To tylko jedna z 16 stron tej notatki. Zaloguj się aby zobaczyć ten dokument.
Zobacz
całą notatkę
I. Specyficzne właściwości stanu ciekłego. Ciecze różnią się od gazów przede wszystkim wielokrotnie większą liczbą cząsteczek w jednostce objętości. 1 mol (18,015 g) wody w temperaturze 100°C i pod ciśnieniem 1 atm zajmuje objętość około 18,78 mL, zaś 1 mol pary wodnej zajmuje w tych samych warunkach około 30,11 litrów. Dzieje się tak dlatego, że dla cieczy stosunek średniej drogi swobodnej do średnicy cząsteczki jest rzędu jedności i wynosi kilka angstremów Å (1*10 -10 m) czyli dziesiątych części nanometra, podczas kiedy dla gazów jest to wielkość około 3 rzędy wielkości większa. Cząsteczki cieczy nie tworzą siatki krystalicznej i mogą się przemieszczać względem siebie, dlatego ciecze łatwo przelewają się i przyjmują kształt naczynia w którym się znajdują. Jednakże na skutek ponad 1000 razy większego upakowania w porównaniu z gazami pojawiają się nowe cechy wynikające z silniejszych oddziaływań międzycząsteczkowych. W porównaniu z gazami te różnice to: - praktyczna nieściśliwość (*) (5-10 * 10-10 [m2/N], dla gazów ok. 10-5) - zdecydowanie, bo przynajmniej 100-krotnie większa lepkość - pojawienie się tzw. napięcia powierzchniowego - włoskowatość - osmoza (*) – współczynnikiem ściśliwości χ płynu nazywamy zmianę objętości o ΔV płynu przy zmianie ciśnienia ΔP wywieranego na płyn, odniesioną do jednostkowej objętości płynu poddanego ściskaniu: Δ V -1 χ = * Δ P V II. Pochodzenie sił odpowiedzialnych za powstawanie napięcia powierzchniowego i innych wymienionych cech cieczy. Na cząsteczki działają siły van der Waalsa, zwane również siłami spójności. Zasięg działania tych sił jest rzędu 10 nm (1*10-8 m). W skali atomowej są to oddziaływania słabe dalekiego zasięgu, bowiem odległość 0,01m oznacza około 50 średnic jonów sodu Na+ lub wapnia Ca 2+ których promienie wynoszą odpowiednio 0,95 i 0,99*10-10 m (Å). Dla orientacji, długość wiązania kowalencyjnego spolaryzowanego Si-O wynosi 0,162 nm (1,62*10-10 m) przy energii wiązania 435 kJ/mol, zaś średnica cząsteczki wody wynosi około 0,27 nm. Energia oddziaływań międzycząsteczkowych wynikająca z istnienia sił van der Waalsa wynosi zwykle od 2 do 8 kJ/mol i jest około 100-krotnie mniejsza od przeciętnych energii wiązań kowalencyjnych, które wynoszą od 200 do 800 kJ/mol oraz kilkukrotnie mniejsza od energii wiązania wodorowego, ktora wynosi 20-25 kJ/mol (czasami osiąga 80 kJ/mol). Wielkość sił van der Waalsa zależy od odległości r pomiędzy cząsteczkami: C1 C2
(…)
… cieczy gdy menisk jest wypukły (brak
zwilżania).
Dokładniejsze rozważania prowadzą do równania Kelvina:
2σM
ln (p/po) =
r R T
w którym:
- gęstość cieczy [kg/m3]
r - promień kropli [m]
M – masa molowa [g/mol]
R - uniwersalna stała gazowa równa 8,31447 [J/(mol * K)]
T - temperatura bezwzględna [K]
Zgodnie równaniem Kelvina bardzo małe krople cieczy mają wyraźnie większą
prężność pary niż duża…
…. Taką relację należy stosować przy
obliczaniu promieni cząsteczek na podstawie stałej b i odwrotnie.
R - uniwersalna stała gazowa = 8,314472 [J/(mol*K)]
pkr Tkr Vkr - parametry krytyczne.
n - liczba moli
Parametry a i b dla gazów rzeczywistych są stablicowane.
…
… nie będącymi dipolami trwałymi
występuje trzeci typ oddziaływań, tzw. oddziaływanie dipoli chwilowych, zwane
dyspersyjnym. W teorii Londona oddziaływanie dyspersyjne zależy od
polaryzowalności i energii jonizacji cząsteczek. Powoduje ono, że nawet dla
niepolarnych substancji typu gazów szlachetnych, których cząsteczki mają
moment dipolowy równy zeru pojawiają się oddziaływania międzycząsteczkowe
powodujące…
… i zdolnych do parowania słuszny jest wzór Eötvösa,
według którego napięcie powierzchniowe maleje liniowo ze wzrostem
temperatury, zaś przeciętnie 6 stopni przed osiągnięciem temperatury krytycznej
osiąga zero z powodu osiągnięcia przez ponad 90% cząsteczek energii
kinetycznej właściwej tylko dla stanu gazowego.
Przy podnoszeniu temperatury cieczy ( w zatopionej, grubościennej rurce
mogącej wytrzymać co najmniej 300 atmosfer, to jest 300 kG/cm2 ) widać, jak
menisk staje się coraz mniej wklęsły, napięcie powierzchniowe maleje aż tuż
przez osiągnięciem temperatury krytycznej powierzchnia cieczy staje się
całkowicie paska (menisk znika). Jeśli jeszcze podniesiemy temperaturę, to i ta
granica zniknie a zawartość rurki będzie tworzyć jednorodną fazę.
Po osiągnięciu temperatury krytycznej wszystkie cząsteczki…
…
powierzchniowego i zwykle jeszcze silniejsze zwiększenie tzw. zwilżalności.
Zwykle cząsteczki takich substancji składają się
z dwóch części:
1) o dużej polarności ( tzw. koniec hydrofilowy cząsteczki, zawierający grupę
karboksylową –COO(-) sulfonianową –SO2-O(-), siarczanową -O-SO2-O(-)
itp. naładowaną grupę)
2) oraz z części o małej polarności (koniec hydrofobowy cząsteczki, który jest
zwykle łańcuchem…
... zobacz całą notatkę
Komentarze użytkowników (0)