Οι ιδιότητες είναι θέμα μεγέθους!!!

Transcript

1 ΑΤΟΜΟ ΥΛΗ

2 Οι ιδιότητες είναι θέμα μεγέθους!!!

3 11. ΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΤΗΣ ΥΛΗΣ ΑΕΡΙΟ τα μόρια σε συνεχή και τυχαία κίνηση, συμπιέσιμα. ΥΓΡΟ τα μόρια σε συνεχή και τυχαία κίνηση αλλά πυκνότερη συσσώρευση, σχετικά ασυμπίεστα. ΣΤΕΡΕΟ τα άτομα/ιόντα ή μόρια σε στενή επαφή και σε συγκεκριμένες θέσεις, ασυμπίεστα ΡΕΥΣΤΑ

4 ΜΕΤΑΒΟΛΕΣ ΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ ΑΛΛΑΓΗ ΦΑΣΗΣ ΤΗΞΗ Στερεό σε Υγρό H 2 O(s) H 2 O(l) πχ Πάγος, Χιόνι -> υγρό νερό ΠΗΞΗ Υγρό σε Στερεό H 2 O(l) H 2 O(s) πχ υγρό νερό -> πάγο ΕΞΑΤΜΙΣΗ Υγρό σε Αέριο H 2 O(l) H 2 O(g) πχ υγρό νερό -> υδρατμός ΣΥΜΠΥΚΝΩΣΗ Αέριο σε Υγρό H 2 O(g) H 2 O(l) πχ σχηματισμός δρόσου ΑΠΟΘΕΣΗ Αέριο σε Στερεό H 2 O(g) H 2 O(s) πχ παγετός ΕΞΑΧΝΩΣΗ Στερεό σε Αέριο H 2 O(s) H 2 O(g) πχ πάγος -> υδρατμός ξηρός πάγος -> αέριο CO 2

5 ΜΕΤΑΒΟΛΕΣ ΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ/ΑΛΛΑΓΗ ΦΑΣΗΣ Αέριο CO 2 (g) Υγρό σε πιέσεις > από 5 atm CO 2 (l) Ξηρός πάγος CO 2 (s) ΕΞΑΧΝΩΣΗ ξηρού πάγου CO 2 (s) κατά την εξάτμιση C Τουλίπες κρύσταλλοι πάγου: Συμπύκνωση-απόθεση από τον ψυχρό αέρα

6 ΜΕΤΑΒΟΛΕΣ ΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ/ΑΛΛΑΓΗ ΦΑΣΗΣ ΕΞΑΧΝΩΣΗ ΙΩΔΙΟΥ/ΑΠΟΘΕΣΗ ΙΩΔΙΟΥ Τάση ατμών Ιωδίου είναι κάτω από το σ.τ του (114 0 C)

7 Τάση ατμών: η μερική πίεση του ατμού πάνω από το υγρό ή και στερεό. Μετριέται σε κατάσταση ισορροπίας και σε δεδομένη θερμοκρασία. ΕΞΑΤΜΙΣΗ: Κινητική ενέργεια των μορίων μεγαλύτερη από την ελάχιστη τιμή της δυναμικής ενέργειας της έλξης των μορίων της υγρής φάσης Κατανομές κινητικών ενεργειών των μορίων σε ένα υγρό σε διαφορετικές θερμοκρασίες Κατάσταση ισορροπίας Συμπύκνωση Εξάτμιση

8 ΤΑΣΗ ΑΤΜΩΝ -Σταθερή η Ταχύτητα της εξάτμισης -Η ταχύτητα της συμπύκνωσης εξαρτάται από τον χρόνο -Ισορροπία. Η μερική πίεση του ατμού φθάνει σε σταθερή τιμή για δεδομένη θερμοκρασία αυτή είναι η ΤΑΣΗ ΑΤΜΩΝ

9 ΤΑΣΗ ΑΤΜΩΝ Πτητικά αυτά που έχουν μεγάλη τάση ατμών σε θερμ. δωματίου

10 Σημείο ζέσεως: η θερμοκρασία στην οποία η τάση ατμών ενός υγρού είναι ίση με την πίεση που ασκείται πάνω στο υγρό. ΒΡΑΣΜΟΣ Η τάση ατμών στο εσωτερικό μιας φυσαλίδας ατμού= εξωτερική πίεση!!!!!!!!μεταβάλλοντας την πίεση μεταβάλλεται και το σημείο βρασμού ΕΦΑΡΜΟΓΗ: χύτρα ταχύτητας

11 Σημείο πήξεως: η θερμοκρασία στην οποία ένα καθαρό υγρό πήζει. Σημείο τήξεως η θερμοκρασία στην οποία ένα καθαρό υγρό τήκεται.

