Teno stanje Opte osobinepoglavlje 3 u Knjizi Unutranji

Tečno stanje ٭ Opšte osobine-poglavlje 3. u Knjizi ٭ Unutrašnji pritisak-3. 1 ٭ Napon pare-3. 2 -Latentna toplota isparavanja i tačka ključanja-3. 2. 1 ٭ Površinski napon-3. 3 ٭ Viskoznost-3. 4

Tečno stanje Značaj: • Većina hemijskih reakcija se odigrava u tečnom stanju • Tečnosti su neophodne za održavanje života • Vodeni rastvori su neophodni za odigravanje mnogih reakcija u biološkim sistemima • Pripremanje hrane, čišćenje, hlađenje. .

Čvrsto Jake veze Nema veza Tečno Slabe veze Jonizacija Po osobinama tečnosti između čvrstog i gasovitog stanja

Tečno stanje opšte osobine-slične čvrstom stanju • male molarne zapremine • velika gustina • velika površinska slobodna energija • nema slobodne rotacije molekula • velike specifične toplote • temperatura utiče na termodinamičke osobine, a uticaj pritiska mali

Tečno stanje opšte osobine-slične čvrstom stanju • Nestišljivost

• velika gustina • Gustina vode u tri stanja – H 2 O(g) – H 2 O(t) – H 2 O(č) d = 3. 26 x 10 -4 g/cm 3 (400 o. C) d = 0. 9971 g/cm 3 (25 o. C) d = 0. 9168 g/cm 3 (0 o. C) • Sličnost u gustinama tečnog i čvrstog stanja ukazuje na sličnost u njihovoj strukturi

• velike specifične toplote Al(č) 24, 35 J/mol. K Al(t) 24, 21 J/mol. K Al(g) 21, 38 J/mol. K • Razlike u toplotama isparavanja • H 2 O(č) --> H 2 O(t) Ho top= 6, o 2 k. J/mol • H 2 O(t) --> H 2 O(g) Ho isp = 40. 7 k. J/mol –velika vrednost DHisp ukazuje na veću promenu u strukturi kada je promena od tečnosti do gasa nego od čvrstog do tečnog –ukazuje takođe na privlačne sile između molekula u tečnosti, mada ne tako jake kao u čvrstom stanju

Tečno stanje opšte osobine-slične gasovitom stanju • Fluidnost-sposobnost tečenja • Zauzimaju oblik suda u kome se nalaze • Kontinualnost u faznom dijagramu

Kontinualnost u faznom dijagramu

Tečno stanje opšte osobine-slične čvrstom stanju • Radijalna funkcija raspodele

Modeli tečnosti • Majerova teorija molekulskih oblaka-virijana jednačina • Frenkelov model kvazi rešetke ili vakancija • Cibotatički ili kristalitni • Ajringova teorija značajnih struktura

Tečno stanje • Jake kohezione sile • Uređenost kratkog dometa

Međumolekulske sile Međumolekulske (intermolekulske) sile su sile između molekula. Intramolekulske sile su sile unutar molekule- sile veza, međuatomske veze. Međumolekulske interakcije van der Waalsove sile Disperzione ili Londonove Dipol–indukovani dipol ili Debyeove Dipol–dipol ili Keesomove vodonične veze Interakcije iona i molekula Jon–dipol Jon – indukovani dipol Tip sile Energija(k. J/mol) Jonska veza 300 -600 Kovalentna 200 -400 Vodonična veza 20 -40 Jon-Dipol 10 -20 Dipol-Dipol 1 -5 Trenutni Dipol/ Indukovani Dipol 0. 05 -2

Tečno stanje opšte osobine-slične čvrstom stanju • Radijalna funkcija raspodele

Međumolekulske sile Dipol-Dipol interakcije Dipol-dipol interakcije su međumolekulske sile (elektrostatičke prirode) između polarnih molekula. Polarni molekuli imaju razdvojene centre pozitivnog i negativnog naelektrisanja, ponašaju se kao dipoli. Intermolekulske veze između dipola

Dipol-Dipol interakcije Postoje mnoge dipol-dipol – elektrostatičke interakctije između haotično raspoređenih Cl. F molekula. U svakoj interakciji je pozitivni kraj jednog molekula privučen negativnim krajem susednog Cl. F molekula

Međumolekulske sile Jon - Dipol Interakcije Kristalna struktura Na. Cl Vodeni rastvor Na. Cl

