1 Kapaliny Molekulové ­ vdW síly, vodíkové můstky Metalické ­ roztavené kovy, ionty + elektrony, elektrostatické síly Iontové ­ roztavené soli, FLINAK (LiF + NaF + KF), volně pohyblivé anionty a kationty, iontová elektrická vodivost, N N N N (CH2 )n NN N N N HO OH Cl-, AlCl4 -, Al2Cl7 -, Al3Cl10 -, PF6 -, SnCl3 -, BCl3 -, BF4 -, NO3 -, OSO2CF3 - (triflát), CH3C6H4SO3 -, N(SO2CF3)2 -, PO4 3- 2 Iontové kapaliny Nejstarší známá : EtNH3 +NO3 - t.t. 12 °C kapalné za laboratorní teploty nebo nízká t.t. teplotní rozsah -40 °C do 400 °C velmi polární, nekoordinující, zcela ionizované netěkavé ­ neměřitelná tenze par nehořlavé, neoxidující, tepelně stabilní elektrochemický rozsah > 4V (nejsou oxidovány nebo redukovány) nemísitelné s organickými rozpouštědly hydrofobní IK nemísitelné s vodou 3 Děrová teorie kapalin Pevná látky (molekulové) ­ těsně uspořádané mřížky, molekuly se vzájemně dotýkají, vdW poloměry Kapaliny ­ stejné vzdálenosti nejbližších sousedů jako v (s), nižší hustota, koordinační číslo klesá s rostoucí teplotou. Ar(s) k.č. 12 Ar(l) k.č. 10 ­ 11 při teplotě tání, hustota menší o 12% Ar(l) k.č. 4 při kritické teplotě Kapaliny ­ volný prostor (díry) v jinak skoro těsně uspořádané struktuře, molekuly s vysokou Ekin se pohybují se strukturou, molekuly s nízkou Ekin se účastní vdW interakcí 4 Děrová teorie kapalin Dva druhy molekul v kapalinách: 1. Molekuly sousedící s vakancí (dírou) ­ podobné (g) 2. Molekuly obklopené jinými molekulami ­ podobné (s) Struktura kapalin je mezi pravidelnou strukturou pevných látek a neuspořádaným pohybem plynů. Ekin molekul kapalin je příliš vysoká, aby se udržely ve pevných mřížkových pozicích, ale příliš nízká na to, aby se uvolnily z vdW přitažlivých sil a opustily nádobu 5 Povrchové napětí Síla v povrchu kapaliny, která se snaží udržet plochu povrchu co nejmenší, kulový tvar. Energie na vytvoření 1 m2 nového povrchu. Molekuly na povrchu kapaliny interagují jen s jinými molekulami uvnitř kapaliny, nerovnoměrné rozložení sil 6 Povrchové napětí Volná povrchová energie E = S = povrchové napětí [N m­1 = J m­2] S = plocha povrchu F = l [N m­1 = J m­2] Energie spotřebovaná na tvorbu nového povrchu = vytrhnout molekuly z míst uvnitř kapaliny (pevně vázané) a přenést na povrch (hůře vázané) 7 Povrchové napětí Rozhraní (T, 20 oC) , Povrchové napětí [mJ m-2] Voda / Vzduch 72.75 Hg / Vzduch 472 Benzen / Vzduch 28.88 Voda / Vzduch (100 oC) 58.0 Vodoměrka Desinfekce Tenzidy - mýdla 8 Povrchové napětí vody Mytí teplou vodou 9 Měření povrchového napětí Tensiometr Destička - Wilhelmy Tensiometr Kroužek ­ DeNouy 2 D = F Visící kapka 10 Papírová chromatografie 11 Viskozita Vnitřní tření, odpor kapaliny k toku Roste s rostoucími mezimolekulovými silami: OH OH OH OH OH OH Roste s délkou řetězce, proplétání Klesá s rostoucí teplotou = A exp(E / RT) Stokesova rovnice F = 6 r v = viskozita [ kg m­1 s­1] r = poloměr kuličky v = rychlost pohybu 12 Vypařování kapalin