Skupenské stavy látky

Úvod

• Plynné, kapalné a pevné látky jsou základní skupenské stavy, které se liší vlastnostmi a mění se v závislosti na podmínkách (teplota, tlak).

Vlastnosti skupenských stavů

• Plynné látky:

  • Tvar: nedefinovaný

  • Objem: nedefinovaný

  • Částice jsou dále od sebe a pohybují se rychle.

• Kapalné látky:

  • Tvar: nedefinovaný

  • Objem: definovaný

  • Částice jsou blízko sebe, ale stále velmi pohyblivé.

• Pevné látky:

  • Tvar: definovaný

  • Objem: definovaný

  • Částice jsou blízko sebe a drženy na místě v určité orientaci.

Tlak

• Tlak:

  • 1 Torr = 1 mm Hg

  • 1 atm = 760 Torr = 101 325 Pa

• Vzorec pro výpočet tlaku: síla (N) / plocha (m²).

Zákony plynů

Boyleův-Mariottův zákon (1660)

• Při konstantní teplotě je součin tlaku a objemu konstantní.

• Vztah: pV = konst.

• p1V1 = p2V2

Charlesův zákon (1787)

• Objem plynu je při konstantním tlaku přímo úměrný absolutní teplotě.

• Vztah: V/T = konst., T = t + 273,15 [K].

• T1/V1 = T2/V2

Gay-Lussacův zákon (1802)

• Tlak plynu je při konstantním objemu přímo úměrný absolutní teplotě.

• Vztah: p/T = konst.

• p1/T1 = P2/T2

Avogadrův zákon

• Při standardních podmínkách (T = 273,15 K, p = 101,325 kPa) platí, že stejné objemy plynů obsahují stejné počty molekul.

• Vztah: Vm = 22,414 l.mol−1. = V/n

Stavová rovnice ideálního plynu

• Vztah: pV = nRT, kde R = 8,314 J.K−1.mol−1 je univerzální plynová konstanta.

• Předpoklady: objem molekul je zanedbatelný a mezi molekulami nepůsobí síly.

Daltonův zákon (1801)

• Celkový tlak směsi ideálních plynů je dán součtem parciálních tlaků všech složek směsi.

• Vztah: p_total = p1 + p2 + ... + pn.

Parciální tlak

• Parciální tlak plynu ve směsi je tlak, který by plyn vykazoval, kdyby byl sám v celém objemu.

• Vztah: pi = xi * p

  • xi = ni/n

  • pi = ni/n * p

Reálný plyn

• při vysokém tlaku se začínají projevovat přitažlivé a odpudivé mezimolekulové síly

• při malém celkovém objemu plynu nabývá na významu vlastní objem molekul

• (p + an2/ V2) (V – nb) = nRT

Jouleův-Thomsonův efekt

• plyn se při expanzi ochlazuje

• využití: zkapalňování plynů

Kinetická teorie plynů

• Plyn je souborem molekul v nepřetržitém náhodném pohybu

• Molekuly se pohybují po přímce, dokud nedojde ke kolizi.

• molekuly se vzájemně neovlivňují s výjimkou srážek

• průměrná rychlost molekul: v = √3RT/M

Pevné skupenství

• amorfní

  • nepravidelné vnitřní uspořádání

  • izotropie fyzikálních vlastností

• krystalické

  • pravidelné vnitřní uspořádání

  • anizotropie fyzikálních vlastností

Krystalické látky

• kovové (Cu, Ba, ... )

  • atomy kovu, kovová vazba

• iontové (NaCl, CsCl, CaF2, ... )

  • kationty a anionty, elektrostatická interakce

• kovalentní (diamant, grafit, SiO2, ... )

  • atomy a molekuly, kovalentní vazba

• molekulární (HCl, H2O, organické sloučeniny, ... )

  • molekuly, van der Waalsovy a vodíkové interakce

Fyzikální vlastnosti

• iontové sloučeniny

  • vysoké body tání

  • tvrdost

  • nerozpustnost v organických rozpouštědlech

• kovalentní sloučeniny

  • nízké body tání

  • měkkost

  • rozpustnost v organických rozpouštědlech

Přeměny látek

Fyzikální a chemické přeměny

• Fyzikální přeměny: nedochází ke změnám složení látky (skupenské přeměny).

• Chemické přeměny: dochází ke změnám složení látky (chemické reakce).

Skupenské přeměny

• Příklady: plyn → kapalina (kondenzace), kapalina → pevná látka (tuhnutí).

Tlak páry nad kapalinou

• Tlak nasycených par je tlak, který by páry vykazovaly, pokud jsou v dynamické rovnováze s kapalinou.

Var

• Teplota varu je teplota, při níž se tlak nasycené páry vyrovná tlaku okolí.

• kapalinu lze přivést k varu

  • zvýšením teploty

  • snížením tlaku

Fázový diagram vody