curs cfc 2

Curs 2

Curs 2

STAREA LICHIDStarea lichida reprezint o stare condensat a materiei i este caracterizat de urmtoarele proprieti:

Starea lichida ocupa o pozitie intermediara intre starea gazoasa si cea solida.

Prezinta caracteristici comune atat cu starea gazoasa cat si cea solida (ex. are volum propriu dar nu are forma proprie).

Existenta volumului propriu in cazul lichidelor explica valoarea mare a densitatii lichidelor (acelasi ordin de marime ca si in cazul solidelor) comparativ cu a gazelor.

Existenta unui volum propriu si absenta formei proprii in cazul lichidelor sugereaza

existenta unor forte de interactiune moleculara (forte intermoleculare) mai mari decat in cazul gazelor dar mai mici decat in cazul solidelor.

Existenta fortelor intermoleculare pe de o parte ingradeste libertatea de miscare a

moleculelor iar pe de alta parte, avand intensitati prea mici, nu favorizeaza formarea unor configuratii moleculare spatiale stabile.

Au o structura cvasicristalina caracterizata printr-o ordine la mica distanta.

Dimensiunile mici ale configuratiilor ordonate ce apar in lichide le confera acestora un timp de viata scurt (10-9 s).

In interiorul lichidului exista goluri care permit moleculelor sa migreze intre unitatile ordonate.

Datorita lipsei ordinii la mare distanta, lichidele nu prezinta proprietati anizotrope (exceptie fac doar cristalele lichide).

Miscarea termica este prezenta in lichide dar moleculele se misca relativ lent in interiorul lichidului.

Fortele de interactiune dintre moleculele de lichid sunt de natura electrostatica. La distante mari distributia de sarcina a moleculelor favorizeaza aparitia unor interactiuni de tip atractiv. La distante mici, suprapunerea orbitalilor moleculari duce la aparitia unor forte repulsive.Fenomenele caracteristice starii lichide Fenomenele legate de suprafata de separare dintre un lichid si mediul care-l inconjoara se numesc fenomene superficiale.

Fenomenele legate de suprafata de separatie dintre un lichid si mediul gazos de deasupra acestuia se numesc fenomene de suprafata.

Fenomenele legate de suprafata de separatie dintre un lichid si peretii vasului in care acesta se gaseste se numesc fenomene de adeziune si capilare.

Sub aciunea forelor capilare, suprafaa liber a lichidelor se curbeaz.

Asemnrile ntre lichide i gaze sunt lipsa formei proprii i micarea haotic a moleculelor datorat agitaiei termice. Asemnrile ntre lichide i solide sunt existena unei ordini la mic distan ntre molecule, atomi, ioni i numrul de coordinaie care este ntlnit att la solide ct i la lichide.

Din cauza aranjrii mai puin compacte ca la solide, lichidul are densitatea mai mic.Vaporizarea. Cldura de vaporizareTrecerea unei substane din stare lichid n stare de vapori cu absorbtie de cldur VAPORIZARE.

Procesul invers: CONDENSARE.

DECI: Substanele lichide se transform n vapori (se vaporizeaz) n dou situaii: atunci cnd fenomenul are loc la temperaturi obinuite i doar la suprafaa lichidului, se numete EVAPORARE, iar cnd se produce n toat masa lichidului, la temperaturi ridicate, se numete FIERBERE.

Pentru ca vaporizarea s aib loc la o temperatur constant, este necesar furnizarea unei energii calorice lichidului.La presiune constant, lichidele se vaporizeaz pstrndu-i temperatura constant, dei pentru acest proces de vaporizare se consum cldur. Exemplu: apa nclzit ntr-un vas deschis la presiune atmosferic ncepe s fiarb la 100C.Temperatura apei i a vaporilor va rmne la aceast valoare pn ce dispare ultima pictur de ap lichid.APLICAIE:

autoclave temperatura de fierbere a apei atinge 131C i permite sterilizarea mai bun, distrugnd i bacteriile rezistente la temperatura normal de fierbere a apei.

Definiie. Se numete cldur latent de vaporizare (lv) cantitatea de cldur, msurat n calorii, consumat pentru vaporizarea unui gram de substan, la temperatur constant.

Definiie. Se numete cldur latent molar de vaporizare (Lv) cantitatea de cldur, msurat n calorii, consumat pentru vaporizarea unui mol de substan, la temperatur constant.

lv M = Lvunde M este masa molar a substanei.Apa are o cldur de vaporizare foarte mare (540 cal/g) fa de alte lichide, deoarece moleculele apei sunt unite prin legturi de hidrogen mai puternice dect cele de tip van der Waals care unesc moleculele lichidelor nepolare, de exemplu.Presiunea de vapori a lichidelor. Echilibrul lichid vaporiLa temperaturi constante i mai mici dect temperatura critic, exist un interval n care coexist starea de gaz i de lichid pentru aceeai substan i n care presiunea rmne constant.

