1 / 49

Gázhalmazállapot

Gázhalmazállapot. Gázok jellemzése állapothatározó ikkal (p, V, T) és anyagmennyiség gel (n); közöttük egyszerű összefüggések (gáztörvények):. BOYLE (-MARIOTTE) törvény:

dimaia
Download Presentation

Gázhalmazállapot

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript


  1. Gázhalmazállapot Gázok jellemzése állapothatározóikkal (p, V, T) és anyagmennyiséggel (n); közöttük egyszerű összefüggések (gáztörvények): • BOYLE (-MARIOTTE) törvény: • (A törvény névadói: Robert Boyle (1627–1691) ír természettudósés filozófus volt, aki ezt a törvényt 1662-ben fedezte fel. Edme Mariotte (1620–1684) francia fizikustőle függetlenül 1676-ban szintén felfedezte.) • CHARLES törvény: • (A törvényt először Joseph Louis Gay-Lussac fogalmaztameg 1802-ben, de ő Jacques Alexandre Charles (fr.) 1787 körül keletkezett kiadatlan művére hivatkozott.) • Mj.: V vs. T extrapolálásából T0 = -273,15°C (absz. hőm. skála) • AVOGADRO törvény: • Gay-Lussac „vegyülő gázok törvénye” (1809): „Ha két gáz elegye szintén gáz, akkor a két alkotórész gázok térfogatának és az elegy térfogatának arányát kis egészszámokkal lehet kifejezni.”. Amadeo Avogadro (1811): Bármely két ideális gáz azonos térfogata azonos hőmérsékleten és nyomáson azonos számú molekulát tartalmaz. 1 mól (6,022×1023 db) molekulát tartalmazó gáz térfogata a moláris térfogat (VM). Bármely gázra:

  2. Gáztörvények egyesítése: IDEÁLIS GÁZTÖRVÉNY Tökéletes (ideális) gázoknak nevezzük azokat a gázhalmazállapotú rendszereket, amelyek alkotórészei (molekulái) közötti kölcsönhatás elhanyagolhatóan kicsi. 1 mólra:Boyle + Charles: VM = konst·T/pkonstans: egyetemes gázállandó: R = 8,314 J mol–1K–1 Mértékegységek: [p] = Pa, [V] = m3 Bármely anyagmennyiségre (n):+ Avogadro: V = n·R·T/p Moláris tömeggel és sűrűséggel: n = m / M, ρ = m / V → p = R·T·ρ/M Mértékegységek: [n] = mol, [m] = g, [M] = g mol-1, [ρ] = g m-3

  3. móltört

  4. bármelyik

  5. Reálisra NEM teljesül!

  6. behelyettesítve átrendezve

  7. REÁLIS GÁZOK Alacsony hőmérsékleten, és nagy nyomáson a molekulák közel kerülnek egymáshoz, így az 1. és a 3. posztulátum nem teljesül. Ezt korrigálni kell: van der Waals egyenlet: Viriál egyenlet: Mindkét egyenlet paraméterei kísérletileg meghatározottak. Kompresszibilitási tényező (az intermolekuláris erők természetének és hatásának kifejezője) : Ideális gázokra → z = 1 molekulák térfogatával kölcsönhatásával Több paraméter → nagyobb pontosság

  8. Gázok viselkedése Effúzió: Az a folyamat, amelynek során a gázmolekulák egy vákuumba helyezett edény résen keresztül kiáramolnak. A gáz ekkor ugyanakkora sebességgel távozik, mint amekkora amolekulák átlagos sebessége az edényben. Graham-törvénye szerint az effúzió sebessége fordítottan arányos a moláristömeg négyzetgyökével (Thomas Graham (skót), 1831): Alkalmazás: pl. urán 235-ös izotópok dúsítása (elválasztás a 238-as izotópoktól – atomerőművekhez) Módszer: UF6 vegyületként gáz halmazállapotba vihető és megfelelő porózus membránokon áramoltatható át.

  9. Gázdiffúzió: A gázmolekuláknak a koncentrációkülönbség (parciális nyomáskülönbség) hatására végbemenő mozgása, amelynek során az egyik gáz molekulái kiterjednek a másik gáz által elfoglalt térfogatban egységes parciális nyomást létrehozva. Sokkal lassabb az effúziónál – az ütközések miatt!!!

