Skupenské stavy látek

Mezimolekulární síly

Interakce iont-dipól

• Např. hydratační (solvatační) interakce mezi Na+ (iont) a molekulou vody (dipól).

• Jde o nejsilnější mezimolekulární (nevazebnou) interakci.

Interakce dipól-dipól

• Interakce mezi dipóly dvou stejných nebo i různých polárních molekul.

• Slabší než interakce iont-dipól.

Disperzní síly (Londonovy, indukované dipóly)

• Nejslabší mezimolekulární interakce.• Fluktuací elektronů v elektronových

obalech vznikají okamžité dipóly, které indukují vznik dipólu v okolních molekulách.

• Polarizovatelnost je míra snadnosti s jakou se v elektronovém obalu indukují dipóly. U atomů obvykle roste s počtem elektronů, resp. s molární hmotností.

Vodíková vazba

• Speciální případ dipól-dipólové interakce.• Velmi silná interakce, nejsilnější z tzv. van der Waalsových interakcí

(vodíková vazba, dipól-dipól, Londonovy síly).- Vodíková vazba se projevuje u molekul kde je H vázán na

elektronegativní prvek (zvláště F, O, N).

Srovnání bodů varu podobných sloučenin prvků 4.-7. periody

Vodíková vazba, srovnání vazebných sil a intermolekulárních interakcí

• K vypaření 1 molu vody je třeba 41 kJ (intermolekulární)• K rozrušení všech vazeb O-H v 1 molu vody je třeba 930

kJ (intramolekulární)

Anomální vlastnosti vody: hustota

Maximum hustoty40C

Důsledek: led má nižší hustotu než kapalná voda

Kvalitativní odhad mezimolekulárních interakcí

SO

O

Př.: Jaký typ nebo typy mezimolekulárních interakcí se uplatňují u následujících látek?

HBr

CH4

SO2

HF

Změna skupenství: fázový diagram

Fázový diagram vymezuje podmínky za kterých látka existuje v tuhé, kapalné popř. plynné fázi.

při 1 atmCO2 (s) CO2 (g)

Fázový diagram CO2

Křivka zahřívání

Vlastnosti plynů

• Zaujímají objem a tvar nádoby.• Jde o nejstlačitelnější formu hmoty.• Všechny plyny jsou navzájem zcela mísitelné.• Hustota plynů je nižší než kapalin nebo tuhých látek.• Stlačitelnost plynů v závislosti na teplotě popisuje stavová

rovnice ideálního plynu:

n: látkové množství, R: plynová konstanta (8.314 J·K-1·mol-1)• Př.: Argon je inertní plyn používaný v žárovkách k

ochraně vlákna před vypařením. Žárovka, která obsahuje argon při 1.20 atm a 18°C, je zahřáta na 85°C. Jak se přitom změní tlak argonu (v atm)?

PV = nRT

Vlastnosti kapalin: povrchové napětí

Povrchová energie je energie potřebná ke zvětšení povrchu kapaliny o jednotkovou plochu.

Čím silnější jsou mezimolekulární interakce, tím vyšší je povrchová energie, resp. povrchové napětí.

Vlastnosti kapalin: smáčení

Kapilární elevace (smáčení, převládají adhezní síly) nastává pokud molekuly kapaliny a materiálu mají podobný charakter.Kapilární deprese (nesmáčení , převládají kohezní síly) nastává při značné odlišnosti charakteru molekul kapaliny a materiálu.

Vlastnosti kapalin: viskozita

Viskozita je měřítkem odporu kapaliny k toku.

Čím silnější jsou mezimolekulární interakce, tím vyšší je viskozita.

Vlastnosti kapalin: tenze

Tlak nasycené páry (tenze) je tlak páry v rovnovážném systému ve kterém látka existuje v kapalné i plynné fázi.

H2O (l) H2O (g)

počátek rovnováha

Vlastnosti kapalin: bod varu

Bod varu je teplota při které se tlak nasycené páry vyrovná vnějšímu tlaku.

Tuhé látky: struktura

Krystalická tuhá látka vykazuje rigidní prostorové uspořádání atomů, molekul nebo iontů. V krystalu se opakuje tvar elementárního rovnoběžstěnu (jednotkové/základní buňky).

jednotková buňka a její opakování ve 3D

uzlový bodmřížky

V uzlových bodech jsou atomy, molekuly nebo ionty

Základní typy jednotkových buněk

Variace základních tvarů: kubická mřížka

Určení struktury krystalů: rentgenová difrakce

Braggova rovnice

rozdíl vzdáleností =BC + CD = 2d sin = n

Difrakce: příklad

Rentgenové paprsky o vlnové délce 0.154 nm se odrážejí od krystalu pod úhlem 14.170 (pro n = 1). Jaká je vzdálenost (v pm) mezi stěnami jednotkové buňky v krystalu?

n λ = 2d sin θ n = 1 θ = 14.170 λ = 0.154 nm = 154 pm

d =n λ

2sin θ=

1 x 154 pm

2 x sin14.17= 314.0 pm

Tuhé látky: iontové krystaly

• V uzlových bodech mřížky anionty a kationty• Silné elektrostatické interakce (iontová vazba)• Obvykle tvrdé, křehké, vysoký bod tání• Špatné vodiče tepla a elektřiny

CsCl ZnS CaF2

Tuhé látky: kovalentní krystaly

• V uzlových bodech mřížky atomy• Pevné kovalentní vazby• Obvykle tvrdé, vysoký bod tání• Špatné vodiče tepla a elektřiny

diamant grafit

atomyuhlíku

Tuhé látky: molekulové krystaly

• V uzlových bodech mřížky molekuly• Slabé mezimolekulární interakce• Obvykle měkké, nízký bod tání• Špatné vodiče tepla a elektřiny

Tuhé látky: kovové krystaly

• V uzlových bodech mřížky atomy kovu• Kovová vazba mezi atomy• Různá tvrdost i body tání• Dobré vodiče tepla a elektřiny

Průřez krystalem kovu

jádro a vnitřníelektrony

mobilní “elektronový oblak”z valenčních elektronů

Krystalové mřížky kovů

Amorfní látky

krystalickýkřemen (SiO2)

nekrystalickékřemenné sklo

V amorfní tuhé látce nelze najít opakované, dobře definované prostorové uspořádání. Prostorovou strukturou se podobají amorfní tuhé látky kapalině. Na křivce zahřívání nevykazují bod tání (tají v rozmezí teplot).

Vysokoteplotní supravodiče