Fizičke osobine i struktura molekula - Univerzitet u Beogradu FH.pdf · Fizičke osobine i...

Fizičke osobine i struktura molekula

Mogu se podeliti u tri grupe:

1. Aditivne osobine - one koje predstavljaju sumu vrednostiodgovarajuće osobine konstituenta sistema. Primer:relativna molekulska masa koja je jednaka sumi relativnihatomskih masa atoma koji ulaze u sastav molekula.

2. Konstitutivne osobine – one koje zavise pre svega odnačina vezivanja atoma u molekulu, a u manjoj meri odnjihove prirode i broja. Većina osobina je delimičnoaditivna a delimično konstitutivna.

3. Koligativne osobine – one koje zavise od broja molekula usistemu a ne i od njihove prirode.

Fizičke osobine materije:

1. Molarna zapremina

2. Parahor

3. Refrakcija

4. Električne osobine (polarizacija)

5. Magnetne osobine (dijamagnetizam, paramagnetizam i feromagnetizam).

6. Apsorpcija zračenja

7. Optičke osobine

Apsorpcija zračenja

RTA IIII0

RTAI

I

I

I

I

II RTA

000

Apsorpcija zračenja

RTAI

I

I

I

I

II RTA

000

bcaI

I

0

log

cbaI

ITA 0loglog

dlcIdIb

I

Idbc

I

dI

00

Koligativne osobine rastvora

• Osobine rastvora koje zavise od količine rastvorka, a nezavisne su (relativno) od njegove prirode, nazivaju se koligativne osobine rastvora.

• Koligativne osobine su rezultat prisustva ukupne

količine rastvorka, odnosno, broja njegovih čestica.

Četiri uobičajena tipa koligativnih osobina su• Sniženje napona pare• Sniženje tačke mržnjenja• Povećanje tačke ključanja• Osmotski pritisak

Da bi se razumele koligativne osobine, neophodno je

razmotriti ravnotežu tečnost-para.

Kada je rastvorak dodat rastvaraču, napon pare rastvarača postaje niži nego u slučaju čistog rastvarača!

Iz faznih dijagrama smeša (rastvora) se mogu uočiti neke pravilnosti.Uočava se da rastvaranje jedne supstance u drugoj (rastvaraču) uveksnižava tačku mržnjenja rastvarača. Takodje, uočava se da dodavanja

supstance koja nije isparljiva uvek povišava tačku ključanja rastvarača.

Pre

ssure

760 torr= 1 atm

Temperature

Gas

Liquid

Solid

ΔTm ΔTb

rastvor

PA

rastvaračrastvor

Promena pritiska (napona pare) dovodi do promene tačke ključanja

Čisti rastvaračrastvorrastvor

Promena tačke ključanjaPromena tačke mržnjenja

Kvantitativnu vezu izmedju povišenja tačke ključanja i molskogudela rastvorene slabo isparljive supstance daje Raoult-ovzakon.

Neka je A rastvarač, i neka je B slabo isparljiva rastvornasupstanca:

P = xA pAo + xB pB

o = xA pAo + (1 - xA) pB

o =

= pBo + (pA

o - pBo) xA = xA pA

o ( jer je pBo 0)

U slučaju slabo isparljive supstance B, dakle,

P = xA pAo; odakle sledi: P/pA

o = xAo

P

px

P

px x

A

o A

o

A

o A B1 1

p P

pxA

o

A

o B

BAA xpPp00

Sniženje napona pare zavisi samo od molskog udela slabo isparljive komponente!

PA0-P

Sniženje napona pare zavisi od molskog udela teškoisparljive rastvorene supstance - xB

p PA

o

Kako sniženje napona pare dovodi do povišenja tačkeključanja, može se zaključiti da prisustvo nerastvornesupstance u rastvoru dovodi i do povišenja tačke ključanjarastvora.

Sniženje napona pare kao i povišenje tačke ključanja zavisiod molskog udela teško isparljive rastvorene supstance, aline i od njene prirode, dakle to je koligativna osobina.

Povisenje tacke kljucanja

T K bb b

Kb ebulioskopska konstanta, a b jemolalitet. Merenje Tb predstavlja metoduza odredjivanje molske mase rastvorenesupstance. Postupak se naziva -ebulioskopija.

Snizenje tacke mrznjenja

T K bf f

Kf je krioskopska konstanta, a b je molalitet.Merenje Tf predstavlja metodu zaodredjivanje molske mase rastvorenesupstance, postupak se naziva - krioskopija.

Čista voda Etilen glikil/voda

• Kolika će biti tačka mržnjenja vodenog rastvora elektrolita koncentracije 1.25 m ako je konstanta? (Kf = 1.86°C/m)

DTf = 1.86°C/m(1.25 m) = 2.32°C

Tf = 0.00 - 2.32 = -2.32°C

Osmotski pritisak

Pojava osmoze (od grčkog - “gurati”) - osmoza je težnjamolekula rastvarača (!) da kroz polupropustljivumembranu predju iz redjeg u koncentrovaniji rastvor.

• Difuzija molekula rastvarača iz razblaženijegrastvora u rastvor veće koncentracije krozpoljupropustljivu membranu.

