Gazy rzeczywiste, ciecze,

ciała stałe – właściwości,

struktury.

Stany skupienia

Ciała stałe

• Określony kształt i objętość
• Duża sztywność materii w stanie

stałym

• Nie wykazują płynności pod wpływem

przyłożonej siły

• Gęstość mniej zależna od

temperatury i ciśnienia niż w
przypadku cieczy a zwłaszcza gazów

Ciecze

• Brak stałej postaci, przybierają

kształt naczynia w którym się
znajdują

• Zachowując swą objętość nie

wypełniają całej objętości naczynia,
w którym się znajdują tzn. mają
„swobodną powierzchnię właściwą”

Gazy

• Zajmują cała objętość zbiornika, w

którym się znajdują; nie mają
swobodnej powierzchni granicznej

• Gęstość w bardzo dużym stopniu

zależy od zmian ciśnienia i
temperatury

GAZY

Gaz doskonały

• Brak oddziaływań

międzycząsteczkowych (za
wyjątkiem odpychania w momencie
zderzeń)

• Objętość cząsteczek jest znikoma w

stosunku do objętości gazu

• Zderzenia są doskonale sprężyste

pV = nRT

p - ciśnienie

V - objętość

n – ilość gazu (w molach)

R – stała gazowa

8,31 [JK

-1

mol

-1

]

T - temperatura

Gaz doskonały

Równanie stanu gazu doskonałego (równanie Clapeyrona)

Dla gazu doskonałego spełnione w całym zakresie temperatury i ciśnienia

• Gaz doskonały: model słuszny dla

rozrzedzonych gazów

• W warunkach normalnych może być

stosowany do wszystkich gazów

WARUNKI NORMALNE

p = 101325 Pa = 1atm

T = 273,15 K = 0 C

Gaz doskonały

• PRAWO BOYLE’A

W warunkach ustalonej temperatury

pV = const

• PRAWO GAY-LUSSACA

W warunkach ustalonego ciśnienia
objętość gazu zmienia się wprost
proporcjonalnie do temperatury
bezwzględnej

V~T

Gaz doskonały

• Gazy rzeczywiste

: model gazu

doskonałego w dostatecznie
wysokich temperaturach pod
dostatecznie niskim ciśnieniem

• Obniżanie temperatury oraz

zwiększanie ciśnienia powoduje
odstępstwa od prawa gazu
doskonałego

Gaz doskonały

Odstępstwa od stanu gazu

doskonałego

Johannes van der Waals (1873 r.)

Nagroda Nobla z fizyki 1910 r

Oddziaływania międzycząsteczkowe

W przypadku zmniejszania objętości (wzrostu

ciśnienia)odgrywają rolę siły przyciągania

pomiędzy cząsteczkami.

TO SIŁY VAN DER WAALSA

Dzięki nim możliwe jest skroplenie gazu

Siły zanikają w miarę oddalania się

cząsteczek od siebie

Cząsteczki gazu mają określoną
skończoną objętość

Gdyby było inaczej w miarę
obniżania temperatury objętość
gazu malałaby do zera!

Odstępstwa od stanu gazu

doskonałego

Oddziaływania

międzycząsteczkowe

Energia wiązań kowalencyjnych

100-1000 kJ/mol

Energia oddziaływań

międzycząsteczkowych

5-40 kJ/mol

DIPOL TRWAŁY –DIPOL TRWAŁY

(efekt orientacji)

Substancje polarne
Wzajemne przyciąganie się
różnoimiennych biegunów dipoli
sąsiadujących ze sobą cząsteczek

Oddziaływania

międzycząsteczkowe

+ -

DIPOL TRWAŁY –DIPOL INDUKOWANY

(efekt indukcji)

Pomiędzy cząsteczką obdarzoną trwałym
momentem dipolowym a cząsteczką (lub
atomem),który w polu elektrycznym łatwo
ulega polaryzacji.

POLARYZACJA

– przesunięcie ładunków

elektrycznych wewnątrz cząsteczki pod
działaniem zewnętrznego pla elektrycznego.
Powstaje moment dipolowy indukowany
(wzbudzony)

Oddziaływania

międzycząsteczkowe

+ -

ODDZIAŁYWANIA DYSPERSYJNE

(efekt dyspersji)

Istnieją zawsze niezależnie od tego czy

cząsteczki o trwałych momentach

dipolowych są obecne czy nie.

