Kapalnéskupenství

Kapalnéskupenství•  nestáléaktraktivníinterakce(koheznísíly)mezimolekulamiumožňujícíneuspořádanýtranslačnípohyb

•  tvarodpovídajícítvarunádoby(majíhladinu)•  částiceblízkosebe,nejsouvázanynamístě,mohousepohybovatvcelémobjemu

•  obtížněstlačitelné•  vytvářejíkapky

Kapalnéskupenství•  ideálníkapalina– nestlačitelná,bezvnitřníhotření(mánulovouviskozitu– součinitelvnitřníhotření)

•  neideální– mávnitřnítření(vzájemnésilovépůsobeníčástic),mírněstlačitelné

•  newtonovské– viskozitazávisípouzenateplotě•  nenewtonovské– viskozitazávisíinagradienturychlosti

•  sčasovouzávislostí(nátěrovéhmoty…)

Viskozita•  Snižujeprůtokkapaliny•  Rychlostvprotékanémprůřezuneníkonstantní–ukrajůjeminimálníuprostředjemaximální

•  Steplotousemění– vyššíteplotaznamenávrůznémířenižšíviskozitu(mazacíoleje…)

ViskozitaDynamickáviskozitaη– míraodporutečeníPřevrácenáhodnotatekutostKinematickáviskozita– viskozitavztaženánahustotu

ViskozitaMěřeníviskozity:

Výtokovéviskozimetry

KapilárníviskozimetryKuličkovýviskozimetry

Kapalnéskupenství•  uspořádání(krátkodosahové)– blízkéamorfnímlátkám(závislénateplotě)

Radiálnídistribučnífunkce

KapalnéskupenstvíTekutékrystaly•  mezomorfní,parakrystalickýstav•  citlivénazměnufyzikálníchpolí(včetněgravitačního),teploty,chemickélátky

•  změnustrukturylzeindikovatopticky•  měřenímalýchzměnteplotykůže•  konstrukcedisplejůaobrazovek•  měřenípřítomnostimaléhomnožstvírůznýchlátek(kokain)

Strukturatekutýchkrystalů•  smektickétekutékrystaly•  nematickétekutékrystaly•  cholesterickétekutékrystaly•  diskotickétekutékrystaly

KapalnéskupenstvíTekutékrystalySmektickékrystaly(rovinatástruktura,smega=mýdlo)•  orientaceauspořádánídoekvidistantníchrovin•  optickyaktivní•  uspořádányvevrstvách

KapalnéskupenstvíTekutékrystalyNematickékrystaly(vláknitástruktura,nema=nit)•  orientacebezekvidistantníchrovin•  uspořádányvjednomsměru.Díkytepelnémupohybujsouzesvéhosměrustálevychylovány

KapalnéskupenstvíTekutékrystalyCholesterickékrystaly•  uspořádányvrovinách•  optickyaktivní

Kapalnéskupenství•  kapalnéskupenstvíjezjednéstranyohraničenoskupenstvímpevnýmazdruhéstranyskupenstvímplynným.

•  hustotasenepřílišlišíodpevnýchlátek•  částicevykonávajípohybkočovníka– poskočí,chvílikmitánamístěazaseposkočí

Kapalnéskupenství•  částiceuvnitřkapaliny– výslednicemeziatomovýchsiljenulová

•  částiceblízkopovrchuanapovrchu– výslednicesměřujedovnitřkapaliny

•  napovrchu– tenkáelestickáblankasnažícíseconejvíczmenšitsvůjobjem

KapalnéskupenstvíPovrchováenergie•  minimalizaceenergie–minimalizaceplochypovrchu•  vbeztížnémstavukulovitýtvar•  vgravitačnímpoliZeměkapkovitýtvar

PovrchovénapětíσserovnápodíluvelikostipovrchovésílyFadélkylokrajepovrchovéblány,nakterýpovrchovásílapůsobíkolmovpovrchukapaliny.Srostoucíteplotoupovrchovénapětíklesá.[Jm-2=Nm-1]

KapalnéskupenstvíRozhraníkapalina/pevnálátka•  smáčení/nesmáčenístěny–stykovýúhel•  smáčenístěny–meniskus(zdvihhladiny)•  nesmáčení–vypouklýpovrch

F1–přitažlivásílačásticstěnynádobyF2–přitažlivásílamolekulkapaliny(směřujedovnitřkapaliny)Fvýslednicesměřujevenzkapaliny(povrchkapalinyjedutý)Fvýslednicesměřujedovnitřkapaliny,jepovrchvypuklý

KapalnéskupenstvíKapilárníjevy•  nastávajíutrubicsvelmimalýmprůměrem•  způsobenékapilárnímtlakem

ς–hustotakapalinyσ–povrchovénapětR–vnitřnípoloměrkapiláryg–grav.zrychlení

kapilárníelevace•  kapalinasmáčívnitřnípovrchkapiláry

kapilárnídeprese•  kapalinasmáčívnitřnípovrchkapiláry

KapalnéskupenstvíKapilárníjevy•  Těsněpoddutýmpovrchemjevnitřnítlakmenšínežtěsněpodrovinnýmpovrchemkapalinyvokolíkapiláry,atookapilárnítlak.Kapalinavystoupídotakovévýškyh,abyhydrostatickýtlakodpovídajícítomutosloupcikapalinyvyrovnalrozdílvnitřníchtlaků

KapalnéskupenstvíKapilárníjevy•  Bublinasvětšímpoloměremrosteamenšísesmrskává,ažnakoneczanikne.