H-vezivanje Dešava se između vodonika vezanog za jako elektronegativan atom. d+ N-H… N- O-H… N- F-H… N- N-H… O- O-H… O- F-H… O- N-H… F- O-H… F- F-H… F- d- Zahteva slobodan (nedeljen) elektronski par jako elektronegativnog elementa

Međumolekulske sile Vodonične veze

Vodonična je posebno jaka dipol-dipol interakcija između vodonikovog atoma kovalentno vezanog za mali, veoma elektronegativni atom (F, O ili N) i slobodnog elektronskog para na drugom malom, veoma elektronegativnom atomu (F, O ili N)-istom ili različitom. Vodonična veza u molekulima vode

Međumolekulske sile Vodonična veza • Poseban slučaj dipol-dipol interakcija. • Eksperiment: tačka ključanja jedinjenja sa H-F, HO i H-N vezama su nenormalno visoke. • Međumolekulske sile su izuzetno jake. • H-veza zahteva H atom vezan za atom elektronegativnog elementa ( F, O i N). – Elektroni u H-X (X = electronegativni element) leže mnogo bliže X nego H. – H ima samo jedan elektron, tako da u H-X vezi, + H predstavlja skoro sam proton vezan sa - X. – Zato su H-veze jake.

Structure of Ice Posmatrajte orijentaciju vodoničnih veza H-veza-led

Zašto led pliva? D 2 O(č) H 2 O(č)

Međumolekulske sile Vodonična veza • Vodonične veze su odgovorne za: – Plivanje leda • • U čvrstom je gušće pakovanje strukturnih elemenata nego u tečnosti; Stoga je čvrsto gušće od tečnog stanja. Led ima uređenu, otvorenu strujkturu zbog H-veza. Stoga je led manje gustine od vode. U vodi je dužina H-O veza 1. 0 Å (0, 1 nm). O…H vodonična veza ima dužinu 1. 8 Å (0, 18 nm). U ledu su molekuli vode uređeni u otvorenoj, pravilnoj heksagonalnoj strukturi. • Svaki + H kraj je orijentisan prema slobodnom elektronskom paru na O. • Led pliva, stoga stvara izolatorski sloj na površini jezera, reka i na taj način je moguć podvodni život zimi.

Tačke ključanja kovalentnih hidrida elemenata grupa 4 A, 5 A, 6 A, and 7 A

Da nema vodoničnih veza između molekula vode, tačka ključanja vode bi bila približno – 800 C.

Međumolekulske sile Vodonična veza • Vodonične veze su odgovorne za: – Strukturu proteina • Povezivanje proteina preko H-veza • DNA transport i genetske Informacije

Sekundarna struktura proteinskih spirala-vertikalno povezivanje Intramolekulske vodonične veze

Sekundarna struktura slojevahorizontalno povezivanje Intermolekulske vodonične veze

Međumolekulske sile Londonove disperzione sile • Najslabije od svih međumolekulskih sila i postoje kod svih molekula. • Moguće je da dva susedna neutralna molekula utiču jedan na drugoga. • Jezgra jednog molekula (ili atoma) privlače elektrone susednog molekula (ili atoma). • Za trenutak, oblak elektrona postaje deformisan-neuređen. • U tom trenutku je nastao dipol (nazvan trenutni dipol). • Što je molekul veći (veći broj elektrona) to je polarizabilniji. • Londonove disperzione sile zavise od oblika molekula. • Što je veća raspoloživa površina za kontakt, to su ove sile veće. • Londonove disperzione sile između sfernih molekula su manje od onih između izduženih molekula.

Londonove disperzione sile

Sumiranje intermolekulskih veza proteina Vodonične veze Jonske veze (mosto vi soli) Disulfidno povezivanje (kovalentno) Disperzione sile

Lennard-Jones-ov potencijal Izolovani par sferičnih nepolarnih molekula F - sila interakcije r - rastojanje centara U(r) - potencijalna energija

Molekulske interakcije U + odbijanje 0 - privlačenje r = re Ravnotezno rastojanje r

Molekulske interakcije Odbojne sile pomažu širenje-ekspanziju -znatne kada su molekuli blizu -izražene na visokim pritiscima, kada je rastojanje između molekula blisko njihovom dijametru -kratkog dometa Privlačne sile pomažu sabijanje-kompresiju -znatne pri većim rastojanjima između molekula-dugog dometa -izražene na srednjim i nižim pritiscima n’=7, m’=13 n=6, m=12 d e re

