Upload
others
View
4
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Kapalnéskupenství• nestáléaktraktivníinterakce(koheznísíly)mezimolekulamiumožňujícíneuspořádanýtranslačnípohyb
• tvarodpovídajícítvarunádoby(majíhladinu)• částiceblízkosebe,nejsouvázanynamístě,mohousepohybovatvcelémobjemu
• obtížněstlačitelné• vytvářejíkapky
Kapalnéskupenství• ideálníkapalina– nestlačitelná,bezvnitřníhotření(mánulovouviskozitu– součinitelvnitřníhotření)
• neideální– mávnitřnítření(vzájemnésilovépůsobeníčástic),mírněstlačitelné
• newtonovské– viskozitazávisípouzenateplotě• nenewtonovské– viskozitazávisíinagradienturychlosti
• sčasovouzávislostí(nátěrovéhmoty…)
Viskozita• Snižujeprůtokkapaliny• Rychlostvprotékanémprůřezuneníkonstantní–ukrajůjeminimálníuprostředjemaximální
• Steplotousemění– vyššíteplotaznamenávrůznémířenižšíviskozitu(mazacíoleje…)
ViskozitaDynamickáviskozitaη– míraodporutečeníPřevrácenáhodnotatekutostKinematickáviskozita– viskozitavztaženánahustotu
Kapalnéskupenství• uspořádání(krátkodosahové)– blízkéamorfnímlátkám(závislénateplotě)
Radiálnídistribučnífunkce
KapalnéskupenstvíTekutékrystaly• mezomorfní,parakrystalickýstav• citlivénazměnufyzikálníchpolí(včetněgravitačního),teploty,chemickélátky
• změnustrukturylzeindikovatopticky• měřenímalýchzměnteplotykůže• konstrukcedisplejůaobrazovek• měřenípřítomnostimaléhomnožstvírůznýchlátek(kokain)
Strukturatekutýchkrystalů• smektickétekutékrystaly• nematickétekutékrystaly• cholesterickétekutékrystaly• diskotickétekutékrystaly
KapalnéskupenstvíTekutékrystalySmektickékrystaly(rovinatástruktura,smega=mýdlo)• orientaceauspořádánídoekvidistantníchrovin• optickyaktivní• uspořádányvevrstvách
KapalnéskupenstvíTekutékrystalyNematickékrystaly(vláknitástruktura,nema=nit)• orientacebezekvidistantníchrovin• uspořádányvjednomsměru.Díkytepelnémupohybujsouzesvéhosměrustálevychylovány
Kapalnéskupenství• kapalnéskupenstvíjezjednéstranyohraničenoskupenstvímpevnýmazdruhéstranyskupenstvímplynným.
• hustotasenepřílišlišíodpevnýchlátek• částicevykonávajípohybkočovníka– poskočí,chvílikmitánamístěazaseposkočí
Kapalnéskupenství• částiceuvnitřkapaliny– výslednicemeziatomovýchsiljenulová
• částiceblízkopovrchuanapovrchu– výslednicesměřujedovnitřkapaliny
• napovrchu– tenkáelestickáblankasnažícíseconejvíczmenšitsvůjobjem
KapalnéskupenstvíPovrchováenergie• minimalizaceenergie–minimalizaceplochypovrchu• vbeztížnémstavukulovitýtvar• vgravitačnímpoliZeměkapkovitýtvar
PovrchovénapětíσserovnápodíluvelikostipovrchovésílyFadélkylokrajepovrchovéblány,nakterýpovrchovásílapůsobíkolmovpovrchukapaliny.Srostoucíteplotoupovrchovénapětíklesá.[Jm-2=Nm-1]
KapalnéskupenstvíRozhraníkapalina/pevnálátka• smáčení/nesmáčenístěny–stykovýúhel• smáčenístěny–meniskus(zdvihhladiny)• nesmáčení–vypouklýpovrch
F1–přitažlivásílačásticstěnynádobyF2–přitažlivásílamolekulkapaliny(směřujedovnitřkapaliny)Fvýslednicesměřujevenzkapaliny(povrchkapalinyjedutý)Fvýslednicesměřujedovnitřkapaliny,jepovrchvypuklý
KapalnéskupenstvíKapilárníjevy• nastávajíutrubicsvelmimalýmprůměrem• způsobenékapilárnímtlakem
ς–hustotakapalinyσ–povrchovénapětR–vnitřnípoloměrkapiláryg–grav.zrychlení
kapilárníelevace• kapalinasmáčívnitřnípovrchkapiláry
kapilárnídeprese• kapalinasmáčívnitřnípovrchkapiláry
KapalnéskupenstvíKapilárníjevy• Těsněpoddutýmpovrchemjevnitřnítlakmenšínežtěsněpodrovinnýmpovrchemkapalinyvokolíkapiláry,atookapilárnítlak.Kapalinavystoupídotakovévýškyh,abyhydrostatickýtlakodpovídajícítomutosloupcikapalinyvyrovnalrozdílvnitřníchtlaků
KapalnéskupenstvíKapilárníjevy• Bublinasvětšímpoloměremrosteamenšísesmrskává,ažnakoneczanikne.