  10. Számítási feladatok és megoldások Maleczkiné Szeness Márta Kémiai feladatok – kémiai gondolatok A gáztörvények alkalmazása – egykomponensű rendszerek

  11. Számítási példák Gázelegyek

  12. Folyadék halmazállapot

  13. δ– δ– δ+ δ+ .Intermolekuláris kölcsönhatások: 1. van der Waals féle kölcsönhatás a.London-féle diszperziós kölcsönhatás A leggyengébb intermol. kh., de mindig jelen van. Apoláris molekulák között ez az egyetlen összetartó erő. Az elektron pillanatnyi fluktuációja polarizálja a szomszédos atomot. Nagysága néhány tized kJ/mol, Molekulamérettel nő (X2, polarizálhatóság). F  1/r6. Domináns erő pl.: He, Ar, Cl2, CCl4 , CH4. b. dipol-dipol kölcsönhatás (Keesom-féle erők) Poláris molekulák között hat(állandó dipólus), orientációs kölcsönhatás, nagysága néhány kJ/mol, F  1/r3 Domináns erő pl.: HCl, H2S, CO, CH2Cl2. Dipólusok jellemzése elektromos dipólusmomentummal:r vektor a + töltéstől a – felé mutat. 1D = 1/3×10–29 Cm. c. Indukciós kölcsönhatás (Debye-féle erő) 2. H-híd kötés

  14. c. Indukciós kölcsönhatás (Debye-féle erő) Töltéssel rendelkező részecskék (ionok, dipólusok) idézik elő, ha a környezetükben apoláris molekulák vannak. Dipólusos ás apoláris molekulák között lépnek fel (állandó dipólus — indukált dipólus kh.). Nagysága a London és a Keesom erők közötti. Pl.: víz oldódása éterben, jód vizes oldata. 2. H-híd kötés (másodlagos kötés) Olyan molekuláknál jöhet létre, ahol a H egy nagy elektronegativitású atomhoz (F, O, N) kapcsolódik, és ez az elektronban elszegényedett parciális pozitív töltésű H atom lép kölcsönhatásba egy nagy elektronegativitású atom nemkötő elektronpárjával. Nagysága 10-40 kJ/mol (legerősebb intermol. kh.). Pl.: víz, etil-alkohol, HF, aminosavak, fehérjék.

  15. A FOLYADÉKOK TULAJDONSÁGAI GŐZNYOMÁS, GŐZTENZIÓ: Adott hőmérsékleten a folyadékkal egyensúlyt tartó gáz parciális nyomása. Hőmérsékletfüggő! (PÁROLGÁS, KONDENZÁCIÓ)

  16. P (105Pa) A szilárd 1,013 F B folyadék T 0,006 gőz S T (oC) 0 Fázisdiagram (a víz példáján) C (374oC, 218 kPa) Gibbs-féle fázisszabály: K+2 = F+SZ T: harmatpont (hármaspont) C: kritikus pont F: fagyáspont (olvadáspont) B: forráspont TBC görbe: folyadék-gőz egyensúly (párolgás, kondenzálás) TA görbe: folyadék-szilárd egyensúly (olvadás, fagyás) TS görbe: szilárd-gőz egyensúly (szublimálás, kondenzálás)

  17. u mozgó felület y fluid fázis álló felület Viszkozitás (belső súrlódás)A viszkozitás értelmezését elsőként Newton adta meg, aki feltételezte, hogy a rétegek párhuzamos és egyenletes áramlása esetén az elmozdulás irányával ellentétes irányú súrlódó erő (F) egyenesen arányos a súrlódó felületek nagyságával (A) és a sebességgradienssel (du/dy). Az arányossági tényező az adott gáz vagy folyadék anyagi minőségére jellemző állandó a dinamikai viszkozitás (η): Néhány anyag din. viszkozitása:levegő: 0,00018 Poisevíz: 0,01 Poiseolaj: 1-10 Poiseglicerin: 14,9 Poiseméz: 100 Poise(1 Poise = 0,1 Pa s) Intermolekuláris vonzás következménye. (pl. glicerin, H-kötések). A hőmérséklet növekedésével CSÖKKEN.

  18. Az a munka, amely a felület egységnyi növeléséhez szükséges. (w = γ·ΔA) Meniszkusz kialakulása:Ha a folyadék és az edény fala között nagyobb a vonzó kölcsönhatás, mint a folyadék molekulái között, akkor a meniszkusz homorú (üveg – víz), ellenkező esetben domború (üveg – higany).

  19. IONOS OLDATOK • - ionos anyagok pl. vízben ionokra disszociálódva oldódnak (RÁCSENERGIA < HIDRATÁCIÓ) • - RÁCSENERGIA függ: ionok töltésével egyenes, szomszédos ionok távolságával fordítva arányos • - HIDRATÁCIÓ függ: ionok töltésével egyenes, ionmérettel fordítva arányos HASONLÓ FÜGGÉS!!!

