6. Stan materii a właściwości chemiczne c.d. 6. Stan materii a właściwości chemiczne. Gazy doskonałe. Stany skupienia

Transkrypt

1 6. Stan materii a właściwości chemiczne a) Układy jednofazowe (jednorodne) Stan gazowy (faza gazowa) Stan ciekły (faza ciekła) - Roztwory - Rozpuszczalność - Równowagi w roztworach Stan stały (faza stała).. -Symetria, układy krystalograficzne, motywy strukturalne - Substancje stałe częściowo uporządkowane i bezpostaciowe - Reakcje w fazie stałej Stan szklisty 6. Stan materii a właściwości chemiczne c.d. b) Układy niejednorodne (wielofazowe) Reguła faz (Gibbsa) Wykresy (równowagi) fazowe c) Układy drobno- i grubodyspersyjne Koloidy. Zole i żele. Główne: gazowy, ciekły i stały Stany skupienia Gazy ciała nie posiadające określonego kształtu i objętości Ciecze ciała posiadające określoną objętość, nie posiadające określonego kształtu Ciała stałe ciała posiadające określona objętość i kształt Ważne zagadnienia: Ściśliwość cieczy i ciał stałych Czas zachowywania określonego kształtu Ciała bezpostaciowe i częściowo nieuporządkowane Ciała stałe ciała krystaliczne? Gazy doskonałe Równanie Clapeyrona (dla gazów doskonałych) pv nrt dla T const. dla p = const. Prawo Boyle a pv const. V/T = const. Prawo Gay-Lussaca Stan gazowy - ważne konsekwencje dla chemika Gazy mieszają się w dowolnych stosunkach Reakcje w fazie gazowej nie wymagają rozdrabniania ani mieszania Duża energia kinetyczna

2 n RT RT p i i p (n1 n2...) V V n p i i p n pi xi p Gazy doskonałe Prawo Daltona ciśnienie mieszaniny gazów równa się sumie ciśnień cząstkowych (parcjalnych) jej składników. Ciśnienie cząstkowe każdego składnika jest równe ciśnieniu jakie wywierałby ten składnik, gdyby zajmował całe naczynie. p p n 1 p2... pi i 1 n i ułamek molowy (x i ) n Kinetyczna teoria gazów Gazy zbudowane są z cząstek: niesłychanie małych (punktowych nie posiadających objętości własnej) doskonale elastycznych poruszających się bezładnie we wszystkich możliwych kierunkach (w T>0 K) Tory cząst(ecz)ek gazu są prostoliniowe od zderzenia do zderzenia Średnia szybkość cząst(ecz)ek gazu u 3RT M Kinetyczna teoria gazów w t = 20 o C u (T = 293 K) 3RT M H 2 ū = 1905 m/s M = 2 NH m/s 17 N m/s 28 O m/s 32 CO m/s 44 Liczba zderzeń zależy od: przeciętnej szybkości liczby cząsteczek w jednostce objętości wielkości (przekrój czynny) Liczba zderzeń z w jednostce czasu oraz przeciętna droga swobodna ( ) [20 o C, ciśnienie atmosferyczne] H 2 z =15, /s =1, cm N 2 7, /s 0, cm O 2 6, /s 0, cm CO 2 9, /s 0, cm T 1 T 2 > T 1 T 2

