Gбzhalmazбllapot

1
Gázhalmazállapot
Gázok jellemzése állapothatározóikkal (p, V, T)
és anyagmennyiséggel (n) közöttük egyszeru
összefüggések (gáztörvények)
BOYLE (-MARIOTTE) törvény (A törvény névadói
Robert Boyle (16271691) ír természettudósés
filozófus volt, aki ezt a törvényt 1662-ben
fedezte fel. Edme Mariotte (16201684) francia
fizikustole függetlenül 1676-ban szintén
felfedezte.) CHARLES törvény (A törvényt
eloször Joseph Louis Gay-Lussac fogalmaztameg
1802-ben, de o Jacques Alexandre Charles (fr.)
1787 körül keletkezett kiadatlan muvére
hivatkozott.) Mj. V vs. T extrapolálásából T0
-273,15C (absz. hom. skála) AVOGADRO törvény
Gay-Lussac vegyülo 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 homérsékleten
és nyomáson azonos számú molekulát tartalmaz. 1
mól (6,0221023 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
mólraBoyle Charles
VM konst?T/pkonstans egyetemes gázállandó R
8,314 J mol1K1 Mértékegységek p Pa, V
m3 Bármely anyagmennyiségre (n)
Avogadro V
n?R?T/p Moláris tömeggel és suruséggel n m /
M, ? m / V ? p R?T??/M Mértékegység
ek n mol, m g, M g mol-1, ? g
m-3
3
móltört
4
bármelyik
5
Reálisra NEM teljesül!
6
behelyettesítve
átrendezve
7
(No Transcript)
8
REÁLIS GÁZOK
Alacsony homérsékleten, 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
tényezo (az intermolekuláris erok természetének
és hatásának
kifejezoje)
Ideális gázokra ? z 1
molekulák térfogatával
kölcsönhatásával
Több paraméter ? nagyobb pontosság
9
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 a molekulák
átlagos sebessége az edényben. Graham-törvénye
szerint az effúzió sebessége fordítottan arányos
a moláris tömeg négyzetgyökével (Thomas Graham
(skót), 1831)
Alkalmazás pl. urán 235-ös izotópok dúsítása
(elválasztás a 238-as izotópoktól
atomeromuvekhez) Módszer UF6 vegyületként gáz
halmazállapotba viheto és megfelelo porózus
membránokon áramoltatható át.
10
Gázdiffúzió A gázmolekuláknak a
koncentrációkülönbség (parciális nyomáskülönbség)
hatására végbemeno 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!!!
11
Számítási feladatok és megoldások
Maleczkiné Szeness Márta Kémiai feladatok
kémiai gondolatok A gáztörvények alkalmazása
egykomponensu rendszerek
12
(No Transcript)
13
(No Transcript)
14
Számítási példák Gázelegyek
15
(No Transcript)
16
(No Transcript)
17
Folyadék halmazállapot
18
.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
ero. Az elektron pillanatnyi fluktuációja
polarizálja a szomszédos atomot. Nagysága
néhány tized kJ/mol, Molekulamérettel no (X2,
polarizálhatóság).


