Akademia GrniczoHutnicza wykad z chemii oglnej CHEMIA OGLNA

Akademia Górniczo-Hutnicza, wykład z chemii ogólnej CHEMIA OGÓLNA WYKŁAD 3

Akademia Górniczo-Hutnicza, wykład z chemii ogólnej Oddziaływania międzycząsteczkowe Siły Van der Waals'a: • oddziaływania dipol - dipol (d-d), • oddziaływania trwały dipol – indukowany dipol (d-i), • oddziaływania indukowany dipol – indukowany dipol (i-i), • siły dyspersji Londona.

Akademia Górniczo-Hutnicza, wykład z chemii ogólnej Wiązania wodorowe mostek tlenowy wodzie wiązania wodorowe w strukturze DNA

Akademia Górniczo-Hutnicza, wykład z chemii ogólnej Stany skupienia materii ciało stałe ciecz gaz plazma

Akademia Górniczo-Hutnicza, wykład z chemii ogólnej

Akademia Górniczo-Hutnicza, wykład z chemii ogólnej g g Naturalne stany skupienia pierwiastków g g - gas l - liquid g g g l g

Akademia Górniczo-Hutnicza, wykład z chemii ogólnej Gaz Faza – cześć układu jednorodna w całej swojej objetości zarówno pod względem chemicznym, jak i fizycznym. Gaz – faza, w której energia atomów wynosi: k - stała Boltzman’a, T – temperatura bezwzględna.

Akademia Górniczo-Hutnicza, wykład z chemii ogólnej Gaz doskonały • gaz składa się z cząsteczek (atomów) będących w nieustającym, przypadkowym ruchu, • cząsteczki (atomy) można traktować jako punkty bezwymiarowe, można zaniedbać wymiary cząsteczek, • zderzenia sprężyste. między cząsteczkami są doskonale

Akademia Górniczo-Hutnicza, wykład z chemii ogólnej Prawa gazu doskonałego Prawo Avogadro: Jednakowe objętości różnych gazów znajdujących się pod tym samym ciśnieniem i w tej samej temperaturze zawierają jednakową liczbę cząsteczek N - liczba Avogadro 1 mol każdego gazu w warunkach normalnych (T=273, 15 K (00 C) p= 1013, 25 h. Pa (1 atm. )) zajmuje taką samą objętość

Akademia Górniczo-Hutnicza, wykład z chemii ogólnej Prawo Boyle – Mariotte'a: W stałej temperaturze (warunki izotermiczne) iloczyn ciśnienia i objętości jest wartościa stałą. stąd:

Akademia Górniczo-Hutnicza, wykład z chemii ogólnej Izotermy dla różnych temperatur

Akademia Górniczo-Hutnicza, wykład z chemii ogólnej Prawo Gay – Lussac’a: przy stałym ciśnieniu (warunki izobaryczne) objętość danej masy temperatury. stąd: gazu zmienia się proporcjonalnie do

Akademia Górniczo-Hutnicza, wykład z chemii ogólnej Izobary dla różnych ciśnień

Akademia Górniczo-Hutnicza, wykład z chemii ogólnej Prawo Charles’a: przy stałej objętości (warunki izochoryczne) ciśnienie gazu zmienia temperatury. stąd: się proporcjonalnie do zmian

Akademia Górniczo-Hutnicza, wykład z chemii ogólnej Izochory dla różnych objętości gazu

Akademia Górniczo-Hutnicza, wykład z chemii ogólnej Równanie stanu gazu doskonałego (Clausiusa-Clapeyrona): p - ciśnienie [Pa], v - objętość [m 3], n - liczba moli gazu [mol], R – uniwersalna stała gazowa 8. 314 [Pa·m 3/mol·K], T – temperatura bezwzględna [K].

Akademia Górniczo-Hutnicza, wykład z chemii ogólnej Prawo Daltona: ciśnienie całkowite mieszaniny gazów jest sumą ciśnień cząstkowych składników. Ciśnienie parcjalne (cząstkowe) – jest to ciśnienie składnika mieszaniny gazów, jakie wywierałby na ścianki naczynia, gdyby znajdował się w nim sam.

Akademia Górniczo-Hutnicza, wykład z chemii ogólnej wiedząc, że: oraz: Ciśnienie parcjalne (cząstkowe) gazu jest równe iloczynowi ciśnienia całkowitego i ułamka molowego tego składnika w mieszaninie gazu.

Akademia Górniczo-Hutnicza, wykład z chemii ogólnej Dyfuzja gazów Dyfuzja jest to spontaniczne rozprzestrzenianie się cząsteczek gazu wywołane molekularno-kinetycznym. nieustannym ruchem

Akademia Górniczo-Hutnicza, wykład z chemii ogólnej Prawo dyfuzji Grahama: u – szybkość dyfuzji, t – czas przepływu, d - gęstośc gazu, M – masa molowa.