3 Gazy rzeczywiste Odstępstwa od praw gazów doskonałych są widoczne pod dużymi ciśnieniami zaczynają odgrywać rolę siły van der Waalsa (cząsteczki są bardzo blisko zaczyna odgrywać rolę objętość własna cząsteczek gazu A. Bielański Podstawy chemii nieorganicznej Fazy skondensowane Cechą wspólną fazy stałej i fazy ciekłej jest istnienie sił międzycząsteczkowych typu van der Waalsa utrzymujących stałą średnią odległość między cząst(ecz)kami (stałość objętości). Z tego powodu nazywa się te fazy fazami skondensowanymi. Kryterium zachowywania kształtu i objętości pozwala odróżnić fazy A Czy cząst(ecz)ki przemieszczają się względem siebie? (Przyjmując kształt naczynia) N 2 pv RT pv 1 RT (n) (dla n=1) B Czy średnie odległości międzycząst(ecz)kowe zależą od dostępnej przestrzeni? (Objętość jest ustalona przez objętość naczynia) Spełnione kryterium Gaz Ciecz Ciało stałe A T T N B T N N Temperatura (rozszerzalność termiczna) i ciśnienie (ściśliwość) mają na ogół niewielki wpływ na te średnie odległości (objętość) w fazach skondensowanych. Stan ciekły Stan ciekły jest stanem skupienia pośrednim między stanem gazowym a stałym. Temperaturowe zakresy istnienia fazy stałej i ciekłej (ciśn. atm.) Substancja Faza stała Faza ciekła Temp. wrz. [ o C] Hel (He) Wodór (H 2 ) Azot (N 2 ) Metan (CH 4 ) Amoniak (NH 3 ) Benzen (C 6 H 6 ) Woda (H 2 O) Charakterystyka cieczy Lepkość opór przy płynięciu. Lepkość maleje ze wzrostem temperatury. Miód > Gliceryna > Woda > Benzen > Eter Napięcie powierzchniowe jest wynikiem niezrównoważenia sił działających na cząsteczki tworzące powierzchnię cieczy. Powoduje kulisty kształt kropli i gładkość powierzchni cieczy. [Sprawdź znaczenie pojęć - siły kapilarne, adhezja (zwilżanie), kohezja, menisk]

4 Struktura cieczy (fazy ciekłej) Klasyfikacja ciał stałych Faza ciekła jednoskładnikowa cząsteczkowa jonowa (i metaliczna) pośrednia Faza ciekła wieloskładnikowa mieszaniny (mieszalność) roztwory (rozpuszczalność) Krystaliczne Istnieją też ciała stałe częściowo uporządkowane (i częściowo krystaliczne?) Krystaliczność nie jest równoznaczna z uporządkowaniem Ciekłe kryształy Bezpostaciowe (amorficzne, szkła) Podział ze względu na wiązania między motywami strukturalnymi (atomy, jony, cząsteczki itd.) Ciała stałe - metaliczne - jonowe - usieciowane - cząsteczkowe Właściwości Strukturalne: charakter wiązań koordynacja Rozpuszczalność w: metaliczne wiązania średniej mocy, bez uprzywilejowanych kierunków przestrzennych bardzo duża liczba koordynacyjna jonowe wiązania nie mają uprzywilejowanych kierunków przestrzennych duża liczba koordynacyjna atomowe ograniczona liczba wiązań kierunkowych mała liczba koordynacyjna molekularne słabe wiązania między cząsteczkami, silne wiązania wewnątrz cząsteczek gęstość duża średnia mała mała kwasach rozpuszczalnikach polarnych nierozpuszczalne rozpuszczalnikach organicznych Właściwości Mechaniczne: Cieplne: twardość temperatura topnienia współczynnik rozszerzalności struktura cieczy po stopieniu metaliczne rózna, kryształy ciągliwe jonowe duża, kryształy twarde atomowe duża, kryształy twarde molekularne mała, kryształy miękkie różna wysoka wysoka niezbyt wysoka duży mały mały duży jony, atomy? jony fragmenty, cząsteczki? cząsteczki

5 Właściwości Elektryczne: metaliczne jonowe atomowe molekularne Kryształem nazywamy ciało jednorodne, anizotropowe pod względem co najmniej jednej właściwości fizycznej (definicja fenomenologiczna). Ciała izotropowe w stanie naprężenia mogą również wykazywać anizotropię. przewodnictwo przewodniki izolatory, przewodniki jonowe w stanie stopionym Optyczne i magnetyczne substancje nieprzezroczyste analogiczne właściwości w stanie stałym właściwości charakterystyczne dla indywidualnych jonów, nie ulegają zmianie w roztworze półprzewodniki cały kryształ tworzy jedną cząsteczkę różniącą się zasadniczo właściwościami od cząsteczek gazowych izolatory właściwości charakterystycz ne dla indywidualnych cząsteczek, nie ulegają więc zmianie w roztworze i w stanie gazowym Kryształem nazywamy ciało lub obszar, w którym fizyczne elementy struktury są tak uporządkowane, że ich średnie położenia tworzą względnie trwale związane sieci przestrzenne. Uporządkowanie dalekiego zasięgu jest najbardziej istotną cechą stanu krystalicznego, czyli kryształów. Wielościenna forma zewnętrzna jest tego uporządkowania przejawem, który obserwuje się gołym okiem. Nie jest on cechą konieczną kryształów. W praktyce krystalografia wyróżnia stan krystaliczny, parakrystaliczny i szklisty (brak uporządkowania stan nie odpowiadający minimum energii). Ciecze organiczne wykazujące częściowe uporządkowanie oraz regularną postać zewnętrzną nazywamy ciekłymi kryształami. Przykład uporządkowania dwuwymiarowej substancji zbudowanej z atomów, kolejno w stanie gazowym, ciekłym, stałym zdefektowanym (parakrystalicznym - nieuporządkowanym -szklistym) i uporządkowanym. metaliczne Atomy Cu i Au występują: w przypadkowym porządku w ściśle określonych pozycjach Funkcja radialnego rozkładu (statystyczne prawdopodobieństwo znalezienia innego atomu w zależności od odległości) dosyć dobrze oddaje odpowiednie uporządkowanie