F ? 1/r6. Domináns ero pl. He, Ar,
Cl2, CCl4 , CH4. b. dipol-dipol kölcsönhatás
(Keesom-féle erok) Poláris molekulák között
hat (állandó dipólus), orientációs
kölcsönhatás, nagysága néhány kJ/mol, F ?
1/r3 Domináns ero pl. HCl, H2S, CO,
CH2Cl2. Dipólusok jellemzése elektromos
dipólusmomentummal r vektor a töltéstol a
felé mutat. 1D 1/31029 Cm. c. Indukciós
kölcsönhatás (Debye-féle ero) 2. H-híd kötés
19
c. Indukciós kölcsönhatás (Debye-féle
ero) Töltéssel rendelkezo részecskék (ionok,
dipólusok) idézik elo, ha a környezetükben
apoláris molekulák vannak. Dipólusos ás
apoláris molekulák között lépnek fel
(állandó dipólus indukált
dipólus kh.). Nagysága a London és a Keesom
erok 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 töltésu H atom lép
kölcsönhatásba egy nagy elektronegativitású atom
nemköto elektronpárjával. Nagysága 10-40 kJ/mol
(legerosebb intermol. kh.). Pl. víz,
etil-alkohol, HF, aminosavak, fehérjék.
20
A FOLYADÉKOK TULAJDONSÁGAI GOZNYOMÁS, GOZTENZIÓ
Adott homérsékleten a folyadékkal egyensúlyt
tartó gáz parciális nyomása. Homérsékletfüggo!
(PÁROLGÁS, KONDENZÁCIÓ)
21
Fázisdiagram (a víz példáján)
C (374oC, 218 kPa)
Gibbs-féle fázisszabály K2 FSZ
T harmatpont (hármaspont)
C kritikus pont F fagyáspont
(olvadáspont) B forráspont TBC görbe
folyadék-goz egyensúly (párolgás,
kondenzálás) TA görbe folyadék-szilárd
egyensúly (olvadás, fagyás) TS görbe
szilárd-goz egyensúly (szublimálás, kondenzálás)
22
Viszkozitás (belso súrlódás)A viszkozitás
értelmezését elsoként Newton adta meg, aki
feltételezte, hogy a rétegek párhuzamos és
egyenletes áramlása esetén az elmozdulás
irányával ellentétes irányú súrlódó ero (F)
egyenesen arányos a súrlódó felületek nagyságával
(A) és a sebességgradienssel (du/dy). Az
arányossági tényezo az adott gáz vagy folyadék
anyagi minoségére jellemzo állandó a dinamikai
viszkozitás (?) Néhány anyag din.
viszkozitásalevego 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 homérséklet növekedésével CSÖKKEN.
23
Az a munka, amely a felület egységnyi növeléséhez
szükséges. (w ? ??A) Meniszkusz
kialakulásaHa a folyadék és az edény fala
között nagyobb a vonzó kölcsönhatás, mint a
folyadék molekulái között, akkor a meniszkusz
homorú (üveg víz), ellenkezo esetben domború
(üveg higany).
24
(No Transcript)
25

• IONOS OLDATOK
• - ionos anyagok pl. vízben ionokra disszociálódva
  oldódnak (RÁCSENERGIA lt HIDRATÁCIÓ)
• - RÁCSENERGIA függ ionok töltésével egyenes,
  szomszédos ionok távolságával fordítva arányos
• - HIDRATÁCIÓ függ ionok töltésével egyenes,
  ionmérettel fordítva arányos

HASONLÓ FÜGGÉS!!!
26
(No Transcript)
27
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
28

• 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 ido után aggregáció a kolloid
  részecske kiválik
• DE a felületen adszorbeálódott azonos töltésu
  ionok taszítása lassítja a
• kiválást
• - koagulálódás kolloid kicsapódik az oldatból,
  pl. só vagy savanyítás,
• vagy homérséklet emelés hatására (pl.
  deltatorkolat kialakulása)