  20. KOLLOIDOK (nem valódi oldatok) • a diszpergált részecskék mérete: 10-2000 Angström • Tyndall-effektus: különbség a valódi oldatoktól, a fény a diszpergált • részecskéken szóródik (reflektorfény a ködben) Kolloid típusok

  21. HIDROFIL KOLLOIDOK • - víz + nedvesített részecske = hidrofil kolloid (liofil) • pl. fehérjék vizes oldata, tej, tojás fehérje, zselatin • HIDROFÓB KOLLOIDOK • - víz + nem nedvesített részecske = hidrofób kolloid • instabil, egy idő után aggregáció = a kolloid részecske kiválik • DE: a felületen adszorbeálódott azonos töltésű ionok taszítása lassítja a • kiválást • - koagulálódás: kolloid kicsapódik az oldatból, pl. só vagy savanyítás, • vagy hőmérséklet emelés hatására (pl. deltatorkolat kialakulása) ASSZOCIÁCIÓS KOLLOIDOK - micellák = hidrofób + hidrofil végződésű molekulák diszpergálódnak vízben - pl. a szappan a vízben: CH3(CH2)16COO- Na+ hidrofób hidrofil végződés - zsiradék oldódik a micellában - hidrofil környezet

  22. A valódi oldatok kolligatív sajátságai Az oldott anyag minőségétől NEM, hanem aRÉSZECSKESZÁMától és az oldószer MINŐSÉGÉtől függ, a változásokat a híg oldatok törvényei (Raoult-törvények) írják le. Nem illékony anyag oldásával az oldat GŐZNYOMÁSA a tiszta oldószeréhez képest csökken: ahol P az oldat, P0 a tiszta oldószer gőznyomása X az oldott (nem illó) anyag móltörtje CRa Raoult koncentrációja (molalitása) Moaz oldószer moláris tömege i a van’t Hoff-féle koefficiens (nem ionos oldatokban i = 1)

  23. P (105Pa) Td (1 atm) tiszta oldószer szilárd/folyadék hármaspont 1,013 0,006 szilárd/oldat hármaspont T (oC) Tf A gőznyomáscsökkenés következményei a fázisdiagrammon A hármaspont eltolódásával!!! Td a forráspont emelkedése a dermedéspont csökkenése

  24. Az oldószerre jellemző értékek: Pl. a víz ebullioszkópos állandója: TMf = 0,52 fok mol-1 kg krioszkópos állandója: TMd = 1,86 fok mol-1 kg

  25. Az oldat ozmózisnyomása Az ozmózis oka az, hogy kémiai potenciálkülönbség van az egymással érintkező két oldat komponensei között és az önként végbemenő kiegyenlítődés folyamán a részecskék méretviszonyai miatt a kisebb koncentrációjú oldat felől több oldószer-molekula jut időegység alatt a féligáteresztő hártyán keresztül a töményebb oldatba, mint onnét vissza a hígabb oldatba. Ennek az egyensúlyra vezető folyamatnak az eredményeként az oldott anyag kémiai potenciálja a töményebb oldatban csökken (a vízé pedig nő), a kisebb koncentrációjú oldatban pedig az oldott anyag kémiai potenciálja megnő (a vízé pedig csökken). • A folyadékszint a csőben addig emelkedik, ameddig a hidrosztatikai nyomás (h) egyenlővé nem válik az ozmózisnyomással ():  =  gh Nem túl tömény oldatokra (van’t Hoff-törvény):  = i C R T féligáteresztő hártya ahol C a mol/dm3 koncentráció (molaritás)

