Folyadékok Molekulák: másodrendű kölcsönhatás növekszik → Gázok → Folyadékok → Szilárd anyagok cseppfolyósíthatók hűtéssel ……………és/vagy nyomással
Folyadékok
Molekulák:
másodrendű kölcsönhatás növekszik →
Gázok → Folyadékok → Szilárd anyagok
cseppfolyósíthatók
hűtéssel ……………és/vagy nyomással
Folyadékok
Molekulák közti összetartó erők:
Másodlagos kötőerők:
apoláris molekulák
indukált dipól – indukált dipól kölcsönhatás
diszperziós (London-féle)
poláris molekulák
dipól – dipól kölcsönhatás
hidrogénkötéses rendszerek
Folyadékok
• Másodlagos kötőerők szerepe domináns az alkotórészek között
• Térfogat nem (ill. nehezen) változtatható
• Alak könnyen változtatható
• Mozgó részecskék.
OOOOOOO OOOOOO
befele húzó erõ az eredõ,a felület csökkenése felé hat
gömb!
felület
Folyadékok három fő jellemzője:
1. Képesek alakváltásra (folynak)
--- viszkozitás
2. Élesen meghatározott felület
--- felületi feszültség
3. Párolognak
--- gőznyomás, vagy tenzió
Viszkozitás
Folyással szembeni belső ellenállás.
A folyadék folyási képességét fejezi ki.
nagyobb viszkozitás lassabb folyás
Rel
atí
v v
iszk
ozi
tás
Viszkozitás
A viszkózus folyadékokban nehezebben mozdulnak
el egymás mellett a molekulák.
Viszkozitás
°C cP
20 1.002
40 0.653
60 0.467
80 0.355
100 0.282
folyadék viszkozitás /cP
Dietil éter 0.233
Kloroform 0.58
Benzol 0.652
CCl4 0.969
Víz 1.002
Etanol 1.200
Higany 1.554
Oliva olaj 84
Motorolaj 986
Glicerin 1490
üvegek nagyon nagy
Víz viszkozitása
1 P = 1 g·cm−1·s−1, 1 P = 0,1 Pa·s, 1 cP = 1 mPa·s
Függ:
-- hőmérséklet
-- anyagi minőség
Viszkozitás
Meghatározza:
-- másodlagos kötőerők a molekulák között
- diszperziós
- dipól – dipól
- hidrogénkötés
-- molekulák alakja
belső összetartás,
„összeakadás”
Viszkozitás
L
p1p2
Mérése:
mennyi idő alatt folyik át egy adott térfogatú folyadék
egy adott keskeny csövön
pR4
8L= Hagen - Poisenville egyenletdV
dt_
viszkozitás
Felületi feszültség
F
lF/l
A folyadék felületének egységnyi
megnöveléséhez szükséges energia.
Az az energia, ami ahhoz szükséges, hogy a
folyadék felületét megnöveljük úgy, hogy a
folyadék belsejéből molekulákat juttatunk a
felületre.
Felületi feszültség
() a felületnövekedéshez energiát kell befektetni.
Mértékegysége: J m–2
EOS
Adhéziós erők – eltérő molekulák
közt.
Kohéziós erők -eltérő molekulák
között
(°C) (N·m-1)
-5 0,0764
0 0,0756
10 0,0742
20 0,0727
30 0,0712
40 0,0696
60 0,0662
80 0,0626
100 0,0589
Víz felületi feszültségének
hőmérsékletfüggése
Gyakori folyadékok felületi
feszültsége 25 °C-on /N·m-1
CCl4 0.0270
Kloroform 0.0271
Benzol 0.0289
Etanol 0.0328
Glicerin 0.0634
Víz 0.0728
Higany 0.436
Üveg nagyon nagy
Felületi feszültségFügg:
-- hőmérséklet
-- anyagi minőség
Meniszkusz
EOS
A hajszálcsövesség hátterében
is intermolekuláris erők
állnak.