• Svědčítootom,ženapočátkudějejevětšíkapilárnítlakvmenšíbubliněatímtakévětšítlakvzduchuvbublině.
PovrchovénapětíkapalinVyužití• podstatacelýchodvětvíchemie– koloidníchemie,chromatografie…katalyzátory
• jevysouvisejícísčinnostíbuněk,kapilárníjevyvrostlinách• mytí,praní....smáčivostpovrchů(studenávodamávysoképovrchovénapětí)
• aplikaceherbicidůainsekticidů(úpravapovrchovéhonapětí)• flotace–odděleníhlušinyodtěženélátky(železo,zlato...)• pohybdrobnéhohmyzupohladině,nesmáčivostpeří• elektrickývýbojpřibouřce,vznikkrup
PovrchovénapětíkapalinMěřenípovrchovéhonapětí• přímámetoda–doměřenékapalinyponořímetělískodefinovanéhotvaruoznámédélceaměřímesílu,potřebnoukvytaženítělískazkapaliny
PovrchovénapětíkapalinMěřenípovrchovéhonapětí• vzestupvkapiláře–sílapovrchovéhonapětíjevrovnovázetíhousloupcekapaliny(nutnézměřithustotukapalinyapoloměrkapaliny)
Kapilárníelevaceadeprese
vodasmáčístěnukapiláry,rtuťne
PovrchovénapětíkapalinMěřenípovrchovéhonapětí• kapkovámetoda–kapkaodkápnepokudjesílatíhovarovnasílepovrchovéhonapětípůsobícínaobvodukapiláry.Kapkaneodkapnecelá–relativnímetoda(srovnávámeskapalinouoznámémpovrchovémnapětí)
Vypařováníkapalin• opačnýproceszkapalnění• uzavřenánádoba:
• tlaknadkapalinouroste,částmolekulpřecházíznovudokapalnéfáze
• narozhraníobousměrnýpřechod(vypařováníakondenzace)• ustanovenírovnovážnéhostavucharakterizovanéhotlakemnasycenýchpar(nezávisínamnožstvíkapaliny)
• jakmiletlaknasycenépárydanékapalinydosáhnetlakuplynuvokolí,nastávávar(teplotavaru)
• varateplotavaruzávisínavnějšímtlaku• normálníteplotavaru(teplotaza101.325kPa)
Raoultůvzákon
• závislosttlakusytépárynadkapalnýmroztokemnamnožstvírozpuštěnélátky
“Parciálnítlaksytépáryi-tésložkynadroztokemjevzhledemktlakusytépárynadkapalinoutvořenoupouzetoutosložkounižšívpoměrurovnémmolárnímuzlomkui-tésložkyvroztoku.”Tenzeparčistélátkyzastandardníchpodmínek.
RaoultůvzákonDvousložkovýroztoknetěkavélátky“Relativnísníženítlakusytépárynadroztokemnetěkavélátkyjerovnomolárnímuzlomkutétolátkyvroztoku.”
