Agregatna stanja materije

Transcript

1 Agregata staja materije Četiri agregata staja materije: Gas: Ispujava i zauzima oblik suda u kome se alazi, sličo tečostima, sem što su čestice a tako velikim rastojajima pa su iterakcije između čestica miimale. Proseča eergija po čestici reda 1 ev. Gasovi su mešljivi i kompresibili. Tečosti: Ne ispujavaju sud, ali uzimaju jegov oblik. Iterakcije izražee, proseča eergija reda 10-1 ev, rastojaje između čestica ešto veće od jihovih dimezija. Čvrsto: Ne ispujava i e uzima oblik suda. Čestice a rastojajima vrlo bliskim jihovim dimezijama. Iterakcije vrlo izražee. Proseča eergija po čestici reda 10-2 ev. Gasa plazma: Više ili maje joizovai gas gde je proseča eergija po čestici reda 10 ev pa dolazi do eelastičih sudara. 1eV1, J

2 Staje gasova Staje svake supstacije se opisuje osobiama staja. Osobie staja izražavaju se parametrima staja: V zapremia P pritisak T temperatura količia supstacije (mol) Prostor koji zauzima gas je zapremia V. Broj molekula prisutih u uzorku se izražava količiom supstacije.

3 Pritisak Pritisak predstavlja odos između sile (u N) i površie (u m 2 ) a koju sila deluje: P F A Pritisak gasa je rezultat ogromog broja sudara molekula gasa sa zidom suda

4 Jediice pritiska Ime Simbol Vredost paskal bar atmosfera Torr mm živiog stuba futa po kvadratom iču 1 Pa 1 bar 1 atm 1 Torr 1 mmhg 1 psi 1 N m -2, 1 kg m -1 s Pa Pa 133,322 Pa 133,322 Pa 6, kpa

5 Mereje pritiska Pritisak se jedostavo meri maometrom u kome eisparljivi viskozi fluid ispujava U-cev. Pritisak u aparaturi (a) i atmosferski pritisak (b) direkto je srazmera razlici visia u dva stuba, h: P ρgh gde je ρ gustia viskozog fluida. P Pex ± ρgh

6 Mehaička ravoteža Gas a višem pritisku pokreće klip sabijajući gas a ižem pritisku do uspostavljaja staja ravoteže kada su pritisci sa obe strae klipa izjedačei. Sistem se alazi u staju mehaičke ravoteže. Pritisak gasa u mehaičkom sistemu koji uključuje i pokreti klip može se regulisati uvođejem i ispuštajem gasa u sistem ili iz jega kroz slavie.

7 Termala ravoteža-temperatura Temperatura je osobia koja opisuje protok toplote. Eergija će teći između dva objekta u kotaktu što će dovesti do promee staja ovih objekata Dijatermički zid Visoka T Niska T Eergija kao toplota Jedake temperature Zid koji razdvaja objekte može biti: Dijatermički opaža se promea staja kada su objekti u kotaktu (pr. metal) Adijabatski-ako ema protoka eergije između objekata koji su u kotaktu (pr. stiropor) Niska T Visoka T

8 Termala ravoteža Dva objekta su u termaloj ravoteži kada ema promee staja kada su u međusobom kotaktu. A: komad gvožđa B: komad bakra C: sud sa vodom Nulti zako termodiamike: Ako je A u termaloj ravoteži sa B i B je u termaloj ravoteži sa C, tada je C takođe u termaloj ravoteži sa A Ako je B termometar (staklea kapilara ispujea živom) u kotaktu sa A, stub žive će imati određeu dužiu. Ako se B dovede u kotakt sa drugim objektom C, može se odrediti promea staja kada se A i C dovedu u kotakt. Živi stub se koristi za mereje temperatura A i C.