Nedvesítés, kapilláris nyomás
pc – kapilláris nyomás
– felületi feszültség
r – a cső sugara
q – határszög
Fg=r2rghNehézségi erő:
Fg=2rcosqAdhéziós erő:
h=2cosq/rgr
pc=2cosq/r
nedvesít: q< 90°
nem nedvesít: q> 90°
felület felület
cseppcsepp
Tenzidek
Tenzid:
kis mennyiségben is csökkenti a
felületi feszültséget
(amfipatikus: BuOH, ionos: SDS).
80 -
40 -
5 10 m%BuOH
micella
Gőznyomás, vagy tenzió
folyadék gáz[gáz]
[folyadék] állandóGõznyomás: = K
Tiszta folyadék gőznyomása csak a
hőmérséklettől függ.
ny
om
ás/H
gm
m
hőmérséklet / ºC
folyadék ↔ gáz
egyensúly
Gőznyomás, vagy tenzió
Kis hőmérséklet tartományra:
Clausius – Clapeyron egyenlet
1. A folyadék móltérfogata elhanyagolható a gőzéhez képest
2. A gőzt ideális gáznak tekintjük.
Tiszta folyadék gőznyomása csak a
hőmérséklettől függ.
Számítási feladat:
Egy 4 literes tartályban 3 liter folyadék van, melynek gőznyomása 20 ºC-on 15 kPa.
a.) Mennyi a nyomás a tartályban ?
b.) Mennyi lesz, ha 1 liter folyadékot kiengedünk ?
c.) Mennyi lesz, ha 2,8 g nitrogén
gázt nyomunk a tartályba ?
d.) Mennyi lesz, ha ezután a meglévő folyadék felét az alsó csapon kiengedjük ? c.) p = pfoly + pN2 = pfoly + mRT/(VM) = 15 + 2,8∙8,314∙293,15/(28∙2) = 136,9 kPa
d.) p = 15 + 2,8∙8,314∙293,15/(28∙3) = 96,2 kPa
Relatív és abszolút nedvesség-
tartalom
Egy gáz maximális víztartalmát a víz tenziója megszabja.
Relatív: % = (pvíz/pvíz0)100 %
Abszolút: g víz/m3
pV= nRT → c = n/V = p/RT mol/m3
n=m/M → c’ = m/V = pM/RT g/m3
Feladat:
Egy téli napon teljesen kiszellőztetjük a szobánkat. A kinti hőmérséklet 0 ºC és
a csapadékos időjárás következtében a levegő vízgőzre telített. Mikor eszünkbe
jut becsukni az ablakokat, a szoba hőmérséklete is 0 ºC. Rémülten bekapcsoljuk
a fűtést és a szobát 20 ºC-ra melegítjük.
Mennyi a szoba levegőjének relatív és abszolút nedvességtartalma 20 ºC-on ?
A víz tenziója 0 ºC-on 0,613 kPa
20 ºC-on 2,333 kPa
Mennyi lenne, ha vízet párologtatva a levegőt telítenénk vízgőzzel ?
a.) 28 %, 4,9 g/m3; b. ) 100 %, 17,2 g/m3
a.) 20 °C
relatív (%)= 100 ∙ [0,613∙(293,15/273,15)]/2,333 = 28,2 %
abszolút (g/dm3)= pM/RT = 0,613∙18/(8,314∙273,15)= 0,0049 g/dm3
b.)