6 jonowe kowalencyjne (atomowe) Diament Grafit Fuleren

7 Symetria w kryształach a) Symetria punktowa (i molekularna) elementy symetrii, np 2, 3, 4, 6, m, i, 3, 6,1 operacje symetrii grupy punktowe (32), np. mm, 2, 2m, 222, 62, 4/m, m3m b) Symetria przestrzenna translacje, np. a/2, (b+c)/2, c/4 translacyjne elementy symetrii, np. 2 1, 4 3, 6 1, 6 5, 6 2, a, c, n, d, grupy przestrzenne (230 grup punktowych) c) Układy krystalograficzne komórka elementarna d) Motywy strukturalne

8 Polimorfizm występowanie tej samej substancji w różniących się strukturach przestrzennych (krystalicznych) zwanych polimorfami lub odmianami polimorficznymi. Układy krystalograficzne oraz typy komórek Bravais`go

9 Polimorfizm występowanie tej samej substancji w różniących się strukturach przestrzennych (krystalicznych) zwanych polimorfami lub odmianami polimorficznymi. Polimorfizm dotyczy tylko fazy stałej. Alotropia dotyczy tylko pierwiastków niezależnie od stanu skupienia, np. tlen i ozon, grafit i diament (są też inne odmiany polimorficzne węgla). Izomorfizm występowanie różnych substancji w tym samym typie sieci przestrzennej (o zbliżonych wymiarach komórek elementarnych). Reakcje w fazie stałej W procesach ceramicznych i metalurgicznych szybkość reakcji w fazie stałej zależy przede wszystkim od szybkości dyfuzji. Reakcje szybkie są przez nią kontrolowane (ograniczone). Dlatego reagujące substancje są zwykle sproszkowane Reakcje przegrupowania Reakcje syntezy MgO + Cr 2 O 3 MgCr 2 O 4 (spinel) Reakcje rozkładu CaCO 3 CaO + CO 2 Rzadko zachodzą reakcje nie powodujące naruszenia sieci krystalicznej, czyli niszczenia kryształu. Przemiany polimorficzne najczęściej nie są związane z reakcjami w przypadku kryształów jonowych, metalicznych i molekularnych. Mogą być związane z utworzeniem i/lub zerwaniem wiązań w przypadku kryształów kowalencyjnych, np. w przemianie diamentu w grafit. Związki niestechiometryczne - bertolidy Odstępstwa od stechiometrii mogą występować wyłącznie w związkach jonowych lub międzymetalicznych. Istnieją 3 rodzaje związków niestechiometrycznych: z rzeczywistym niedomiarem metalu (kationu) z rzeczywistym niedomiarem anionu z rzeczywistym nadmiarem metalu W kryształach niestechiometria jest jednoznaczna z wystąpieniem defektów sieciowych Defekty sieciowe mogą być punktowe, liniowe lub płaszczyznowe, np.: wakancje atomy międzywęzłowe płaszczyzny ścinania dyslokacje Substancje krystaliczne o niestechiometrycznym składzie 1. Z rzeczywistym niedomiarem metalu (kationu), np. w FeO Rzeczywisty skład FeO jest Fe 1-x O (x = od 0 do 0,2) niedomiar metalu Każda luka kationowa (brak Fe 2+ ) wymaga uzupełnienia ładunku + poprzez zastąpienie dwóch jonów Fe 2+ jonami Fe 3+ Czyli rzeczywisty wzór tego tlenku żelaza jest Fe xFe2xO Fe1 x O

