CHEMIA OGÓLNA

Wojciech Solarski

STANY SKUPIENIA MATERII

STANY SKUPIENIA

• CIAŁO STAŁE

• CIECZ

STANY SKUPIENIA

• CIAŁO STAŁE

• CIECZ

GAZ

PLAZMA

STANY SKUPIENIA

CIAŁO STAŁE: LÓD

CIECZ: WODA

GAZ: PARA WODNA

PLAZMA

PLAZMA

spektrometria emisyjna ze wzbudzeniem plazmowym

Plazmowe narzędzia do cięcia metali i stopów (stal, aluminium, miedź) o grubości 0,6 – 150 mm

ZASTOSOWANIA TECHNIKA

ANALITYKACHEMICZNA

UKŁAD

FAZA GAZOWAFAZA CIEKŁAFAZA STAŁA

FAZA – CZĘŚĆ UKŁADU, ODDZIELONA OD INNYCH CZĘŚCI GRANICAMI FAZOWYMI, W KTÓREJ SUBSTANCJA POSIADA JEDNAKOWE WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNE I CHEMICZNE

Faza

To w jakiej fazie występuje substancja zależy od:

Siły oddziaływań międzycząsteczkowych. TemperaturaCiśnienie

PRZEMIANY FAZOWE

ENERGIA

ENERGIA

PRZEMIANY FAZOWE

Krzywe ogrzewania i stygnięcia wodyKrzywe ogrzewania i stygnięcia wody

Ogrzewanie wody

Wrzenie wody

Topienie się lodu

Ogrz.pary

Ogrzewanie lodu

H2OCO2

DIAGRAM FAZOWY PRZEDSTAWIA PRZEMIANY FAZOWE DOKONUJĄCE SIĘ POD WPŁYWEM TEMPERATURY I CIŚNIENIA

Przejścia fazowe

Diagram fazowy

Linie są tworzone przez punkty o określonych parametrach p i T, w których układ osiąga równowagę między fazami.

Diagram fazowy wody

W punkcie potrójnym wszystkie trzy fazy znajdują się w trwałym stanie równowagi. Punkt potrójny dla wody znajduję się przy temperaturze 0.0098 C 610 Pa.

Diagram fazowy wody

T(°C) P(hPa)

Wrzenie 100 1013,25

Krzepnięcie 0 1013,25

Punkt potrójny 0.0098 6,10

T(°C) P(hPa)

Wrzenie 100 1013,25

Krzepnięcie 0 1013,25

Punkt potrójny 0.0098 6,10

GAZ

GAZModel gazu doskonałego można scharakteryzować następującymi założeniami: 1. Gaz składa się z cząsteczek (atomów) będących w

nieustającym, przypadkowym ruchu. 2. Cząsteczki (atomy) można traktować jako punkty

bezwymiarowe. Można zaniedbać wymiary cząsteczek. Średnica cząsteczek (atomów) jest znacznie mniejsza od średniej drogi między zderzeniami.

3. Zderzenia cząsteczek i atomów są „zderzeniami sprężystymi”.

GAZPrawa gazu doskonałegoPrawo AvogadraJednakowe objętości różnych gazów znajdujących się pod tym samym ciśnieniem i w tej samej temperaturze zawierają jednakową liczbę cząsteczek.Z prawa tego wynika, że jednakowa liczba moli różnych gazów w tych samych warunkach ciśnienia i temperatury zajmuje tą samą objętość.Objętość jednego mola gazu doskonałego tzw. objętość molowa, w warunkach normalnych wynosi:

                                     Liczba cząsteczek (atomów) w jednym molu nosi nazwę liczby Avogadra i wynosi:

                                     

T =273K, p = 101325 Pa

NA = 6,023 * 1023

V0 =22,415 dm3/mol

Objętość molowa = 22,4 dm3

Warunki normalne T=273 K, p=101 325 Pa

Równanie stanu gazu doskonałegoRównania opisujące zachowanie się gazów wczasie przemian: izotermicznej, izobarycznej i izochorycznej można sprowadzić do ogólnego równania stanu gazu doskonałego.

                                     

constTVp

TVp

1

11

0

00

GAZ doskonały

Równanie stanu gazu doskonałego

                                     

constTVp

TVp

1

11

0

00

nRTpV

R= 8,314 J/mol*K

Równanie Clapeyrona

GAZ doskonały

GAZ doskonały pV=nRT

Dla 1 mola gazu doskonałego 1RT

pV

GAZ rzeczywisty

W niskich temperaturach (mała energia kinetyczna cząsteczek) i przy wysokich ciśnieniach (duże zagęszczenie cząsteczek) nie można zaniedbać ani wymiarów cząsteczek ani ich wzajemnego oddziaływania.