ASSZOCIÁCIÓS KOLLOIDOK - micellák hidrofób
hidrofil végzodésu molekulák diszpergálódnak
vízben - pl. a szappan a vízben CH3(CH2)16COO-
Na hidrofób hidrofil
végzodés
- zsiradék oldódik a micellában -
hidrofil környezet
29
A valódi oldatok kolligatív sajátságai
Az oldott anyag minoségétol NEM, hanem a
RÉSZECSKESZÁMától és az oldószer MINOSÉGÉtol
függ, a változásokat a híg oldatok törvényei
(Raoult-törvények) írják le.
Nem illékony anyag oldásával az oldat GOZNYOMÁSA
a tiszta oldószeréhez képest csökken
ahol P az oldat, P0 a tiszta oldószer
goznyomása X az oldott (nem illó) anyag
móltörtje CR a Raoult koncentrációja
(molalitása) Mo az oldószer moláris tömege
i a vant Hoff-féle koefficiens (nem ionos
oldatokban i 1)
30
A goznyomáscsökkenés következményei a
fázisdiagrammon
A hármaspont eltolódásával!!!
?Td
a forráspont emelkedése
a dermedéspont csökkenése
31
Az oldószerre jellemzo értékek Pl. a víz
ebullioszkópos állandója ?TMf 0,52 fok mol-1
kg krioszkópos állandója ?TMd
1,86 fok mol-1 kg
32
Az oldat ozmózisnyomása
Az ozmózis oka az, hogy kémiai
potenciálkülönbség van az egymással érintkezo két
oldat komponensei között és az önként végbemeno
kiegyenlítodés folyamán a részecskék
méretviszonyai miatt a kisebb koncentrációjú
oldat felol több oldószer-molekula jut idoegység
alatt a féligátereszto hártyán keresztül a
töményebb oldatba, mint onnét vissza a hígabb
oldatba. Ennek az egyensúlyra vezeto folyamatnak
az eredményeként az oldott anyag kémiai
potenciálja a töményebb oldatban csökken (a vízé
pedig no), a kisebb koncentrációjú oldatban pedig
az oldott anyag kémiai potenciálja megno (a vízé
pedig csökken).
A folyadékszint a csoben addig emelkedik, ameddig
a hidrosztatikai nyomás (h) egyenlové nem válik
az ozmózisnyomással (?)             
? ? g h
Nem túl tömény oldatokra (vant Hoff-törvény)
? i C R T
féligátereszto hártya
ahol C a mol/dm3 koncentráció (molaritás)
33
Az ozmózisnyomás gyakorlati jelentosége
Pl. az élo szervezetekben. A növényi és
állati sejtek jelentos része vizes oldat, amelyet
olyan féligátereszto 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 eso esetén.
A növényi nedvek ozmózisnyomása a 20 bar-t is
elérheti. Ez teszi lehetové, 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 környezo 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-klorid
oldattal 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
nevu szuroben kering a vér, a szuroben levo
speciális kapillárisok külso oldalán pedig egy
testhomérsékletre felmelegített, a vérnek
megfelelo összetételu speciális sóoldat, az ún.
dializáló oldat, és ebbe jutnak át a két teret
elválasztó membránon keresztül a vérbol a
salakanyagok. A sóoldat állandóan cserélodik és
mindig magával viszi, kimossa a méreganyagokat. A
salakanyagok a dializátor kapillárisainak
membránján szurodnek ki, melyen nagyszámú finom
lyuk van. Ezeken a kisméretu lyukakon a sók, a
víz és méreganyagok átjutnak, de a nagyméretu
anyagok és vérsejtek nem.
34
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.
(Surusége 20 oC-on 0,998 g/cm3)
32. oldal 13. A 60 tömegszázalékos
ecetsav-oldat surusége 1,064 g/cm3. Hány mólos az
oldat?
35
34. oldal 54. 1000 cm3 50 tömegszázalékos, 1,636
g/cm3 suruségu Cd(NO3)2-oldathoz 2,00 dm3 vizet
öntünk. Mi a keletkezett oldat móltörtekkel
kifejezett koncentrációja és térfogata, ha
surusége 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?
36
Híg oldatok törvényei
59. oldal 121. Hány fokon forr légköri nyomáson
az a szolocukor-oldat, amelynek tenziója 1 -kal
kisebb, mint a tiszta vízé?
122. Befagy-e a folyadék abban a cukorgyári
csovezetékben, amelyben egy kilogrammonként 450 g
répacukrot (C12H22O11) tartalmazó vizes oldat
kering, ha a környezet homérséklete -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?
37
A SZILÁRD ANYAGOK
Atomokból, molekulákból, vagy ionokból felépülo,
a szerkezeti egységek között eléggé eros
kölcsönhatások alkotta anyagok. A csoportosításuk
egyik módja éppen a szerkezeti egységeket
összetartó EROK TÍPUSAIN alapul.
38
Kristályos és amorf anyagok
39
A kristályrács
40
Anyagi tulajdonságok és a rácstípusok kapcsolata
41
(No Transcript)
42
TERMOKÉMIAI FOGALMAK (Halmazállapotváltozások
entalpiája is)
43
(No Transcript)
44
(No Transcript)
45
(No Transcript)
46
HESS TÖRVÉNYE
Összetett folyamatok entalpiaváltozása csak a
kezdeti- és végállapottól függ, független a
lejátszódó részfolyamatoktól.
47
KÉPZODÉSI ENTALPIÁK
Kalorikus mérések és a Hess-törvény segítségével
majdnem minden reakció ?H-ját meghatározhatjuk.
Az egyes reakciók adatai összegyujthetok, késobb
felhasználhatók. Ezért kényelmes megoldás a
vegyületek képzodési ?H-ját elemeikbol
meghatározni
48
A TERMOKÉMIA ALKALMAZÁSI TERÜLETEI
49
BORN-HABER ciklus