a kondenzace par Molekuly u povrchu kapaliny, které mají dostatečnou Ekin a správný směr pohybu, mohou překonat vdW síly, povrchové napětí a opustit kapalinu do plynné fáze (i pod t. v.) Odcházejí energeticky bohaté molekuly ­ kapalina se ochlazuje Kondenzace = srážka molekuly (g) s povrchem (l), ztráta části Ekin, molekula zachycena vdW silami do (l) Výparné a kondenzační teplo 13 Tenze par = tlak nasycené páry Tlak nasycené páry Dynamická rovnováha Uzavřený prostor 14 Tenze par = tlak nasycené páry [torr] 1325470377Diethylether 92.523.817.5Voda 50 C25 C20 CTeplota Látka Tenze par roste s teplotou (760 torr = 101.325 kPa) 15 Tenze par 16 Tenze par z hlediska kinetické teorie Za dané T mají látky se slabšími mezimolekulovými silami vyšší tlak par slabší mezimolekulové síly silné mezimolekulové síly 17 Tenze par roste s teplotou 18 Tlak nasycených par 19 Bod varu = teplota, při které se vyrovná tenze par s vnějším tlakem Normální bod varu = teplota, při které se vyrovná tenze par s vnějším tlakem 101.325 kPa Bod sublimační = teplota, při které se vyrovná tenze par pevné látky s vnějším tlakem Normální bod sublimační = teplota, při které se vyrovná tenze par pevné látky s vnějším tlakem 101.325 kPa Var a sublimaci lze vyvolat zahříváním nebo snížením tlaku 20 Normální body varu hydridů 14. ­ 17. skupiny Silné vodíkové vazby zadržují molekuly v kapalině = nižší tlak par = vysoká teplota varu 21 p-T fázový diagram Trojný bod Kritický bod Teplota Tlak 22 p-T fázový diagram Trojný bod ­ Teplota a tlak při nichž jsou všechny tři fáze v rovnováze Kritický bod ­ nad k. b. jsou kapalná a plynná fáze nerozlišitelné, zmizí meniskus Kritická teplota - minimální teplota pro zkapalnění plynu zvýšeným tlakem Kritický tlak 23 Kritický bod benzenu 300.7 C 307.4 C 309.2 C Zmizí fázové rozhraní mezi l a g (meniskus) 24 Hustota vody (g, l, s) 25 p-T fázový diagram Zvýšení tlaku sníží teplotu tání vody = anomálie Zvýšení tlaku způsobí zmrznutí kapaliny 26 Clausius-Clapeyronova rovnice m m VT H dT dp =Clapeyronova rovnice pro fázovou přeměnu Pro l-g rovnováhu: 1) Vm(g) >> Vm(l), pak Vm = Vm(g) 2) Vm(g) ze stavové rovnice id. plynu p RT gVm =)(Diferenciální Clausius-Clapeyronova rovnice 2 ln RT H dT pd m = Integrovaná Clausius-Clapeyronova rovnice 27 Troutonovo pravidlo 11, 0 0 , 90 -- = molJK T H S v výpm výpm G = 0 v rovnováze, při fázových přeměnách G = H - TS = 0 Pro různé kapaliny (nepolární) je za normálního bodu varu výparná molární entropie přibližně stejná Neplatí pro vodu při 100 C ­ velmi silné H můstky = velmi uspořádaná struktura = malá entropie kapalné vody S0 výp = 109 J K-1 mol-1 kapalina pára 28 Difuze Probíhá v kapalinách a plynech, v pevných látkách za zvýšené teploty Samovolné míšení látek Výsledek nahodilého pohybu molekul dx dc DAJ -= 1. Fickův zákon 29 1. Fickův zákon dx dc DAJ -= J = difuzní tok [mol s-1 m-2] D = difuzní koeficient dc/dx = gradient konc. A = plocha [m2] x