  26. Az ozmózisnyomás gyakorlati jelentősége Pl. az élő szervezetekben. A növényi és állati sejtek jelentős része vizes oldat, amelyet olyan féligáteresztő hártya vesz körül, amely a vizet átengedi, a nedvekben oldott más anyagokat nem. Vízbe téve a sejtet az ozmózisnyomás következtében a víz behatol a sejtbe, az megduzzad, esetleg szét is reped. Ilyen jelenség az érett gyümölcsök széthasadása sok eső esetén. A növényi nedvek ozmózisnyomása a 20 bar-t is elérheti. Ez teszi lehetővé, a nedvesség – s vele együtt a tápanyag – felszívódását a magas növények csúcsáig. Az állati és az emberi szövetek sejtjeiben az ozmózisnyomás kb. 8 bar, s a szervezet igyekszik ezt stabilizálni. Ha azonban a sejtek a sejtnedvnél kisebb ozmózisnyomású (hipotóniás) oldatba kerülnek, megduzzadnak, esetleg szétpattannak. Ha viszont a környező oldat ozmózisnyomása nagyobb (hipertóniás), akkor a sejt vizet veszít és zsugorodik. A túl sós ételek azért okoznak szomjúságot, mert a szervezet vízfelvétellel igyekszik a nagy ozmózisnyomás hatását csökkenteni. Az emberi szervezet sejtjeinek oldatai a 0,9% (m)nátrium-kloridoldattal azonos ozmózisnyomásúak (izotóniás oldatok), ezért használnak ún. fiziológiás NaCl-oldatot injekcióhoz, infúzióhoz és a gyógyászat más területén. Nagyon fontos a szerepe az ozmózisnak a vér tisztítása, a hemodialízis terén. A dializátor nevű szűrőben kering a vér, a szűrőben levő speciális kapillárisok külső oldalán pedig egy testhőmérsékletre felmelegített, a vérnek megfelelő összetételű speciális sóoldat, az ún. dializáló oldat, és ebbe jutnak át a két teret elválasztó membránon keresztül a vérből a salakanyagok. A sóoldat állandóan cserélődik és mindig magával viszi, kimossa a méreganyagokat. A salakanyagok a dializátor kapillárisainak membránján szűrődnek ki, melyen nagyszámú finom lyuk van. Ezeken a kisméretű lyukakon a sók, a víz és méreganyagok átjutnak, de a nagyméretű anyagok és vérsejtek nem.

  27. Koncentrációszámítás 31. oldal: 3. Hány g vízben kell feloldani 10 g anyagot, hogy 5 %-os (m) legyen az oldat? 4. Hány mólos az az oldat, amely 200 ml-ében 0,4 g NaOH-t tartalmaz? 6. Adja meg a tiszta víznek a „koncentrációját” a) tömegtörtben és tömegszázalékban, b) móltörtben és mólszázalékban c) molalitásban. (Sűrűsége 20 oC-on 0,998 g/cm3) 32. oldal: 13. A 60 tömegszázalékos ecetsav-oldat sűrűsége 1,064 g/cm3. Hány mólos az oldat?

  28. 34. oldal: 54. 1000 cm3 50 tömegszázalékos, 1,636 g/cm3 sűrűségű Cd(NO3)2-oldathoz 2,00 dm3 vizet öntünk. Mi a keletkezett oldat móltörtekkel kifejezett koncentrációja és térfogata, ha sűrűsége 1,220 g/cm3? 35. oldal: 76. Mennyi vízben kell 30,0 g CuSO4.5H2O-t feloldani, hogy 50 C-on telített oldatot kapjunk? Mi a telített oldat mólszázalékos összetétele?

  29. Híg oldatok törvényei 59. oldal: 121. Hány fokon forr légköri nyomáson az a szőlőcukor-oldat, amelynek tenziója 1 %-kal kisebb, mint a tiszta vízé? 122. Befagy-e a folyadék abban a cukorgyári csővezetékben, amelyben egy kilogrammonként 450 g répacukrot (C12H22O11) tartalmazó vizes oldat kering, ha a környezet hőmérséklete -2,0 C? 127. 4,32 g ként 40 g benzolban oldunk. Az oldat forráspont-emelkedése 1,10 C. Hány atomos a kén molekulája a benzolos oldatban? (Lásd a 6. táblázatot is.) 129. Mi az emberi vér fagyáspontja, ha ozmózisnyomása 37 C-on 776 kPa?

  30. A SZILÁRD ANYAGOK Atomokból, molekulákból, vagy ionokból felépülő, a szerkezeti egységek között eléggé erős kölcsönhatások alkotta anyagok. A csoportosításuk egyik módja éppen a szerkezeti egységeket összetartó ERŐK TÍPUSAIN alapul.

  31. Kristályos és amorf anyagok

  32. A kristályrács

  33. Anyagi tulajdonságok és a rácstípusok kapcsolata

  34. TERMOKÉMIAI FOGALMAK (Halmazállapotváltozások entalpiája is)

  35. HESS TÖRVÉNYE Összetett folyamatok entalpiaváltozása csak a kezdeti- és végállapottól függ, független a lejátszódó részfolyamatoktól.

  36. KÉPZŐDÉSI ENTALPIÁK Kalorikus mérések és a Hess-törvény segítségével majdnem minden reakció H-ját meghatározhatjuk. Az egyes reakciók adatai összegyűjthetők, később felhasználhatók. Ezért kényelmes megoldás a vegyületek képződési H-ját elemeikből meghatározni:

  37. A TERMOKÉMIA ALKALMAZÁSI TERÜLETEI

  38. BORN-HABER ciklus

More Related