Skupenské stavy látek. Mezimolekulární síly

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Skupenské stavy látek. Mezimolekulární síly"

Kateřina Dušková
před 9 lety
Počet zobrazení:

1 Skupenské stavy látek Mezimolekulární síly 1

2 Interakce iont-dipól Např. hydratační (solvatační) interakce mezi Na + (iont) a molekulou vody (dipól). Jde o nejsilnější mezimolekulární (nevazebnou) interakci. Interakce dipól-dipól Interakce mezi dipóly dvou stejných nebo i různých polárních molekul. Slabší než interakce iont-dipól. 2

(dipól). Jde o nejsilnější mezimolekulární (nevazebnou) interakci.

3 Disperzní síly (Londonovy, indukované dipóly) Nejslabší mezimolekulární interakce. Fluktuací elektronů v elektronových obalech vznikají okamžité dipóly, které indukují vznik dipólu v okolních molekulách. Polarizovatelnost je míra snadnosti s jakou se v elektronovém obalu indukují dipóly. U atomů obvykle roste s počtem elektronů, resp. s molární hmotností. Vodíková vazba Speciální případ dipól-dipólové interakce. Velmi silná interakce, nejsilnější z tzv. van der Waalsových interakcí (vodíková vazba, dipól-dipól, Londonovy síly). - Vodíková vazba se projevuje u molekul kde je H vázán na elektronegativní prvek (zvláště F, O, N). Srovnání bodů varu podobných sloučenin prvků periody 3

Polarizovatelnost je míra snadnosti s jakou se v elektronovém obalu indukují dipóly. U atomů obvykle roste s počtem elektronů, resp. s molární hmotností.

4 Vodíková vazba, srovnání vazebných sil a intermolekulárních interakcí K vypaření 1 molu vody je třeba 41 kj (intermolekulární) K rozrušení všech vazeb O-H v 1 molu vody je třeba 930 kj (intramolekulární) Anomální vlastnosti vody: hustota Maximum hustoty 4 0 C Důsledek: led má nižší hustotu než kapalná voda 4

vazeb O-H v 1 molu vody je třeba 930 kj (intramolekulární) Anomální

5 Kvalitativní odhad mezimolekulárních interakcí HBr Př.: Jaký typ nebo typy mezimolekulárních interakcí se uplatňují u následujících látek? CH 4 HF SO 2 O S O Změna skupenství: fázový diagram Fázový diagram vymezuje podmínky za kterých látka existuje v tuhé, kapalné popř. plynné fázi. Fázový diagram CO 2 při 1 atm CO 2 (s) CO 2 (g) 5

CH 4 HF SO 2 O S O Změna skupenství: fázový diagram Fázový diagram vymezuje

6 Křivka zahřívání Vlastnosti plynů Zaujímají objem a tvar nádoby. Jde o nejstlačitelnější formu hmoty. Všechny plyny jsou navzájem zcela mísitelné. Hustota plynů je nižší než kapalin nebo tuhých látek. Stlačitelnost plynů v závislosti na teplotě popisuje stavová rovnice ideálního plynu: PV = nrt n: látkové množství, R: plynová konstanta (8.314 J K -1 mol -1 ) Př.: Argon je inertní plyn používaný v žárovkách k ochraně vlákna před vypařením. Žárovka, která obsahuje argon při 1.20 atm a 18 C, je zahřáta na 85 C. Jak se přitom změní tlak argonu (v atm)? 6

Stlačitelnost plynů v závislosti na teplotě popisuje stavová rovnice ideálního plynu: PV = nrt n: látkové množství, R: plynová konstanta

7 Vlastnosti kapalin: povrchové napětí Povrchová energie je energie potřebná ke zvětšení povrchu kapaliny o jednotkovou plochu. Čím silnější jsou mezimolekulární interakce, tím vyšší je povrchová energie, resp. povrchové napětí. Vlastnosti kapalin: smáčení Kapilární elevace (smáčení, převládají adhezní síly) nastává pokud molekuly kapaliny a materiálu mají podobný charakter. Kapilární deprese (nesmáčení, převládají kohezní síly) nastává při značné odlišnosti charakteru molekul kapaliny a materiálu. 7

