Substancje - Notatki - Chemia - Część 1, Notatki'z Chemia. University of Podlasie in Siedlce
hannibal00
hannibal008 March 2013

Substancje - Notatki - Chemia - Część 1, Notatki'z Chemia. University of Podlasie in Siedlce

PDF (737.9 KB)
13 strona
528Liczba odwiedzin
Opis
Notatki dotyczące tematów z dziedziny chemii: substancje; gazy, ciecze, ciekłe kryształy, rozpuszczalność.
20punkty
Punkty pobierania niezbędne do pobrania
tego dokumentu
Pobierz dokument
Podgląd3 strony / 13
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.

Wstęp

Stan skupienia materii w warunkach zbliżonych do warunków normalnych, czyli w warunkach , z

którymi najczęściej mamy do czynienia, zależy głównie od masy elementów tworzących daną

materię. Elementy o masie poniżej 80 daltonów występują w tych warunkach przeważnie w stanie

gazowym, elementy o masie około 80-200 daltonów tworzą najczęściej ciecze, a powyżej 200

daltonów ciała stałe. Granice te należy traktować raczej jako szacunkowe określenie rzędu

wielkości niż jako konkretne wartości. Należy przy tym pamiętać, że stan skupienia zależy

między innymi od masy cząsteczkowej, nie jest to jednak czynnik jedyny.

Jeżeli cząsteczki (w rozumieniu pojedynczych, samodzielnych skupisk masy, niekoniecznie

będących cząsteczkami w rozumieniu chemicznym) mają masę na tyle małą, że ich energia

translacji (ruchu postępowego) w danych warunkach jest zdolna przezwyciężyć wszelkie

oddziaływania międzycząsteczkowe (siły van der Waalsa) oraz siły grawitacji, to cząsteczki te

starają się zgodnie z zasadą rosnącej entropii rozprzestrzenić się na całą możliwą do zajęcia

objętość. Mamy wówczas do czynienia z gazem.

Jeśli energia translacji nie jest zdolna przezwyciężyć sił spójności, cząsteczki stanowią zbiór tylko

częściowo niezależnych elementów. Siła grawitacji powoduje, że nie są zdolne (przynajmniej w

przeważającej ich części) do rozprzestrzeniania się poza zasięg oddziaływania sił

międzycząsteczkowych, stąd wypełniają naczynie nie w całej jego objętości, ale tak by osiągnąć

minimum energii potencjalnej. Ponieważ siły wiążące cząsteczki są na tyle jednak słabe, że

pozwalają przemieszczać się cząsteczkom względem siebie, ciecz nie posiada swojego kształtu a

wypełnia kształt naczynia.

Ciała stałe, a więc takie które mają własny kształt, możemy podzielić na dwie grupy o różnych

właściwościach i strukturze: ciała krystaliczne i bezpostaciowe. Te pierwsze charakteryzują się

budową cząsteczek pozwalającą na tworzenie (poprzez silne oddziaływania międzycząsteczkowe)

przestrzennych struktur o uporządkowanej, modułowej budowie - kryształów. Ciała

bezpostaciowe tworzą nieregularne struktury i można je raczej pod tym względem zaliczyć do

cieczy o bardzo dużej lepkości. Pod wpływem temperatury nie topią się w stałej temperaturze jak

kryształy tylko powoli miękną, przechodząc przez formy plastyczne w ciecz.

Jak zwykle należy przypomnieć, że i ten podział, jak wiele innych, nie obejmuje precyzyjnie

wszystkich przypadków występujących w przyrodzie (patrz ciecze w stanie nadkrytycznym, ciekłe

kryształy, ...), i jak zwykle ma służyć tylko ogólnemu rozróżnieniu stanów skupienia w celu

łatwiejszego uogólniania pewnych reguł występujących w naturze.

docsity.com

"rzeczywista" masa

cząsteczkowa

Stan skupienia

Do około 70 D gaz Ciecz w stanie

nadkrytycznym Około 70 – 150

D ciecz

Powyżej 150 D ciało stałe krystaliczne

ciekłe kryształy

kryształy molekularne

kryształy kowalencyjne

kryształy jonowe

bezpostaciowe

W tabeli poniżej na kilku przykładach można prześledzić, jak stan skupienia (szare tło - ciała

stałe, niebieskie tło - ciecze, pozostałe - gazy) potrafi być w sprzeczności z formalną masą

cząsteczkową i jak substancje o prawie identycznych masach cząsteczkowych różnią się

stanami skupienia. Najbardziej spektakularnym przykładem jest metan (16), amoniak (17) i

woda (18). Związki te, o niemal identycznej masie cząsteczkowej, zgodnie z reguła masa a

stan skupienia, powinny być gazami, skąd zatem postać wody? Odpowiedź znajduje się na

schemacie poniżej. Tam też odpowiedź, dlaczego ester kwasu benzoesowego, o masie

przecież większej nią sam kwas, jest cieczą, skoro kwas jest ciałem stałym.