Akademia Górniczo-Hutnicza, wykład z chemii ogólnej Gaz rzeczywisty • cząsteczki gazu rzeczywistego posiadają objętość własną, • występują pomiędzy nimi oddziaływania międzycząsteczkowe, • zderzenia cząstek nie są doskonale sprężyste. Gazy rzeczywiste w warunkach wysokiego ciśnienia i niskiej temperatury nie stosują się do praw gazu doskonałego.

Akademia Górniczo-Hutnicza, wykład z chemii ogólnej Odchylenia od praw gazu doskonałego

Akademia Górniczo-Hutnicza, wykład z chemii ogólnej Równanie stanu gazu rzeczywistego: a, b - stałe charakterystyczne dla danego gazu, (n 2 a/V) - korekta ciśnieniowa, (nb) – korekta objętościowa.

Akademia Górniczo-Hutnicza, wykład z chemii ogólnej Plazma Plasma - stan typowy dla gazów zjonizowanych. Występują w niej neutralne cząsteczki, zjonizowane atomy oraz elektrony, jednak cała objętość zajmowana przez plazmę jest elektrycznie obojętna. Plazma przewodzi prąd elektryczny, a jej opór elektryczny, inaczej niż w przypadku metali, maleje ze wzrostem jej temperatury.

Akademia Górniczo-Hutnicza, wykład z chemii ogólnej Ciecz podobnie jak w gazie, cząsteczki mają pełną swobodę przemieszczania się w objętości zajmowanej przez ciecz, występują między nimi oddziaływania międzycząsteczkowe, które się jednak w obrębie objętości cieczy znoszą nawzajem, oddziaływania międzycząsteczkowe nie znoszą się na granicy cieczy z inną fazą na skutek czego występuje zjawisko zwane napięciem powierzchniowym, ciecz przyjmuje kształt naczynia, w którym się znajduje, energia kinetyczna oddziaływań pomiędzy cząsteczkami cieczy jest wyższa niż pomiędzy cząsteczkami gazu.

Akademia Górniczo-Hutnicza, wykład z chemii ogólnej Właściwości cieczy Napięcie powierzchniowe Siły odziałujące na cząsteczki cieczy przy powierzchni w naczyniu oraz w kropli.

Akademia Górniczo-Hutnicza, wykład z chemii ogólnej Napięcie powierzchniowe – praca powtrzebna do zwiększenia powierzchni cieczy o jednostkę. Efekt występowania napięcia powierzchniowego wody.

Akademia Górniczo-Hutnicza, wykład z chemii ogólnej Lepkość Rodzaje przepływu cieczy.

Akademia Górniczo-Hutnicza, wykład z chemii ogólnej Warstwy cieczy poruszające się w przepływie laminarnym.

Akademia Górniczo-Hutnicza, wykład z chemii ogólnej Siła potrzebna do nadania gradientu prędkości pomiędzy dwoma warstwami cieczy wyraża się wzorem: - lepkość dynamiczna, A - powierzchnia, v - szybkość, x – odległość pomiędzy warstwami cieczy. Lepkość – miara oporu wewnętrznego cieczy przeciw płynięciu.

Akademia Górniczo-Hutnicza, wykład z chemii ogólnej Lepkość maleje ze wzrostem temperatury zgodnie z równaniem Arheniusa: A - stała, charakterystyczna dla cieczy, EA – energia aktywacji przepływu, R – stała gazowa, T – temperatura bezwzględna. Efekt wlewania cieczy o wyższej lepkości (mleko) do wody.

Akademia Górniczo-Hutnicza, wykład z chemii ogólnej Ciała stałe • atomy, bądź cząsteczki ciała stałego są ściśle upakowane w przestrzeni, • odległości między cząsteczkami są stałe i ściśle określone, • przy zastosowaniu odpowiedniej siły ułożenie cząstek w sieci krystlicznej może ulec trwałej deformacji, • cząsteczki ciała stałego drgają wokół położenia równowagi w sieci krystalicznej.

Akademia Górniczo-Hutnicza, wykład z chemii ogólnej Ciała stałe amorficzne krystaliczne ciekłe kryształy

Akademia Górniczo-Hutnicza, wykład z chemii ogólnej Ciała stałe amorficzne – formy przypadkowe o chaotycznym ułożeniu atomów i cząsteczek, których nie można opisać geometrycznie Kryształ – ciało stałe, w którym cząsteczki, atomy, bądź jony są ułożone w regularnym porządku we wszystkich trzech wymiarach. Kryształy monokryształy ciała polikrystaliczne

Akademia Górniczo-Hutnicza, wykład z chemii ogólnej Struktura kryształu Komórka elementarna - najmniejsza, powtarzalna część struktury kryształu, zawierająca wszystkie rodzaje cząsteczek, jonów i atomów, które tworzą określoną sieć krystaliczną. Komórka elementarna powtarza się we wszystkich trzech kierunkach i odwzorowuje strukturę całego kryształu. Komórka elementarna jest charakteryzowana przez parametry sieci: odległości międzycząsteczkowe i kąty pomiędzy nimi.