12 Θερμότητα μετατροπής φάσεων: κάθε μεταβολή κατάστασης προϋποθέτει προσθήκη ή αφαίρεση ενέργειας με τη μορφή θερμότητας από ή προς την ουσία ΚΑΜΠΥΛΗ ΘΕΡΜΑΝΣΗΣ ΝΕΡΟΥ Θερμότητα ή ενθαλπία τήξης ΔH fus H 2 O(s) H 2 O(l) Για τον πάγο στους 0 ο C ΔH fus =6,01kJ/mol Θερμότητα ή ενθαλπία εξάτμισης ΔH vap Στους 100 ο C ΔH vap =40,7kJ/mol ΕΦΑΡΜΟΓΗ Ψυγείο: ψύξη από εξάτμιση Ένα εγκλεισμένο αέριο(ccl 2 F 2, NH 3 ) υγροποιείται κάτω από πίεση, καθώς το υγρό εξατμίζεται απορροφά θερμότητα και ψύχει. Το αέριο που σχηματίζεται από την εξάτμιση ανακυκλώνεται σε έναν συμπιεστή και μετά σε έναν συμπυκνωτή υγροποιείται

13 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ ΦΑΣΕΩΝ Γραφική μέθοδος συνοπτικής παρουσίασης των συνθηκών κάτω από τις οποίες μια ουσία υπάρχει ως στερεό, υγρό ή αέριο ΑΒ: ΤΗΞΗ ΠΗΞΗ ΑΓ: ΒΡΑΣΜΟΣ ΑΔ: ΕΞΑΧΝΩΣΗ ΣΥΜΠΥΚΝΩΣΗ ΕΝΑΠΟΘΕΣΗ Α: ΤΡΙΠΛΟ ΣΗΜΕΙΟ Συνθήκες θερμοκρασίας και πίεσης Όπου συνυπάρχουν οι τρεις φάσεις Γ: ΚΡΙΣΙΜΟ ΣΗΜΕΙΟ H 2 O!!!!!!Αποξήρανση τροφίμων μέσω κατάψυξης

14 Κρίσιμη θερμοκρασία: η θερμοκρασία πάνω από την οποία η υγρή κατάσταση δεν μπορεί να υπάρξει όσο υψηλή πίεση και αν εφαρμοστεί Κρίσιμη πίεση: η τάση ατμών στην κρίσιμη θερμοκρασία CO 2 Κρίσιμη θερμοκρασία 31 0 C: ΥΠΕΡΚΡΙΣΙΜΟ ΡΕΥΣΤΟ = ουσία η οποία βρίσκεται σε θερμοκρασία και πίεση πάνω από το κρίσιμο σημείο ΤΡΙΠΛΟ ΣΗΜΕΙΟ : C, 5.1atm!!!!Εφαρμογή: Υπερκρίσιμη εκχύλιση καφεΐνης

15 ΥΓΡΗ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ Φυσικές ιδιότητες των υγρών (εξαρτώνται από τις διαμοριακές δυνάμεις επιφανειακή τάση, τριχοειδής ανύψωση, ιξώδες Τα υγρά τείνουν να ελαττώσουν όσο γίνεται περισσότερο την επιφάνεια βροχής Επιφανειακή τάση Η ενέργεια που απαιτείται για την αύξηση του εμβαδού της επιφάνειας ενός υγρού κατά μια μονάδα εμβαδού.!!επηρεάζεται από διαλυμένες ουσίες σαπούνια, απορρυπαντικά,.μειώνουν την επιφανειακή τάση

16 Τριχοειδής ανύψωση φαινόμενο που σχετίζεται με την επιφανειακή τάση Τα μόρια του νερού έλκονται από το γυαλί, ένα λεπτό φίλμ νερού ανέρχεται μέσα στον τριχοειδή. Προκειμένου να ελαττωθεί το εμβαδόν της επιφάνειας του φιλμ η στάθμη ανεβαίνει μέχρις ότου η επιφανειακή τάση αντισταθμιστεί από το βάρος του νερού του σωλήνα

17 Ιξώδες: η αντίσταση στη ροή των υγρών και των αερίων. Συντελεστής ιξώδους n, χαρακτηριστική τιμή για κάθε ρευστό, εξαρτάται από τη θερμοκρασία Μέτρηση: με βάση το χρόνο που χρειάζεται να τρέξει μια ποσότητα από τριχοειδή σωλήνα ή από το χρόνο που χρειάζεται μια κρυστάλλινη σφαίρα για να πέσει μέσα από στήλη υγρού.!!! το ιξώδες ελαττώνεται με τη ιξώδες σιροπιού > νερού

