Roztoky ROZTOK – homogenní soustava, která se skládá ze dvou, nebo více chemicky čistých látek (rozpouštědlo + rozpuštěná látka) PRAVÝ ROZTOK – homogenní jednofázová soustava PLYNNÝ ROZTOK – difúzí promíchané molekuly – mísí se v libovolných poměrech KAPALNÝ ROZTOK – rozpouštědlem je kapalina, rozpuštěnou látkou může být plyn, kapalina i pevná látka

KONCENTRACE KAPALNÝCH ROZTOKŮ molární koncentrace (molarita) – počet molů rozpuštěné látky v litru rozpouštědla (jednotka mol/l) molalita – poměr látkového množství rozpuštěné látky (v molech) k hmotnosti rozpouštědla (jednotka mol/kg) molární zlomek – poměr látkového množství rozpuštěné látky (v molech) k celkovému látkovému množství v roztoku (tj. součtu látkového množství rozpuštěné látky a rozpouštědla) – bezrozměrná veličina

Henryův zákon (1803) Množství plynu, které se při stálé teplotě rozpustí v jednotkovém objemu kapaliny je úměrné tlaku plynu nad kapalinou.

NEPRAVÉ ROZTOKY heterogenní (dvě fáze) - látky v nich nejsou molekulárně dispergovány (v kapalině rozpouštědla jsou jemně rozptýleny drobné částice, jež se v daném rozpouštědle nerozštěpí) suspenze (částečky PL, 10-4 – 10-2 mm) emulze (drobné částečky kapaliny,10-4 – 10-2 mm koloidní roztoky (d10-4 mm, ale větší než molekuly) pěna (jemné bublinky plynů v kapalině s malým povrchovým napětím)

NEPRAVÉ ROZTOKY kouř (pevné částečky v plynném prostředí) mlha (malé kapičky kapaliny v plynném prostředí)

SILNĚ ZŘEDĚNÉ ROZTOKY molekuly rozpuštěné látky daleko od sebe (téměř spolu neinteragují → interagují jen s molekulami rozpouštědla) molekuly rozpuštěné látky lze chápat jako „plyn“ (až na možnost volného pohybu) nad zředěným roztokem je nižší tlak nasycených par než nad samotným rozpouštědlem s nižším tlakem sytých par úzce souvisí snížení teploty tuhnutí a zvýšení teploty varu

Osmotický tlak osmotický tlak silně zředěných roztoků se řídí stavovou rovnicí ideálního plynu (van´t Hoff 1885) van´t Hoffův zákon: Osmotický tlak roztoku je právě tak velký, jako by rozpuštěná látka byla v plynném stavu a měla objem a teplotu roztoku. Jacobus Henricus van 't Hoff (1852-1911)

Mezimolekulární (mezičásticový) potenciál (resp. potenciální energie) U >> kT  permanentní (chemická) vazba U ≥ kT  vazba se může rozpadnout resp. restrukturalizovat vlivem teploty

Van der Waalsova interakce Johannes Diderik van der Waals (23.12.1837 – 8.3.1923) 1910 – Nobelova cena (za práci o stavové rovnici plynů a kapalin)

Molekuly s nulovým celkovým elektrickým nábojem interakce mezi permanentními dipólovými momenty molekul interakce mezi permanentním dipólovým momentem jedné molekuly a mezi indukovaným dipólovým momentem druhé molekuly interakce mezi molekulami (atomy) bez dipólového momentu překryvová interakce

Permanentní dipólové momenty těžiště kladných a záporných nábojů molekuly nejsou totožná (ať je molekula ve vnějším elektrickém poli, nebo ne) tzv. polární molekuly el. pole molekuly je podobné poli elementárního dipólu (E  r -3)  – dipólový moment r – vzdálenost molekul  0 – permitivita vakua energie příslušná interakci silového působení dvou molekul (párová interakce)

Interakce polární a nepolární molekuly - Petrus Josephus Wilhelmus Debye (1920)  - polarizovatelnost molekuly (jak snadno se deformuje elektronový obal v el. poli)

Interakce mezi nepolárními molekulami (disperzní interakce) Fritz Wolfgang London (1930) h – Planckova konstanta  – polarizovatelnost molekuly  0 – frekvence „zástupných“ oscilátorů Interakce je založena na mžikových dipólových momentech

Lenard – Jonesův potenciál

Kondenzované látky kapalné - newtonovské kapaliny - nenewtonowské kapaliny pevné (hookovské, nehookovské) - krystalické - amorfní - „měkké látky“ (mýdlo, kečup, tvaroh, ...) - polymery - …

Kondenzace a tuhnutí vysoká teplota - zanedbatelný vliv přitažlivých sil - Ek (energie tepelného pohybu částic) převažuje snižování teploty - přitažlivé síly začínají nabývat důležitosti - molekulární páry (dvojice) zůstávají déle pohromadě - korelace v pohybu molekul - krátkodobě existující klastry molekul

Kondenzace a tuhnutí kondenzační teplota - významná korelace pohybu molekul (vznik kapaliny) - energie přitažlivé interakce  Ek - vliv energie odpudivých sil - krátkodosahové uspořádávání molekul (přeuspořádání po uplynutí relaxační doby) - přitažlivé interakce co nejvíce „stěsnávají“ molekuly - odpudivé interakce zajišťují minimální separaci další snižování teploty - uspořádávání molekul (resp. atomů, iontů) - tuhnutí  vznik pevné látky (PL)

Dva typy tuhnutí kapalin krystalizace (Tt) tuhnutí v důsledku rychlého zvýšení viskozity při jejím ochlazení - amorfní látky (vosk, asfalt, ...) - sklo (má schopnost krystalizace, ale viskozita roste s poklesem teploty tak rychle, že látka ztuhne dříve, než stačí zkrystalizovat)

Fázové diagramy FÁZE – část termodynamické soustavy, která (nepůsobí-li vnější síly) je fyzikálně i chemicky homogenní a od ostatních částí soustavy je oddělena ostrým rozhraním fáze  skupenství ! SLOŽKA – chemické „individuum“, které je složkou fáze (lze nezávisle měnit koncentraci těchto individuí) POČET STUPŇŮ VOLNOSTI – počet nezávislých parametrů, které musíme udat, aby byl jednoznačně určen rovnovážný stav soustavy obsahující s složek a f fází

Fázový diagram a1, 2 – křivky tuhnutí (tání) b – křivka kapalnění c – křivka sublimace kritický bod v – počet stupňů volnosti f – počet fází k – počet složek trojný bod

Gibbsovo fázové pravidlo počet stupňů volnosti počet fází počet složek