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.
Relatív viszkozitás
nagyobb viszkozitás
lassabb folyás
Viszkozitás A viszkózus folyadékokban nehezebben mozdulnak el egymás mellett a molekulák.
Viszkozitás Függ: -- hőmérséklet -- anyagi minőség Víz viszkozitása °C 20 40 60 80 100
cP 1.002 0.653 0.467 0.355 0.282
folyadék Dietil éter Kloroform Benzol
viszkozitás /cP 0.233 0.58 0.652
CCl4
0.969
Víz Etanol Higany Oliva olaj Motorolaj Glicerin üvegek
1.002 1.200 1.554 84 986 1490 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 p2
p1
L
∆pR π dV _ dt = 8Lη 4
η viszkozitás Hagen - Poisenville egyenlet
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 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 feszültség Víz felületi feszültségének hőmérsékletfüggése (°C) -5 0 10
(N·m-1) 0,0764 0,0756 0,0742
20 30 40 60 80 100
0,0727 0,0712 0,0696 0,0662 0,0626 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:
Fg=r2πρgh
Fg=2rπγ cosθ h=2γ cosθ/ρgr pc=2γ cosθ/r
Adhéziós erő:
pc – 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 -
micella 5
10
m% BuOH
Gőznyomás, vagy tenzió fo ly a d é k
gáz
[g á z ] [fo ly a d é k ]
= K á lla n d ó
nyomás/Hgmm
Tiszta folyadék gőznyomása csak a hőmérséklettől függ.
folyadék ↔ gáz egyensúly hőmérséklet / ºC
Gőznyomás, vagy tenzió Tiszta folyadék gőznyomása csak a hőmérséklettől függ.
Kis hőmérséklet tartományra: Clausius – Clapeyron egyenlet
1. 2.
A folyadék móltérfogata elhanyagolható a gőzéhez képest A gőzt ideális gáznak tekintjük.
Számítási feladat: Egy 4 literes tartályban 3 liter folyadék van, melynek gőznyomása 20 ºC-on 15 kPa.
c.) p = pfoly + pN2 = pfoly
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 kiengedjük ? = 136,9 kPa + mRT/(VM) = 15csapon + 2,8∙8,314∙293,15/(28∙2)
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: % Abszolút: g víz/m3
= (pvíz/pvíz0)100 %
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 Forráspont: azon hőmérséklet, amelynél a gőznyomás értéke eléri a külső nyomást Et2O HCCl3 CCL4 H2O
pl.
20 C-on
kondenzáció
CO2 (44) CuCl3 (119) H2O (18) Hg (201) glicerin (92)
CH3-O-CH3 ~ 4*105 Pa CO2 ~ 58*105 Pa
760 43000 Hgmm 170 Hgmm 18 Hgmm 0,0012 Hgmm 1,6*10-4 Hgmm
nyomás/Hgmm
párolgás
CH3CH2OH ~ 0,06*105 Pa SO2 ~ dipól
3,4*105 Pa
-20C 0C
60C
100 C
Forráspont - gőznyomás Légköri nyomás
víz 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
Forráspont
Forráspont (ºC)
kinagyított részlet
Periódus száma
Magyarázzuk meg az alábbi adatokat a molekulák közötti kölcsönhatások alapján !
Molekula HCl HBr HI
Forráspont -85 ºC -67 ºC -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 H2O 374 NH3 132 CO2 31 C6H6 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 (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
A folyadék móltörtje: xA 1= xA + xB
Raoult-törvény szerint p A = x A p oA p B = x B p oB
gőznyomás
Ideális folyadékelegyek T= állandó
folyadék gőz
poA : tiszta A gőznyomása
Az elegy p gőznyomása:
A móltörtje p = pA + pB = xA poA + xB poB = poB + xA (poA - poB)
A gőz móltörtje:
o A o A
xA p yA = o , yB = 1 − y A o pB + x A ( p − pB )
Ha p0A > p0B → yA > xA A gőz mindig a folyadékelegy illékonyabb komponensében gazdagabb!
Fázisdiagram Gőzösszetétel görbe
Hőmérséklet
forrpontdiagram p= állandó
Forráspont görbe
A móltörtje, xA
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
Gőzössze- negatív azeotróp tétel görbe
pozitív azeotróp
Forráspont görbe
Hőmérséklet
Hőmérséklet
Gőzösszetétel görbe Forráspont görbe
A víz móltörtje, xH2O
A víz móltörtje, xH2O
pl. HNO3 – H2O
pl. EtOH – H2O
Nemideális elegyek: Azeotrópok