10 Substancje krystaliczne o niestechiometrycznym składzie Przykłady defektów sieciowych 2. Z rzeczywistym niedomiarem anionu, np. w WO 3 W krysztale tego tlenku brakuje niektórych anionów Czyli rzeczywisty wzór tego tlenku wolframu jest W O 2 w sieci VI V 1 2x W2x O3 x WO3 x 3. Z rzeczywistym nadmiarem metalu, np. w ZnO W krysztale tego tlenku występują dodatkowe (międzywęzłowe) atomy cynku, co wymaga obniżenia ładunku dodatniego dwóch innych jonów cynku do +I Czyli rzeczywisty wzór tego tlenku jest Zn 1+x O Istnieją kryształy, w których występuje jednocześnie kilka typów niestechiometrii, np. TiO TiO Ti 0,716 O Ti 1,50 O Układy wielofazowe W układach wielofazowych znaczącą rolę odgrywają zjawiska powierzchniowe, dla danego układu zależne przede wszystkim od stopnia rozwinięcia powierzchni poszczególnych faz. Faza rozpraszająca Faza rozproszona (stała, ciekła lub gazowa) (stała, ciekła lub gazowa) Podział w zależności od wielkości cząstek fazy rozproszonej. a) Układy o rozdrobnieniu molekularnym - roztwory b) Układy koloidalne (rozmiary cząstek nm) c) Układy grubodyspersyjne (>200 nm) Dalszy materiał w tej części wykładów zawiera minimum wiedzy niezbędnej dla prawidłowego zrozumienia i wykonania ćwiczeń laboratoryjnych w semestrze drugim i będzie znacznie rozszerzony w ramach chemii fizycznej - 200nm stanowi graniczną (od dołu) wielkość cząstek fazy rozproszonej, możliwych do obserwacji za pomocą zwykłego mikroskopu optycznego - Faza gazowa jest zawsze jedna (roztwór homogeniczny)

11 z = s + 2 f Reguła faz Gibbsa (1876) z liczba stopni swobody (liczba kontrolowanych parametrów) s liczba niezależnych składników W mieszaninie C + CO 2 = 2CO niezależne są 2 składniki (C i CO 2 ) f liczba faz z = s + 2 f = 3 - f Równowagi fazowe w układzie jednoskładnikowym A. Bielański Podstawy chemii nieorganicznej Np. krople cieczy w gazie są traktowane jako jedna faza rozproszona a uwodniona sól jest układem dwuskładnikowym Ile stopni swobody ma zamknięty układ zawierający nienasycony wodny roztwór NaCl? Co się będzie działo podczas oziębiania tego układu? Azeotrop (Mieszanina azeotropowa) Dwie ciecze mieszające się w każdym stosunku oraz praktycznie nie mieszające się nie wykazujące anomalii Azeotrop (Mieszanina azeotropowa) Azeotrop mieszanina cieczy wrząca w stałej temperaturze bez zmiany składu Ciecze nie mieszające się Azeotrop ujemny Azeotrop dodatni T : oen.dydaktyka.agh.edu.pl W przypadku mieszanin cieczy o ograniczonej wzajemnej rozpuszczalności może występować specyficzna anomalia, polegająca na tym, że dla pewnego składu występuje minimum lub maksimum temperatury wrzenia. Azeotrop mieszanina cieczy wrząca w stałej temperaturze bez zmiany składu