Akademia Górniczo-Hutnicza, wykład z chemii ogólnej Typy komórek elementarnych układ regularny prosty przestrzennie centrowany piryt Fe. S ściennie centrowany sól kuchenna Na. Cl

Akademia Górniczo-Hutnicza, wykład z chemii ogólnej układ tetragonalny prosty przestrzennie centrowany Sinkosyt Ca. V 2 O 2(PO 4)2 • 5 H 2 O

Akademia Górniczo-Hutnicza, wykład z chemii ogólnej układ trygonalny kwarc Si. O 2

Akademia Górniczo-Hutnicza, wykład z chemii ogólnej układ heksagonalny vanadyt Pb 5(VO 4)3 Cl

Akademia Górniczo-Hutnicza, wykład z chemii ogólnej układ rombowy prosty dwuściennie centrowany aragonit Ca. CO 3 przestrzennie centrowany ściennie centrowany

Akademia Górniczo-Hutnicza, wykład z chemii ogólnej układ jednoskośny prosty ściennie centrowany gips Ca. SO 4 • 4 H 2 O

Akademia Górniczo-Hutnicza, wykład z chemii ogólnej układ trójskośny ortoklaz K[Al. Si 3 O 8]

Akademia Górniczo-Hutnicza, wykład z chemii ogólnej Rodzaje kryształów Kryształy jonowe – węzły sieci są obsadzone przez jony. Przykład: Na. Cl – sól kuchenna

Akademia Górniczo-Hutnicza, wykład z chemii ogólnej Kryształy kowalentne – węzły sieci są zajęte przez obojętne atomy. Przykład: C - diament

Akademia Górniczo-Hutnicza, wykład z chemii ogólnej Kryształy molekularne – węzły sieci są obsadzone przez cząsteczki powiązane: mostkami wodorowymi, np. lód.

Akademia Górniczo-Hutnicza, wykład z chemii ogólnej Kryształy metaliczne – węzły sieci są obsadzone dodatnio naładowanymi zrębami atomowymi, pomiędzy którymi poruszają się wolne elektrony, tzw. „gaz elektronowy”. Po przyłożeniu ładunku zewnętrznego ruch elektronów staje się uporządkowany i mamy do czynienia z przepływem prądu elektrycznego. sieć metaliczna

Akademia Górniczo-Hutnicza, wykład z chemii ogólnej Defekty kryształów Defekty punktowe – defekty sieci krystalicznej takie, jak: luki elektronowe, położenia międzywęzłowe zanieczyszczenia struktury. luka elektronowa zanieczyszczenie położenie międzywęzłowe

Akademia Górniczo-Hutnicza, wykład z chemii ogólnej Półprzewodniki Struktura pasm elektronowych pasmo przewodnictwa pasmo wzbronione pasmo walencyjne Metal Półprzewodnik Izolator

Akademia Górniczo-Hutnicza, wykład z chemii ogólnej Rodzaje półprzewodników Półprzewodniki samoistne półprzewodnik typu p półprzewodnik typu n Półprzewodniki domieszkowane

Akademia Górniczo-Hutnicza, wykład z chemii ogólnej Ciekłe kryształy – substancje wykazujące właściwości pośrednie pomiędzy cieczami i ciałami stałymi. Na przykład mogą być płynne, jak ciecz, ale posiadać dwuwymiarowe uporządkowanie cząsteczek, jak w ciele krystalicznym.

Akademia Górniczo-Hutnicza, wykład z chemii ogólnej Rodzaje ciekłych kryształów Faza nematyczna - cząsteczki są równoległe względem siebie lecz nie są zorganizowane w płaszczyzny.

Akademia Górniczo-Hutnicza, wykład z chemii ogólnej Faza chiralna - (cholesteryczna) cząsteczki w poszczególnych płaszczyznach są obrócone wokół prostopadłych do ich środków i tworzą spiralę. osi

Akademia Górniczo-Hutnicza, wykład z chemii ogólnej Faza smektyczna – cząsteczki warstwach są ułożone równolegle. w poszczególnych

Akademia Górniczo-Hutnicza, wykład z chemii ogólnej Przemiany fazowe Ciało stałe kondensacja krzepnięcie wrzenie Ciecz topnienie osadzanie sublimacja Temperatura Gaz

Akademia Górniczo-Hutnicza, wykład z chemii ogólnej Reguła faz Gibbs'a Każdy układ chemiczny określony jest przez liczbę faz oraz liczbę składników niezbędnych do zbudowania tego układ . Ilość faz oraz składników jaka może występować w danym układzie jest zależna od temperatury, ciśnienia. s - liczba stopni swobody (liczba parametrów, które można zmienić nie zmieniając ilości faz w układzie), - liczba składników niezależnych, - ilość faz.

Akademia Górniczo-Hutnicza, wykład z chemii ogólnej Układy jednoskładnikowe

Akademia Górniczo-Hutnicza, wykład z chemii ogólnej Układy dwuskładnikowe