GAZ rzeczywisty

GAZ rzeczywisty

RÓWNANIE VAN DER WAALSA

gaz rzeczywisty

nRTpV

nRTbnVVanp **2

2

RÓWNANIE CLAPEYRONAgaz idealny (doskonały)

STAN CIEKŁY

Ciecze Cząsteczki są w stałym

ruchu Oddziaływują na siebie

siłami międzycząsteczkowymi

Odległości międzycząsteczkowe są znacznie mniesze niż w gazach

Ciecze są praktycznie nieściśliwe

Ciecze, w odróżnieniu do gazów, nie wypełniają całej objętości zbiornika

Napięcie powierzchniowe

Własności cieczy

Własności cieczy Napięcie powierzchnioweNa skutek oddziaływań międzycząsteczkowych na powierzchnii cieczy tworzy się siła działająca do wnętrza cieczy. Nadaje ona kroplom kształt kulisty. Nosi nazwę napięcia powierzchniowego , które definiujemy jak stosunek pracy

W potrzebnej do zmiany

swobodnej powierzchni cieczy S:

                               

Napięcie powierzchniowe maleje wraz z temperaturą. W temperaturze krytycznej, kiedy zanika różnica między cieczą a parą, uzyskuje wartość równą zeru.2m/J,

S

W

Lepkość cieczyIstnienie sił spójności miedzy cząsteczkami cieczy powoduje, że przesuwanie się jednych warstw cieczy względem drugich natrafia w ruchu jednostajnym na pewien opór zwany tarciem wewnętrznym lub lepkością. Mało ruchliwe płyny o dużej lepkości jak gliceryna czy olej to ciecze o dużym tarciu wewnętrznym.

dx

dvSF

Własności cieczy

PAROWANIE CIECZY

W KAŻDEJ TEMPERATURZE W CIECZY ZNAJDUJE SIĘ PEWNA LICZBA CZĄSTECZEK O ENERGII WYŻSZEJ NIŻ POTRZEBNA DO POKONANIA ODDZIAŁYWAŃ MIĘDZYCZĄSTECZKOWYCH I PRZEJŚCIA W STAN GAZOWY.

W wyniku ustalenia się równowagi dynamicznej

PAROWANIE CIECZY

Parowanie = Kondensacja

w fazie gazowej znajdzie się pewna ilość cząsteczek cieczy.Ilość ta zależy od rodzaju cieczy i temperatury. Ciśnienie fazy gazowej w warunkach równowagi nosi nazwę prężności pary nasyconej

WODA H 1s1 O 1s2 2s2p4

Tt = 0C, Tw = 100C, Tkr = 374,1C, pkr = 218,5 bar,

dysocjacja H2O H+ + OH,

asocjacja x(H2O) = (H2O)x

przewodność wł. = 4,2*108 1cm1, 4C = 1,000 g/cm3, pH.

HOH

Wiązania wodorowe w H2OWiązanie O—H jest spolaryzowane, tzn

wiążąca para elektronów przesunięta jest w stronę atomu tlenu

Atom tlenu posiada 2 pary wolnych elektronów

Wiązanie wodorowe 190 pm

Poniżej temperatury 0C powstaje krystaliczna struktura lodu.

Kryształ lodu posiada objętość większą niż ta sama ilość ciekłej wody, zatem ma mniejszą gęstość.

Wiązania wodorowe w H2O

CIAŁO STAŁE

O budowie krystalicznej

-metale-niektóre mat. ceramiczne-niektóre polimery

-złożone struktury-szkła

Si Oxygen

krystaliczna SiO2

Ciała stałe

Amorficzna SiO2

O budowie niekrystalicznej

Ciała stałe

O budowie krystalicznej

Amorficzne - bezpostacioweo budowie nieuporządkowanej

Ciała amorficzne

Szkła Polimery

CIAŁO STAŁECiałem stałym nazywamy zbiór cząsteczek lub atomów oddziaływujących ze sobą tak silnie, że wszelkie ruchy translacyjne względnie rotacyjne cząsteczek (atomów) są niemożliwe. Cząsteczki (atomy) ciała stałego mają tendencję do zajmowania ściśle określonych miejsc w przestrzeni co różni stan stały od stanu gazowego i ciekłego.

KRYSZTAŁ

CIAŁO STAŁE

SIEĆ KUBICZNA SIEĆ KUBICZNA PŁASKO CENTROWANA

SIEĆ KUBICZNA PRZESTRZENNIE CENTROWANA

Struktura metali

CIAŁO STAŁERuch cząsteczek i atomów w stanie stałym sprowadza się wyłącznie do ruchów oscylacyjnych wokół ich położenia równowagi. Zbiór cząstek o regularnym ułożeniu w przestrzeni nosi nazwę KRYSZTAŁU

Struktury krystaliczne węgla - alotropia

DiamentGrafitFullereny

CIAŁO STAŁEBADANIE STRUKTURY METODĄ DYFRAKCJI RENTGENOWSKIEJ

Kryształ molekularny

W węzłach sieci znajdują się atomy lub cząsteczki. Siłą wiążącą są oddziaływania międzycząsteczkowe.

Kryształ metalu

Elektrony walencyjne atomów metalu mogą swobodnie poruszać się między dodatnimi rdzeniami atomowymi stanowiąc tzw. zdelokalizowany gaz elektronowy. Uporządkowany ruch elektronów to przepływ prądu elektrycznego.

Kryształy jonowe