9 Termometri-temperatura Sistem čije se osobie mejaju a pravila i uočljiv ači sa promeama temperature ima potecijal da se koristi kao termometar. Primeri: Visia tečosti u uskoj cevi (Hg ili alkohol) Promea zapremie gasa (argo) Promea električog otpora žice (Pt) Termometri se kalibrišu poređejem u sistemima čija se staja mogu reproduktivati, pr. H 2 O u trojoj tački ili Ag u tački topljeja. Temperatura ije toplota! Temperatura je relativa mera razmejee toplote između sistema-temperatura se može defiisati kao tedecija sistema da gubi ili prima toplotu.

10 Jedačia staja Veza između parametara staja predstavlja jedačiu staja: f ( V, P, T, ) 0

11 GASOVITO STANJE Idealo gaso staje

12 Gasi zakoi Poglavlje Idividuali gasovi Boyle-Mariotte-ov zako Gay-Lussac-ov zako Charles-ov zako Jedačiaidealoggasog staja Smeše gasova Dalto-ov zako Amagat-ov zako Molska frakcija Sredja molara masa

13 Idealo gaso staje Razmatraćemo idealo gaso staje kao hipotetičo staje. Gas u ovom staju predstavlja skup materijalih tačaka (zapremia molekula zaemarljiva u odosu a zapremiu koju gas zauzima-stišljivost i mešljivost) koje se eprekido haotičo kreću u svim pravcima (Brauovo kretaje): -Molekuli poseduju samo kietičku eergiju traslacioog kretaja koja raste sa temperaturom. -Molekuli su a velikim međusobim rastojajima i iteraguju samo u sudarima sa zidom suda u kome se alaze i u međusobim sudarima. Svi sudari su elastiči. -Između molekula ema međumolekulskih sila (kao dipoldipol, vadervalsovih i sl.)

14 Idealo gaso staje Smatra se da se gas koji se pokorava gasim zakoima alazi u idealom gasom staju.

15 Bojl-Mariotov zako Роберт Бојл ( ,) је био ирски физичар и хемичар. Његова књига The Sceptical Chemist или Хемијско-физичке недоумице и парадокси се сматра утемељењем модерне хемије.изводио је експерименте са ваздухом, вакуумом, дисањем и сагоревањем, киселинама и базама, кристалографијом, густинама и преламањем. Оснивач је Енглеског краљевског друштва и Енглеске академије наука. Поред тога допринео је развоју атомистичке теорије материје.

16 Bojl-Mariotov zako Едме Мариот ( ) je био француски физичар и свештеник. Био је један од првих чланова Француске академије наука основане упаризу.ауторјерадоваувезикретања флуида, аеродинамичке теорије, природе боје, мржњења воде, а откриојеи постојање слепе мрље уоку.

17 Bojl je izveo veliki broj eksperimeata sa vazduhom zahvaljujući vazdušoj pumpi koju je izumeo jegov asistet Hook. Korišćea je staklea cev za ispitivaje osobia vazduha. Živa je sipaa u cev T i određea količia vazduha ostala je u zatopljeom delu J cevi. Kada je pritisak stuba žive duplira, zapremia vazduha se smajila a pola. Na osovu ovog eksperimeta se došlo do Bojlovog zakoa da je pvk pri kostatoj temperaturi i za kostatu količiu gasa.

18 Bojl je sa Mariotom pokazao da je za određeu količiu gasa () pri kostatoj temperaturi (T) zapremia gasa obruto srazmera pritisku i obruto: ( pv ). cost, T P P 1 2 V V 1 2 ( p / ) cost. T ρ T cost cost

19 Izoterme, p u fukciji od V, su grafički prikaz Bojlovog zakoa Svaka kriva odgovara određeoj temperaturi i aziva se izotermom Za zavisost p od V izoterme su hiperbole Za zavisost p od 1/V izoterme su prave liije

20 Razumevaje Bojlovog zakoa Bojlov zako važi strogo za idealo gaso staje tj. za staje gasa pri vrlo iskom pritisku kada imamalibrojsudaraizmeđu molekula kao i sa zidom suda dok su međusobe iterakcije zaemarljive. Ako zapremiu suda V u kome je gas smajimo a pola, V/2, šta ćese desiti sa pritiskom? Pritisak će se povećati za dva puta jer je broj udara molekula o zid suda dva puta veći.