Definiie. Presiunea la care forma gazoas i cea lichid a unei substane coexist la o anumit temperatur se numete presiune de vapori a lichidului la acea temperatur.ntr-un recipient nchis i umplut parial cu lichid, lichidul este n echilibru cu vaporii si. Permanent exist molecule din lichidul de la suprafa care trec n stare de vapori i molecule din faza de vapori ce revin n stare lichid. Numrul celor dou tipuri de molecule este egal, deci presiunea de vapori rmne constant att timp ct temperatura rmne constant.

Presiunea de vapori nu depinde de volumul recipientului. Dac acesta crete, lichidul se evapor, n aa fel nct presiunea de vapori s rmn constant (att timp ct exist lichid n vas).

Vaporii n echilibru cu lichidul se numesc saturani. La o temperatur dat, exist deci o presiune de saturaie pentru fiecare substan, egal cu presiunea de vapori la acea temperatur.

Exemplu: la 00C, p vapori pentru H2O = 4 torr, iar la 1000C, p vapori H2O = 760 torr (mm Hg) sau 1 atm.Fierberea

Este procesul de vaporizare care are loc n toat masa lichidului. Temperatura la care fierbe lichidul este constant in conditii fizice date.

Fiecrei presiuni i corespunde, pentru o substan dat, o temperatur de vaporizare (fierbere).Definiie. Temperatura de fierbere (Tf) sau punctul de fierbere (pf) reprezint temperatura la care presiunea de vapori este egal cu presiunea dat.

Exemplu: la p = 355 torr, pf H2O = 800C.Se numete punct de fierbere normal temperatura de vaporizare a unui lichid la 760 torr (1 atm).Temperatura de condensare a lichidului este egal cu cea de fierbere, la o presiune dat.

Evaporare Fierbere

STAREA SOLIDO substan este n stare solid atunci cnd are form proprie i volum determinat din punct de vedere macroscopic.

n realitate, substanele solide se mpart n funcie de aranjamentul intern al particulelor componente, n solide amorfe i solide cristaline.

Structura solida amorfa(stanga) si structura solida cristalina (dreapta)O clasificare mai nou evideniaz alte dou forme de existen a strii solide, solidele magnetice i solidele radioactive.Starea solid amorfSe refer la o form neorganizat a particulelor componente. Se ntlnete doar o omogenitate statistic. Starea solid amorf implic absena formelor geometrice proprii i o comportare asemntoare cu lichidele fa de aciunea temperaturii.

Solide amorfe,

nu au o simetrie de aranjare a particulelor, dispunere: haotic a particulelor componente n tot volumul corpului.

ordine local, dispunerea este asemntoare cu cea aparticulelor n lichide, dar n corpurile amorfe au o mobilitate mult mai mic (sticla).

Starea solid amorf este considerat ca fiind o stare lichid subrcit.

Starea solid cristalinn aceast stare, substanele sunt caracterizate prin:

- form cristalin; - densitate; - duritate; - culoare - solubilitate; - coeficient de elasticitate; - indice de refracie; - cldur specific; - presiune de vapori; - moment magnetic; - spectru de absorbie; - proprieti chimice.

Caracteristic pentru starea solid cristalin este gradul nalt de ordonare la mare distan al particulelor (ioni, atomi, molecule), aranjarea lor n nodurile reelei cristaline formnd cristalul. Fiecare substan cristalin formeaz o reea spaial proprie care se caracterizeaz prin simetria ei i prin poziia particulelor n reea.

SHAPE \* MERGEFORMAT

Structura cristalina a clorurii de sodiu (NaCl)

Pentru a descrie un cristal este suficient s se cunoasc o poriune a lui, numit celul elementar. O celul este perfect definit cnd se cunosc dimensiunile a, b i c, unghiurile , i dintre axe, poziia, numrul i felul particulelor ce o compun.