związek wzór m. cz.

lotność związek wzór m. cz. lotność

metan CH4 16 woda H2O 18 +

amoniak NH3 17 tlenek węgla(II) CO 28 wodorotlenek litu LiOH 24

CO2 44 etanol C2H5OH 46 +++ Cl2 71 aceton (CH3)2CO 58 +++

eter (C2H5)2O 74 ++++ toluen C6H5CH3 92 + fenol C6H5OH 94 -

heksan C6H14 86 ++ anilina C6H5NH2 93

docsity.com

chloroform CHCl3 119 +++ kwas benzoesowy C6H5COOH 122 salicylan metylu C6H5 (OH) COOCH3 152 - kwas salicylowy C6H5 (OH) COOH 138

C11H24 156 tetrachlorek węgla CCl4 154 +++

W cząsteczce wody atom tlenu dość silnie ściąga parę elektronów wiązań O—H w kierunku

tlenu, powodując powstanie na atomach wodoru cząstkowych ładunków dodatnich.

Cząsteczki wody, ze względu na powstały tym sposobem duży moment dipolowy, tworzą od

sześcio- do ośmiocząsteczkowe agregaty, łącząc się wiązaniami wodorowymi. Amoniak

tworzy dipole o mniejszym momencie dipolowym (mniejsza różnica elektroujemności N—H)

i wiązania wodorowe tu nie są w stanie tworzyć tak trwałych połączeń jak w przypadku

wody. Te międzycząsteczkowe wiązania wodorowe w przypadku wody są przyczyną wielu

jej zaskakujących właściwości.

Także w przypadku wielu kwasów organicznych (jak w poniższym przykładzie) ze względu

na bardzo silne wiązania wodorowe między grupami karboksylowymi, kwas występuje w

postaci ciała stałego ("rzeczywista" masa dwa razy większa od nominalnej), choć ester

metylowy jest najczęściej cieczą (brak wiązań wodorowych na skutek zablokowania

karboksylu i masa cząsteczkowa nominalna i rzeczywista są identyczne).

docsity.com

SUBSTANCJE - gazy

Gazy stanowią postać materii dość precyzyjnie dającą się opisywać różnymi ogólnymi

prawami. Odstępstwa od ogólnych praw wywoływane są najczęściej przez oddziaływania

międzycząsteczkowe, które w gazach są przeważnie tak nikłe, że możemy je zaniedbywać.

Gazy rzeczywiste, spotykane w przyrodzie najczęściej spełniają dość dobrze większość praw

ustalonych dla gazów idealnych, czyli takich w których międzycząsteczkowe oddziaływania

nie występują. Ponieważ w gazach rzeczywistych są one nikłe, ale są, gazy rzeczywiste

zaczynają odbiegać swoimi właściwościami od praw gazowych w miarę jak rosnące ciśnienie

i malejąca temperatura przybliża je do stanu przejścia w ciecz (skroplenie). Zarówno jeden

jak i drugi czynnik powoduje zbliżenie się cząsteczek gazu do siebie, a co za tym idzie,

wzrost oddziaływań sił międzycząsteczkowych (van der Waalsa) do rozmiarów, których już

zaniedbać nie można.

Podstawowe prawa gazu doskonałego można zapisać w postaci:

p·V = n·R·T

gdzie: p - ciśnienie, V - objętość, n - ilość moli gazu, R - stała gazowa, T - temperatura w

kelwinach.

Z tego ogólnego zapisu można wywieść pozostałe prawa gazowe.

Z tego prawa wynika również, że takie same ilości różnych gazów w tych samych warunkach

maja taka samą objętość:

docsity.com

Dla warunków normalnych i 1 mola gazu wartość ta, zwana objętością molową, wynosi 22,4

dm 3 .

Dla każdego gazu, który można uznać za spełniający warunki gazu idealnego, można na

podstawie jego gęstości wyznaczyć masę cząsteczkową.