•  Svědčítootom,ženapočátkudějejevětšíkapilárnítlakvmenšíbubliněatímtakévětšítlakvzduchuvbublině.

PovrchovénapětíkapalinVyužití•  podstatacelýchodvětvíchemie– koloidníchemie,chromatografie…katalyzátory

•  jevysouvisejícísčinnostíbuněk,kapilárníjevyvrostlinách•  mytí,praní....smáčivostpovrchů(studenávodamávysoképovrchovénapětí)

•  aplikaceherbicidůainsekticidů(úpravapovrchovéhonapětí)•  flotace–odděleníhlušinyodtěženélátky(železo,zlato...)•  pohybdrobnéhohmyzupohladině,nesmáčivostpeří•  elektrickývýbojpřibouřce,vznikkrup

PovrchovénapětíkapalinMěřenípovrchovéhonapětí•  přímámetoda–doměřenékapalinyponořímetělískodefinovanéhotvaruoznámédélceaměřímesílu,potřebnoukvytaženítělískazkapaliny

PovrchovénapětíkapalinMěřenípovrchovéhonapětí•  vzestupvkapiláře–sílapovrchovéhonapětíjevrovnovázetíhousloupcekapaliny(nutnézměřithustotukapalinyapoloměrkapaliny)

Kapilárníelevaceadeprese

vodasmáčístěnukapiláry,rtuťne

PovrchovénapětíkapalinMěřenípovrchovéhonapětí•  kapkovámetoda–kapkaodkápnepokudjesílatíhovarovnasílepovrchovéhonapětípůsobícínaobvodukapiláry.Kapkaneodkapnecelá–relativnímetoda(srovnávámeskapalinouoznámémpovrchovémnapětí)

Vypařováníkapalin•  opačnýproceszkapalnění•  uzavřenánádoba:

•  tlaknadkapalinouroste,částmolekulpřecházíznovudokapalnéfáze

•  narozhraníobousměrnýpřechod(vypařováníakondenzace)•  ustanovenírovnovážnéhostavucharakterizovanéhotlakemnasycenýchpar(nezávisínamnožstvíkapaliny)

•  jakmiletlaknasycenépárydanékapalinydosáhnetlakuplynuvokolí,nastávávar(teplotavaru)

•  varateplotavaruzávisínavnějšímtlaku•  normálníteplotavaru(teplotaza101.325kPa)

VypařováníkapalinZávislostteplotyvarunatlaku

Raoultůvzákon

•  závislosttlakusytépárynadkapalnýmroztokemnamnožstvírozpuštěnélátky

“Parciálnítlaksytépáryi-tésložkynadroztokemjevzhledemktlakusytépárynadkapalinoutvořenoupouzetoutosložkounižšívpoměrurovnémmolárnímuzlomkui-tésložkyvroztoku.”Tenzeparčistélátkyzastandardníchpodmínek.

RaoultůvzákonDvousložkovýroztoknetěkavélátky“Relativnísníženítlakusytépárynadroztokemnetěkavélátkyjerovnomolárnímuzlomkutétolátkyvroztoku.”

HenryhozákonUdávázávislostparciálníhotlakudanélátkynadroztokemajejíhopodíluvtomtoroztoku.PropáryrozpuštěnélátkyplatíúměramezitlakemparrozpuštěnélátkyamolárnímzlomkemxItétolátkyvroztokuKI– HenryhokonstantacharakteristickáprodanýplynAnalogickýRaoultovězákonu.Lišísepouzekonstantouúměrnosti.Platíprorozpouštědlo(prolátkuvnadbytku)

HenryhozákonZávislostrozpustnostiplynuxIvkapaliněnajehotlakupInadkapalinoupřikonstantníteplotěHenryhokonstantazávisínateplotě–srostoucíteplotouroste

Teplotníobjemovároztažnostkapalin•  Pronepřílišvelkéteplotnírozdílyazastáléhovnějšíhotlakuplatí:

β=teplotnísoučinitelobjemovároztažnostikapaliny

•  provětšíteplotnírozdíly:

•  využíváseukapalinovýchteploměrů

•  sezměnouteplotykapalinyseměnítakéjejíhustota:ς=ς1(1–βΔt)

