Makroskopické vlastnosti látky, skupenství plynné, kapalné, tuhé

Prezentace na téma: "Makroskopické vlastnosti látky, skupenství plynné, kapalné, tuhé"— Transkript prezentace:

1 Makroskopické vlastnosti látky, skupenství plynné, kapalné, tuhé
Plynné skupenství: molekuly látek od sebe velmi vzdáleny prostor, který mají k dispozici, vyplňují rovnoměrně částice se v prostoru pohybují neuspořádaně (rychlost pohybu roste s teplotou) částice narážejí do sebe, narážejí do stěn nádoby (tlak plynu tím větší, čím více nárazů do stěny a čím intenzivnější jsou nárazy - tlak roste s kinetickou energií) plyn: dokonalá proměnlivost tvaru a objemu malá hustota snadná stlačitelnost

2 objem plynu: vymezen stěnami nádoby, v níž se plyn nachází plyn zaujme jakýkoli objem, který má k dispozici tlak plynu: síla, kterou plyn působí na stěny nádoby dán počtem nárazů do stěn nádoby souvisí s počtem částic v daném objemu a s teplotou plynu teplota plynu: souvisí s kinetickou energií molekul plynu

3 from: http://www. grc. nasa. gov/WWW/K-12/airplane/temptr
from: March 2011

4 distribuce rychlostí molekul
nejpravděpodobnější rychlost a = nejpočetněji zastoupená rychlost střední aritmetická rychlost molekul v = aritmetický průměr rychlostí střední kvadratická rychlost molekul u = vypočtená ze střední hodnoty kinetické energie

5

6 distribuce rychlostí pro různé teploty:
pomocí tepelného pohybu definována dolní mez teploty - absolutní nula (0 K) odpovídá stavu, kdy by ustal veškerý pohyb molekul (částic)

7 vzájemné závislosti makroskopických veličin (p, T, V, n): 1
vzájemné závislosti makroskopických veličin (p, T, V, n): 1. závislost objemu na teplotě (Charlesův zákon): isobary pro vybrané plyny:

8 2. závislost tlaku na teplotě (Gay-Lussacův zákon) isochora:
T (K)

9 3. závislost tlaku na objemu (Boyle - Mariotteův zákon): pV = konst isoterma (ideálního plynu)

10 4. Avogadrův zákon (postulován 1811): stejný objem plynů při stejné T a stejném p obsahuje stejný počet částic bez ohledu na chemickou podstatu částic a fyzikální vlastnosti

11 Shrnutí chování plynů popsané na základě experimentálních pozorování: 1. pV = konst  V = k . 1/ p 2. V = konst´ . T  V = k´ . T V = a . n kombinací těchto výrazů: R = univerzální plynová konstanta stavová rovnice ideálního plynu

12 ideální plyn - vlastnosti:
molekuly = hmotné body (molekuly mají hmotnost, objem lze zanedbat) mezimolekulární přitažlivé (kohezní) síly lze zanedbat (velké vzdálenosti mezi molekulami) částice plynu se pohybují chaoticky kinetická energie částic plynu (rychlost jejich pohybu) - přímo úměrná teplotě plynu v K reálný plyn za podmínek, za nichž je zkoumán, nelze zanedbat: vlastní objem molekul interakce mezi molekulami

13 Standardní podmínky pro teplotu a tlak plynu:
teplota 273,15 K tlak Pa př.: objem 1 molu plynu za standardních podmínek = 22,41 l objem 1 molu plynu za normálního tlaku a při t = 250:

14 Daltonův zákon: stavová rovnice ideálního plynu platí i pro směsi plynů (pokud plyny ve směsi navzájem nereagují) každý z plynů zaujme celý objem soustavy lze mu přisoudit určitý podíl na tlaku tento podíl - úměrný počtu molů daného plynu z celkového počtu molů parciální tlak: součet parciálních tlaků všech složek = celkový tlak:

15 pomocí parciálních tlaků lze vyjadřovat molární zlomky v plynné směsi:

16 reálný plyn – isoterma: prodleva při dosažení určitého tlaku – pkondenzační (zkapalňování plynu)

17 prodleva se zkracuje se zvyšující se teplotou - nad určitou teplotu už nelze plyn zkapalnit
nejvyšší teplota, při níž plyn lze zkapalnit: kritická teplota,

18 tlak odpovídající prodlevě = tlak nasycené páry tenze nasycené páry
čím vyšší tenze nasycených par tím těkavější látka

19 snaha vyjádřit prodlevu matematickým modelem 
stavové rovnice reálného plynu nejjednodušší: van der Waalsova isoterma korekce na mezimolekulární interakce na vlastní objem molekul