Prawo Daltona mówi, że jeżeli mieszanina gazów idealnych wywiera ciśnienie P, to udział

poszczególnych gazów w tym sumarycznym ciśnieniu jest proporcjonalny do ich ułamków

molowych. Ciśnienie jest skutkiem zderzeń cząsteczek gazu ze ścianami naczynia, w którym

ten gaz jest zamknięty. Jeżeli zakładamy brak jakichkolwiek oddziaływań między

cząsteczkami gazu, to prawdopodobieństwo uderzenia w ścianę naczynia dla każdej

cząsteczki jest takie same, zatem ilość zderzeń jest zależna tylko od ilości danych cząsteczek

w naczyniu. Stąd wniosek, że stosunek ilości zderzeń ze ścianą naczynia cząsteczek A i

cząsteczek B będzie równy stosunkowi ilości tych cząsteczek w naczyniu, a więc stosunkowi

ich ułamków molowych. Z rozważań tych wynika także, że ciśnienie parcjalne każdego za

składników mieszaniny gazów doskonałych (lub do doskonałych zbliżonych) będzie równe

ciśnieniu, jakie wywierałby ten gaz, gdyby sam zajmował identyczną objętość co badana

mieszanina (oczywiście w tej samej temperaturze).

Jeżeli ułamek molowy składnika A wynosi XA a ciśnienie sumaryczne mieszaniny wynosi P,

to ciśnienie parcjalne składnika A wynosi:

pA = XA·P

Podobna zależność występuje dla roztworów gazów w cieczach. Prężność gazu nad

roztworem w cieczy jest proporcjonalna do jego stężenia w roztworze (prawo Henry'ego):

p = k·X

gdzie - X ułamek molowy gazu w roztworze, p- prężność (ciśnienie cząstkowe, parcjalne)

gazu nad roztworem, k - współczynnik proporcjonalności

Zwiększając ciśnienie globalne fazy gazowej nad roztworem (rośnie wówczas także p)

zwiększamy ilość rozpuszczonego gazu. Zmniejszając natomiast ciśnienie nad roztworem

gazu powodujemy jego częściowe przejście z roztworu do fazy gazowej, bowiem niższe

ciśnienie to niższe stężenie w roztworze. Wszyscy znamy doskonale ten efekt towarzyszący

otwarciu butelki noworocznego szampana, czy bardzie prozaicznie puszki coli lub innego

napoju gazowanego.

O ile wzrost stężenia wpływa dodatnio na rozpuszczalność gazu w cieczy, o tyle temperatura

ma działanie przeciwne. Tłumaczyć to możemy zjawiskowo - większa energia translacji

docsity.com

ułatwia większej ilości cząsteczek gazu wyrwanie się z objętości cieczy i przejścia z

powrotem w stan gazowy. Możemy spojrzeć na tę zależność inaczej - ponieważ

rozpuszczanie gazu jest zjawiskiem egzotermicznym, sprzyjać mu będzie obniżanie

temperatury.

Generalnie rozpuszczalność gazów w cieczach (a przede wszystkim mamy tu na myśli wodę)

jest stosunkowo niewielka, nawet dla gazów wchodzących w silne oddziaływania z wodą, jak

CO2 czy NH3. Oczywiście są tu wyjątki, najczęściej jednak wówczas nie chodzi o

rozpuszczalność a o reakcje chemiczne z rozpuszczalnikiem.

Ciecz w stanie nadkrytycznym

Gaz można skroplić dopiero w temperaturze poniżej pewnej temperatury, zwanej temperaturą

krytyczna i powyżej pewnego ciśnienia, zwanego ciśnieniem krytycznym. Skroplenie gazu w

warunkach nie odpowiadających tym parametrom jest niemożliwe. Jeżeli jednak gaz

sprężymy powyżej ciśnienia krytycznego, ale jego temperatura będzie jednak wyższa od

krytycznej - uzyskamy stan materii zwany cieczą w stanie nadkrytycznym. Jest to stan

łączący cechy gazu (niska lepkość, łatwość penetracji) z cechami cieczy (rozpuszczanie

substancji stałych).

Zjawisko istnienia cieczy w stanie nadkrytycznym wykorzystano do procesów ekstrakcji

(SFE) i chromatografii (SFC), najczęściej stosując ditlenek węgla, którego ciśnienie

krytyczne wynosi 73 atm a temperatura krytyczna 31,3 o C.