Vlastnosti kapalin: smáčení Kapilární elevace (smáčení, převládají adhezní síly) nastává pokud molekuly kapaliny a materiálu

8 Vlastnosti kapalin: viskozita Viskozita je měřítkem odporu kapaliny k toku. Čím silnější jsou mezimolekulární interakce, tím vyšší je viskozita. Vlastnosti kapalin: tenze Tlak nasycené páry (tenze) je tlak páry v rovnovážném systému ve kterém látka existuje v kapalné i plynné fázi. H 2 O (l) H 2 O (g) počátek rovnováha 8

Vlastnosti kapalin: tenze Tlak nasycené páry (tenze) je tlak páry v rovnovážném

9 Vlastnosti kapalin: bod varu Bod varu je teplota při které se tlak nasycené páry vyrovná vnějšímu tlaku. Tuhé látky: struktura Krystalická tuhá látka vykazuje rigidní prostorové uspořádání atomů, molekul nebo iontů. V krystalu se opakuje tvar elementárního rovnoběžstěnu (jednotkové/základní buňky). V uzlových bodech jsou atomy, molekuly nebo ionty uzlový bod mřížky jednotková buňka a její opakování ve 3D 9

Tuhé látky: struktura Krystalická tuhá látka vykazuje rigidní prostorové uspořádání atomů, molekul

10 Základní typy jednotkových buněk Variace základních tvarů: kubická mřížka 10

11 Určení struktury krystalů: rentgenová difrakce Braggova rovnice rozdíl vzdáleností =BC + CD = 2d sinθ = nλ 11

12 Difrakce: příklad Rentgenové paprsky o vlnové délce nm se odrážejí od krystalu pod úhlem (pro n = 1). Jaká je vzdálenost (v pm) mezi stěnami jednotkové buňky v krystalu? n λ = 2d sin θ n = 1 θ = λ = nm = 154 pm d = n λ 2sin θ = 1 x 154 pm 2 x sin14.17 = pm Tuhé látky: iontové krystaly V uzlových bodech mřížky anionty a kationty Silné elektrostatické interakce (iontová vazba) Obvykle tvrdé, křehké, vysoký bod tání Špatné vodiče tepla a elektřiny CsCl ZnS CaF 2 12

154 nm = 154 pm d = n λ 2sin θ = 1 x 154 pm 2 x sin14.17 = 314.

13 Tuhé látky: kovalentní krystaly V uzlových bodech mřížky atomy Pevné kovalentní vazby Obvykle tvrdé, vysoký bod tání Špatné vodiče tepla a elektřiny atomy uhlíku diamant grafit Tuhé látky: molekulové krystaly V uzlových bodech mřížky molekuly Slabé mezimolekulární interakce Obvykle měkké, nízký bod tání Špatné vodiče tepla a elektřiny 13

diamant grafit Tuhé látky: molekulové krystaly V uzlových bodech mřížky molekuly

14 Tuhé látky: kovové krystaly V uzlových bodech mřížky atomy kovu Kovová vazba mezi atomy Různá tvrdost i body tání Dobré vodiče tepla a elektřiny Průřez krystalem kovu jádro a vnitřní elektrony mobilní elektronový oblak z valenčních elektronů Krystalové mřížky kovů 14

tepla a elektřiny Průřez krystalem kovu jádro a vnitřní elektrony

15 Amorfní látky V amorfní tuhé látce nelze najít opakované, dobře definované prostorové uspořádání. Prostorovou strukturou se podobají amorfní tuhé látky kapalině. Na křivce zahřívání nevykazují bod tání (tají v rozmezí teplot). krystalický křemen (SiO 2 ) nekrystalické křemenné sklo Vysokoteplotní supravodiče 15

Prostorovou strukturou se podobají amorfní tuhé látky kapalině.

Podobné dokumenty

Skupenské stavy. Kapalina Částečně neuspořádané Volný pohyb částic nebo skupin částic Částice blíže u sebe

Skupenské stavy. Kapalina Částečně neuspořádané Volný pohyb částic nebo skupin částic Částice blíže u sebe Skupenské stavy Plyn Zcela neuspořádané Hodně volného prostoru Zcela volný pohyb částic Částice daleko od sebe Kapalina Částečně neuspořádané Volný pohyb částic nebo skupin částic Částice blíže u sebe