21 Joseph Louis Gay-Lusac ( ) Završio Politehičku školu, sarađivao sa Lavoazijeom. Bavio se ispitivajima gasova. U balou apujeom vodoikom popeo se a visiu od 7000 m i merio magete osobie, kao i pritisak, temperaturu, vlažost i sastav vazduha u fukciji od visie. Bavio se i elektrohemijom. Najzačajiji rad Šireje gasova pri zagrevaju.

22 Gej-Lisakov zako Za odredjeu količiu gasa postoji lieari porast zapremie sa temperaturom, θ, (mereom a Celzijusovoj skali) pri kostatom pritisku (izobarski proces) V V 0 (1+αθ) za P, cost. gde je V 0 zapremia gasa pri 0 0 C kostata α1/273

23 Grafički prikaz Gej-Lisakovog zakoa Nagib izobara odgovara proizvodu V 0 α i većije za iži pritisak Odsečak izobare a ordiatoj osi je V 0 iveći je za maje pritiske. V o izobare V ( 1+ αθ ) α V o 273,15 Kometar: Zavisost V od θ (u 0 C) ili T (u K) (pri kostatom pritisku) je lieara pa grafički prikaz odgovara pravoj koja se zove izobara. 1

24 Gej-Lisakov zako izobare V o V θ θ + 273,15 V0 1 + V0 273,15 273,15 T T V0 V0 273,15 T 0 T pošto je: θ + 273,15 i T0 273,15

25 Razumevaje Gej-Lisakovog zakoa T 1 V 1 T 2 V 2 V 2 V 1 T T 2 1 P cost cost Razumevaje Gej Lisakovog zakoa Da bi pritisak (proseča sila po jediici površie zida suda u kome se gas alazi) bio kostata pri porastu temperature (kada raste sredja brzia kretaja molekula) mora rasti zapremiasudau komese gas alazi.

26 Idealo gasa apsoluta skala temperatura Ova skala temperature zasovaa je a relaciji: V V T 0 0 odoso a osobii idealog gasog staja da je za određeu količiu gasa a stalom pritisku, odos između zapremie i temperature kostata. Ovako defiisaa skala zasiva se a pretpostavci da je α odoso 1/ α kostato i ima istu vredost za gasove u idealom gasom staju. Veza između temperature u apsolutoj (T) i Celzijusovoj skali (θ) je: T T θ + 273,15

27 Jacques Charles Charles ( ) je bio fracuski fizičar koji je 1783 apravio balo ispuje vodoikom kojim se prvi put popeo a visiu od 2000 m. Pozatiji je po zakou prema kome se pritisak svih gasova povećava pri kostatoj zapremii za istu vredost pri istom porastu temperature.

28 Šarlov zako Za odredjeu količiu gasa postoji lieari porast pritiska sa temperaturom (mereom a Celzijusovoj skali), θ, pri kostatoj zapremii (izohorski proces) P P 0 (1+βθ) za V, cost. P P 0 T/273,15 mereom u apsolutoj skali temperatura

29 Šarlov zako T 1 P 1 T 2 P 2 P 2 P 1 T T 2 1 V cost cost Razumevaje Šarlovog zakoa Što je temperatura veća za gas u sudu kostate zapremie to je sredja brzia molekula veća pa je i broj sudara kao i sila kojom molekuli udaraju u zid suda veća pa je većii pritisak.

30 Ako se izobare prikažu u f-ji temperature u Celzijusovoj skali prave presecaju apscisu pri θ-273,15 0 C(a). To zači daje a ovoj temperaturi zapremia gasa ula. Sličo važi za izohore gde bi trebalo da je P0 pri T0 K (b). (a) (b) Pri ekstremo iskim temperaturama materija se poaša drukčije i gasi zakoi e važe jer je masa euištiva.

