F7 Intermolekylär växelverkan / kondenserade
Repetition F6 • Tillståndsvariabler: P, V, T, n • Ideal gas – ingen växelverkan – allmänna gaslagen: PV = nRT – Daltons lag: P = PA + PB + … • Kinetisk gasteori – trycket följer av kollisioner från gaspartiklar i ständig rörelse – medelhastighet och temperatur är kopplade Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00 Repetition F6 forts. • Reell gas – intermolekylär växelverkan – avviker från allmänna gaslagen Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00 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 Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00 Intermolekylär växelverkan • Repulsion – Överlapp mellan elektronmoln – Kort räckvidd • Attraktion – Elektrostatiska krafter – Dispersionskrafter – Vätebindning – Längre räckvidd Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00 Elektrostatisk vxv – jon-jon vxv • Coulombpotential q1q2 EP = 4 πε 0 r q1 q2 – EP = potentiell energi r – q1, q2 = jonladdning € – r = avståndet – ε0 = permittiviteten hos vakuum (elektriska konstanten) – attraktion om q1, q2 har olika tecken, annars repulsion • Större laddning eller kortare avstånd ger starkare växelverkan Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00 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 q1µ2 EP ∝ − 2 r • attraktion vid gynnsam orientering € Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00 a 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) Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00 Elektrostatisk vxv – dipol-dipol vxv µ1µ2 EP ∝ − 3 r € • attraktion vid gynnsam orientering Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00 Roterande dipoler € • Växelverkan medelvärdad över alla orienteringar µ12 µ22 EP ∝ − 6 r • 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 Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00 Dipol-inducerad dipol • En tillfällig dipol kan skapas genom att atomers/molekylers elektronmoln förskjuts relativt kärnladdningen € µ12α 2 EP ∝ − 6 r • Alltid attraktion • Polariserbarheten, α, mäter elektronmolnets ”flexibilitet” • Större molekyler (diffusare elektronmoln) har i allmänhet större α Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00 Dispersion / Londonväxelverkan € • Elektronmolnen är i ständig rörelse • Tillfälliga dipoler korrelerar med varandra • Medelvärdning ger nettoattraktion α1α 2 EP ∝ − 6 r • Londonväxelverkan finns mellan alla atomer/ molekyler och är den enda växelverkan mellan opolära molekyler (och ensamma atomer) Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00 Van der Waals-växelverkan • Sammanfattande benämning på växelverkan med € 1 EP ∝ − 6 r • Roterande dipoler • Dipol-inducerad dipol • London Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00 Avståndsberoende • • • • 1/r: jon-jon (långväga) 1/r2: jon-dipol 1/r3: dipol-dipol 1/r6: van der Waals (kortväga) – roterande dipoler – dipol-inducerad dipol – London Obs! Markeringarna anger endast avståndsberoende, funktionerna är -1/r, -1/r2 etc Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00 Vätebindning • Växelverkan mellan – H kovalent bundet till N, O eller F (donator) – N, O eller F (acceptor) med fritt elektronpar • Typexempel: H2O Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00 Kokpunkt • Kokpunkten ökar med ökande molekylstorlek pga ökande London-växelverkan (dispersion) • Ämnen som kan bilda vätebindningar har extra hög kokpunkt Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00 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 Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00 Övning Vilka typer av växelverkan verkar mellan molekylerna i följande vätskor? 1. Brom, Br2 2. Vatten, H2O 3. Dietyleter, CH3CH2OCH2CH3 4. Etanol, CH3CH2OH 5. Aceton, CH3COCH3 6. Oktan, CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH3 7. Triklormetan, CHCl3 Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00 Svar Vilka typer av växelverkan verkar mellan molekylerna i följande vätskor? 1. Brom, Br2 – dispersion 2. Vatten, H2O – dispersion, dipol, vätebindning 3. Dietyleter, CH3CH2OCH2CH3 – dispersion 4. Etanol, CH3CH2OH – dispersion, dipol, vätebindning 5. Aceton, CH3COCH3 – dispersion, dipol 6. Oktan, CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH3 – dispersion 7. Triklormetan, CHCl3 – dispersion, dipol Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00 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 Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00 Viskositet • Trögflytande = hög viskositet • Växelverkan hindrar molekylernas passage förbi varandra • Långa molekyler kan trassla in sig i varandra Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00 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 Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00 Fasta ämnen – strukturell indelning • Amorft – vätskelik ordning (”frusen” i tiden) • Kristallint – långväga ordning Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00 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 Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00 Flytande kristaller • Ordning map på riktning, men ej position Nematisk fas Smektisk fas Kolesterisk fas Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00
© Copyright 2024