UNUTRAŠNJI PRITISAK Gustina kohezione energije: Kako je: termički ili kinetički pritisak to je: može se zanemariti pri srednjim pritiscima

Iz Van der Valsove jednačine je: pa je untrašnji pritisak i: Kako je kubni koeficijent širenja: koeficijent izotermske kompresibilnosti: to je unutrašnji pritisak: a

Merilo rada nasuprot unutrašnjeg pritiska pri isparavanju jednog mola tečnosti je približno molarna latentna toplota isparavanja Lm, i : odakle je: pa se Pu može odrediti iz normalne tačke ključanja:

Napon pare ili pritisak zasićene pare je pritisak pri kome su para i tečnost u ravnoteži.

331 UTC Ako je sud otvoren tečnost će isparavati sve dok ne Para nestane tečnosti. Ako zatvorimo sud tečnosti će da isparava dok para ne ispuni sud Tečnost Sipaćemo tečnost u sud

331 UTC Let's close the top of the Molekuli tečnosti i pare tank, and allow the liquid to će dostići stanje dinamičke until the tank is Para evaporate ravnoteže filled with the vapor Tečnost Sipaćemo tečnost u sud

Brzine isparavanja i kondenzacuije tečnosti u funkciji vremena Brzina isparavanja Brzina Postignuta ravnoteža Brzine postaju jednake Brzina kondenzacije Vreme

GAS-TEČNOST RAVNOTEŽA pritisak pare isparavanje tečnost W gas kondenzacija tečnost • U ravnoteži • Brzina isparavanja = brzini kondenzacije • Dinamička ravnoteža ako je sud zatvoren

331 UTC Let's the top The close molecules in of thethe Para će pokazivati tank, allow thewill liquidi to liquidand vapor pritisak na zidove suda until the tank is reach a dynamic Para evaporate površinu tečnosti filled with the vapor equilibrium Taj pritisak je napon pare tečnosti, P Tečnost Sipaćemo tečnost u sud

331 UTC jedinjenje “voda" 100 Pritisak temp pritisak Opažanje: 90 50 Temperaturadovodido 100 razlike u pritisku pare do razlike u pritisku 110 150 pare 50 0 0 50 Temperatura 100

331 UTC jedinjenje ksilen 100 Pritisk temp pritisak Opažanje: 90 30 različita jedinjenja 100 60 imaju različite 110 90 naponepare voda 50 0 0 ksilen 50 Temperatura 100

Latentna toplota isparavanja

Na Tk: Lm, u Lm, i 0 Ukupna molarna toplota isparavanja zavisi od temperature:

Molarne entalpije isparavanja Broj elektrona Tačka ključanja (0 C) (napon pare= 760 mm. Hg)

Molarne entalpije isparavanja Broj elektrona Tačka ključanja (0 C) (napon pare= 760 mm. Hg)

Standardne entalpije topljenja i isparavanja (k. Jmol-1) i prelazne temperature (K) Jedinjenje H 2 O CCl 4 CO 2 CS 2 CH 4 C 2 H 6 C 6 H 14 CH 3 OH Ttop 273, 15 250, 3 217, 0 161, 2 90, 68 89, 85 178, 00 175, 2 Htop 6, 008 2, 47 8, 33 4, 39 0, 941 2, 86 13, 08 3, 16 Tklj 373, 15 349, 9 194, 6 319, 4 111, 7 184, 6 342, 1 337, 2 Hisp 40, 656 30, 00 25, 23 s 26, 74 8, 18 14, 7 28, 85 35, 27

TAČKA KLJUČANJA

TAČKA KLJUČANJA • Ključanje je oblik isparavanja gde se prelaz iz tečnog stanja u paru dešava unutar čitave tečnosti (ne samo sa površine kao kod isparavanja) kroz formiranje mehura. • Kada se napon pare izjednači sa spoljašnjim pritiskom P, tečnost počinje da ključa • dovođenjem toplote raste brzina isparavanja ali NE i temperatura • za vreme faznog prelaza temperatura je konstantna i odgovara temperaturi faznog prelaza • Kada se napon pare izjednači sa spoljašnjim pritiskom P, tečnost počinje da ključa