SUBSTANCJE – ciecze

Struktura

Ciecz jest zbiorem cząsteczek o na tyle dużej masie cząsteczkowej ("rzeczywistej" nie

formalnej), że siły grawitacji mają znaczący wpływ na ich zachowanie. Siły oddziaływań

międzycząsteczkowych są z kolei tak niewielkie, że ciecz nie ma własnego kształtu -

cząsteczki przemieszczają się dość swobodnie względem siebie - natomiast na tyle duże by

powodować zjawisko napięcia powierzchniowego i ciągłości strugi. Ponadto siły te powodują

wystąpienie zjawiska lepkości cieczy, czyli konieczności użycia czasem stosunkowo dość

znacznej siły, w celu przesunięcia jednej warstwy cieczy względem drugiej. Przyjęto za ciecz

uznawać substancje, które wypełniają kształt naczynia, zachowują się zgodnie z prawem

powszechnego ciążenia i tworzą fizycznie ciągłą strukturę. Ciecz, po dostarczeniu jej

odpowiedniej ilości energii (podgrzaniu), coraz intensywniej przechodzi w stan gazowy

(paruje) pokonując dość łatwo, ze względu na ich niewielkie wartości, siły spójności

(oddziaływania międzycząsteczkowe) i grawitacji ziemskiej. Z drugiej strony łatwo ciecz

ochłodzić do wartości energii kinetycznej warunkującej znaczący wpływ sił

docsity.com

międzycząsteczkowych i grawitacyjnych na postać danej substancji. Zestalenie się cieczy w

odpowiednich warunkach może być spowodowane wytworzeniem sieci krystalicznej

(krystalizacja) bądź tylko gęstym upakowaniem dość chaotycznie ułożonych cząsteczek pod

wpływem sił grawitacji ziemskiej. W tym drugim przypadku mówimy o powstaniu

bezpostaciowego ciała stałego (parafina, smoła itp.).

Napięcie powierzchniowe

Na każdą cząsteczkę cieczy znajdującą się w głębi fazy ciekłej działają siły Van der Waalsa.

Ponieważ siły te są identyczne dla wszystkich cząsteczek i działają na wszystkich kierunkach

nie powodują one żadnego różnicowania cząsteczek. Inaczej jest jednak w przypadku

cząsteczek znajdujących się na granicy faz. Taka granicą najczęściej spotykana jest

powierzchnia cieczy, nad którą znajduje się jej para (ta sama substancja ale w stanie

gazowym). Tu siły działające na cząsteczki od strony cieczy są znacznie silniejsze niż ze

strony fazy gazowej (mniejsza ilość cząsteczek).

W rzeczywistości sytuacja jest najczęściej bardziej skomplikowana - fazę II stanowią nie

tylko cząsteczki pochodzące z fazy I ale także inne (np. powietrze), a faza I nie zawsze jest

substancją ciekłą, może to być np. roztwór. W każdym jednak przypadku cząsteczki na

granicy faz poddawane są innym siłom ze strony własnej fazy a innym ze strony fazy

przyległej. Na powierzchni pojawia się pewna siła, zwana napięciem powierzchniowym, która

próbuje cząsteczki z powierzchni "wciągnąć " w głąb, dąży do zmniejszenia powierzchni (aby

osiągnąć minimum energii - "naturalne" dążenie wszelkiej materii). Im silniejsze siły

spójności fazy I (siła "do wewnątrz") i im słabsze oddziaływanie z fazą II (siły "na zewnątrz")

tym większa wartość napięcia powierzchniowego.

docsity.com

Napięcie powierzchniowe definiujemy, jako pracę potrzebna do powiększenia powierzchni

granicznej między fazami. Najczęściej rozumiemy tu granicę między cieczą i jej para

nasyconą.

Napięcie powierzchniowe odpowiedzialne jest za zjawiska występowania sił kapilarnych,

powodujących "wędrówkę" cieczy w cienkich, kapilarnych rurkach (np. naczynia włosowate

roślin) wbrew sile ciążenia, co ma ogromne znaczenie m.in. w przyrodzie ożywionej. Jeżeli

siły przylegania (adhezji) cząsteczek cieczy do ścianek włosowatej rurki są większe niż siły

spójności cieczy (oddziaływań między cząsteczkami cieczy) to tworzy się menisk wklęsły -

powiększa się powierzchnia cieczy (w stosunku do idealnie płaskiej) i rośnie energia

powierzchniowa. Aby zapobiec temu energetycznie "niekorzystnemu" zjawisku ciecz w rurce

podnosi się, próbując przywrócić płaski kształt powierzchni. Proces trwa tak długo, aż ciężar

słupa cieczy zrównoważy siłę napięcia powierzchniowego. Jest to zresztą jeden ze sposobów

pomiaru napięcia powierzchniowego.