Reprezentarea spaial a unei celule elementare de NaCl

Sisteme cristalineSistemul de cristalizareAxeIntercepteExemple

CUBIC

- cubic simplu

- cubic centrat intern

- cubic cu fee centrate

3 axe

perpendiculare toate egale O2, P4, Mn,Cl- i Na+ n NaCl, Li, Na, K, Rb, Cs, Ba, V,Cr, Fe, Nb, Ta, Mo, W, Pt, CsI, Cdiamant, CaF2, gaze rare, Ca, Sr, Pb, Ni, Cu, Pd, Ag, Ir, Au

PTRATIC (tetragonal)

- ptratic simplu

- ptratic centrat intern dou egaleTiO2, SnO2, Sn, In, Cl2

ROMBIC (ortorombic) 3 axe

perpendicularetoate diferite S, Br2, Ga, KNO3, K2SO4, BaSO4

MONOCLINIC 3 axe dintre care 2 perpendiculare, iar a 3-a perpendicular numai pe una din primele dou toate diferite S, Po, PbCl2, CaSO4.2H2O (ghips), Na3[AlF6] (criolit)

Na2B4O7 .10H2 O (borax)

TRICLINIC 3 axe dintre care nici una perpendicular toate diferite CuSO4 . 5H2O, K2Cr2O7

HEXAGONAL 4 axe dintre care 3 sub 600, n acelai plan, iar a 4-a perpendicular pe acest plan din acelai plan egale, i una diferit H2, He, Be, Mg, B, Tl, C, N2, Se, Te, Sc, Y, La, Ti, Zr, Hf, Co, Zn, SiO2(cuar)

H2O (ghea), HgS

ROMBOEDRIC (trigonal) 3 axe nclinate, dar nu perpendiculare toate egale As, Sb, Bi, Hg, Sm, CaCO3 (calcit), MgCO3 (magnezit), NaNO3.

Tipuri de reele cristalineClasificarea reelelor cristaline a fost fcut n urma studiului cristalelor prin difracie cu raze X sau cu electroni.Reele ioniceAceste reele au n noduri ioni pozitivi i negativi, aranjai alternativ. Volumele ionilor pot fi apropiate ca valoare (a) sau diferite (b).

Tipuri de reele ionice

Forele de coeziune dintre particule sunt de tip electrostatic, legturi chimice ionice. n reele ionice cristalizeaz sruri ca NaCl, KCl, MgCl2 etc.

Legturile chimice dintre particule sunt puternice, fapt verificat experimental prin msurarea unor puncte de topire foarte ridicate (de ex.: p.t.NaCl = 8000C).

Cantitatea de cldur necesar pentru topirea unei substane se numete energie de legtur.Topiturile acestor substane, precum i soluiile lor apoase conduc curentul electric. n cristalul de NaCl, de exemplu, fiecare ion de sodiu este nconjurat de ase ioni de clor - sistem cubic. Numrul de coordinaie n acest caz este 6.n cristalul de CsCl, numrul de coordinaie este 8. Ionul de clor se afl n centrul unui cub, iar n vrfurile cubului sunt situai ioni de cesiu.

Observaie: n nodurile unei reele ionice, n afar de ionii elementelor chimice, se pot gsi i ioni compui: SO42-, Cr2O72-, [Fe(CN)6]4- etc.

Reele atomice

n aceste reele, nodurile sunt ocupate de atomi neutri electric, legai prin legturi covalente. i aceste cristale au puncte de topire ridicate.

Carbonul (ca diamant i grafit) cristalizeaz n reea atomic. n diamant, fiecare atom de carbon se afl n centrul i colurile unui tetraedru regulat, la distane de 1,54 , ceea ce confer diamantului o duritate foarte mare. Reeaua grafitului este de tip hexagonal. Distanele ntre atomii din acelai plan sunt de 1,42 , dar ntre planuri, distana este mare, de 0,335 nm, ceea ce ofer duritate mic grafitului i proprietatea de clivaj (desprindere n foie).

Reele atomice mai formeaz siliciul, germaniul, carbura de siliciu (SiC), sulfura de germaniu (GeS2), azoturile, fosfurile.



Diamantul cristalizeaz n form cubic



Grafitul cristalizeaz n form hexagonalaReea atomica pentru diamant si grafit

(formele alotrope ale structurii cristaline ale carbonului)

Reele molecularen acest caz, nodurile reelei cristaline sunt ocupate de molecule nepolare sau polare, mai mult sau mai puin deformate, n funcie de mrimea momentului dipol.

Forele ce menin moleculele n cristal sunt de natur van der Waals, de dispersie n cazul moleculelor nepolare i de orientare n cazul celor polare. Forele de coeziune fiind slabe, cristalul se topete la temperatur joas, densitatea i duritatea sunt mici, iar presiunea de vapori relativ ridicat.

n reele moleculare cristalizeaz majoritatea hidrocarburilor i a nemetalelor. Reelele cristaline cu molecule polare sunt ntlnite la combinaiile organice.

Reele metaliceNodurile reelelor metalice sunt ocupate de ioni metalici pozitivi i de atomi neutri, iar ntre noduri exist electroni ce nu intervin n legturi i se pot deplasa liberi prin cristal.

