1 CHEMIA OGÓLNA STANY SKUPIENIA MATERII Wojciech Solarski

2 STANY SKUPIENIA CIAŁO STAŁE CIECZ

3 STANY SKUPIENIA CIAŁO STAŁE CIECZ GAZ PLAZMA

4 STANY SKUPIENIA CIAŁO STAŁE: LÓD CIECZ: WODA GAZ: PARA WODNA PLAZMA

5 PLAZMA

6 ZASTOSOWANIA TECHNIKAPlazmowe narzędzia do cięcia metali i stopów (stal, aluminium, miedź) o grubości 0,6 – 150 mm ANALITYKA CHEMICZNA spektrometria emisyjna ze wzbudzeniem plazmowym

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

8 Faza To w jakiej fazie występuje substancja zależy od:Siły oddziaływań międzycząsteczkowych. Temperatura Ciśnienie

9 + - + -

10 PRZEMIANY FAZOWE E N R G I A E N R G I A

11 PRZEMIANY FAZOWE

12 Krzywe ogrzewania i stygnięcia wodypary Wrzenie wody Ogrzewanie wody Topienie się lodu Ogrzewanie lodu

13 DIAGRAM FAZOWY PRZEDSTAWIA PRZEMIANY FAZOWE DOKONUJĄCE SIĘ POD WPŁYWEM TEMPERATURY I CIŚNIENIACO2 H2O

14 Przejścia fazowe Diagram fazowyLinie są tworzone przez punkty o określonych parametrach p i T, w których układ osiąga równowagę między fazami.

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

16 Diagram fazowy wody T(°C) P(hPa) Wrzenie 100 1013,25Krzepnięcie ,25 Punkt potrójny ,10

17 GAZ

18 GAZ Model gazu doskonałego można scharakteryzować następującymi założeniami: Gaz składa się z cząsteczek (atomów) będących w nieustającym, przypadkowym ruchu. Cząsteczki (atomy) można traktować jako punkty bezwymiarowe. Można zaniedbać wymiary cząsteczek. Średnica cząsteczek (atomów) jest znacznie mniejsza od średniej drogi między zderzeniami. Zderzenia cząsteczek i atomów są „zderzeniami sprężystymi”. FILM KRYS208B

19 GAZ T =273K, p = 101325 Pa Prawa gazu doskonałego Prawo 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: V0 =22,415 dm3/mol NA = 6,023 * 1023

20 Objętość molowa = 22,4 dm3 Warunki normalne T=273 K, p= Pa

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

22 GAZ doskonały Równanie Clapeyrona Równanie stanu gazu doskonałego                                       R= 8,314 J/mol*K Równanie Clapeyrona

23 GAZ doskonały pV=nRT Dla 1 mola gazu doskonałego

24 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. FILM

25 GAZ rzeczywisty

26 gaz idealny (doskonały) RÓWNANIE VAN DER WAALSAGAZ rzeczywisty RÓWNANIE CLAPEYRONA gaz idealny (doskonały) RÓWNANIE VAN DER WAALSA gaz rzeczywisty

27 STAN CIEKŁY

28 Ciecze Cząsteczki są w stałym ruchuOddziaływują 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 Ciecze

29 Napięcie powierzchnioweWłasności cieczy Napięcie powierzchniowe

30 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.

31 Własności cieczy 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.

32 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.

33 PAROWANIE CIECZY W wyniku ustalenia się równowagi dynamicznejParowanie = 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

34 WODA  H 1s1 O 1s2 2s2p4 Tt = 0C, Tw = 100C, Tkr = 374,1C, pkr = 218,5 bar, dysocjacja H2O  H+ + OH, asocjacja x(H2O) = (H2O)x przewodność wł. = 4,2*108 1cm1, 4C = 1,000 g/cm3, pH.

35 Wiązania wodorowe w H2O Wiązanie 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

36 Wiązania wodorowe w H2O Poniżej temperatury 0C powstaje krystaliczna struktura lodu. Kryształ lodu posiada objętość większą niż ta sama ilość ciekłej wody, zatem ma mniejszą gęstość.

37 CIAŁO STAŁE

38 Ciała stałe O budowie krystalicznej O budowie niekrystalicznej -metale-niektóre mat. ceramiczne -niektóre polimery krystaliczna SiO2 O budowie niekrystalicznej -złożone struktury -szkła Amorficzna SiO2

39 Ciała stałe O budowie krystalicznej Amorficzne - bezpostacioweo budowie nieuporządkowanej

40 Ciała amorficzne Szkła Polimery

41 CIAŁO STAŁE Ciałem 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

42 CIAŁO STAŁE SIEĆ KUBICZNA PRZESTRZENNIE CENTROWANASIEĆ KUBICZNA PŁASKO CENTROWANA SIEĆ KUBICZNA

43 Struktura metali

44 CIAŁO STAŁE Ruch 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

45 Struktury krystaliczne węgla - alotropiaFullereny Diament Grafit

46 CIAŁO STAŁE BADANIE STRUKTURY METODĄ DYFRAKCJI RENTGENOWSKIEJ

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

48 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.

49 Kryształy jonowe