Źródłem sił dyspersyjnych jest

przyciąganie pomiędzy chwilowymi

dipolami

Oddziaływania

międzycząsteczkowe

WIĄZANIA WODOROWE

Tworzą się gdy atom wodoru H jest

związany z silnie elektroujemnym atomem

X (F, O, N) i oddziałuje z niewiążącą parą

elektronową innego również silnie

elektroujemnego atomu Y w sąsiedniej

cząsteczce

HX    Y

Oddziaływania

międzycząsteczkowe

CIAŁA STAŁE

Ciała stałe

Gazy – nieuporządkowane cząsteczki,
poruszające się w sposób chaotyczny

Ciała stałe – uporządkowane struktury

CIAŁA KRYSTALICZNE

• Atomy ułożone w sposób regularnym,

materia osiąga najwyższy stopień

uporządkowania!

• Sposób uporządkowania przedstawiamy za

pomocą sieci przestrzennej

• Atomy w sieci krystalicznej mogą być

związane z różną siłą w różnych jej

miejscach: charakterystyczna łupliwość w

określonym kierunku

• Od struktury zależą: rozszerzalność cieplna,

właściwości optyczne, magnetyczne i

elektryczne

• Ciała jednorodne, których właściwości zależą

od kierunku przyłożenia siły to ciała

ANIZOTROPOWE

Ciała stałe

POLIMORFIZM

ta sama substancja,

zależnie od warunków występuje w
dwóch lub więcej odmianach
różniących się postacią krystaliczną i
strukturą sieci przestrzennej.
Odmiany polimorficzne mają różne
właściwości fizyczne.

ZnS

Blenda cynkowa (sfaleryt)
krystalizuje w układzie regularnym

Blenda skorupowa. Kopalnia rud
cynku i ołowiu "Pomorzany" k/Olkusza
Fot.: J. Sylwestrzak

www.pgi.gov.pl/.../sfaleryt/sfaler
yt.htm

Wurcyt
Krystalizuje w układzie heksagonalnym

• ALOTROPIA

- odnosi się do

polimorfizmu pierwiastków.

• Mówimy o odmianach alotropowych

Termin nie dotyczy tylko pierwiastków
w stanie stałym!

Przykłady:
Tlen O

Tlen O

(ozon)

Ciała stałe

GRAF
IT

DIAME
NT

Ciała stałe

NANORURK
A
WĘGLOWA

FULLEREN

SUBSTANCJE IZOMORFICZNE

–

substancje o tym samym typie wzoru
chemicznego, tworzące ten sam typ sieci
przestrzennej o takich samych lub bardzo
zbliżonych rozmiarach komórki
elementarnej.

Tworzą roztwory stałe (kryształy

mieszane)

Z roztworów wodnych można otrzymać

kryształy zawierające np. KClO

oraz KMnO

Ciała stałe

CIAŁA BEZPOSTACIOWE

Typowy przedstawiciel: szkło

Nie mają prawidłowej budowy

wewnętrznej oraz wynikających z tej

budowy właściwości takich jak: ściśle

określone temperatury topnienia,

łupliwość.

Nie wykazują więc zależności

właściwości od kierunku. Są to ciała

IZOTROPOWE.

Ciała stałe

CIAŁA BEZPOSTACIOWE

Dwa główne typy ciał bezpostaciowych
występujących w naturze:

• Przechłodzone ciecze (szkliwa)-

zakrzepły gwałtownie w temperaturze
niższej od temperatury krzepnięcia
danej substancji (układu)

• Nieprzekrystalizowane osady

koloidalne

Ciała stałe

Zgodnie z przyjętą umową terminem
ciała stałe określamy tylko ciała
krystaliczne. Nie obejmuje on ciał
bezpostaciowych, mimo ich sztywnej
postaci.

Ciała stałe

CIECZE

Ciała
stałe

Gazy

Ciecze

Siły przyciągania większe niż w gazach
Praktycznie nieściśliwe
Nie tworzą uporządkowanej struktury (sieci krystalicznej)

Ciecze anizotropowe

• Niektóre substancje organiczne o

wydłużonych cząsteczkach topiąc się
przechodzą ze stanu krystalicznego
w ciecz fizycznie anizotropową o
różnych właściwościach zależnie od
kierunku.

• Są to

CIEKŁE KRYSZTAŁY

(ciecze

krystaliczne).