• Polupropustljiva membrana dozvoljava samo malimmolekulima da prodju kroz nju. Zidovi ćelija supolupropustljive membrane

Kako se rastvaračkreće kroz membranu,nivo tečnosti u obakraka cevi podeljenemembranom kroz kojusu prošli molekulirastvarača nakonuspostavljanjaravnoteže nije isti.

Timberlake, Page 255

• Osmoza je proces u kome rastvori podeljeni membranom izjednačavaju koncentraciju prolaskom malih molekula rastvarača kroz membranu koja ih deli.

• Osmoza je spontan

proces.

• Osmotski pritisak, , je

pritisak koji je potrebno

primeniti da bi osmoza

stala.

U toku osmoze će rasti nivo u cevi

U ravnoteži će nivo tečnosti u cevi da se razlikuje od nivoa u čaši - postojaće razlika pritisaka.

V nRT

Pritisak potreban da se zaustavi osmoza.Osmotski pritisak - M RT M - molarna koncentracija (n/V)T - temperaturaR - gasna konstanta V - zapremina

Pošto je molaritet mol/litru, ova jednačina je samo modifikacija jednačine idealnog gasnog stanja.

U izotoničnom rastvoru, pritisak je isti sa obe strane membrane.

Hipotonični tastvor ima manji broj čestica rastvorka od rastvora sa kojim je u kontaktu.

Hipertonični rastvor ima veći broj čestica rastvorka od rastvora sa kojim je u kontaktu. U ravnoteži se uvek postiže izotonično stanje.

PRIMENE OSMOZE

Pijaća voda se proizvodi primenom pritiska većeg od .

P >

• Konzerviranje mesa u slanim rastvorima.• Voda se kreće kroz biljke zahvaljujući osmozi.• So dodata mesu ili šećer dodat voću sprečavaju

bakterijske infekcije, bakterije potopljene u slani rastvor gube vodu zbog osmoze i umiru.

• Mašine za dijalizu rade na principu osmoze.• Reversnom osmozom se od slane morske vode

proizvodi pitka voda. • KOntaktna sočiva čuvaju se u izotoničnim

rastvorima.• Rastori za intravenske infuzije uvek su izotoničnog

sastava.• Na jon: ekstracelularni regulator osmoze.

PRIMENE OSMOZE

A Comparison of Some of the Properties of Pure Water and an Aqueous NaCl Solution

property pure water NaCl solution

vapor pressure 23.8 torr 23.1 torr

boiling point 100.0oC 100.8oC

freezing point 0.0oC -3.0oC

osmotic pressure 0.0 atm 33 atm

Joni u rastvoru - elektroliti

Posebna vrsta rastvora su rastvori elektrolita. Osim svihprethodno pomenutih koligativnih osobina, elektrolitiimaju još jednu - provodljivost elektri~ne struje.Elektroliti su izvori jona

AB A+ + B-

Ovakvo razlaganje, - disocijacija je spontan proces!

Okupljanje molekula rastvarača oko jona naziva sesolvatacija, a u slučaju vode kao rastvarača - hidratacija.

Osobine jonskih rastvora:

Provodljivost

Transport mase

Prvi Faraday-ev zakon: masa supstance oslobodjene nalektrodi proporcionalna je količini naelektrisanja koja jeprotekla kroz kolo.

Drugi Faraday-ev zakon: broj jona izdvojenih naelektrodama je celobrojni udeo broja elektrona prenetihkroz kolo.

Koligativne osobine i disocijacija

U slučaju rastvora NaCl, veličine , Tb i Tf sudvostruko veće nego što bi se očekivalo na temeljupretpostavke o broju molekula nastalih rastvaranjem.Objašnjenje je u činjenici da čestica u rastvoru imadvostruko više od očekivanoh broja molekula, jer odsvakog NaCl molekula nastaju dve čestice (dva jona) - Na+

i Cl-.

T iK bf f

T iK bf f

V inRT

Za razredjene rastvore jakih elektrolita, broj i odgovarabroju jona koji nastanu od jednog molekula (za NaCl i = 2,za K2SO4 i = 3).

Provodljivost elektrolita

Specifična provodljivost elektrolita je recipročnavrednost specifične otpornosti: = 1/ = (l/A)(1/R). Jedinica za je -1cm-1

Molarna provodljivost elektrolita je specifičnaprovodljivost podeljena koncentracijom elektrolita:

m = /c. Jedinica je -1cm2mol-1

)(cf

a c

( ) ( ) ( )AB A B

Provodljivost i elektroliticka disocijacija

KA B

ABc

eq

[ ][ ]

[ ]

A+ = c B- = c

[AB] = (1 - ) c

AB A+aq + B-

aq

Kc c

cK c

c c

( )( )

( );( )

11 2

2 0c K Kc c

2 0K

c

K

c

c c

K

c

c

K

c

c2

1 14

Očigledno, sa smanjivanjem koncentracije c,raste stepen disocijacije .

Van’t Hoff-of faktor

A B +Az+ + -B

z-

* deo nedisosovanog elektrolita će biti: m - m = m(1 - )

* koncentracije Az+ i Bz- će biti: + i - m

* Ukupan broj čestica, nezavisno od njihove vrste će biti:

m(1 - ) + + m + - m

* Ukupan broj jona je: = + + -

* Ukupan broj čestica je sada: m(1 - ) + m

im m

m

i( )11

1

1