Obrátený proces: Elektrolýza

Transcript

1 Obrátený proces: Elektrolýza V prebieha prednostne E = V [OH - ]=10-7 E 0 =1.36 V Cl 2 (g) + 2e - 2Cl - (aq) prebieha: 2Cl - (aq) Cl 2 (g) + 2e - E 0 = V 2H 2 O(l) + 2e - H 2 (g) + 2OH - (aq) Na + (aq) + e - = Na(s) E 0 = 2.07 V 1

2 Elektrolýza z tavenín: Katóda: Na + + e Na(l) Anóda: Cl ½ Cl 2 (g) + e spolu: Na + + Cl Na(l) + ½ Cl 2 (g) E = 2.71 v E = 1.36 v E = 4.1 v Na Al 2

3 reakcie za účasti radikálov: Radikálové reakcie A 2 A. + A. ΔH>0; krátka doba života BC+ A. CA+B. malá E a reťazenie A 2 + B. BA+A. H 2 +Cl 2 2HCl Cl 2 Cl. + Cl. H 2 + Cl. HCl+H. Cl. + H. HCl Cl 2 + H. HCl+Cl. nerozvetvené v reakcii vzniká jeden radikál rozvetvené viac radikálov zhášače, inhibítory r. reakcií vytvoria stabilnejší radikál napr. H +O 2 HO 2 explózia 3

4 reakcie iniciované svetlom: fotochemické rôzne mechanizmy A+hν A * +B C +... fotodisociácia BA + hν B. + A. radikálové reakcie účasť excitovaného stavu fotosyntéza: 2n CO 2 + 2n H 2 O + mhν 2 (CH 2 O) n + 2n O 2 O 2 + hν O. + O. O 2 + O. O3 NOCl + hν NOCl * NOCl + NOCl * 2NO+ Cl 2 4

5 Chemická kinetika: katalýza E ak a. komplex orig E a a. k. 1 a. k. 2 vo viacerých stupňoch E r a. k. 3 reaktanty + katalyzátor + katalyzátor produkty reakčná koordináta E p homogénna heterogénna acidobázická (H 3 O + ) enzýmová kontaktná W,Pt, Pd,... povrchy 5

6 Chemická kinetika: katalýza Príklad 2SO 2 (g) + O 2 (g) > 2 SO 3 (g) 2NO(g) + O 2 (g) > 2 NO 2 (g) + NO 2NO 2 (g) + 2SO 2 (g) > 2 SO 3 (g) + 2NO(g) Inhibícia: negatívna katalýza E ak a. k. orig E a(inh) > E a E a E r reaktanty produkty reakčná koordináta E p 6

7 Skupenské stavy látok makroskopické vlastnosti Skupenstvo určuje miera usporiadania a interakcií medzi (mikro)časticami [molekulárnymi jednotkami] plynné: neusporiadanosť molekuly (takmer) bez kontaktu kvapalné: čiastočná neusporiadanosť, molekuly v kontakte, štruktúra (ľahko) premenlivá v čase a priestore tuhé (pevné): usporiadanosť, molekuly priamom kontakte, štruktúra časovo (relatívne) stála kondenzované stavy 7

8 kvapaliny prechod od plynov k tuhej fáze (relatívne) stály objem nestály tvar, popis štruktúry komplikovanejší ako v plyne aj ako tuhej fáze t.t. t.v. C plyny/kvapaliny tekutiny mobilita 8

9 kvapaliny štruktúra Van der Waalsovské sily čiastočne/lokálne usporiadaná štruktúra v taveninách iónových zlúčenín aj silnejšie elektrostatické interakcie neusporiadanosť prázdny (medzi)priestor nižšia hustota (ako v tuhej fáze) Štruktúra závisí od teploty pravdepodobnosť výskytu atómu (Hg) v definovanej vzdialenosti od atómu v počiatku (0) (radiálna distribučná funkcia) Porovnaj!

10 viskozita miera vnútorného odporu proti toku tekutiny dv F=η.S dx η koeficient viskozity dx S v 2 v 1 dv špecifická viskozita (relatívne voči vode pri 20 C) voda H 2 O 1.00 dietyléter (CH 3 -CH 2 ) 2 O 0.23 benzén C 6 H glycerin C 3 H 2 (OH) ortuť 1.5 včelí med ~10,000 η klesá T/ C H 2 O š. viskozita

11 Povrchové napätie (γ) povrch kvapaliny γ práca potrebná na vytvorenie jednotkového povrchu Jm -2 ( =Nm -1 ) Štruktúra pri povrchu je usporiadanejšia > blana minimalizácia energie kvapky (gule) najmenší povrch 11