18 Σύνοψη ΜΕΤΑΒΟΛΕΣ ΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ/ΑΛΛΑΓΗ ΦΑΣΗΣ Τα μόρια τείνουν να εγκαταλείψουν την υγρή φάση και να σχηματίσουν ατμούς Η μερική πίεση των ατμών στην ισορροπία είναι η τάση ατμών Η τάση ατμών αυξάνεται με την θερμοκρασία Το σημείο ζέσεως αυξάνεται με την πίεση Τα στ και σπ είναι ανάλογα με τον τύπο του στερεού/διαμοριακές δυνάμεις Φυσικές ιδιότητες των υγρών όπως επιφανειακή τάση, τριχοειδής ανύψωση, ιξώδες είναι ανάλογα με τις διαμοριακές δυνάμεις

19 Διαμοριακές δυνάμεις σχετίζονται με τη μοριακή δομή Ερμηνεία Διαμοριακών δυνάμεων = δυνάμεων αλληλεπίδρασης μεταξύ μορίων υγρών ή στερεών Ελκτικές Δυνάμεις μεταξύ ουδετέρων μορίων Δυνάμεις διπόλου-διπόλου Δυνάμεις διασποράς ή London Δυνάμεις van der Waals Δυνάμεις λόγω δεσμών υδρογόνου

20 Δυνάμεις διπόλου-διπόλου Ελκτική διαμοριακή δύναμη που προκύπτει από την τάση πολικών μορίων να ευθυγραμμίζονται έτσι ώστε το θετικό άκρο ενός μορίου να είναι κοντά στο αρνητικό άκρο ενός άλλου μορίου H-Cl Πολικό μόριο, λόγω διαφορετικής ηλεκτραρνητικότητας των ατόμων H και Cl εμφανίζει διπολική ροπή Στερεά κατάσταση!!!!! Αέριο σε θ. δωματίου Υγρό στους -85 ο C λόγω των ελκτικών διαμοριακών δυνάμεων που είναι αρκετές για να το συγκρατούν στην υγρή κατάσταση Υγρή κατάσταση

21 Δυνάμεις διασποράς ή London Ασθενείς ελκτικές δυνάμεις μεταξύ μη πολικών μορίων οι οποίες προκύπτουν από τα μικρά στιγμιαία δίπολα που σχηματίζονται λόγω της αλλαγής της θέσης των ηλεκτρονίων κατά τη διάρκεια της κίνησης τους γύρω από τους πυρήνες Α: στιγμιαίο δίπολο Β: 2 στιγμιαία δίπολα και μια ελκτική δύναμη μεταξύ τους Γ: ταυτόχρονη αλλαγή κίνησης με αποτέλεσμα τη διατήρηση της έλξης

22 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Δυνάμεων διασποράς ή London Οι δυνάμεις αυξάνονται με το ΜΒ των ενώσεων Μόρια Μεγάλου ΜΒ πολλά ηλεκτρόνια μεγάλα άτομα περισσότερο πολώσιμα παραμορφώνονται ευκολότερα και δίνουν στιγμιαία δίπολα γιατί τα ηλεκτρόνια είναι μακριά από τους πυρήνες Μόρια με ίδιο ΜΒ: το περισσότερο συμπαγές πολώνεται λιγότερο μικρότερες δυνάμεις London Πεντάνιο θερμότητα εξάτμισης 25,8kJ/mol Ισοπεντάνιο θερμότητα εξάτμισης 24,7kJ/mol Νεοπεντάνιο θερμότητα εξάτμισης 22,8kJ/mol

23 Δυνάμεις Van der Waals και ιδιότητες υγρών Η τάση ατμών ελαττώνεται όταν αυξάνεται το Μ.Β. Διαμοριακές δυνάμεις ισχυρές - τάση ατμών Χαμηλή Δυνάμεις London ανάλογες του Μ.Β. και της τάσης ατμών Τα Σ.ζ είναι ανάλογα προς την ενέργεια των διαμοριακών έλξεων Διαμοριακές δυνάμεις ασθενής - σ.ζ πολύ χαμηλά Επιφανειακή τάση: αυξάνεται παράλληλα με την ισχύ των διαμοριακών έλξεων Ιξώδες εξαρτάται εν μέρει. Αύξηση των διαμοριακών έλξεων αυξάνει την αντίσταση στη ροή.