Ključanje tečnosti mmmm Atmosferski pritisak Mehuri pare

TAČKA KLJUČANJA temperatura na kojoj tečnost ključa; temperatura na kojoj je NP tečnosti = spoljašnjem P (koji može biti veći i manji od atmosferskog Atmosferski P varira sa: 1) vremenom 2) visinom

Tačka ključanja vode na različitim nadmorskim visinama 1 ft=0, 304 m

NORMALNA TAČKA KLJUČANJA NORMALNA TAČKA temperatura na kojoj je KLJUČANJA, NTK napon pare tečnosti jednak pritisku P od 1 atm; temperatura na kojoj tečnost i para koegzistiraju u ravnoteži na pritisku od 1 atmosfere

STANDARDNA TAČKA KLJUČANJA temperatura na kojoj je STANDARDNA TAČKA napon pare tečnosti KLJUČANJA, STK jednak pritisku P od 1 bar; temperatura na kojoj tečnost i para koegzistiraju u ravnoteži na pritisku od 1 bara

Napon pare i tačka ključanja: Tečnost ključa kada je napon pare jednak spoljašnjem pritisku koji deluje na površinu tečnosti Što je veći spoljašnji pritisak, to je viša tačka ključanja

Empirijska pravila

Guldbergovo pravilo: odnos tačke ključanja neke tečnosti i njene kritične temperature konstantan je i iznosi oko 2/3. Jednačina napona pare važi skoro do kritične tačke pa je: 1, 25(He)< <4 (Et. OH) za 0<Tk<1000 C, 3

Merenje napona pare vode

331 UTC KAKO MOŽEMO OVO KVANTIFIKOVATI? voda 100 Pritisak 50 0 0 Aceton 50 ksilen Temperatura 100

331 UTC • Graficima • Jednačinama B log 10 p = A T+C p* in mm. Hg T in °C • Tablicama

NAPON PARE, NP PARA NAPON PARE, NP, tečnosti gasovita supstancija nastala isparavanjem; gasovita faza supstancije koja je normalno (pri standardnim uslovima) u tečnom stanju parcijalni pritisak pare iznad tečnosti sa kojom je para u ravnoteži

NAPON PARE, NP ZAVISI od • prirode tečne ili čvrste faze

NAPON PARE, NP ZAVISI od • prirode tečne ili čvrste faze • jačine međumolekulskih sila

ZAVISI od • prirode tečne ili čvrste faze • jačine međumolekulskih sila • što su međimolekulske sile jače niži je napon pare na datoj temperaturi

ZAVISI od • prirode tečne ili čvrste faze • jačine međumolekulskih sila • što su međimolekulske sile jače niži je napon pare na datoj temperaturi • temperature • pritiska • Napon pare je NEZAVISTAN od količine supstancije

VELIČINA NP • Tečnosti sa visokim NP su isparljive, imaju slabije međumolekulske sile i obično jak miris, npr. etar, aceton, parfemi

VELIČINA NP • Tečnosti sa visokim NP su isparljive, imaju slabije međumolekulske sile i obično jak miris, npr. etar, aceton, parfemi • Tečnosti sa veoma niskim NP su neisparljive, imaju jake međumolekulske sile i obično su slabog ili bez mirisa, npr. voda, Hg

NP vs T

NAPON PARE, NP • NP raste EKSPONENCIJALNO sa temperaturom • NE kao u gasnim zakonima gde je P direktno proporcijalno (linearno raste) sa temperaturom

Zavisnost napona pare od temperature. Klapejronova jednačina

Ako su para i tečnost u ravnoteži tada je: Ako se temperatura promeni za d. T napon pare će se promeniti za dp, a molarna Gibsova energija pare i tečnosti za: Pošto je sistem i dalje u ravnoteži to je: odnosno:

Jednačina napona pare. Klauzijus Klapejronova jednačina se može izraziti kao: Pošto je: Vmt Vmp i ako se pretpostavi da je: Vmp=RT/p

Integracijom KK jednačine dobijamo izraz za zavisnost napona pare od temperature: odnosno: Koristi se i Kirhovljeva empirijska jednačina:

Zavisnost napona pare od pritiska Ako se pritisak na paru i tečnost u ravnoteži promeni za d. P, napon pare će se promeniti za dp, a Gibsova energija za: Pošto je sistem i dalje u ravnoteži to je: