Wykład 3

Wykład 3

STANY SKUPIENIA

MATERII

Stan gazowy

Stan gazowy

Faza gazowa przyjmuje
kształt pojemnika w
którym się znajduje

Właściwości fizyczne
gazu słabo zależą od
rodzaju gazu

Stan gazowy opisują
prawa gazowe

Prawa gazowe

A. Równania stanu gazu
doskonałego

pv=nRT

p - ciśnienie
v - objętość
n - liczność (liczba moli)
R - stała gazowa
T - temperatura

Przypadki szczególne:

prawo Boyle’a-Mariotte’a, Gay-
Lussaca

B. Równanie gazu
rzeczywistego

nRT

nb)

)(v

v

an

(p

2







a - stała charakteryzująca oddziaływania van
der Waalsa

b -stała charakteryzująca objętość własną
molekul gazowych

0

100

200

300

400

500

600

0.0x10

00

4.0x10

06

8.0x10

06

1.2x10

07

1.6x10

07

273K

293K

304K

temp. krytyczna

CO

2

p, N/m

2

V, cm

3

/mol

Stan ciekły

Stan ciekły

-stan pośredni między stanem stałym a
gazowym

-brak równania (typu van der Waalsa)
opisującego ciecze

Stan ciekły

Stan ciekły

ciało stałe

ciecz

gaz

Stan stały

Stan stały

-sprężystość

-kształt geometryczny

-prawidłowa budowa
wewnętrzna

Podział:

-kryształy

-ciekłe
kryształy

-szkła

Tabela 1.1. Krystalograficzna klasyfikacja krystalicznych ciał stałych

Układ

Kształt komórki elementarnej

Minerały

1

2

3

1. Regularny (C

)

sześcian

a = b = c



=



=



= 90

o

halit (NaCl)
galena (PbS)
fluoryt (CaF

2

)

sfaleryt (ZnS)

2. Tetragonalny (Q)

prostopadłościan

o podstawie kwadratowej

a = b  c



=



=



= 90

o

rutyl (TiO

2

)

cyrkon (ZrSiO

4

)

hausmanit (Mn

3

O

4

)

kasyteryt (SnO

2

)

3. Rombowy (O)

prostopadłościan

o podstawie prostokątnej

a  b  c



=



=



= 90

o

siarka (S)
baryt (BaSO

4

)

stybnit (Sb

2

S

3

)

anhydryt (CaSO

4

)

4. Heksagonalny (H)

prostopadłościan

o podstawie romboidalnej

a = b  c



=



= 90

o

,



= 120

o

grafit (C)
wurcyt (ZnS)
korund (Al

2

O

3

)

kowelin (CuS)

5. Trygonalny (T

)

(romboedryczny)

romboedr

a = b = c



=



=



 90

o



-kwarc (SiO

2

)

kalcyt (CaCO

3

)

dolomit (MgCa(CO

3

)

2

)

hematyt (Fe

3

O

4

)

6. Jednoskośny (M)

równoległościan

a  b  c



=



= 90

o

,



 120

o

arsenopiryt (FeSAs)
gips (CaSO

4

·2H

2

O)

kryolit (Na

3

AlF

6

)

diopsyd (CaMgSi

2

O

6

)

7. Trójskośny (A)

równoległościan

a  b  c











 90

o

albit (NaAlSi

3

O

8

)

mikroklin (KAlSi

3

O

8

)

anortyt (CaAl

2

Si

2

O

8

)

kaolinit (Al

4

Si

4

O

10

(OH)

8

)

Substancje krystaliczne

Ciekłe kryształy

Szkł
a

struktura szkła kwarcowego

Szkłotwórcze tlenki: SiO

2

, GeO

2

, B

2

O

3

, P

2

O

5

, As

2

O

5,

V

2

O

5

, Sb

2

O

5

Przemiany fazowe

:

zmiany stanu skupienia materii lub zmiany
struktury

FAZA

: jednolita część układu o

jednakowych właściwościach fizycznych w
całej masie, oddzielonych od reszty
układu wyraźną powierzchnią graniczną

UKŁADY FAZOWE

- podstawowe

pojęcia

Odmiany alotropowe

: odmiany

pierwiastka różniące się budową
cząsteczki lub strukturą sieci

Odmiany polimorficzne

: odmiany zw.

chemicznego rózniące się budową
sieci krystalicznej

Reguła faz Gibbsa

s = n - f + 2

s - liczba stopni swobody

f - liczba faz

n - liczba niezależnych składników
układu

0.1

1

10

100

1000

10000

100000

Ciśnienie pary wodnej, N/m

2

200

250

300

350

400

Te

m

p

e

ra

tu

ra

,

K

Lód

Ciecz

Para wodna

Punkt potrójny

Układy
jednoskładnikowe

Punkt potrójny wody: 612,9 Pa;
273,1 K

O d m i a n y a l o tr o p o w e wę g l a

L p .

O d m i a n a a l o tro p o w a

H y b ry d y z a c j a

S tru k tu ra

D I A M E N T

1

d i a m e n t

s p

3

C

n

l o n s d a l e i t

s p

3

C

n

G R A F I T

2

g ra fi t 

s p

2

C

n

g ra fi t 

s p

2

C

n

g ra fi to w e w h i s k e rs y

s p

2

C

n

K A R B I N

3

c h a o i t

s p

1

C

C

x

k u m u l e n

s p

1

C

C

x

F U L L E R E N

4

f u l e re n y

s p

2

C

n

n  3 2 , n - p a rz y s te

ru rk i wę g l o w

s p

2

C

n

C Y K L O ( N ) K A R B O N

5

c y k l o ( n ) c a rb o n

s p

1

C

n

1 0 < n  3 0

N – K A R B O N

6

n - k a rb o n

s p

1

C

n

n  1 0

H I P O T E T Y C Z N E

7 ?

W y s o k o c iś n i e n i o w e o d m i a n y

d i a m e n tu : H 3 , B C 8 , R 8 , S T 1 2 ,

S C 4 6 , m e ta l i c z n y d i a m e n t

s p

3

C

n

(a)

(b)

(c)

Rys. 13. Przejście warstewki grafitowej (a) poprzez nanorurkę (b) do fullerenu (c)

Grafit alfa

Grafit beta

Grafitowy
whiskers

0.154 nm

Struktura diamentu

a - diament
b - lonsdaleit

K arbiny to węgle o hybrydyzacji sp

1

. Węgle o tym typie hybrydyzacji mogą

tworzyć ze sobą wiązania typu inowego:

C

C

x

lub kumulenowego:

C

C

x

Z literatury wiadomo, że atomy węgla tworzyć zarówno proste

niskocząsteczki liniowe (Ebbesen, 1997) i rozgałęzione (K ryszewski, 1995) jak i
długie łańcuchy typu polimerowego (Rice, 1983; Diederich, 1992) jak i łączyć się
w cząsteczki cykliczne (Diederich, 1992).

A

B

T

T

A

T

B

E

A+B

L

L+B

L+A

0

100%

0

100%

A

B

T

T

A

T

B

E

A(

B

)+B(

A

)

L

L+B(

A

)

L+A(

B

)

0

100%

0

100%

Układy fazowe dwuskładnikowe

Bez
mieszania w
fazie stałej

Ograniczone
mieszania w fazie
stałej

A

B

T

T

A

T

B

S

L

L+S

0

100%

0

100%

Układ dwuskładnikowy z nieograniczona
mieszalnością

A

B

T

T

A

T

B

S

L

L+S

0

100%

0

100%

L+S

A

B

T

T

A

T

B

ciecz

para

cie

cz

+

p

ar

a

0

100%

0

100%

c+p

azeotrop dodatni

Układ dwuskładnikowy azeotropowy

100%

80

80

80

100%

100%

60

60

60

40

40

40

20

20

20

0

0

w

od

ór

tle

n

węgiel, C

celuloza

lignina

antracyt

grafit

brunatny

kamienny

Układy trójskładnikowe

A

B

C

T

Koniec
wykład
u

Ustalić terminy
egzaminów!!!