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 W ^ " (f^fi cl"> Alcl4% A12ci7-, A13C110-, PF6-, SnCl3-, BCL\ BF„\ NO 9P~^ ^Ä ~5N® ®nC uíi i - úl, - ľCl íCl > { BUl3,tír4,i,^3, W^ Sfe1 < > OS02CF3- (triflát), ^(CH^ŕ HO OH C-H^C^-H^SC^ , N(S02CF3)2-, PO/ 1 Iontové kapaliny Nejstarší známá : EtNH3+N03" 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 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 (1) k.č. 10 - 11 při teplotě tání, hustota menší o 12% Ar (1) 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 Molekuly na povrchu kapaliny interagují jen s jinými molekulami uvnitř kapaliny - nerovnoměrné rozložení sil Síla v povrchu kapaliny, která se snaží udržet plochu povrchu co nejmenší - kulový tvar. Povrchové napětí = Energie na vytvoření 1 m2 nového povrchu [N nr1 = J nr2] 5 Povrchové napětí Volná povrchová energie E = yS y = povrchové napětí [N m-1 = J m-2] S = plocha povrchu F = y 1 [N m-1 = J m-2] Povrchové napětí = Energie spotřebovaná na tvorbu nového povrchu - vytrhnout molekuly z míst uvnitř kapaliny (pevně vázané) a přenést na povrch (hůře vázané) 6 Povrchové napětí Vodoměrka Desinfekce Tenzidy - mýdla Rozhraní (T, 20 °C) Voda / Vzduch Hg / Vzduch Benzen / Vzduch Voda/Vzduch (100 °C) y, Povrchové napětí [mJ m~2] 72.75 472 28.88 58.0 7 Povrchové napětí vody 0.10 Povrchové napětí klesá s rostoucí teplotou. «0 200 300 Temperature, °0 Mytí teplou vodou 8 Měření povrchového napětí Tensiometr Destička - Wilhelmy Tensiometr Kroužek - DeNouy 2 7i D y = F Visící kapka Papírová chromatografie SúlvĽnl frönt Srilvpnt 10 Viskozita Vnitřní tření, odpor kapaliny k toku Roste s rostoucími mezimolekulovými silami: OH Roste s délkou řetězce, proplétání Klesá s rostoucí teplotou r| = A exp(E / RT) Stokesova rovnice F = 6 7i r\ r v r\ = viskozita [kg nr1 s_1] r = poloměr kuličky v = rychlost pohybu m — R - w D 1 Q. E n O o V) > 1 I E I O 0 - mm 11 100 200 300 400 Temperature, °C 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 (1), ztráta části Ekin, molekula zachycena vdW silami do (1) Výparné a kondenzační teplo AHvýparné > ° end° AHkondenzační < ° ex0 Tenze par = tlak nasycené páry v r vřený prostor Tlak nasycené-páry Dynamická \ \ rovnováha (a) (b) (c) 13 Tenze par = tlak nasycené páry [torr] Teplota Látka 20 °C 25 °C 50 °C Voda 17.5 23.8 92.5 Diethylether 377 470 1325 Tenze par roste s teplotou (760 torr = 101.325 kPa) 14 Tenze par Vacuum rm=760<01T H?0 vapor Liquid H^O 760-736 = 24 mm Hg Diethyl ether liquid Die ihy 1 ether vapor -Original Hg level 760-215 = 545 mm Hg (a) (b) (c) 15 Tenze par z hlediska kinetické teorie Jen molekuly s Ekin > E Ethyl ether: CH3-CH2-0-CH2-CH3 mohou Opustit kapalinu mm Počet molekul s rychlostí v slabší mezimolekulové síly Rychlost molekul, v Ethyl alcohol: CH3-CH2-OH Počet molekul s rychlostí v Za dané T mají látky se slabšími mezimolekulovými silami vyšší tlak par silné mezimolekulové síly Rychlost molekul, v 16 Tenze par roste s teplotou mzsi 1 | Lower temperature Počet molekul s rychlostí v f \ Jen molekuly s Ekin > E mohou opustit kapalinu mm v v r rp vyssi T Higher temperature Minimální Ekin potřebná k opuštění kapaliny Kinetic energy Rychlost molekul, v 17 Tlak nasycených par Normální tlak 101.325 kPa 40 60 SO Temperature (~C) 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 vněj ším 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 100 — u -2011 -100- Pcriod 20 p-T fázový diagram .Critical r Kritický bo Pevná látka Condensation Sublimation Trojný bod Deposition Teplota 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 Zmizí fázové rozhraní mezi 1 a g (meniskus) 309.2 °C Hustota vody (g, I, s) 107 - 2.2x107i I Pressure, Pa I * Temperature, °C 24 p-T fázový a (/i a 218 atm 4.58 torr ^ 1 atm |______B Ice Water vapor (gas) 0 \ 100 0.0098 Temperature (°C) 374 Zvýšení tlaku sníží teplotu tání vody = anomálie diagram -78.5 -56,4 Temperature (ÚC) Zvýšení tlaku způsobí zmrznuti kapaliny 25 Clausius-Clapeyronova rovnice Clapeyronova rovnice pro fázovou přeměnu Pro 1-g rovnováhu: 1) Vm(g) » Vm(l), pakAVm = Vm(g) 2) Vm(g) ze stavové rovnice id. plynu Diferenciální Clausius-Clapeyronova rovnice dp AHm dT TAVm m d\np AHm dT RT Integrovaná Clausius-Clapeyronova rovnice ln / \ -ÁH R T. vm{g) = RT P T 26 Troutonovo pravidlo AG = 0 v rovnováze, při fázových přeměnách AG = AH - TAS = 0 P Pro různé kapaliny (nepolární) je za normálního 4 bodu varu výparná molární entropie přibližně stejná AS0. .,„ = AH°m'^ = 90 JK-'moľ1 kapalina m,vyp T, Neplatí pro vodu při 100 °C - velmi silné H můstky = velmi uspořádaná struktura = malá entropie kapalné vody AS°výp = 109 JK"1 mol"1 27 Difúze Probíhá v kapalinách a plynech v pevných látkách za zvýšené teploty Samovolné míšení látek 1. Fickův zákon pro difúzni tok J Výsledek nahodilého pohybu molekul 28 1. Fickův zákon dn n de Adt dx | difúzni tok ► X J = difúzni tok [mol s-1 nr2] n = látkové množství [mol] D = difúzni koeficient [m2 s-1] dc/dx = gradient kone. A = plocha [m2] 29