Folyadékok

Molekulák:

másodrendű kölcsönhatás növekszik →

Gázok → Folyadékok → Szilárd anyagok

cseppfolyósíthatók

hűtéssel ……………és/vagy nyomással

Folyadékok

Molekulák közti összetartó erők:

Másodlagos kötőerők:

apoláris molekulák

indukált dipól – indukált dipól kölcsönhatás

diszperziós (London-féle)

poláris molekulák

dipól – dipól kölcsönhatás

hidrogénkötéses rendszerek

Folyadékok

• Másodlagos kötőerők szerepe domináns az alkotórészek között

• Térfogat nem (ill. nehezen) változtatható

• Alak könnyen változtatható

• Mozgó részecskék.

OOOOOOO OOOOOO

befele húzó erõ az eredõ,a felület csökkenése felé hat

gömb!

felület

Folyadékok három fő jellemzője:

1. Képesek alakváltásra (folynak)

--- viszkozitás

2. Élesen meghatározott felület

--- felületi feszültség

3. Párolognak

--- gőznyomás, vagy tenzió

Viszkozitás

Folyással szembeni belső ellenállás.

A folyadék folyási képességét fejezi ki.

nagyobb viszkozitás lassabb folyás

Rel

atí

v v

iszk

ozi

tás

Viszkozitás

A viszkózus folyadékokban nehezebben mozdulnak

el egymás mellett a molekulák.

Viszkozitás

°C cP

20 1.002

40 0.653

60 0.467

80 0.355

100 0.282

folyadék viszkozitás /cP

Dietil éter 0.233

Kloroform 0.58

Benzol 0.652

CCl4 0.969

Víz 1.002

Etanol 1.200

Higany 1.554

Oliva olaj 84

Motorolaj 986

Glicerin 1490

üvegek nagyon nagy

Víz viszkozitása

1 P = 1 g·cm−1·s−1, 1 P = 0,1 Pa·s, 1 cP = 1 mPa·s

Függ:

-- hőmérséklet

-- anyagi minőség

Viszkozitás

Meghatározza:

-- másodlagos kötőerők a molekulák között

- diszperziós

- dipól – dipól

- hidrogénkötés

-- molekulák alakja

belső összetartás,

„összeakadás”

Viszkozitás

L

p1p2

Mérése:

mennyi idő alatt folyik át egy adott térfogatú folyadék

egy adott keskeny csövön

pR4

8L= Hagen - Poisenville egyenletdV

dt_

viszkozitás

Felületi feszültség

F

lF/l

A folyadék felületének egységnyi

megnöveléséhez szükséges energia.

Az az energia, ami ahhoz szükséges, hogy a

folyadék felületét megnöveljük úgy, hogy a

folyadék belsejéből molekulákat juttatunk a

felületre.

Felületi feszültség

() a felületnövekedéshez energiát kell befektetni.

Mértékegysége: J m–2

EOS

Adhéziós erők – eltérő molekulák

közt.

Kohéziós erők -eltérő molekulák

között

(°C) (N·m-1)

-5 0,0764

0 0,0756

10 0,0742

20 0,0727

30 0,0712

40 0,0696

60 0,0662

80 0,0626

100 0,0589

Víz felületi feszültségének

hőmérsékletfüggése

Gyakori folyadékok felületi

feszültsége 25 °C-on /N·m-1

CCl4 0.0270

Kloroform 0.0271

Benzol 0.0289

Etanol 0.0328

Glicerin 0.0634

Víz 0.0728

Higany 0.436

Üveg nagyon nagy

Felületi feszültségFügg:

-- hőmérséklet

-- anyagi minőség

Meniszkusz

EOS

A hajszálcsövesség hátterében

is intermolekuláris erők

állnak.

Nedvesítés, kapilláris nyomás

pc – kapilláris nyomás

– felületi feszültség

r – a cső sugara

q – határszög

Fg=r2rghNehézségi erő:

Fg=2rcosqAdhéziós erő:

h=2cosq/rgr

pc=2cosq/r

nedvesít: q< 90°

nem nedvesít: q> 90°

felület felület

cseppcsepp

Tenzidek

Tenzid:

kis mennyiségben is csökkenti a

felületi feszültséget

(amfipatikus: BuOH, ionos: SDS).

80 -

40 -

5 10 m%BuOH

micella

Gőznyomás, vagy tenzió

folyadék gáz[gáz]

[folyadék] állandóGõznyomás: = K

Tiszta folyadék gőznyomása csak a

hőmérséklettől függ.

ny

om

ás/H

gm

m

hőmérséklet / ºC

folyadék ↔ gáz

egyensúly

Gőznyomás, vagy tenzió

Kis hőmérséklet tartományra:

Clausius – Clapeyron egyenlet

1. A folyadék móltérfogata elhanyagolható a gőzéhez képest

2. A gőzt ideális gáznak tekintjük.

Tiszta folyadék gőznyomása csak a

hőmérséklettől függ.

Számítási feladat:

Egy 4 literes tartályban 3 liter folyadék van, melynek gőznyomása 20 ºC-on 15 kPa.

a.) Mennyi a nyomás a tartályban ?

b.) Mennyi lesz, ha 1 liter folyadékot kiengedünk ?

c.) Mennyi lesz, ha 2,8 g nitrogén

gázt nyomunk a tartályba ?

d.) Mennyi lesz, ha ezután a meglévő folyadék felét az alsó csapon kiengedjük ? c.) p = pfoly + pN2 = pfoly + mRT/(VM) = 15 + 2,8∙8,314∙293,15/(28∙2) = 136,9 kPa

d.) p = 15 + 2,8∙8,314∙293,15/(28∙3) = 96,2 kPa

Relatív és abszolút nedvesség-

tartalom

Egy gáz maximális víztartalmát a víz tenziója megszabja.