12 Tuhé látky usporiadanie ďalekého dosahu kryštály Klasifikácia podľa typu (povahy) väzby Typ základná (molekulová) jednotka dominantné sily ionový ióny elektrostatické kovalentný kovový atómy elektronegatívnych prvkov atómy elektropozitívnych prvkov molekulový molekuly chemická väzba mobilné elektróny van der Waals typické vlastnosti vysoká taviteľnosť, tvrdosť, krehkosť netaviteľnosť (rozklad), extrémna tvrdosť stredná až vysoká taviteľnosť, deformovateľnosť, elektrická vodivosť, kovový lesk nízka-stredná teplota topenia, nízka tvrdosť 12

13 Klasifikácia nie je rigídna! 13

14 Tuhé látky - kryštály Kryštálová struktúra priestorová usporiadanosť častíc (atómy, molekuly, ióny) (rovinné) kryštálové plochy samovoľne narastené symetria prvky symetrie 14

15 Základné prvky symetrie Geometrické transformácie, pri ktorých zostáva tvar zachovaný rotačné osi symetrie (C n ) roviny symetrie 6 C 2, 4 C 3, 3 C 4 spolu 9 rovín symetrie stred symetrie 15

16 Habitus (tvar) kryštálov (príklad) porucha základný typ (kubická štruktúra) Rôzna rýchlosť rastu 16

17 zákon stálosti uhlov Ekvivalentné plochy zvierajú vždy rovnaký uhol Nicolaus Stenonus (Stenon) Dán, 1669 Abbé René Just Haüy, 1784, Francúzsko zákon o racionalite parametrov Každú kryštalovú plochu možno odvodiť zo základného tvaru násobením základných parametrov racionálnym číslom. základná bunka motív, ktorý sa periodicky opakuje 17

18 kryštálová štruktúra a kryštálová mriežka kryštálová štruktúra - aktuálne usporiadanie atómov základná bunka kryštálová mriežka -geometrický pojem uzlové body mriežky a polohy atómov nie sú totožné! (môžu byť) 18

19 Mriežkové parametre 3 mriežkové konštanty a,b,c + 3 uhly medzi nimi Mriežkové parametre určujú rozmery a geometriu základnej bunky. Niektoré môžu byť rovnaké! 19

20 rôzne vzťahy medzi mriežkovými parametrami podľa symetrie Kryštalografické sústavy (7) rôzne typy mriežok v rámci konkrétnej sústavy 14 Bravaisových mriežok (a ďalšie delenie podľa symetrie) 20

21 sústava (P = primitivna, I= priestorovo centrovaná, F = plošne centrovaná, C= bázicky centrovaná) Bravaisove mriežky kubická a = b = c α = β = γ = 90 tetragonálna (štvorcová) a = b c α = β = γ = 90 ortorombická (kosoštvorcová) a b c α = β = γ = 90 21

22 sústava Bravaisova mriežka hexagonálna a = b c α = β = 90, γ = 120 trigonálna a = b = c α = β = γ 90 monoklinická a b c α = γ = 90, β > 90 triklinická a b c α β γ 90 22

23 Štrukúra kovov najtesnejšie usporiadanie A B C A B C B A C B A C kubická (ccp) plošne centrovaná (napr. Cu, Ag, Au, Ni, Al) A B A B hexagonálna (hcp) (napr. Mg, Ca, Zn) 23

24 zákl. bunka Porovnanie zákl. bunka hcp ccp 24

25 Štrukúra kovov menej tesné usporiadnie: kubická priestorovo centrovaná (alkalické kovy, V, Ba..) Väzba v kovoch úplná delokalizácia - kovová väzba pohyb elektrónového plynu (valenčných) elektrónov v elektrostatickom poli katiónov 25

26 Iónové kryštály: štruktúrny typ CsCl primitívna kubická mriežka základná bunka ionový polomer: Cs + =174 pm Cl - =181 pm (podobný) 26

27 Iónové kryštály: štruktúrny typ NaCl (halit, kamenná soľ) plošne centrovaná kubická mriežka oktaedrická koordinácia základná bunka ionový polomer: Na + =102 pm Cl - =181 pm (veľmi odlišný) 27

28 štruktúrny typ ZnS (sfalerit) plošne centrovaná kubická mriežka základná bunka Diamant tetraedrická koordinácia 28

29 Iónové kryštály: štruktúrny typ CaF 2 (fluorit) kubická mriežka základná bunka tetraedrická koordinácia 29

30 Vrstevnatá kryštálová štruktúra: Grafit c a a základná bunka hexagonálna štruktúra 30

31 Molekulové kryštály: jód Van der Waalsovské väzby, ortorombická sústava 31

32 Od molekulových ku kryštálovým orbitalom Pásová teória n vodivostný pás valenčný pás Molekulové orbitaly pre lineárnu retiazku (H 2 ) n... 32

33 Fermiho hladina, pásová medzera obsadené hladiny valenčný pás (band gap) > 2 ev izolanty neobsadené hladiny vodivostný pás polovodiče Fermiho hladina kovy - vodiče