relatív (%)= 100 %
abszolút (g/dm3)= pM/RT = 2,333∙18/(8,314∙293,15)= 0,0172 g/dm3
Forráspont- gőznyomás
párolgás kondenzáció
pl. 20 C-on CO2 (44)CuCl3 (119)H2O (18)Hg (201)glicerin (92)
43000 Hgmm170 Hgmm18 Hgmm0,0012 Hgmm1,6*10-4 Hgmm
760 -
-20C 0C 60C 100 C
Et2O HCCl3 CCL4 H2O
CH3-O-CH3 ~ 4*105 Pa CH3CH2OH ~ 0,06*10
5 Pa
CO2 ~ 58*105 Pa SO2 ~ 3,4*10
5 Pa
dipól
Forráspont: azon hőmérséklet, amelynél a gőznyomás értéke
eléri a külső nyomást
ny
om
ás/H
gm
m
Forráspont - gőznyomás
Légköri nyomás
buborékban
levő
gőz
nyomása
magasság
(m)
forráspont
(°C)
-320 101.0
0 100.0
320 99.0
640 98.0
1600 94.9
3040 90.3
3200 89.8
4800 84,4
víz
Forráspont
kinagyított
részlet
Periódus száma
Forr
áspont
(ºC
)
Magyarázzuk meg az alábbi adatokat
a molekulák közötti kölcsönhatások alapján !
Molekula Forráspont
HCl -85 ºC
HBr -67 ºC
HI -35 ºC
Kritikus hőmérséklet
Növeljük a hőmérsékletet !
Kritikus hőmérséklet
az a hőmérséklet,
amely felett a
folyadékállapot
nem létezik.
Anyag Kritikus hőmérséklet
ºC
----------------------------------------------
Hélium -268 (5.2 K)
Neon -229
Argon -123
Kripton -64
Xenon 17
Hidrogén -240
Nitrogén -147
Oxigén -118
Klór 144
HCl 52
H2O 374
NH3 132
CO2 31
C6H6 289
Kérdés:Az udvaron van két 50 literes
gázpalack, az egyikben nitrogén,
a másikban klórgáz van. T= 20 ºC.
Mindegyiknek megmértük a nyomását:
nitrogén: 1200 kPa; klór: 640 kPa (p0).
Mennyi N2 ill. Cl2 van a palackokban ?
Nitrogén palack
Becslés (!!!!)
pV=nRT n= pV/(RT) = 1200 ∙ 50 /(8,314 ∙ 293,15)
n= 24,6 mol = 24,6 ∙ 28 = 689,3 g = 0,69 kg
Elegyek
Többkomponensű homogén (egyfázisú) rendszerek
Elegyek:
komponensek mennyisége azonos nagyságrendű
Oldatok:
egyik komponens mennyisége nagy (oldószer)
a másik, vagy a többihez (oldott anyag) képest
Ideális folyadékelegyek
A folyadék móltörtje: xA
1= xA + xB
Raoult-törvény szerint
pA xA poA pB xB po
B
poA : tiszta A gőznyomása
Az elegy p gőznyomása:
p pA + pB xA po
A + xB poB po
B + xA (poA - po
B)
AB
BAAB
AAA yy
ppxp
pxy -
-+ 1,
)(ooo
o
Ha p0A > p0
B → yA > xA
A gőz mindig a folyadékelegy illékonyabb komponensében gazdagabb!
A gőz móltörtje:
gőzn
yom
ás
A móltörtje
folyadék
gőz
T= állandó
Fázisdiagram
A móltörtje, xA
Hő
mér
sék
let
Forrás-
pont
görbe
Gőzössze-tétel görbe
p= állandó
forrpontdiagram
Nemideális elegyek
Pozitív: különböző molekulák között kisebb a vonzás, mint az azonosak között.
Negatív: különböző molekulák között nagyobb a vonzás, mint az azonosak között.
pl. HNO3 – H2O pl. EtOH – H2O
A víz móltörtje, xH2O A víz móltörtje, xH2O
Forrás-
pont
görbe
Forrás-
pont
görbe
Gőzössze-tétel görbe
Gőzössze-tétel görbe
Hő
mér
sék
let
Hő
mér
sék
let
Nemideális elegyek: Azeotrópoknegatív azeotróp pozitív azeotróp
Nemideális elegyek: Azeotrópok