20 Difúze a efúze plynů: difúze = rozptylování částic v prostoru, přechod z částí o větší koncentraci do částí o nižší konc. samovolně Brownovým pohybem difúze – nejrychleji u plynů, ale též ve směsi kapalin, v roztocích, i v tuhé fázi (difúze plynů do tuhé fáze)

21 efúze (molekulová efúze) = pronikání molekul plynů z nádoby
do vakua malým otvorem (takže bez kolizí s jinými molekulami) rychlost efúze závisí na molární hmotnosti (různé plyny – různé střední rychlosti molekul) využití: obohacování uranu 235U – 0,72% přírodního U, 238U – 99,28% uran převeden na těkavou sloučeninu (238UF6 a 235UF6), jejich separační faktor při jedné separaci malý (1,004), ale opakováním (200krát a více) – získán uran obohacený na 99%

22 kapaliny molekuly blízko sebe - vysoká hustota nestlačitelnost
mezi molekulami přitažlivé síly - molekuly zaujmou jen část objemu soustavy (zůstávají ve vzájemné blízkosti) molekuly jsou navzájem pohyblivé - kapaliny mění tvar podle tvaru nádoby přitažlivé síly mezi molekulami kapalin - slabé interakce (dipól - dipól, ion - dipól, disperzní síly)

23 existence přitažlivých sil:

24 vlastnosti kapalin: povrchové napětí - důsledek mezimolekulárních sil v kapalině
uvnitř kapaliny síly vyrovnány, na povrchu - jen síly směrem dovnitř  “blanka” povrchová

25 interakce kapalina - povrch: v kapalině: kohezivní síly mezi kapalinou a povrchem: adhezivní síly tvar kapky na povrchu:

26 v kapiláře: kapilární elevace: kohezivní síly < adhezivní síly kapilární deprese: kohezivní síly > adhezivní síly hypotetický počáteční stav rovnováha

27

28 viskozita patří k tokovým vlastnostem kapalin (a amorfních látek) (projevuje se pouze při pohybu kapaliny) laminární proudění:

29 Substance Viscosity (Pa s) Air (at 18 oC) 1.9 x 10-5 ( ) Water (at 20 oC) 1 x 10-3 (0.001) Canola Oil at room temp. 0.1 Motor Oil at room temp. 1 Corn syrup at room temp. 8 Pahoehoe lava 100 to 1,000 A'a lava 1000 to 10,000 Andesite lava 106 to 107 Rhyolite lava 1011 to 1012

30 vypařování kapalin: k vypařování – nutno dodat energii (k překonání kohezivních sil) v uzavřené nádobě za tlaku p a teploty t - mezi kapalinou a plynnou fází – rovnováha plynná fáze = nasycená pára (za daných podmínek) parciální tlak páry - pára tvoří jen část plynné fáze

31 velikost vypařování závisí:
na typu kapaliny - na mezimolekulárních silách (čím těkavější kapalina, tím vyšší tenze nasycené páry)) na teplotě (čím vyšší teplota, tím vyšší tenze páry) na velikosti povrchu na tlaku (čím nižší tlak působí na hladinu, tím snazší vypařování při vypařování z roztoků na koncentraci dané komponenty v roztoku při vypařování na vzduchu na rychlosti pohybu vzduchu na koncentraci dané látky ve vzduchu

32 tenze nasycené páry v závislosti na teplotě u vody:
množství tepla potřebného k vypaření určitého množství kapaliny (vypařovací enthalpie, DHvyp) závisí na teplotě DHvyp = - DHkond

33 pro malé rozdíly teplot:
Clausiova –Clapeyronova rovnice použití: známe-li tenzi nasycené páry při určité T, k předpovědi teploty vypařování při určitém tlaku známe-li dvě hodnoty p a T, pak k výpočtu DHvyp

34 pevné látky (pevné skupenství):
v pevném skupenství částice fixovány na pevně určených místech stálost objemu a tvaru mechanická pevnost pevné skupenství - hustota vyšší než u plynů

35 pevné látky: krystalické – částice uspořádány v pravidelně se opakujících vzorech atomové krystaly molekulové krystaly iontové krystaly amorfní (ne zcela pravidelná struktura)

36 zjišťování struktury pevných krystalických látek rtg analýza: rtg záření - vlnová délka srovnatelná se vzdáleností atomů v mřížce ohyb rtg záření na krystalové struktuře

37

38

39

40 vzdálenost, kterou dolní vlna urazí “navíc” oproti horní vlně:
xy + yz = nl (aby došlo k pozitivní interferenci) Braggova rovnice

41 na: http://en.wikipedia.org/wiki/X-ray_crystallography animace

42 protein structure:

43 6 typických habitů krystalu sněhu
charakteristické prů růst krystlů v různých výškách (teplotách)