Siła napięcia powierzchniowego wynosi 2r( - napięcie powierzchniowe,

charakterystyczne dla danej cieczy)

zaś ciężar słupa cieczy to jego objętość (r2h) razy gęstość d i razy przyspieszenie ziemskie g.

Po przyrównaniu tych dwu wartości i prostych przekształceniach otrzymujemy wzór na

obliczenia napięcia powierzchniowego na podstawie wysokości słupa cieczy h w konkretnej

kapilarze. Wyznaczywszy w ten sam sposób wysokość h widzimy, że zależy ona odwrotnie

proporcjonalnie od średnicy rurki. Stąd efekt jest znaczny tylko w cienkich kapilarach.

docsity.com

Dla cieczy o siłach spójności większych niż siły adhezji (ciecze nie zwilżające danej

powierzchni, np. woda na powierzchni pokrytej warstwą silikonu lub tłuszczu, rtęć w

stosunku do szkła) następuje efekt odwrotny - powstaje menisk wypukły i ciecz w kapilarze

obniża swój poziom poniżej poziomu w naczyniu.

Napięcie powierzchniowe między fazami ciekłymi jest odpowiedzialne za trwałość układów

dyspersyjnych - emulsji. Ogólnie przez emulsję rozumiemy układ dwóch nie mieszających się

cieczy (hydrofobowej zwanej "olej" i hydrofilowej zwanej "woda"), w którym jedna z cieczy,

rozbita na maleńkie kulki jest zawieszona w drugiej, stanowiącej fazę ciągłą. Rozróżniamy

emulsje typu "olej w wodzie" (O/W) lub "woda w oleju" (W/O), w zależności czy fazą

rozproszona jest substancja hydrofobowa "olej" (O/W) czy hydrofilowa "woda" (W/O).

Emulsjami O/W są np. mleko, śmietana, kremy kosmetyczne, różnego rodzaju "mleczka", zaś

W/O to maści, tłuste kremy.

Ponieważ w emulsjach powierzchnia styku dwóch faz (niemieszajacych się składników) jest

bardzo duża, układ może być trwały tyko w przypadku, gdy siły napięcia powierzchniowego

między fazami będą bliskie zeru. Tak w przyrodzie, jak i w emulsjach tworzonych przez

człowieka do tego celu wykorzystuje się substancje trzecie, zwane emulgatorami, tenzydami,

środkami powierzchniowoczynnymi, których budowa powoduje, że umieszczają się one na

granicy faz, jedną częścią "zanurzone" w fazie hydrofilowej a drugą w hydrofobowej.

Tworząc taką monomolekularną warstewkę przyjmują na siebie "bycie granicą faz", a

ponieważ ich powinowactwo do obu faz jest podobne, powodują praktycznie zanik napięcia

powierzchniowego (dobre emulgatory) lub przynajmniej jego poważne obniżenie (środki

powierzchniowe czynne).

Także mycie czy pranie polega głównie na tym, że obniżone przez mydło czy składniki

proszku do prania napięcie powierzchniowe wody ułatwia wypłukanie "tłustego" brudu.

Lepkość cieczy

Jeżeli jedną warstwę cieczy (A) o powierzchni P chcemy przesuwać względem drugiej (B) z

szybkością względną równą dv a odległość między nimi wynosi dx, to siła F potrzebna do

tego będzie wynosić:

docsity.com

Siła F potrzebna jest w celu pokonania sił międzycząsteczkowych wiążących poszczególne

cząsteczki stykających się warstw cieczy (tarcie wewnętrzne) oraz nadanie cząsteczkom

odpowiedniego przyspieszenia. Współczynnik nosi nazwę współczynnika lepkości lub

krócej nazywamy go lepkością dynamiczną i jest wyrażany w jednostkach zwanych puazami

(wymiar - N·s/m 2 ), przy czym, ze względu na najczęściej występujące w praktyce wartości

lepkości, przeważnie wyrażamy go w centypuazach (cP). Można się również spotkać z

lepkością wyrażoną w stokesach (sztoksach) lub częściej z analogicznych powodów w

centystokesach (cSt). W tym drugim przypadku chodzi o tzw. lepkość kinematyczną, tzn.

lepkość dynamiczną podzieloną przez gęstość cieczy. Lepkość kinematyczna, bywa także

nazywana lepkością właściwą, uwzględnia ona bowiem, że część siły F zostaje zużyta na

pokonanie bezwładności cieczy.

