摩尔浓度）

m = 溶质的物质的量 / 溶剂质量（kg）

K_b

摩尔沸点升高常数（℃/m）

第30页：凝固点降低

(3) 凝固点降低：加入溶质后凝固点降低。

ΔT_f = T_f − T_f⁰ = K_f·m

K_f 为摩尔凝固点降低常数（℃/m）。

第31页：乙二醇凝固点降低计算

3202 g 水中溶解 478 g 乙二醇（防冻剂，摩尔质量 62.01 g/mol），求溶液的凝固点。

m = (478 g × 1 mol/62.01 g) / 3.202 kg = 2.41 m

水的 K_f = 1.86 ℃/m

ΔT_f = K_f·m = 1.86 ℃/m × 2.41 m = 4.48 ℃

T_f = 0.00 ℃ − 4.48 ℃ = −4.48 ℃

第32页：溶剂的显著影响

第 12.6 节提示：溶剂的种类对依数性有显著影响，K_b 与 K_f 随溶剂不同而不同。

第33页：渗透压

(4) 渗透压 π：半透膜只允许溶剂分子通过；渗透压是阻止渗透发生所需施加的压力。

π = MRT

• M：溶液的物质的量浓度（mol/L）
• R：气体常数
• T：温度（K）

第34页：渗透压与生理盐水

渗透压与细胞形态：0.92% NaCl 为等渗溶液，细胞形态正常；低于该浓度（低渗）细胞吸水膨胀，高于该浓度（高渗）细胞失水皱缩。

第35页：非电解质依数性小结

依数性：只取决于溶液中溶质粒子的数目，而与溶质粒子的本性无关。

• 蒸气压下降：P₁ = X₁P₁⁰
• 沸点升高：ΔT_b = K_bm
• 凝固点降低：ΔT_f = K_fm
• 渗透压：π = MRT

第36页：范特霍夫因子

12.7 电解质溶液的依数性：0.1 m NaCl 解离为 0.1 m Na⁺ 与 0.1 m Cl⁻，粒子总浓度变为 0.2 m。

范特霍夫因子 i = 解离后溶液中实际粒子数 / 最初溶解的式量单位数

• 非电解质：i = 1
• NaCl：i = 2
• CaCl₂：i = 3（理论值）

第37页：电解质依数性公式

考虑解离后的依数性公式

• 沸点升高：ΔT_b = i·K_b·m
• 凝固点降低：ΔT_f = i·K_f·m
• 渗透压：π = i·M·R·T

第38页：第11章与第12章习题

习题：11.10、11.20、11.31、11.55（删除 b.B12）、11.105、11.126、12.75、12.80、12.118