24 CH 3 F: ΜΒ=34/ διπολική ροπή=1,81d/ σ.ζ=-78 0 C αέριο CH 3 OH: ΜΒ=32/ διπολική ροπή=1,70d /σ.ζ=65 0 C υγρό Μόρια που έχουν την ομάδα ΟΗ εμφανίζουν μια επιπρόσθετη ελκτική δύναμη Δεσμός υδρογόνου ασθενής έως μέτρια ελκτική δύναμη η οποία υπάρχει μεταξύ ενός ατόμου υδρογόνου συνδεδεμένου ομοιοπολικά με ένα πολύ ηλεκτραρνητικό άτομο Χ και ενός μονήρους ζεύγους ηλεκτρονίων ενός άλλου λιγότερα ηλεκτραρνητικού ατόμου -Χ-Η Υ- Όπου Χ και Υ F,O,N

25 Δεσμός υδρογόνου!!!!!!αύξηση του φαινόμενου βάρους!!!!!!!υποστήριξη της ζωής Έλξεις διπόλου-διπόλου το θετικό φορτίο στο άτομο του Η έλκεται από το αρνητικό ενός γειτονικού ατόμου Ο. Τα ηλεκτρόνια στο δεσμό -Ο-Η έλκονται από το άτομο Ο αφήνοντας το θετικό φορτίο του πρωτονίου εκτεθειμένο και το οποίο έλκεται ισχυρά από ένα μονήρες ζεύγος ενός άλλου ατόμου Ο.

26 Βιολογική σημασία Μέγιστη πυκνότητα στους 4 0 C Στον πάγο κάθε άτομο οξυγόνου περιβάλλεται τετραεδρικά από 4Η. Η διάταξη αυτή δημιουργεί κενά γιαυτό και ο πάγος ελαφρύτερος. Όταν λιώνει καταστρέφεται βαθμιαία αυτή η δομή και συγκροτήματα μορίων μπαίνουν ανάμεσα στα κενά του κρυσταλλικού πλέγματος. Αποτέλεσμα η ελάττωση του όγκου όταν γίνει υγρό. Η καταστροφή αυτή γίνεται μέχρι τους 4 0 C οπότε και η μέγιστη πυκνότητα. Μετά τους 4 0 C ελαττώνεται η πυκνότητα

27 Βιολογική σημασία Δεσμός υδρογόνου μεταξύ γουανίνης και κυτοσίνης Η ηλεκτρονική πυκνότητα αυξάνεται: μπλε< πράσινο< κίτρινο< κόκκινο

28 Συνέπειες Δεσμού υδρογόνου Σχήμα A: Σ.ζ. έναντι Μ.Β υδριδίων 16 ης ομάδας. Κανονική αύξηση σ.ζ. με αύξηση του Μ.Β. για H 2 S, H 2 Se, H 2 Te B: Σ.ζ. έναντι Μ.Β υδριδίων 14 ης,15 ης,17 ης ομάδας.

29 Τύποι στερεών Διαμάντι στερεό με τρισδιάστατο πλέγμα κάθε άτομο άνθρακα ενώνεται τετραεδρικά και ομοιοπολικά με άλλα τέσσερα Γραφίτης φύλλα ατόμων άνθρακα ομοιοπολικά ενωμένων σε εξαγωνική δομή

30 Φυσικές ιδιότητες 1. Σ.τ. και δομή Μοριακό στερεό: ασθενείς διαμοριακές δυνάμεις, χαμηλά σ.τ<300 0 C Ιοντικό στερεό ή ομοιοπολικού πλέγματος: χημικοί δεσμοί, σ.τ υψηλά εξαρτάται από την ενέργεια πλέγματος (ενέργεια που δείχνει πόσο ισχυρά έλκονται τα ιόντα στο στερεό) Μεταλλικό στερεό: κυμαίνεται. Χαμηλά για τα στοιχεία των ομάδων 1 ης και 2 ης (ΙΑ και ΙΙΑ). Υψηλά για τα μεταβατικά. Χαμηλά για τα στοιχεία της 12 ης (ΙΙΒ) ομάδας

31 2.Σκληρότητα και δομή Εξαρτάται από το πόσο εύκολα οι δομικές μονάδες ενός στερεού μπορούν να κινηθούν δηλαδή από την ισχύ των ελκτικών δυνάμεων Μοριακό στερεό:μαλακό-εύθραστο Ιοντικό στερεό: σκληρό-ελατό Στερεό ομοιοπολικού πλέγματος: τελείως σκληρό 3. Ηλεκτρική αγωγιμότητα και δομή Τα απεντοπισμένα ηλεκτρόνια σθένους κινούνται εύκολα με εφαρμογή ηλεκτρικού πεδίου και είναι υπεύθυνα για την μεταφορά ηλεκτρικού φορτίου.