31 Avogadrov zako Jedake zapremie svih gasova a istoj temperaturi i istom pritisku imaju jedak broj molekula. V cost za P, T cost. To zači da su molare zapremie a određeoj temperaturi i pritisku iste za sve gasove bez obzira a jihovu prirodu ako se alaze u idealom gasom staju ( V ) ( V ). m /, P, T cost P T

32 Uslovi sredie Stadarda temperatura i pritisak (STP) T273,15 K, P1 bar, V m 22,710 L mol -1 Stadardi ambijetali temperatura i pritisak (SATP) T298,15 K, P1bar, V m 22,789 L mol -1 Normali temperatura i pritisak (NTP) T273,15 K, P1atm, V m 22,414 L mol -1

33 Kombiovaje gasih zakoa Početo staje: P 0, T 0 i V 0 za 1 mol Krajje staje: P, T i V za 1 mol Međustaje: P 0,T i V I proces izobarsko zagrevaje: ' V V0 T T II proces izotermsko šireje: 0 I II P V ' 0 PV PV 0 0 PV cost. T T 0

34 Jedačia idealog gasog staja PV rt r R PV RT Vredosti molare gase kostate R 8,31447 JK -1 mol -1 0,08205 L atm K -1 mol -1 8, Lbar K -1 mol -1 8,31447 Pa m 3 K -1 mol -1 62,364 L Torr K -1 mol -1 1,98721 cal K -1 mol -1 Alterativi oblici: m PV M P ρrt RT / M

35 Grafički prikaz jedačie idealog stajapovršie staja Jedačia idealog gasog staja može da se grafički prikaže za određeu količiu gasa trodimezioom površi mogućih staja što zači da gas e može biti u staju va ove površi Presek površi sa ravi: Tcost., Pcost. ili Vcost. daje izotermu, izobaru ili izohoru.

36 Smeše gasova-daltoov zako Pokazao je da ako pojedii gasovi zadovoljavaju jedačiu idealog gasog staja oda će i gasa smeša zadovoljavati ovu jedačiu. Pri tome staje odoso uslovi smeše ekoliko gasova eće samo zavisiti od P, T i V već i od sastava smeše, koja se ajčešće izražava brojem molova svake od kompoeata u smeši. Daltoov zako tvrdi da je a kostatoj temperaturi ukupa pritisak gase smeše u koačoj zapremii jedak sumi idividualih pritisaka koje bi pokazivao svaki gas da sam zauzima ukupu zapremiu: PP 1 +P ΣP i. P i Tcost irt V Parcijali pritisak

37 Joh Dalto ( ) Egleski aučik koji je prvi ukazao a bolest slepila za boje od koje je i sam bolovao a koja se po jemu zove daltoizam. Bavio se opsežim ispitivajem atmosfere i poašaja gasova. Njegov ajvećiauči doprios je utemeljivaje atomistička teorija materije.

38 Molska frakcija Za svaku kompoetu i gase smeše molska frakcija predstavlja odos količie te kompoete, izražee u molovima prema ukupoj količii gase smeše: Parcijali pritisak gase smeše je: Parcijali pritisak pojediog gasa je: x i i gde je RT irt P V V irt Pi V Pi P i RT P RT P... x i

39 Odos parcijalog pritiska pojediog gasa i pritiska smeše je: Pi P irt V RT V i x jedak molskoj frakciji. Parcijali pritisak je: i P i x i P

40 V V T cost P cost 1 V 1 2 V 2 Smeše gasova-amagov zako i i i V V V V V RT P V RT P V RT P V RT P V...,...,,, i i i x V V

41 Smeše gasova-sredja molara masa i i M x M x M x M M M m M i i i m M Molara masa je relativa molekulska masa izražea u g/mol (kg/kmol) Relativa molekulska masa je broj koji pokazuje koliko je masa jedog molekula veća od mase 1/12 atoma ugljeikovog izotopa 12 C