Skupenské stavy látek

Mezimolekulární síly

Jde o nejsilnější mezimolekulární (nevazebnou) interakci. Interakce iont-dipól Např. hydratační (solvatační) interakce mezi Na+ (iont) a molekulou vody (dipól). Jde o nejsilnější mezimolekulární (nevazebnou) interakci.

Interakce mezi dipóly dvou stejných nebo i různých polárních molekul. Interakce dipól-dipól Interakce mezi dipóly dvou stejných nebo i různých polárních molekul. Slabší než interakce iont-dipól.

Disperzní síly (Londonovy, indukované dipóly) Nejslabší mezimolekulární interakce. Fluktuací elektronů v elektronových obalech vznikají okamžité dipóly, které indukují vznik dipólu v okolních molekulách. Polarizovatelnost je míra snadnosti s jakou se v elektronovém obalu indukují dipóly. U atomů obvykle roste s počtem elektronů, resp. s molární hmotností.

Srovnání bodů varu podobných sloučenin prvků 4.-7. periody Vodíková vazba Speciální případ dipól-dipólové interakce. Velmi silná interakce, nejsilnější z tzv. van der Waalsových interakcí (vodíková vazba, dipól-dipól, Londonovy síly). Vodíková vazba se projevuje u molekul kde je H vázán na elektronegativní prvek (zvláště F, O, N). Srovnání bodů varu podobných sloučenin prvků 4.-7. periody

Vodíková vazba, srovnání vazebných sil a intermolekulárních interakcí K vypaření 1 molu vody je třeba 41 kJ (intermolekulární) K rozrušení všech vazeb O-H v 1 molu vody je třeba 930 kJ (intramolekulární)

hustotu než kapalná voda Anomální vlastnosti vody: hustota Maximum hustoty 40C Důsledek: led má nižší hustotu než kapalná voda

HBr CH4 HF SO2 Kvalitativní odhad mezimolekulárních interakcí Př.: Jaký typ nebo typy mezimolekulárních interakcí se uplatňují u následujících látek? HBr CH4 HF S O SO2

Změna skupenství: fázový diagram Fázový diagram vymezuje podmínky za kterých látka existuje v tuhé, kapalné popř. plynné fázi. Fázový diagram CO2 při 1 atm CO2 (s) CO2 (g)

Křivka zahřívání

PV = nRT Vlastnosti plynů Zaujímají objem a tvar nádoby. Jde o nejstlačitelnější formu hmoty. Všechny plyny jsou navzájem zcela mísitelné. Hustota plynů je nižší než kapalin nebo tuhých látek. Stlačitelnost plynů v závislosti na teplotě popisuje stavová rovnice ideálního plynu: n: látkové množství, R: plynová konstanta (8.314 J·K-1·mol-1) Př.: Argon je inertní plyn používaný v žárovkách k ochraně vlákna před vypařením. Žárovka, která obsahuje argon při 1.20 atm a 18°C, je zahřáta na 85°C. Jak se přitom změní tlak argonu (v atm)? PV = nRT

Vlastnosti kapalin: povrchové napětí Povrchová energie je energie potřebná ke zvětšení povrchu kapaliny o jednotkovou plochu. Čím silnější jsou mezimolekulární interakce, tím vyšší je povrchová energie, resp. povrchové napětí.

Vlastnosti kapalin: smáčení Kapilární elevace (smáčení, převládají adhezní síly) nastává pokud molekuly kapaliny a materiálu mají podobný charakter. Kapilární deprese (nesmáčení , převládají kohezní síly) nastává při značné odlišnosti charakteru molekul kapaliny a materiálu.

Vlastnosti kapalin: viskozita Viskozita je měřítkem odporu kapaliny k toku. Čím silnější jsou mezimolekulární interakce, tím vyšší je viskozita.

Vlastnosti kapalin: tenze Tlak nasycené páry (tenze) je tlak páry v rovnovážném systému ve kterém látka existuje v kapalné i plynné fázi. H2O (l) H2O (g) počátek rovnováha

Vlastnosti kapalin: bod varu Bod varu je teplota při které se tlak nasycené páry vyrovná vnějšímu tlaku.

jednotková buňka a její opakování ve 3D Tuhé látky: struktura Krystalická tuhá látka vykazuje rigidní prostorové uspořádání atomů, molekul nebo iontů. V krystalu se opakuje tvar elementárního rovnoběžstěnu (jednotkové/základní buňky). V uzlových bodech jsou atomy, molekuly nebo ionty uzlový bod mřížky jednotková buňka a její opakování ve 3D

Základní typy jednotkových buněk

Variace základních tvarů: kubická mřížka

Určení struktury krystalů: rentgenová difrakce

Braggova rovnice rozdíl vzdáleností = BC + CD = 2d sinq = nl

Difrakce: příklad Rentgenové paprsky o vlnové délce 0.154 nm se odrážejí od krystalu pod úhlem 14.170 (pro n = 1). Jaká je vzdálenost (v pm) mezi stěnami jednotkové buňky v krystalu? n λ = 2d sin θ n = 1 θ = 14.170 λ = 0.154 nm = 154 pm d = n λ 2sin θ = 1 x 154 pm 2 x sin14.17 = 314.0 pm

Tuhé látky: iontové krystaly V uzlových bodech mřížky anionty a kationty Silné elektrostatické interakce (iontová vazba) Obvykle tvrdé, křehké, vysoký bod tání Špatné vodiče tepla a elektřiny CsCl ZnS CaF2

Tuhé látky: kovalentní krystaly V uzlových bodech mřížky atomy Pevné kovalentní vazby Obvykle tvrdé, vysoký bod tání Špatné vodiče tepla a elektřiny atomy uhlíku diamant grafit

Tuhé látky: molekulové krystaly V uzlových bodech mřížky molekuly Slabé mezimolekulární interakce Obvykle měkké, nízký bod tání Špatné vodiče tepla a elektřiny

Tuhé látky: kovové krystaly V uzlových bodech mřížky atomy kovu Kovová vazba mezi atomy Různá tvrdost i body tání Dobré vodiče tepla a elektřiny Průřez krystalem kovu jádro a vnitřní elektrony mobilní “elektronový oblak” z valenčních elektronů

Krystalové mřížky kovů

Amorfní látky V amorfní tuhé látce nelze najít opakované, dobře definované prostorové uspořádání. Prostorovou strukturou se podobají amorfní tuhé látky kapalině. Na křivce zahřívání nevykazují bod tání (tají v rozmezí teplot). krystalický křemen (SiO2) nekrystalické křemenné sklo

Vysokoteplotní supravodiče