32 Κρυσταλλικό στερεό αποτελείται από ένα ή περισσότερους κρυστάλλους. Κρύσταλλος καθορισμένη δομή, συγκροτημένη με τάξη και στις τρεις διαστάσεις(αλάτι, ζάχαρη,..)# άμορφο (γυαλί,..) Κρυσταλλικό πλέγμα η τρισδιάστατη γεωμετρική διάταξη πλεγματικών σημείων τα οποία θεωρούμε ότι είναι τα κέντρα των ατόμων. Δείχνει μόνο τη διάταξη των βασικών μονάδων.(b) Μοναδιαία κυψελίδα η μικρότερη κιβωτιοειδής μονάδα η οποία επαναλαμβανόμενη σε τρεις διαστάσεις δημιουργεί τον κρύσταλλο (Δ) Κρυσταλλική δομή Cu

33 Σχήματα μοναδιαίων κυψελίδων

34 Κυβικές μοναδιαίες κυψελίδες Απλή κυβική: έχει πλεγματικά σημεία μόνο στις γωνίες της Ενδοκεντρωμένη:έχει ένα επιπλέον πλεγματικό σημείο στο κέντρο της Ολοεδρικά κεντρωμένη: εκτός από τις γωνίες έχει επιπλέον και από ένα πλεγματικό σημείο στο κάθε κέντρο καθεμιάς έδρας της.

35 Προσδιορισμός της κρυσταλλικής δομής Διάγραμμα Περίθλασης ακτίνων Χ κρυστάλλου Περίθλαση ακτίνων Χ (XRD) : πληροφορίες για τη χημική σύσταση και την κρυσταλλική δομή

36 Βραβείο Νομπέλ Χημείας 2011 Oι ημικρύσταλλοι quasicrystals ή «οιονεί κρυστάλλων» είχαν την τιμητική τους!!! Απονεμήθηκε στον καθηγητή Επιστήμης Υλικών του Ισραηλιτικού πολυτεχνείου Technion Νταν Σέχτμαν (Dan Shechtman). Εφεξής ο ορισμός των κρυστάλλων δεν είναι πια «ουσία της οποίας τα συστατικά μέρη είναι κανονικά διατεταγμένα ακολουθώντας ένα επαναλαμβανόμενο τρισδιάστατο ίχνος» αλλά «κάθε στερεό που έχει ουσιωδώς διακριτό διάγραμμα περίθλασης». Απεριοδικοί κρύσταλλοι

37 2. ΩΣΜΩΤΙΚΕΣ η ΑΘΡΟΙΣΤΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ: εξαρτώνται από τη συγκέντρωση των μορίων ή ιόντων της διαλυμένης ουσίας και όχι από τη χημική ταυτότητα της διαλυμένης ουσίας Π.Χ. Όταν μη πτητική ουσία διαλυθεί σε πτητικό διαλύτη τότε έχουμε ελάττωση της τάσης ατμών του διαλύτη Ταπείνωση (Ελάττωση) της τάσης των ατμών Ανύψωση του σημείου ζέσεως Ταπείνωση του σημείου πήξεως Ώσμωση Όλες οι ιδιότητες εκφράζονται ποσοτικά συναρτήσει διαφόρων μονάδων συγκέντρωσης

38 ΤΑΣΗ ΑΤΜΩΝ ΔΙΑΛΥΜΑΤΟΣ Η τάση ατμών ενός πτητικού διαλύτη ελαττώνεται με την διάλυση σε αυτόν μιας μη πτητικής ή πτητικής ουσίας. Ταπείνωση της τάσης ατμών ενός διαλύτη είναι μια αθροιστική ιδιότητα αριθμητικά ίση με την τάση ατμών του καθαρού διαλύτη μείον την τάση ατμών του διαλύματος ΔP =P 0 A- P A H 2 O / αιθυλενογλυκόλη: ΔP= 17,54mmHg-17,36mmHg=0,18 mmhg ΔP =P 0 AX Β P 0 A τάση ατμών του καθαρού διαλύτη X B Γραμμομοριακό κλάσμα διαλυμένης (τα moles της ουσίας δια τα moles του διαλύματος) Πίεση στον κλωβό ενδιάμεση: μικρότερη από τη τάση ατμών του αριστερού διαλύματος και μεγαλύτερη από τη τάση ατμών του δεξιού διαλύματος