12 Destylacja (i rektyfikacja) 78 o C Etanol absolutny (bezwodny) trzystopniowa rektyfikacja - azeotrop potrójny (benzen, woda, etanol) - etanol 78,3 o C - benzen 80,1 o C Dlaczego tzw. Spirytus rektyfikowany ma tylko ok. 95% alkoholu? 95,3% EtOH Eutektyk (Roztwór i mieszanina eutektyczna) Eutektyk (kriohydrat) roztwór o ściśle określonym składzie mogący istnieć w najniższej temperaturze w stanie równowagi. Przykład: roztwór o składzie wyznaczonym przez punkt eutektyczny Układ 2-składnikowy (H 2 O, NaCl), w którym rozpuszczalność soli rośnie ze wzrostem temperatury. z=s+2-f z=2+2-2=2 Co się dzieje podczas oziębiania takiego roztworu? a) osiągnięcie stanu nasycenia (roztwór nasycony) b) wypadają kryształy NaCl z=s+2-f z=2+2-3=1 c) Zaczynają też wypadać kryształy wody (lód) z=s+2-f z=2+2-4=0 (temperatura się nie zmienia, skład krystalizujących substancji się nie zmienia Eutektyk (Roztwór i mieszanina eutektyczna) Układy grubodyspersyjne t 100% NaCl Roztwór nienasycony Punkt eutektyczny t t E 100% H 2 O Faza rozpraszająca Faza rozproszona Gazowa Ciekła Stała Gazowa - mgła dym Ciekła piana emulsja zawiesina Temperatura eutektyczna (t E ) jest najniższą temperaturą, w jakiej może jeszcze istnieć roztwór.

13 Aerozole Alkazole Hydrozole Roztwory koloidalne (zole) Pozornie przypominają roztwory rzeczywiste Faza rozpraszająca Klasyfikacja koloidów Faza rozproszona Gazowa Ciekła Stała Koagulacja agregacja prowadząca do wytrącania Peptyzacja przechodzenie skoagulowanego osadu w postać roztworu koloidalnego. Koloidalne cząstki selektywnie adsorbują z roztworu: kationy (lub aniony) koloidy liofobowe cząsteczki rozpuszczalnika koloidy liofilowe Koloidy liofobowe i liofilowe Koloidy hydrofobowe i hydrofilowe Koagulację koloidu (zolu) hydrofobowego najłatwiej wywołać przez dodanie elektrolitu, którego przeciwjony będą adsorbowane przez cząstki koloidalne, aż do zobojętnienia (ładunku) punkt izoelektryczny. Gazowa Ciekła Stała stała pianka (styropian) aerozol (mgła) emulsja (mleko, majonez) aerozol (dym) zol lub żel (atrament, farba) stała dyspersyjna (stopy) stała emulsja (lody) Roztwory rzeczywiste a) Roztwory gazów w cieczach b) Roztwory ciał stałych w cieczach - rozpuszczalność (roztwory nasycone) - temperatura wrzenia i krzepnięcia roztworów c) Roztwory elektrolitów - współczynnik van t Hoffa - solwatacja d) Równowagi w roztworach elektrolitów Roztwory gazów w cieczach Roztwór układ jednofazowy wieloskładnikowy z = s + 2 f = s + 1 Prawo Henry ego (1803) m = k p jest prawdziwe gdy gaz nie reaguje z rozpuszczalnikiem m pvm pv nrt RT m M RT pvm k RT k p V RT M W danej temperaturze objętość gazu rozpuszczalnego w danej objętości cieczy jest stała i niezależna od ciśnienia. m 1 p V M Rozpuszczalność (m ) Vroztworu T RT Czyli rozpuszczanie gazu w cieczy jest procesem egzotermicznym.

14 Rozpuszczanie A(s) Roztwory ciał stałych w cieczach A(r) Wytrącanie (krystalizacja) Roztwór nasycony pozostający w równowadze z fazą stałą. Roztwór nasycony - w którym rozpuszczono maksymalna ilość substancji (praktycznie część pozostała nie rozpuszczona) Rozpuszczalność stężenie w roztworze nasyconym Rozpuszczalność wybranych substancji stałych w wodzie (w g na 1 dm 3 H 2 O) Temp. [ o C] KNO 3 NaCl Ca(OH) , , , ,94 Co decyduje o rozpuszczalności w wodzie oraz hydratacji? - Energia sieci krystalicznej (siły wiążące elementy strukturalne kryształu) E NaF = 1033 kj/mol E CsI = 582 kj/mol (małe jony) (duże jony) Rozpuszczalność CsI 10 razy większa niż NaF - Solwatacja jonów (substancji rozpuszczanej) Związki jonowe są silnie solwatowane (hydratowane) przez rozpuszczalniki polarne Związki cząsteczkowe generalnie są solwatowane słabiej Jony o większym ładunku są hydratowane silniej Kationy podlegają hydratyzacji silniej niż aniony - kationy są mniejsze (większa gęstość ładunku - dipol wody ma większa gęstość ładunku na ujemnym końcu (Wielkość cząsteczek i dipoli rozpuszczalnika) Liczba cząsteczek tworzących otoczkę solwatacyjną (hydratacyjną) nazywa się liczbą solwatacyjną (hydratacyjną). Entalpia hydratacyjna niektórych jonów oraz energie sieciowe niektórych kryształów jonowych Jon - H Sól E Li Na LiF 1033 K LiCl 845 Rb Be Mg Ca Fe Fe Al F Cl Br I SO LiBr 798 LiI 740 NaF 915 NaCl 778 NaBr 739 NaI 692 MgO 3934