HenryhozákonUdávázávislostparciálníhotlakudanélátkynadroztokemajejíhopodíluvtomtoroztoku.PropáryrozpuštěnélátkyplatíúměramezitlakemparrozpuštěnélátkyamolárnímzlomkemxItétolátkyvroztokuKI– HenryhokonstantacharakteristickáprodanýplynAnalogickýRaoultovězákonu.Lišísepouzekonstantouúměrnosti.Platíprorozpouštědlo(prolátkuvnadbytku)
HenryhozákonZávislostrozpustnostiplynuxIvkapaliněnajehotlakupInadkapalinoupřikonstantníteplotěHenryhokonstantazávisínateplotě–srostoucíteplotouroste
Teplotníobjemovároztažnostkapalin• Pronepřílišvelkéteplotnírozdílyazastáléhovnějšíhotlakuplatí:
β=teplotnísoučinitelobjemovároztažnostikapaliny
• provětšíteplotnírozdíly:
• využíváseukapalinovýchteploměrů
• sezměnouteplotykapalinyseměnítakéjejíhustota:ς=ς1(1–βΔt)
AnomálievodyHustotavodyvintervalu0°Caž4°Croste(azmenšujesejejíobjem),přiteplotě4°Cdosahujemaximaapakklesá(objemsezvětšuje).Tentojevsenazýváanomálievody
Anomálievody• Ledpřiteplotě0°Cúplněneroztaje,takževevodězůstávajídrobnékrystalkyledu.Vnichjsoumolekulyvzdálenějšínežvevodě.Přizvětšováníteplotyod0°Cdo4°Czbytkyledumizí,tímsezmenšujívzdálenostimezimolekulamivodyacelkovýobjemklesá,hustotaroste
• Od4°Csepřiohřívánístřednívzdálenostimolekulzvětšují,objemrosteahustotaklesá
• Umožňuježivotvodníchživočichůvzimnímobdobí
Disperzníprostředí(rozpouštědlo)adisperznípodíl(rozpuštěnálátka)Homogennídisperznísoustavyodvou,nebovícesložkách.Látky• neomezeněmísitelné:vytvářejíspoluroztokjakémkoli
poměru(látkychemickypříbuzné)• omezeněmísitelné:rozpouštějísepouzevurčitých
poměrechdovznikunasycenéhoroztoku.
Děleníroztoků:• plynné(vzduch)• kapalné(sůlvevodě)• pevné(slitinykovů)
Roztoky
RoztokyDielektrickákonstanta(permitivita)• mixotropní(eluotropická)řada(organických)rozpouštědel
• podlerostoucípolarity(hodnotypermitivity)• Benzen(εr=2.3)• Aceton(εr=2• Acetonitril(εr=39)• Voda(εr=80)
pentan<benzen<diethyleter<chloroform<aceton<dioxan<ethylacetát<pyridin<etanol<metanol<voda
• podobnéserozpouštívpodobném
RoztokyDielektrickákonstanta(permitivita)Acidobazickévlastnosti• aprotická(nepolární)rozpouštědla– benzen,hexan– lipofilnílátky
• protickározpouštědla(polární)rozpouštědla• aprotogenní– pyridin• amfiprotní
• vyrovnaná– voda• protofilní– aminy• protogenní– bezvodákyselinaoctová
Vzájemnározpustnostlátek• Závisípředevšímnatypulátky.
• Čímjsoulátkypříbuznější,tímjerozpustnostlepší.
Diagram rozpustnostipřesycený roztok
nenasycený roztok
nasycený roztok
teplota
konc
entra
ce
rozp
uště
né lá
tky
RoztokyNasycený roztok – roztok, ve kterém se již za dané teploty nerozpustí více látky. Složení takového roztoku udává rozpustnost látky za dané teploty. Rozpustnost – maximální množství látky, které se rozpustí v určitém množství rozpouštědla (nejčastěji 100g) za daných podmínek (teplota,tlak). Nenasycený roztok – obsahuje méně látky, než odpovídá její rozpustnosti. Rozpuštěnou látku lze dále přidávat do roztoku. Přesycený roztok – obsahuje více látky, než odpovídá její rozpustnosti. Lze jej připravit pomalým ochlazováním nasyceného roztoku. Jedná se o nestabilní stav – rozpuštěná látka v přebytku má tendenci vykrystalizovat a oddělit se od roztoku.
SloženíroztokůSledujemezastoupenísložek(A,B,C,….N)vsoustavěS.Např.prosložkuA,lzejejízastoupenívSvyjádřitjako:Hmotnostnízlomek–poměrhmotnostirozpuštěnélátkykhmotnosticeléhoroztoku
S
AA m
mw =mA – hmotnost rozpuštěné látky
mS – hmotnost roztoku (soustavy)
w = <0;1> (x100) = 0-100% hm.
SloženíroztokůMolárnízlomek–podíllátkovéhomnožstvísložkynAasoučtulátkovýchmnožstvívšechsložeksměsiΣn
S
AA n
nX∑
= X = <0;1> (x100) = 0-100% mol.
SloženíroztokůObjemovýzlomek–podílobjemurozpuštěnélátkyVAacelkovéhoobjemuroztoku(soustavy)VS.
Projednuatutéžsložku,semohoujejízastoupenívdanésoustavě,vyjádřenáhmotnostními,objemovýmiamolárnímiprocenty,vzájemněčíselnězcelališit!!!
S
AA V
V=ϕ φ = <0;1> (x100) = 0-100% obj.
SloženíroztokůMolárníkoncentrace–vyjadřujelátkovémnožstvísložkynArozpuštěnév1dm3roztoku.
cA =nAVS
=mA
MA.VS(mol.dm-3)