Repetition F6. Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00

Transkript

1 Repetition F6 Tillståndsvariabler: P, V, T, n Ideal gas ingen växelverkan allmänna gaslagen: PV = nrt Daltons lag: P = P A + P B + Kinetisk gasteori trycket följer av kollisioner från gaspartiklar i ständig rörelse medelhastighet och temperatur är kopplade

2 Repetition F6 forts. Reell gas intermolekylär växelverkan avviker från allmänna gaslagen

3 F7 Intermolekylär växelverkan / kondenserade faser Hur kan vi se effekterna av intermolekylär växelverkan? Reella gaser avviker från allmänna gaslagen Kondenserade faser existerar Vätskor kan flyta ut, men hålls samman och bildar en yta mot omgivningen Fasta ämnen kräver mekanisk påverkan för att ändra form

4 Intermolekylär växelverkan Repulsion Överlapp mellan elektronmoln Kort räckvidd Attraktion Elektrostatiska krafter Dispersionskrafter Vätebindning Längre räckvidd

5 Elektrostatisk vxv jon-jon vxv Coulombpotential E P = q 1 q 2 4πε 0 r q 1 q 2 E P = potentiell energi q 1, q 2 = jonladdning r = avståndet ε 0 = permittiviteten hos vakuum (elektriska konstanten) attraktion om q 1, q 2 har olika tecken, annars repulsion r Större laddning eller kortare avstånd ger starkare växelverkan

6 Elektrostatisk vxv jon-dipol vxv En dipol är två lika stora laddningar δ med motsatt tecken (nettoladdningen=0) på ett (litet) fixt avstånd a, vilket ger ett dipolmoment, µ = δ a Polära molekyler har dipolmoment a försumbart jämfört med r E P q 1µ 2 r 2 attraktion vid gynnsam orientering a

7 Jon-dipol vxv ett exempel Hydratisering av joner Vatten vänder syre-sidan (negativ laddning) mot katjoner (positiv laddning) Vatten vänder väte-sidan (positiv laddning) mot anjoner (negativ laddning)

8 Elektrostatisk vxv dipol-dipol vxv E P µ 1µ 2 r 3 attraktion vid gynnsam orientering

9 Roterande dipoler Växelverkan medelvärdad över alla orienteringar E P µ 1 2 µ 2 2 r 6 Orienteringar med låg energi har högre vikt vid medelvärdningen den effektiva växelverkan är attraktiv Nettoeffekt i gaser och vätskor, där molekylerna roterar i ständig rörelse

10 Dipol-inducerad dipol En tillfällig dipol kan skapas genom att atomers/molekylers elektronmoln förskjuts relativt kärnladdningen E P µ 2 1α 2 r 6 Alltid attraktion Polariserbarheten, α, mäter elektronmolnets flexibilitet Större molekyler (diffusare elektronmoln) har i allmänhet större α

11 Dispersion / Londonväxelverkan Elektronmolnen är i ständig rörelse Tillfälliga dipoler korrelerar med varandra Medelvärdning ger nettoattraktion E P α 1α 2 r 6 Londonväxelverkan finns mellan alla atomer/ molekyler och är den enda växelverkan mellan opolära molekyler (och ensamma atomer)

12 Van der Waals-växelverkan Sammanfattande benämning på växelverkan med E P 1 r 6 Roterande dipoler Dipol-inducerad dipol London

13 Avståndsberoende 1/r: jon-jon (långväga) 1/r 2 : jon-dipol 1/r 3 : dipol-dipol 1/r 6 : van der Waals (kortväga) roterande dipoler dipol-inducerad dipol London Obs! Markeringarna anger endast avståndsberoende, funktionerna är -1/r, -1/r 2 etc

14 Vätebindning Växelverkan mellan H kovalent bundet till N, O eller F (donator) N, O eller F (acceptor) med fritt elektronpar Typexempel: H 2 O

15 Kokpunkt Kokpunkten ökar med ökande molekylstorlek pga ökande London-växelverkan (dispersion) Ämnen som kan bilda vätebindningar har extra hög kokpunkt

16 Växelverkans styrka Rörelseenergin på grund av kopplingen mellan hastighetsfördelning och temperatur (värmerörelse), är i storleksordningen RT 2,5 kj mol -1 vid 300 K Stark eller svag växelverkan avgörs genom jämförelse med RT

17 Övning Vilka typer av växelverkan verkar mellan molekylerna i följande vätskor? 1. Brom, Br 2 2. Vatten, H 2 O 3. Dietyleter, CH 3 CH 2 OCH 2 CH 3 4. Etanol, CH 3 CH 2 OH 5. Aceton, CH 3 COCH 3 6. Oktan, CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3 7. Triklormetan, CHCl 3

18 Svar Vilka typer av växelverkan verkar mellan molekylerna i följande vätskor? 1. Brom, Br 2 dispersion 2. Vatten, H 2 O dispersion, dipol, vätebindning 3. Dietyleter, CH 3 CH 2 OCH 2 CH 3 dispersion 4. Etanol, CH 3 CH 2 OH dispersion, dipol, vätebindning 5. Aceton, CH 3 COCH 3 dispersion, dipol 6. Oktan, CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3 dispersion 7. Triklormetan, CHCl 3 dispersion, dipol

19 Vätskor Molekyler hålls samman av intermolekylär växelverkan, men kan röra sig förbi varandra Kortväga uppordning (korrelering) av molekyler avstånd repulsion dispersion orientering dipolväxelverkan vätebindningar Långväga oordning

20 Viskositet Trögflytande = hög viskositet Växelverkan hindrar molekylernas passage förbi varandra Långa molekyler kan trassla in sig i varandra

21 Ytspänning Uppstår från nettoattraktion in i vätskan Stark växelverkan som i vatten (vätebindningar) och kvicksilver (metallbindning) ger hög ytspänning Beskriver ett motstånd mot att öka vätskeytan Sfäriska droppar ger den minsta möjliga ytan

22 Fasta ämnen strukturell indelning Amorft vätskelik ordning ( frusen i tiden) Kristallint långväga ordning

23 Fasta ämnen indelning efter vxv Molekylära ämnen enskilda molekyler sammanhållna av intermolekylär växelverkan (t.ex. is, socker) Nätverk atomer kovalent sammanlänkade genom hela materialet (t.ex. diamant, silikater) Metaller katjoner sammanhållna av ett hav av elektroner Salter katjoner och anjoner elektrostatiskt sammanbundna

24 Flytande kristaller Ordning map på riktning, men ej position Nematisk fas Smektisk fas Kolesterisk fas