Do pomiaru lepkości cieczy służą lepkościomierze (wiskozymetry). Najpopularniejsze to

wiskozymetry Ostwalda i Englera, gdzie oblicza się lepkość przez pomiar czasu przepływu

badanej cieczy przez rurkę kapilarną, lub wiskozymetr Höplera, w którym mierzy się czas

opadania standaryzowanej kulki w przezroczystej rurce napełnionej badaną cieczą.

Ciekłe kryształy

Ciekły kryształ jest to stan materii, w którym zachowuje ona większość cech cieczy (np.

wielkość lepkości), jednocześnie utrzymując uporządkowanie cząsteczek względem siebie, co

nadaje jej cechy kryształu - przede wszystkim anizotropię (różne właściwości fizyczne w

różnych kierunkach). Z codzienności znamy ciekłe kryształy jako podstawowy składnik

różnego typu wyświetlaczy, gdzie wykorzystuje się ich cechy cieczy (np. łatwość

uzyskiwania ciągłych, cienkich warstw - filmu) i kryształu (zmianę gęstości optycznej pod

wpływem pola elektrycznego). Ciekłe kryształy tworzą związki o szczególnej budowie

cząsteczki (np. duże płaszczyzny, spirale, długie łańcuchy), posiadające jednocześnie grupy

funkcyjne silnie oddziaływujące ze sobą, rozmieszczone w cząsteczce w tak korzystny

sposób, że umożliwiają utrzymanie "krystalicznego" porządku w przestrzeni. Ze względu na

sposób rozmieszczenia cząsteczek w cieczy krystalicznej rozróżniamy między innymi:

smektyki (cząsteczki ułożone w warstwy) i nematyki (cząsteczki tworzą włókna). Te ostatnie

można orientować w przestrzeni polem magnetycznym lub elektrycznym, powodując zmiany

przezroczystości, co zostało wykorzystane w wielu czytnikach, wyświetlaczach czy

komputerowych monitorach LCD.

docsity.com

Rozpuszczalność

Podstawową regułą rządząca zjawiskiem rozpuszczania (tworzenia roztworu ciała stałego w

cieczy) oraz mieszania się cieczy jest reguła krótko określająca, że podobne rozpuszcza się

(miesza się) w podobnym. Przez "podobne" rozumiemy tu przede wszystkim polarność

cząsteczek mieszających się w roztworze. Zastanówmy się, co legło u podstaw tej reguły i

dlaczego niektóre substancje praktycznie wcale (lub tylko w bardzo ograniczonym zakresie)

nie mieszają się ze sobą.

Najpierw rozpatrzmy przypadek, gdy polarną substancję A (ciało stałe) próbujemy

rozpuścić w niepolarnym rozpuszczalniku B (np. sacharozę w heksanie). Cząsteczki

substancji polarnej są silnie powiązane ze sobą siłami elektrostatycznymi i niepolarne

cząsteczki rozpuszczalnika B nie są w stanie wniknąć pomiędzy cząsteczki A. Jeśli nawet w

jakiś sposób uzyskamy cząsteczkową dyspersję substancji A w B, to natychmiast dipole A

powtórnie połączą się ze sobą a niepolarne cząsteczki B nie będą w stanie im w tym

przeszkodzić.

Jeżeli ciało stałe jest substancją niepolarną i próbujemy rozpuścić je w polarnej cieczy (np.

parafina w wodzie) to ten sam mechanizm nie pozwoli wniknąć cząsteczkom niepolarnego

ciała stałego pomiędzy silnie powiązane polarne cząsteczki rozpuszczalnika. Analogiczne

będzie zachowanie się dwóch cieczy znacznie różniących się polarnością (np. woda i heksan).

A teraz rozpatrzmy przypadki substancji "podobnych". Tu też będą dwa przypadki. Pierwszy

kiedy rozpuszczamy (mieszamy) dwie substancje niepolarne (np. parafina w benzenie).