39 Ανύψωση του σημείου ζέσεως και Ταπείνωση του σημείου πήξεως ΔΤ b = Κ b. C m ΔΤ f = Κ f. C m Κ b και Κ f εξαρτώνται μόνο από τον διαλύτη Η ανύψωση του σ.ζ ΔΤ b είναι ίση με το σ.ζ. του διαλύματος μείον το σ.ζ. του καθαρού διαλύτη. Για αραιά διαλ. είναι ανάλογη προς τη molality(moles διαλυμένης ουσίας /Kg διαλύτη). Η ταπείνωση του σ.π. ΔΤ f είναι ίση με το το σ.π. του καθαρού διαλύτη μείον το σ.π. του διαλύματος. Για αραιά διαλ. είναι ανάλογη προς τη molality.

40 Ώσμωση Η δίοδος του διαλύτη από ένα αραιότερο διάλυμα σε ένα πυκνότερο μέσω ημιπερατής μεμβράνης (ωσμωτικά διαφράγματα) προκειμένου να εξισωθούν οι συγκεντρώσεις της διαλυμένης ουσίας. Νόμος van't Hoff : π = Μ R T (Μ= γραμμομοριακή συγκέντρωση Μ=n/V) Η ωσμωτική πίεση αραιού διαλύματος είναι ίση με την ελάχιστη εκείνη πίεση που απαιτείται να εφαρμοστεί στο διάλυμα για να σταματήσει η ώσμωση.

41 Αν εφαρμόσουμε πίεση μεγαλύτερη της ωσμωτικής η διαδικασία αντιστρέφεται ΑΝΤΙΣΤΡΟΦΗ ΩΣΜΩΣΗ δλδ ο διαλύτης ρέει από το πυκνότερο στο αραιότερο. ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΑΦΑΛΑΤΩΣΗ!!!!! Σημασία της ωσμωτικής πίεσης στα κύτταρα Α: ωσμωτική πίεση του διαλύματος > αιμοσφαίριου. ΣΥΡΙΚΝΩΣΗ ΑΙΜΟΣΦΑΙΡΙΟΥ ΑΦΥΔΑΤΩΣΗ Β: ωσμωτική πίεση του διαλύματος = αιμοσφαίριου. ΚΑΝΟΝΙΚΟ ΑΙΜΟΣΦΑΙΡΙΟ Γ: ωσμωτική πίεση του διαλύματος < αιμοσφαίριου. ΔΙΟΓΚΩΜΕΝΟ ΑΙΜΟΣΦΑΙΡΙΟ ΔΙΑΡΡΗΞΗ ΚΥΤΤΑΡΟΥ

42 ΚΟΛΛΟΕΙΔΗ Τα διασπαρμένα σωματίδια είναι μεγαλύτερα από τα κανονικά μόρια nanometers (10 3 2χ10 5 pm) Φαινόμενο Tyndall: η σκέδαση φωτός από σωματίδια μεγέθους κολλοειδούς.

43 ΚΟΛΛΟΕΙΔΗ Aerosol sol gel

44 ΚΟΛΛΟΕΙΔΗ ΥΔΡΟΦΙΛΛΑ ένα κολλοειδές στο οποίο υπάρχει μια ισχυρή έλξη μεταξύ διεσπαρμένης φάσης και μέσου διασποράς νερού. π.χ ζελατίνη σε νερό Δυνάμεις London και δεσμοί Υδρογόνου ΥΔΡΟΦΟΒΑ έλλειψη έλξης μεταξύ διεσπαρμένης φάσης και μέσου διασποράς νερού. Είναι ασταθή και με την πάροδο του χρόνου συσωμματώνονται π.χ σωματίδια χρυσού σε νερό, υδροξείδιο του σιδήρου(ιιι) σε νερό (sol) Θρόμβωση η διαδικασία καταστροφής όπου η διεσπαρμένη φάση ενός κολλοειδούς εξαναγκάζεται να συσσωματωθεί και να διαχωριστεί τελικά από το μέσο διασποράς π.χ πήξη γάλακτος

45 Κολλοειδής σύζευξη: όταν σε μια ουσία έχουμε υδρόφιλα και υδρόφοβα άκρα και διασπείρεται στο νερό έχουμε σχηματισμό μικυλλίων. Μικκύλιο είναι ένα σωματίδιο μεγέθους κολλοειδούς που σχηματίζεται στο νερό από τη σύζευξη μορίων ή ιόντων καθένα από τα οποία έχει ένα υδρόφοβο και ένα υδρόφιλο άκρο Επιφανειοδραστικές ουσίες (surfactants) Υδρόφοβη H/C αλυσίδα Υδρόφιλη κεφαλή Πολικό άκρο Επιφανειοδραστική ουσία Π.χ ολεικό οξύ oleic acid, CH 3 (CH 2 ) 7 CH=CH(CH 2 ) 7 COOH