Relatív: % = (pvíz/pvíz0)100 %

Abszolút: g víz/m3

pV= nRT → c = n/V = p/RT mol/m3

n=m/M → c’ = m/V = pM/RT g/m3

Feladat:

Egy téli napon teljesen kiszellőztetjük a szobánkat. A kinti hőmérséklet 0 ºC és

a csapadékos időjárás következtében a levegő vízgőzre telített. Mikor eszünkbe

jut becsukni az ablakokat, a szoba hőmérséklete is 0 ºC. Rémülten bekapcsoljuk

a fűtést és a szobát 20 ºC-ra melegítjük.

Mennyi a szoba levegőjének relatív és abszolút nedvességtartalma 20 ºC-on ?

A víz tenziója 0 ºC-on 0,613 kPa

20 ºC-on 2,333 kPa

Mennyi lenne, ha vízet párologtatva a levegőt telítenénk vízgőzzel ?

a.) 28 %, 4,9 g/m3; b. ) 100 %, 17,2 g/m3

a.) 20 °C

relatív (%)= 100 ∙ [0,613∙(293,15/273,15)]/2,333 = 28,2 %

abszolút (g/dm3)= pM/RT = 0,613∙18/(8,314∙273,15)= 0,0049 g/dm3

b.)

relatív (%)= 100 %

abszolút (g/dm3)= pM/RT = 2,333∙18/(8,314∙293,15)= 0,0172 g/dm3

Forráspont- gőznyomás

párolgás kondenzáció

pl. 20 C-on CO2 (44)CuCl3 (119)H2O (18)Hg (201)glicerin (92)

43000 Hgmm170 Hgmm18 Hgmm0,0012 Hgmm1,6*10-4 Hgmm

760 -

-20C 0C 60C 100 C

Et2O HCCl3 CCL4 H2O

CH3-O-CH3 ~ 4*105 Pa CH3CH2OH ~ 0,06*10

5 Pa

CO2 ~ 58*105 Pa SO2 ~ 3,4*10

5 Pa

dipól

Forráspont: azon hőmérséklet, amelynél a gőznyomás értéke

eléri a külső nyomást

ny

om

ás/H

gm

m

Forráspont - gőznyomás

Légköri nyomás

buborékban

levő

gőz

nyomása

magasság

(m)

forráspont

(°C)

-320 101.0

0 100.0

320 99.0

640 98.0

1600 94.9

3040 90.3

3200 89.8

4800 84,4

víz

Forráspont

kinagyított

részlet

Periódus száma

Forr

áspont

(ºC

)

Magyarázzuk meg az alábbi adatokat

a molekulák közötti kölcsönhatások alapján !

Molekula Forráspont

HCl -85 ºC

HBr -67 ºC

HI -35 ºC

Kritikus hőmérséklet

Növeljük a hőmérsékletet !

Kritikus hőmérséklet

az a hőmérséklet,

amely felett a

folyadékállapot

nem létezik.

Anyag Kritikus hőmérséklet

ºC

----------------------------------------------

Hélium -268 (5.2 K)

Neon -229

Argon -123

Kripton -64

Xenon 17

Hidrogén -240

Nitrogén -147

Oxigén -118

Klór 144

HCl 52

H2O 374

NH3 132

CO2 31

C6H6 289

Kérdés:Az udvaron van két 50 literes

gázpalack, az egyikben nitrogén,

a másikban klórgáz van. T= 20 ºC.

Mindegyiknek megmértük a nyomását:

nitrogén: 1200 kPa; klór: 640 kPa (p0).

Mennyi N2 ill. Cl2 van a palackokban ?

Nitrogén palack

Becslés (!!!!)

pV=nRT n= pV/(RT) = 1200 ∙ 50 /(8,314 ∙ 293,15)

n= 24,6 mol = 24,6 ∙ 28 = 689,3 g = 0,69 kg

Elegyek

Többkomponensű homogén (egyfázisú) rendszerek

Elegyek:

komponensek mennyisége azonos nagyságrendű

Oldatok:

egyik komponens mennyisége nagy (oldószer)

a másik, vagy a többihez (oldott anyag) képest

Ideális folyadékelegyek

A folyadék móltörtje: xA

1= xA + xB

Raoult-törvény szerint

pA xA poA pB xB po

B

poA : tiszta A gőznyomása

Az elegy p gőznyomása:

p pA + pB xA po

A + xB poB po

B + xA (poA - po

B)

AB

BAAB

AAA yy

ppxp

pxy -

-+ 1,

)(ooo

o

Ha p0A > p0

B → yA > xA

A gőz mindig a folyadékelegy illékonyabb komponensében gazdagabb!

A gőz móltörtje:

gőzn

yom

ás

A móltörtje

folyadék

gőz

T= állandó

Fázisdiagram

A móltörtje, xA

Hő

mér

sék

let

Forrás-

pont

görbe

Gőzössze-tétel görbe

p= állandó

forrpontdiagram

Nemideális elegyek

Pozitív: különböző molekulák között kisebb a vonzás, mint az azonosak között.

Negatív: különböző molekulák között nagyobb a vonzás, mint az azonosak között.

pl. HNO3 – H2O pl. EtOH – H2O

A víz móltörtje, xH2O A víz móltörtje, xH2O

Forrás-

pont

görbe

Forrás-

pont

görbe

Gőzössze-tétel görbe

Gőzössze-tétel görbe

Hő

mér

sék

let

Hő

mér

sék

let

Nemideális elegyek: Azeotrópoknegatív azeotróp pozitív azeotróp

Nemideális elegyek: Azeotrópok