15 Fazowy diagram rozpuszczalności Układ dwuskładnikowy roztwór nasycony Zawartość (stężenie) rozpuszczonej substancji stałej Roztwór nienasycony z=2+2-2=2 Temp. Krzywa rozpuszczalności (roztwór nasycony z=2+2-3=1) A. Bielański Podstawy chemii nieorganicznej Faza gazowa jest jedna. Temperatura wrzenia roztworów Prawo Daltona ciśnienie mieszaniny gazów równa się sumie ciśnień cząstkowych (parcjalnych) jej składników, równych ciśnieniu poszczególnych składowych gazów, gdyby zajmowały całe naczynie. Prężność pary rozpuszczalnika nad roztworem jest mniejsza niż nad czystym rozpuszczalnikiem w tej samej temperaturze. Prawo Raoulta Stosunek prężności pary nasyconej nad roztworem do prężności pary nad czystym rozpuszczalnikiem jest równy ułamkowi molowemu rozpuszczalnika w roztworze. p xr po Prężność pary rozpuszczalnika w obecności nielotnej substancji rozpuszczonej jest proporcjonalna do ułamka molowego rozpuszczalnika. p = x r p o Temperatura krzepnięcia roztworów Obniżenie prężności pary rozpuszczalnika w roztworze w stosunku do czystego rozpuszczalnika wymaga podwyższenia temperatury dla osiągnięcia prężności równej ciśnieniu zewnętrznemu (atmosferycznemu). Roztwory krzepną w temperaturach niższych niż czyste rozpuszczalniki. T = E k c prężność pary Ciś. atm. czysty rozpuszczalnik roztwór ΔT T wrz. T wrz. roz. temperatura E w stała ebulioskopowa, E k krioskopowa [K mol -1 kg] To podwyższenie temperatury wrzenia ( T) jest proporcjonalne do stężenia roztworu T = E w c Rozpuszczalnik E k E w Woda 1,86 0,52 Benzen 5,23 2,59

16 Osmoza Osmoza Samorzutne przechodzenie cząsteczek rozpuszczalnika poprzez błonę półprzepuszczalną z roztworu mniej do bardziej stężonego (z bardziej do mniej rozcieńczonego) Samorzutne przechodzenie cząsteczek rozpuszczalnika poprzez błonę półprzepuszczalną z roztworu mniej do bardziej stężonego (z bardziej do mniej rozcieńczonego) błona półprzepuszczalna H 2 O Roztwór (c 1 ) H 2 O Roztwór (c 1 ) Ciśnienie hydrostatyczne Ciśnienie osmotyczne Równe jest ciśnieniu hydrostatycznemu, hamującemu dalsze przechodzenie rozpuszczalnika do roztworu bardziej stężonego (Równowaga dynamiczna). = k 1 Δc Ciśnienie osmotyczne cukru w funkcji stężenia i temperatury C[mol/l] [hpa] k 1 = /c 0,06 0,134 22,3 0,18 0,404 22,4 0,30 0,709 23,6 0,50 1,44 23,8 1,00 2,48 24,8 Ciśnienie osmotyczne = k 2 T [K] t [ C] k 2 = /T [K] 0 2,48 0, ,57 0, ,66 0, ,70 0,091 n k c T k T V knt V (p V = n R T) Ciśnienie osmotyczne krwi wynosi ok. 0,31 hpa. Sól fizjologiczna (izotoniczna) ma stężenie 0,14 mola NaCl w litrze wody