46 Κολλοειδής σύζευξη: ένα κολλοειδές στο οποίο η διεσπαρμένη φάση αποτελείται από μικύλλια π.χ σαπούνι στο νερό

47

48 Σχηματισμός αντίστροφων μικυλλίων(micelles) όταν έχουμε μη υδατικούς διαλύτες Αύξηση του επιφανειοδραστικού Το μέγεθος των σωματιδίων καθορίζεται από τα μικύλλια

49 Κεφ.18 ο ΧΗΜΙΚΗ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ Η μελέτη της σχέσης της θερμότητας και άλλων μορφών ενέργειας που εμπλέκονται σε μια χημική ή φυσική διεργασία Ανοικτό ή Κλειστό σύστημα (ανταλλάσει ή όχι ύλη και ενέργεια με το περιβάλλον) Αδιαβατικό όταν στο σύστημα περιβάλλον δεν παρατηρείται μετακίνηση ύλης και ενέργειας Εκτατική ιδιότητα η πραγματική τιμή δεν προσδιορίζεται αλλά μετράμε τη μεταβολή Καταστατική συνάρτηση εξαρτάται μόνο από την αρχική και τελική κατάσταση του συστήματος ΕΣΩΤΕΡΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ U: το σύνολο της Δυναμικής (χημικοί δεσμοί και απώσεις έλξεις) και της Κινητικής ενέργειας (ενέργεια κίνησης των ηλεκτρονίων, μεταφορική δονητική περιστροφική) που περιέχει κάθε σύστημα. 1 ος ΝΟΜΟΣ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗΣ: ΔU = q + W

50 W= -PΔV Το έργο που παράγεται σε μια χημική αντίδραση σε ανοικτό σύστημα είναι ίσο με την πίεση επί τη μεταβολή του όγκου. Με βάση τον 1 ο Νόμο ΔU = q + W άρα ΔU = q - PΔV Όταν το V =σταθ. Ισόχωρη αντίδραση Το θερμικό αποτέλεσμα q v. Τότε W=0 και ΔU= q v. Όταν το P = σταθ. Ισοβαρής αντίδραση Το θερμικό αποτέλεσμα q p. Τότε W=-PΔV και ΔU= q p - PΔV U 2 U 1 = q p P(V 2 -V 1 ) q p =(U 2 +PV 2 ) (U 1 + PV 1 )

51 q p =(U 2 +PV 2 ) (U 1 + PV 1 ) ΕΝΘΑΛΠΙΑ H = U + PV ΔH = ΔU + Δ(P V) για P = ct έχουμε ΔH = ΔU + P ΔV P = ct (Διαλύματα) το μόνο έργο είναι PΔV ΔU = ΔH - P ΔV ΔU = q+ W άρα ΔH = q p θερμότητα αντίδρασης ΔH = H προϊόντων - H αντιδρώντων ΔH < 0, ΕΚΛΥΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΕΞΩΘΕΡΜΕΣ. ΔH > 0, ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΕΝΔΟΘΕΡΜΕΣ

52 Πότε είναι αυθόρμητη μια αντίδραση??? Αυθόρμητη διεργασία είναι μια φυσική η χημική μεταβολή που λαμβάνει χώρα από μόνη της.

53 ΔΕΥΤΕΡΟΣ ΝΟΜΟΣ ΤΗΣ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗΣ- ΕΝΤΡΟΠΙΑ Οποιοδήποτε σύστημα όταν αφήνεται ελεύθερο τείνει να μεταβληθεί προς την κατεύθυνση της μεγαλύτερης αταξίας. ΕΝΤΡΟΠΙΑ είναι μια θερμοδυναμική ποσότητα και αποτελεί το μέτρο της αταξίας 2 ος ΝΟΜΟΣ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗΣ Η εντροπία αυξάνει σε κάθε μεταβολή που γίνεται αυθόρμητα ΔS > 0 Π.χ τήξη 1 mol πάγου: ΔS = (63-41) J/K = 22 J/K (1 mol υγρού νερού 0 0 C -1 mol στερεού νερού 0 0 C)