Majoritatea substanelor cu reele metalice cristalizeaz n sistem compact cub cu fee centrate (Al, Cu, Au, Ni, Pb, Pt), n timp ce alte metale cristalizeaz n reea hexagonal compact (Be, Mg, Cd), cu numr de coordinaie 12.

Reea metalicaRelaii de nrudire cristalograficRepartizarea ordonat a elementelor exterioare ale cristalelor (fee, muchii, coluri) fa de un centru, ax sau plan formeaz simetria cristalului. Orice clasificare a sistemelor cristaline se bazeaz pe stabilirea unor tipuri structurale, caracteristice unei categorii largi de compui.Totalitatea speciilor cristaline ce se definesc prin acelai tip structural se numesc izotipe. Cel mai nalt grad de nrudire este reprezentat de relaia de izomorfism.Izomorfismul reprezint proprietatea substanelor cu compoziie chimic diferit de a cristaliza n aceeai form cristalin. De exemplu: CaCO3, MgCO3, ZnCO3, BaSO4, PbSO4.

Pentru ca dou substane s fie izomorfe, trebuie s aib acelai tip de fore de coeziune, uniti structurale de dimensiuni apropiate, cu aceeai orientare geometric n spaiu i legturi chimice similare.

O proprietate caracteristic substanelor izomorfe este formarea soluiilor solide, care sunt amestecuri omogene de substane ce conin unul sau mai muli compui izomorfi.

Polimorfismul este proprietatea substanelor solide de a cristaliza n mai multe forme cristaline. Formele polimorfe se pot transforma una n alta i fiecare este stabil ntr-un anumit domeniu de temperatur. Polimorfismul este important in procesul de fabricare a componentelor farmaceutice (numeroase medicamente primesc aprobare doar pentru o anumita forma cristalina). Alotropia este proprietatea unor elemente chimice de a avea doua sau mai multe structuri (cristaline sau amorfe)si reprezinta un caz particular al polimorfismului. Carbonul reprezinta o substanta ce prezinta polimorfism.Punct de topire. Cldur de topireO substan cristalizat pur, nclzit, se transform brusc n lichid la o temperatur fix, numit punct de topire.

Punctul de topire nu variaz dect puin cu presiunea. n timpul topirii, faza lichid coexist cu cea solid iar temperatura rmne constant .

La rcire, lichidele se solidific (cristalizeaz) la o temperatur fix, numit punct de solidificare. Pentru substanele pure, punctul de solidificare este egal cu cel de topire.La topire se absoarbe cldur din mediul nconjurtor fr ca temperatura sistemului s varieze.Definiie. Se numete cldur latent de topire (lt) cantitatea de cldur, msurat n calorii, consumat pentru topirea unui gram de substan, la temperatur constant.Definiie. Se numete cldur latent molar de topire (Lt) cantitatea de cldur, msurat n calorii, consumat pentru topirea unui mol de substan, la temperatur constant.lt M = Ltunde M este masa molar a substanei.

Diagrama de variaie a temperaturii n timp n procesul de topire.Starea solid magneticBucile de minereu de fier magnetic (Fe3O4) au o magnetizare remanent foarte puternic i sunt magnei permaneni naturali.Magneii permaneni sunt corpuri care creeaz n spaiul nconjurtor un cmp magnetic fr ca n ele s existe curent electric provenit de la o surs de curent electric exterioar.Starea solid radioactivEste reprezentat de minereurile i substanele radioactive care emit n mod continuu i constant radiaii , i .Procesul de emisie de particule i radiaii, spontan i independent de voina omului, de ctre minereurile i substanele radioactive se numete dezintegrare nuclear radioactiv.Prin dezintegrare radioactiv, din interiorul nucleului atomic sunt expulzate diferite particule cum ar fi: pozitroni care compun radiaia , electroni care constituie radiaia , neutrini care formeaz radiaia moale i fotoni nucleari care alctuiesc radiaia dur.PLASMAPlasma este un gaz n care atomii se afl n stare de ionizare, ca urmare a pierderii unuia sau mai multor electroni ce coexist mpreun cu restul gazului. n plasm gsim: fotoni, electroni, ioni (ncrcai pozitiv) i atomi sau molecule (neutre).

Plasma fierbinte se obine prin nclzirea gazului la temperaturi foarte mari, cuprinse ntre 15 000 - 70 000 grade Kelvin.Plasma rece se obine prin: - iluminare cu radiaii ultraviolete;- iradiere cu radiaii X;- descrcare electric n gaze (n tuburi fluorescente).Superplasma constituie acel gaz n care atomii materiei sunt descompui n particulele atomice elementare libere - electroni, protoni i neutroni - i subatomice - electroni-pozitroni si electroni-neutrini.

curs cfc 2

Documents