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, EtNH3 + NO3 - t.t. 12 °C 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 Děrová teorie kapalin Pevné 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 3 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 4 Povrchové napětí Síla v povrchu kapaliny, která se snaží udržet plochu povrchu co nejmenší - kulový tvar. Povrchové napětí = Energie na vytvoření 1 m2 nového povrchu [N m–1 = J m–2] Molekuly na povrchu kapaliny interagují jen s jinými molekulami uvnitř kapaliny - nerovnoměrné rozložení sil 5 Povrchové napětí Povrchové napětí = Energie spotřebovaná na tvorbu nového povrchu - vytrhnout molekuly z míst uvnitř kapaliny (pevně vázané) a přenést na povrch (hůře vázané) Volná povrchová energie E E = γ S γ = povrchové napětí [N m–1 = J m–2] S = plocha povrchu F = γ l [N m–1 = J m–2] dS dE =γ 6 Povrchové napětí Rozhraní (T = 20 oC) γ, 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 7 Povrchové napětí vody Mytí teplou vodou Povrchové napětí klesá s rostoucí teplotou. 8 Měření povrchového napětí Tensiometr Destička - Wilhelmy Tensiometr Kroužek – DeNouy 2 π D γ = F Visící kapka dS dE =γ 9 Papírová chromatografie 10 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 η = A exp (E / RT) Stokesova rovnice F = 6 π η r v η = viskozita [kg m–1 s–1] r = poloměr kuličky v = rychlost pohybu 11 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.) Odpařování kapaliny = 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 ΔHvýparné > 0 endo ΔHkondenzační < 0 exo 12 Tenze par = tlak nasycené páry Tlak nasycené páry Dynamická rovnováha Uzavřený prostor 13 Tenze par 14 Tenze par = tlak nasycené páry 1325470377Diethylether 92.523.817.5Voda 50 ºC25 ºC20 ºCTeplota Látka Tenze par roste s teplotou (760 torr = 101.325 kPa) [torr] 15 Tenze par z hlediska kinetické teorie Za dané T mají látky se slabšími mezimolekulovými silami vyšší tlak par slabší mezimolekulové síly silné mezimolekulové síly Rychlost molekul, v Rychlost molekul, v Počet molekul s rychlostí v Počet molekul s rychlostí v Jen molekuly s Ekin > Emm mohou opustit kapalinu 16 Tenze par roste s teplotou vyšší T nižší T Rychlost molekul, v Počet molekul s rychlostí v Jen molekuly s Ekin > Emm mohou opustit kapalinu Minimální Ekin potřebná k opuštění kapaliny 17 Tlak nasycených par Normální tlak 101.325 kPa Normální bod varu 18 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 19 Normální body varu hydridů 14. – 17. skupiny 17 Silné vodíkové vazby zadržují molekuly v kapalině = nižší tlak par = vysoká teplota varu 16 15 14 20 p-T fázový diagram Trojný bod Kritický bod Teplota Tlak Plyn Kapalina Pevná látka 21 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 22 Kritický bod benzenu 300.7 ºC 307.4 ºC 309.2 ºC Zmizí fázové rozhraní mezi l a g (meniskus) 23 Hustota vody (g, l, s) 24 p-T fázový diagram Zvýšení tlaku sníží teplotu tání vody = anomálie Zvýšení tlaku způsobí zmrznutí kapaliny 25 Clausius-Clapeyronova rovnice m m VT H dT dp Δ Δ = 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 mΔ = Integrovaná Clausius-Clapeyronova rovnice 26 Antoineova rovnice p = tezne par (bar) T = teplota (K) -45.6221663.1255.08354344. - 373. -45.8541659.7935.07680334. - 363. -39.4851733.9265.20389304. - 333. -31.7371838.6755.40221273. - 303. -198.043643.7483.55959379. - 573. CBATeplotní interval (K) Voda 27 Troutonovo pravidlo 11, 0 0 , 90 −− = Δ =Δ molJK T H S v výpm výpm ΔG = 0 v rovnováze, při fázových přeměnách ΔG = ΔH - TΔS = 0 Pro různé kapaliny (nepolární) je za normálního bodu varu výparná molární entropie přibližně stejná Neplatí pro vodu při 100 ºC – velmi silné H můstky = velmi uspořádaná struktura = malá entropie kapalné vody ΔS0 výp = 109 J K-1 mol-1 kapalina pára ΔS 28 Difuze Probíhá v kapalinách a plynech v pevných látkách za zvýšené teploty Samovolné míšení látek, přenos hmoty Vyrovnání koncentrací Výsledek nahodilého pohybu molekul dx dc D Adt dn J −== 1. Fickův zákon pro difuzní tok J 29 1. Fickův zákon J = difuzní tok [mol s−1 m−2] n = látkové množství [mol] D = difuzní koeficient [m2 s−1] dc/dx = gradient konc. A = plocha [m2] x difuzní tok