1 Kapaliny Molekulové – voda, aceton, zkapalněný Ar: vdW síly, vodíkové můstky Metalické – Hg, Ga, roztavené kovy: ionty + elektrony, elektrostatické síly Iontové – roztavené soli, FLINAK (LiF + NaF + KF eutektikum), EtNH3 + NO3 - (t.t. 12 C): volně pohyblivé anionty a kationty, iontová elektrická vodivost N N N N (CH2)n NN N N N HO OH AlCl4 -, Al2Cl7 -, Al3Cl10 -, PF6 -, BF4 -, NO3 -, 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 Maxwell-Boltzmannovo rozdělení energií 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 v 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  = povrchové napětí 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 =  S  = povrchové napětí [N m–1 = J m–2] S = plocha povrchu F = l [N m–1 = J m–2] dS dE  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 Smáčecí úhel Povrchové napětí klesá s rostoucí teplotou 7 Měření povrchového napětí Tensiometr Destička - Wilhelmy Tensiometr Kroužek – DeNouy 2 π D γ = F Visící kapka dS dE  8 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 m–1 s–1] r = poloměr kuličky v = rychlost pohybu 9 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 teplotou varu) 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 Hvýparné > 0 endo Hkondenzační < 0 exo 10 Tenze par = tlak nasycené páry Tlak nasycené páry Dynamická rovnováha Uzavřený prostor 11 Tenze par 760 torr = 101,325 kPa 12 Tenze par = tlak nasycené páry Teplota Látka 20 ºC 25 ºC 50 ºC Voda 17,5 23,8 92,5 Diethylether 377 470 1325 Tenze par roste s teplotou (760 torr = 101,325 kPa) [torr] 13 Tenze par z hlediska kinetické teorie 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 Tenze par roste s teplotou 14 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 Jen molekuly s Ekin > Emm mohou opustit kapalinu Rychlost molekul, v Počet molekul s rychlostí v Var a sublimace 15 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 16 Tlak nasycených par Normální tlak 101,325 kPa 1 atm Normální bod varu            TTR H pp výp VT 11 lnln var 0 van’t Hoffova rovnice A(l) ⇄ A(g) K = pA G0 =  RT lnK G0 = H0  T S0 17 Změna tenze par vody s teplotou H2O (l) ⇄ H2O (g) H0 výp = 40,66 kJ mol-1            TTR H p p p K K výp T T 11 lnlnln var 0 var1 2 Kp = PH2O Jaká je tenze vodní páry při 50 ºC = 323 K atmeP KKmolJK Jmol PT 131.0 03.2 323 1 373 1 315.8 66.40 ln 03.2 323 11 1               Clausius-Clapeyronova rovnice Experimentální hodnota = 0,122 atm van’t Hoffova rovnice Pvar = 1 atm 18 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 ideálního plynu p RT gVm )(Diferenciální Clausius-Clapeyronova rovnice 2 ln RT H dT pd m  Integrovaná Clausius-Clapeyronova rovnice 19 Antoineova rovnice p = tezne par (bar) T = teplota (K) Teplotní interval (K) A B C 379 - 573 3,55959 643,748 -198,043 273 - 303 5,40221 1838,675 -31,737 304 - 333 5,20389 1733,926 -39,485 334 - 363 5,07680 1659,793 -45,854 344 - 373 5,08354 1663,125 -45,622 Voda TC B ApT  log 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 tři fáze v rovnováze Přesně daná dvojice hodnot p, T, nelze je měnit bez vymizení některé fáze Kritický bod – zakončuje křivku vypařování, nad k. b. jsou kapalná a plynná fáze nerozlišitelné, zmizí meniskus • Kritická teplota - minimální teplota pro zkapalnění plynu zvýšeným tlakem, plyn, který má teplotu vyšší než je k. t., nelze žádným stlačováním zkapalnit • Kritický tlak - minimální tlak, který je při k. t. nutný pro zkapalnění plynu 22 Kritický bod benzenu 300,7 ºC 307,4 ºC 309,2 ºC Zmizí fázové rozhraní mezi l a g (meniskus) Fluidní fáze 23 Hustota vody (g, l, s) 24 Difuze Probíhá v kapalinách a plynech v pevných látkách za zvýšené teploty Samovolné míšení látek, přenos hmoty Vyrovnání koncentrací Výsledek nahodilého pohybu molekul Entropie při mísení roste dx dc D Adt dn J  1. Fickův zákon pro difuzní tok J 25 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 dx dc D Adt dn J 