Ponieważ między cząsteczkami substancji niepolarnej A brak znaczniejszych sił wiążących te

cząsteczki, a i w przypadku substancji B praktycznie takie siły nie występują - cząsteczki A

najczęściej bez kłopotów mieszają się z cząsteczkami B tworząc roztwór.

Przypadek drugi to polarna substancja rozpuszczana i polarny rozpuszczalnik. Tu cząsteczki

rozpuszczalnika posiadając ładunki na biegunach dipola maja "siłę" pozwalająca im wnikać

pomiędzy cząsteczki substancji rozpuszczanej i otaczać cząsteczki wciągnięte do roztworu

cząsteczkami rozpuszczalnika (solwatacja) i tym sposobem chronić je przed ponownym

łączeniem się w sieć krystaliczną.

docsity.com

1. Niepolarne cząsteczki rozpuszczalnika (niebieskie) nie mogą pokonać sił spójności między

polarnymi cząsteczkami substancji rozpuszczanej (czarne elipsy) a cząsteczki substancji

rozpuszczonej są "wyłapywane" z roztworu poprzez działanie pola elektrycznego dipoli.

2. Dipole rozpuszczalnika (niebieskie) łatwo wnikają między cząsteczki substancji

rozpuszczanej, a cząsteczki substancji rozpuszczanej są siłami elektrostatycznymi wciągane

do roztworu (czerwone strzałki) gdzie otoczka solwatacyjna chroni je przed spotkaniem z

inną cząsteczką związku i możliwością odtworzenia sieci krystalicznej.

Mieszanie cieczy

Ponieważ nie ma substancji tak zupełnie niepolarnych a i substancje polarne różnią się nieraz

znacznie wielkością momentu dipolowego, omówione powyżej przykłady różnych

rozpuszczalności to tylko pewne graniczne przypadki. Przyroda pełna jest układów

pośrednich. Ponadto należy mieć na względzie, że polarność to nie jedyny, choć bardzo

istotny czynnik wpływający na rozpuszczalność. Duże znaczenie w utrzymaniu rozproszenia

docsity.com

cząsteczek ma ich energia kinetyczna (translacyjna) wyrażana temperaturą roztworu.

Szczególnie wyraźnie można to zaobserwować na przykładzie cieczy. Prócz cieczy

mieszających się bez żadnych ograniczeń (np. etanol/woda) i cieczy nie mieszających się

(niższe węglowodory parafinowe/woda) mamy układy o ograniczonej mieszalności. Układy

te podzielić możemy na trzy grupy: ciecze mieszające się ograniczenie do pewnej

temperatury, później mieszają się bez ograniczeń, ciecze mieszające się bez ograniczeń

poniżej pewnej temperatury, powyżej której ich mieszanie jest ograniczone, oraz ciecze, które

charakteryzują się ograniczona mieszalnością w pewnym zakresie temperatur, powyżej zaś i

poniżej tych temperatur mieszają się nieograniczenie.

Te trzy grupy mieszalności ilustrują poniższe diagramy.

Odczytuje się je w następujący sposób (pierwszy diagram): Jeżeli w temperaturze T1

przygotuję mieszaninę cieczy A i B o składzie X, to jeżeli punkt P określony temperaturą i

składem mieszaniny, znajdzie się w obrębie pola wyznaczonego przez krzywą, oznacza to, że

otrzymam układ dwufazowy. Jedną fazą będzie nasycony roztwór substancji B w A, o

składzie jak w punkcie a, zaś druga faza to nasycony roztwór A w B o składzie określonym

punktem b.

Krzywe mieszalności na tych diagramach określają skład roztworów nasyconych w danej

temperaturze (B w A - lewa gałąź krzywej i A w B- prawa gałąź). W przypadku pierwszego

diagramu widzimy, że w miarę wzrostu temperatury składy tych dwóch roztworów

nasyconych zbliżają się do siebie, aby w temperaturze To się zrównać, co oznacza zanik dwu

faz i powstanie roztworu. Powyżej tej temperatury ciecze A i B mieszają się bez ograniczeń.

Dla drugiego diagramu obserwujemy podobny przebieg zależności, tyle że tu wzajemna

docsity.com

komentarze (0)
Brak komentarzy
Bądź autorem pierwszego komentarza!
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
Docsity is not optimized for the browser you're using. In order to have a better experience we suggest you to use Internet Explorer 9+, Chrome, Firefox or Safari! Download Google Chrome