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. felület befele húzó erõ az eredõ, a felület csökkenése felé hat gömb!
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 Relatív viszkozitás
Viszkozitás A viszkózus folyadékokban nehezebben mozdulnak el egymás mellett a molekulák.
Viszkozitás Függ: -- hőmérséklet -- anyagi minőség Víz viszkozitása 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 CCl 4 0.969 Víz 1.002 Etanol 1.200 Higany 1.554 Oliva olaj 84 Motorolaj 986 Glicerin 1490 üvegek nagyon nagy 1 P = 1 g cm 1 s 1, 1 P = 0,1 Pa s, 1 cp = 1 mpa s
Viszkozitás Meghatározza: -- másodlagos kötőerők a molekulák között - diszperziós - dipól dipól - hidrogénkötés -- molekulák alakja belső összetartás, összeakadás
Viszkozitás Mérése: mennyi idő alatt folyik át egy adott térfogatú folyadék egy adott keskeny csövön p 2 p 1 L dv pr 4 π = Hagen - Poisenville egyenlet dt _ η viszkozitás 8Lη
Felületi feszültség A folyadék felületének egységnyi megnöveléséhez szükséges energia. l F γ = F/l Az az energia, ami ahhoz szükséges, hogy a folyadék felületét megnöveljük úgy, hogy a folyadék belsejéből molekulákat juttatunk a felületre.
Felületi feszültség (γ) a felületnövekedéshez energiát kell befektetni. Mértékegysége: J m 2 Adhéziós erők eltérő molekulák közt. Kohéziós erők -eltérő molekulák között EOS
Függ: -- hőmérséklet -- anyagi minőség Gyakori folyadékok felületi feszültsége 25 C-on /N m -1 CCl 4 0.0270 Kloroform 0.0271 Benzol 0.0289 Etanol 0.0328 Glicerin 0.0634 Víz 0.0728 Higany 0.436 Üveg nagyon nagy Felületi feszültség Víz felületi feszültségének hőmérsékletfüggése ( 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
Meniszkusz A hajszálcsövesség hátterében is intermolekuláris erők állnak. EOS
Nedvesítés, kapilláris nyomás csepp csepp felület felület nedvesít: θ < 90 nem nedvesít: θ > 90 Nehézségi erő: F g =r 2 πρgh Adhéziós erő: F g =2rπγ cosθ h=2γ cosθ/ρgr p c =2γ cosθ/r p c kapilláris nyomás γ felületi feszültség r a cső sugara θ határszög
Tenzidek Tenzid: kis mennyiségben is csökkenti a felületi feszültséget (amfipatikus: BuOH, ionos: SDS). γ 80-40 - 5 10 m% BuOH micella
Gőznyomás, vagy tenzió f o ly a d é k g á z [ g á z ] = K [ f o ly a d é k ] á lla n d ó Tiszta folyadék gőznyomása csak a hőmérséklettől függ. nyomás/hgmm hőmérséklet / ºC folyadék gáz egyensúly
Gőznyomás, vagy tenzió Tiszta folyadék gőznyomása csak a hőmérséklettől függ. Kis hőmérséklet tartományra: Clausius Clapeyron egyenlet 1. A folyadék móltérfogata elhanyagolható a gőzéhez képest 2. A gőzt ideális gáznak tekintjük.
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 = p foly + p N2 = p foly + 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 nedvességtartalom Egy gáz maximális víztartalmát a víz tenziója megszabja. Relatív: % = (p víz /p víz0 )100 % Abszolút: g víz/m 3 pv= nrt c = n/v = p/rt mol/m 3 n=m/m c = m/v = pm/rt g/m 3
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/m 3 ; b. ) 100 %, 17,2 g/m 3
a.) 20 C relatív (%)= 100 [0,613 (293,15/273,15)]/2,333 = 28,2 % abszolút (g/dm 3 )= pm/rt = 0,613 18/(8,314 273,15)= 0,0049 g/dm 3 b.) relatív (%)= 100 % abszolút (g/dm 3 )= pm/rt = 2,333 18/(8,314 293,15)= 0,0172 g/dm 3
Forráspont- gőznyomás Forráspont: azon hőmérséklet, amelynél a gőznyomás értéke eléri a külső nyomást párolgás kondenzáció 760 - Et 2 O HCCl 3 CCL 4 H 2 O pl. 20 C-on CO 2 (44) CuCl 3 (119) H 2 O (18) Hg (201) glicerin (92) 43000 Hgmm 170 Hgmm 18 Hgmm 0,0012 Hgmm 1,6*10-4 Hgmm nyomás/hgmm CH 3 -O-CH 3 ~ 4*10 5 Pa CO 2 ~ 58*10 5 Pa CH 3 CH 2 OH ~ 0,06*10 5 Pa SO 2 ~ 3,4*10 5 Pa dipól -20C 0C 60C 100 C
Forráspont - gőznyomás Légköri nyomás buborékban levő gőz nyomása magasság (m) víz 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
Forráspont kinagyított részlet Forráspont (ºC) Periódus száma
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 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 H 2 O 374 NH 3 132 CO 2 31 C 6 H 6 289 az a hőmérséklet, amely felett a folyadékállapot nem létezik. 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 (p 0 ). Mennyi N 2 ill. Cl 2 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 T= állandó A folyadék móltörtje: x A 1= x A + x B Raoult-törvény szerint p A = x A p o A p B = x B p o B gőznyomás folyadék gőz p o A : tiszta A gőznyomása Az elegy p gőznyomása: A móltörtje p = p A + p B = x A p o A + x B po B = po B + x A (po A - po B ) A gőz móltörtje: y A x p o = A A, o o o pb xa( pa pb ) yb = + Ha p 0 A > p 0 B y A > x A A gőz mindig a folyadékelegy illékonyabb komponensében gazdagabb! y A
Gőzösszetétel görbe Fázisdiagram Hőmérséklet Forráspont görbe forrpontdiagram p= állandó A móltörtje, x A
Nemideális elegyek Pozitív: különböző molekulák között kisebb a vonzás, mint az azonosak között. Negatív: különböző molekulák között nagyobb a vonzás, mint az azonosak között.
Nemideális elegyek: Azeotrópok Gőzösszetétel görbe negatív azeotróp pozitív azeotróp Gőzösszetétel görbe Hőmérséklet Forráspont görbe Hőmérséklet Forráspont görbe A víz móltörtje, x H2O A víz móltörtje, x H2O pl. HNO 3 H 2 O pl. EtOH H 2 O
Nemideális elegyek: Azeotrópok