ogromna liczba małych cząsteczek, doskonale elastycznych, poruszających się we wszystkich kierunkach, tory prostoliniowe, kierunek ruchu zmienia się

Transkrypt

1 CHEMIA NIEORGANICZNA Dr hab. Andrzej Kotarba Zakład Chemii Nieorganicznej Wydział Chemii I pietro p. 138 WYKŁAD -

2 STAN GAZOWY i CHEMIA GAZÓW kinetyczna teoria gazów ogromna liczba małych cząsteczek, doskonale elastycznych, poruszających się we wszystkich kierunkach, tory prostoliniowe, kierunek ruchu zmienia się tylko w czasie zderzeń (rozważamy tylko E kin )

3 MODEL GAZU DOSKONAŁEGO swobodne atomy (cząsteczki) ciągły, chaotyczny ruch (3 stopnie swobody translacji, cząsteczki zderzają się, większość czasu są oddalone od siebie, oddziałują na siebie słabo) relacja wiążąca parametry stanu (p, V, T, n)

4 CIŚNIENIE Siła F działająca na jednostkę powierzchni S P = F/S Jednostka SI: 1 Pa= 1 Nm - 1 bar = 10 5 Pa 1 atm = 101,35 kpa 760 Tr = 1 atm Interpretacja molekularna TEMPERATURA Wielkość (parametr fizyczny) określająca kierunek przepływu energii termodynamiczna siła chaosu T/K = Θ/C +73,15

5 ILOŚĆ SUBSTANCJI (n) 1 mol cząstek = liczbie atomów zawartych w 1g węgla 1 C 1 mol = 6, cząstek 1 mol wodoru określenie nieścisłe 1 mol H lub 1 mol H (stała Avogadra) N A = 6, mol -1 n = N N A N liczba cząstek w próbce

6 RÓWNANIE STANU GAZU DOSKONAŁEGO cząsteczki punktowe (zerowa objętość własna) nieustanny ruch brak oddziaływań na odległość zderzenia doskonale sprężyste pv = nrt stała gazowa R = 8,31 JK - 1 mol -1 0,08 dm 3 atm K - 1 mol -1 1,99 cal K-1mol-1 R = pv/nt

7 EPMIRYCZNE PRAWA GAZOWE pv = nrt Boyle a p 1/V gdy n i T są stałe Charlesa V T gdy n i p są stałe Gay- Lussaca V n gdy p i T są stałe p wzrost T V

8 Prawo Daltona P = p 1 + p + p 3 + Ciśnienie wywierane przez mieszaninę gazów doskonałych jest sumą ciśnień cząstkowych wywieranych przez poszczególne składniki tej mieszaniny Zbiornik o objętości 10,0 l zawiera 1,00 mol N i 3,00 mol H w temperaturze 98 K oblicz całkowite ciśnienie mieszaniny (w atmosferach). Metoda Jeśli dwa gazy A i B wypełniają ten sam zbiornik, to ciśnienie całkowite dane jest wzorem p = p A + p B = (n A + n B ) RT/V Aby ciśnienie wyrazić w atmosferach, należy podstawić R = 8, l atm K - 1 mol - 1. Odpowiedź W warunkach wymienionych w zadaniu: p = (1,00 mol + 3,00 mol) (8, l atm K - 1 mol - 1 ) (98 K)/ 10.0 l = 9,78 atm

9 n = 1 mol T = 0 ºC (73,15 K) P = 1 atm 0BJĘTOŚĆ MOLOWA nrt V = P = 1 mol (0,0806 dm 3 /K mol)(73,15k) 1 atm O,397 Objętość molowa gazu doskonałego V m =,4 dm 3 N,40 He,434 Ar,397 CO,60 NH 3,079

10 RÓWNANIE VAN DER WAALSA ciśnienie wewnętrzne (oddziaływanie międzycząsteczkowe) objętość wyłączona (objętość własna cząstek)

11 δ+ δ- cząsteczka µ/[d] Energia oddziaływań [J/mol] dipolowe indukcyjne dyspersyjne Energia całkowita [J/mol] He ,01 3,01 Ar CO HI HBr HCl H O NH 3 0 0,1 0,38 0,79 1,08 1,85 1,47 0 0,016 1,6 3,48 7, , 6,0 16,9 1,7 39,1 37, , , , ,6 687,9 1 D = 3, Cm

12 E E odp odp = b/r 1 r 0 E przy = -a/r 6 r E = - a/r 6 + b/r 1 potencjał Lennarda-Jonesa

13 Kinetyczna teoria gazów P = 3 nn A 1 mu V u = 3RT N m A E kin = N A 1 mu PV = n 3 E kin PV = n RT E kin = 3 RT interpretacja temperatury miara E kin

14 Kinetyczna teoria gazów nmu P = 3V PV = RT n u = s1 + s + s3 + s4 + N...s N P = E 3 kin nn = N PV = n A A 1 mu V 3 1 mu E kin u = 3RT N m A E kin = 3 RT interpretacja temperatury miara E kin

15 Liczba cząste eczek N szybkości cząsteczek w różnych T rozkład Maxwella f u 4π M π RT 3 Mu ( ) RT 73 K 173 K = 73 K u e szybkość/m s -1

16 Tak duże szybkości cząsteczek w fazie gazowej, ale z obserwacji wynika, że gazy dyfundują wolniej. Dlaczego?

17 Efuzja Prawo Grahama szybkość efuzji gazu 1 M = szybkość efuzji gazu M 1

18 Oblicz stosunek szybkości efuzji gazowego wodoru i fluorku uranu(vi) UF 6 gaz stosowany do wzbogacania paliwa jądrowego szybkość efuzji H M 35.0 = = = 13. szybkość efuzji UF 6 M Liczba cząsteczek UF 6 73 K H 73 K szybkość/m s -1

19 Reakcje w fazie gazowej NO NO + O O + O O 3 O 3 O * + O* O + H O OH OH + NO HNO 3 Zumdahl Chemistry

20 katalizator samochodowy TWC NO + CO N + CO CO + ½ O CO HC + xo CO + H O konwersja /% C + O CO red. HC utl. NO konwersja (%) CO powietrze /paliwo

21 zaawansowane materiały i nanotechnologia γ- Al O 3, Al O 3 -CeO Mg Al 4 Si 5 O 18 kordieryt Al Mg Al Al Mg Al Al Mg Al Al Al Mg Al Rh CeO

22 Poduszka powietrzna NaN 3(s) = Na (s) + 3N (g) 100 g NaN 3 56 dm 3 N (5 ºC, 1 atm)

23 gaz ciało stałe ciecz