17 Prawo podziału Nernsta Rozpuszczanie substancji stałej w układzie dwóch cieczy o ograniczonej wzajemnej mieszalności. Prawo podziału stosunek stężeń substancji rozpuszczonej w dwóch nie mieszających się cieczach (o ograniczonej mieszalności, tzn. są obecne 2 fazy ciekłe) i pozostających ze sobą w równowadze, jest w danej temperaturze wielkością stałą, niezależna od względnych i bezwzględnych ilości obu rozpuszczalników i substancji rozpuszczanej. Np. Rozdział jodu między H 2 O/CCl 4 w 25 C. Stężenie jodu (molowe) K = c 2 /c 1 c 1 (w H 2 O) c 2 (w CCl 4 ) 5, , ,50 8, , ,16 26, , ,33 Po trzykrotnym rozdzieleniu K = (85) 3 = Ekstrakcja operacja wydzielania substancji z mieszanin ciekłych, oparta o różną rozpuszczalność w poszczególnych fazach ciekłych. Elektrolity (wodne roztwory elektrolitów) Elektrolity substancje po rozpuszczeniu rozpadajace się na jony Mogą tylko częściowo się rozpadać - dysocjować Uwagi! Mogą być zbudowane z jonów w fazie stałej (nie występuje ich rozpad) Dysocjacja rozpad cząsteczek na jony H 2 O H + + HO - (autodysocjacja) Stopień dysocjacji ułamek zdysocjowanych cząsteczek Elektrolity słabe ( bliskie 0) i mocne ( 1) Jaki stopień dysocjacji mają: H 2 O, NaCl, cukier, benzen,hcl, CH 3 COONa, cynober (HgS praktycznie nierozpuszczalny w H 2 O, I rozp. = ) Od czego zależy stopień dysocjacji: - od charakteru wiązań - od stałej dielektrycznej - od zdolności do solwatacji Roztwory elektrolitów przewodzą prąd elektryczny. Czy tak samo jak metale? Roztwory elektrolitów w innych rozpuszczalnikach Rozpuszczalniki protonowe: ciekły NH 3 (zasadowy), bezwodny CH 3 COOH (kwasowy) 2NH 3 NH NH 2-2H 2 O H 3 O + + HO - 2HF H 2 F + + HF 2 - Rozpuszczalniki aprotonowe: ciekły SO 2, ciekły CO 2 2SO 2 SO 2+ + SO 3 2- Stała dielektryczna wody: 87.9 (0 C), 78.4 (25 C), 55.6 (100 C) amoniak (-59 C ) 25.0 amoniak (-34 C ) 22.0 amoniak (+ 4 C ) 18.9 (płynny) ditlenek węgla 1.6 ditlenek siarki (-20 C ) 17.6 ditlenek siarki ( 0 C ) 15.0 Współczynnik van t Hoffa Podwyższenie temperatury wrzenia, obniżenie temperatury krzepnięcia roztworu, czy też wartość ciśnienia osmotycznego roztworu zależy w rzeczywistości od stężenia cząstek a nie formalnych cząsteczek wprowadzonych do roztworu. = k i c T T = E i c i współczynnik van t Hoffa Dla całkowicie zdysocjowanego Na + Cl - i = 2, dla roztworu kwasu octowego zdysocjowanego w 20%, i = 0,80 + 0,20 + 0,20 = 1,20

18 Pytania egzaminacyjne 1. Jakie są różnice w prowadzeniu reakcji z użyciem substancji gazowych, ciekłych i stałych? 2. Jakie właściwości są charakterystyczne dla substancji jonowej, metalicznej i cząsteczkowej? 3. Jak dzieli się ciała stałe w zależności od typu wiązań pomiędzy występującymi w nich atomami? 4. Co jest charakterystyczne w budowie i właściwościach ciał stałych krystalicznych? 5. Na czym polega polimorfizm i jaka jest jego relacja do alotropii? 6. Dlaczego związki niestechiometryczne (bertolidy) mogą występować tylko w związkach jonowych i międzymetalicznych? 7. Dlaczego nie istnieją bertolidy z rzeczywistym nadmiarem anionów? Jakie znasz inne typy związków niestechiometrycznych? 8. Do czego można wykorzystać regułę faz Gibasa? 9. Jakie znasz rodzaje układów z rozproszoną fazą stałą w ciekłej i jakie są między nimi różnice? 10. Co decyduje o rozpuszczalności danej substancji w wodzie?