AnomálievodyHustotavodyvintervalu0°Caž4°Croste(azmenšujesejejíobjem),přiteplotě4°Cdosahujemaximaapakklesá(objemsezvětšuje).Tentojevsenazýváanomálievody

Anomálievody•  Ledpřiteplotě0°Cúplněneroztaje,takževevodězůstávajídrobnékrystalkyledu.Vnichjsoumolekulyvzdálenějšínežvevodě.Přizvětšováníteplotyod0°Cdo4°Czbytkyledumizí,tímsezmenšujívzdálenostimezimolekulamivodyacelkovýobjemklesá,hustotaroste

•  Od4°Csepřiohřívánístřednívzdálenostimolekulzvětšují,objemrosteahustotaklesá

•  Umožňuježivotvodníchživočichůvzimnímobdobí

Disperzníprostředí(rozpouštědlo)adisperznípodíl(rozpuštěnálátka)Homogennídisperznísoustavyodvou,nebovícesložkách.Látky•  neomezeněmísitelné:vytvářejíspoluroztokjakémkoli

poměru(látkychemickypříbuzné)•  omezeněmísitelné:rozpouštějísepouzevurčitých

poměrechdovznikunasycenéhoroztoku.

Děleníroztoků:•  plynné(vzduch)•  kapalné(sůlvevodě)•  pevné(slitinykovů)

Roztoky

RoztokyDielektrickákonstanta(permitivita)•  mixotropní(eluotropická)řada(organických)rozpouštědel

•  podlerostoucípolarity(hodnotypermitivity)•  Benzen(εr=2.3)•  Aceton(εr=2•  Acetonitril(εr=39)•  Voda(εr=80)

pentan<benzen<diethyleter<chloroform<aceton<dioxan<ethylacetát<pyridin<etanol<metanol<voda

•  podobnéserozpouštívpodobném

RoztokyDielektrickákonstanta(permitivita)Acidobazickévlastnosti•  aprotická(nepolární)rozpouštědla– benzen,hexan– lipofilnílátky

•  protickározpouštědla(polární)rozpouštědla•  aprotogenní– pyridin•  amfiprotní

•  vyrovnaná– voda•  protofilní– aminy•  protogenní– bezvodákyselinaoctová

Vzájemnározpustnostlátek•  Závisípředevšímnatypulátky.

•  Čímjsoulátkypříbuznější,tímjerozpustnostlepší.

Diagram rozpustnostipřesycený roztok

nenasycený roztok

nasycený roztok

teplota

konc

entra

ce

rozp

uště

né lá

tky

RoztokyNasycený roztok – roztok, ve kterém se již za dané teploty nerozpustí více látky. Složení takového roztoku udává rozpustnost látky za dané teploty. Rozpustnost – maximální množství látky, které se rozpustí v určitém množství rozpouštědla (nejčastěji 100g) za daných podmínek (teplota,tlak). Nenasycený roztok – obsahuje méně látky, než odpovídá její rozpustnosti. Rozpuštěnou látku lze dále přidávat do roztoku. Přesycený roztok – obsahuje více látky, než odpovídá její rozpustnosti. Lze jej připravit pomalým ochlazováním nasyceného roztoku. Jedná se o nestabilní stav – rozpuštěná látka v přebytku má tendenci vykrystalizovat a oddělit se od roztoku.

SloženíroztokůSledujemezastoupenísložek(A,B,C,….N)vsoustavěS.Např.prosložkuA,lzejejízastoupenívSvyjádřitjako:Hmotnostnízlomek–poměrhmotnostirozpuštěnélátkykhmotnosticeléhoroztoku

S

AA m

mw =mA – hmotnost rozpuštěné látky

mS – hmotnost roztoku (soustavy)

w = <0;1> (x100) = 0-100% hm.

SloženíroztokůMolárnízlomek–podíllátkovéhomnožstvísložkynAasoučtulátkovýchmnožstvívšechsložeksměsiΣn

S

AA n

nX∑

= X = <0;1> (x100) = 0-100% mol.

SloženíroztokůObjemovýzlomek–podílobjemurozpuštěnélátkyVAacelkovéhoobjemuroztoku(soustavy)VS.

Projednuatutéžsložku,semohoujejízastoupenívdanésoustavě,vyjádřenáhmotnostními,objemovýmiamolárnímiprocenty,vzájemněčíselnězcelališit!!!

S

AA V

V=ϕ φ = <0;1> (x100) = 0-100% obj.

SloženíroztokůMolárníkoncentrace–vyjadřujelátkovémnožstvísložkynArozpuštěnév1dm3roztoku.

cA =nAVS

=mA

MA.VS(mol.dm-3)

ŘeděníroztokůŘeděníroztokůznamenásnižováníhmotnostníhoprocentasložkyvroztokupřidánímurčitéhomnožstvírozpouštědlaSměšovacípravidlo