54 Όταν μια διεργασία εξελίσσεται δημιουργείται εντροπία. Έχουμε ροή θερμότητας προς ή από το σύστημα η οποία συνοδεύεται από εντροπία. ΔS=εντροπία που δημιουργείται + q/t (Αυθόρμητη διεργασία ) ΔS > q/t Επειδή ΔH = q p για P=ct ΔS > ΔH/Τ ΔS = ΔH/Τ στην κατάσταση ισορροπίας Πότε είναι αυθόρμητη μια αντίδραση??? ΔS > ΔH/Τ ΔS - ΔH/Τ > 0 ή ΔH/Τ - ΔS < 0 T, P=ct ΔH - Τ ΔS < 0 ΑΥΘΟΡΜΗΤΗ ΠΡΟΣ ΤΑ ΔΕΞΙΑ ΔH - Τ ΔS > 0 ΑΥΘΟΡΜΗΤΗ ΠΡΟΣ ΤΑ ΑΡΙΣΤΕΡΑ ΔH - Τ ΔS = 0 ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ

55 3 ος ΝΟΜΟΣ ΤΗΣ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗΣ Η εντροπία ενός τέλειου κρυστάλλου μιας απόλυτα καθαρής ουσίας στο απόλυτο μηδέν είναι μηδέν S 0 =πρότυπη εντροπία ουσίας ή ιόντος π.χ στο σχήμα για το CH 3 Cl

56 ΕΛΕΥΘΕΡΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ G = H - TS Συνδυάζει και τις δυο έννοιες και είναι κριτήριο για το αυθόρμητο ΔG = ΔH TΔS ή ΔG / Τ = ΔH /Τ ΔS ή -ΔG / Τ = ΔS - ΔH /Τ Για αυθόρμητη μεταβολή -ΔG / Τ > 0 και επειδή Τ 0 ΔG < 0 ΔG < 0 η μεταβολή γίνεται αυθόρμητα χωρίς να δίνεται άλλη μορφή ενέργειας ΔG > 0 η μεταβολή ΔΕΝ γίνεται αυθόρμητα χρειάζεται και άλλη μορφή ενέργειας. Αυθόρμητα γίνεται η αντίστροφη αντίδραση. ΔG = 0 το σύστημα είναι σε ισορροπία ΔG μικρή θετική ή μικρή αρνητική < 10 KJ η αντίδραση δίνει ένα μίγμα ισορροπίας αντιδρώντων και προϊόντων

57 ΠΡΟΤΥΠΗ ΕΛΕΥΘΕΡΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ και ΣΤΑΘΕΡΑ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑΣ ΔG 0 = -RΤ lnk ή ΔG 0 = -2,303 RΤ log K Μεγάλη αρνητική ΔG 0 η αντίδραση δεξιά Μεγάλη θετική ΔG 0 η αντίδραση αριστερά ΔG 0 = 0 η αντίδραση σε ισορροπία Μεγαλύτερη από 10 KJ

58 Μεταβολή της ελεύθερης ενέργειας με τη θερμοκρασία

59 ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΚΑΙ ΕΝΩΣΕΙΣ ΣΥΝΤΑΞΗΣ ή ΕΝΤΑΞΗΣ ή ΣΥΝΑΡΜΟΓΗΣ

60 Ένωση Συναρμογής ή Ένταξης είναι η ένωση στην οποία υπάρχει Ενώσεις Συναρμογής ένα κεντρικό μεταλλικό ιόν (ή ακόμη και άτομο μετάλλου) που περιβάλλεται από καθορισμένο αριθμό ιόντων ή μορίων που ονομάζονται υποκαταστάτες. ΚΕΝΤΡΙΚΟ ΑΤΟΜΟ Η ΙΟΝ ΣΥΝΑΡΜΟΤΕΣ, ΠΕΡΙΦΕΡΕΙΑΚΟΙ ΥΠΟΚΑΤΑΣΤΑΤΕΣ, LIGANDS Μέταλλο Μ Δέκτης ζεύγους e Οξύ κατά Lewis Ηλεκτρονιόφιλο Άτομα, ιόντα, ουδέτερα μόρια Δότης ζεύγους e Βάση κατά Lewis Πυρηνόφιλο

61 ΕΙΔΗ ΥΠΟΚΑΤΑΣΤΑΤΩΝ Τα ligands είναι είτε ανιόντα είτε πολωμένα ουδέτερα μόρια. Επιπλέον, έχουν τουλάχιστον ένα ασύζευκτο ζεύγος ηλεκτρονίων σθένους ΜΟΝΟΔΟΝΤΙΚΟΙ Ονομάζονται οι υποκαταστάτες που μπορούν να σχηματίσουν μόνο ένα χημικό δεσμό με το κεντρικό μεταλλικό άτομο ή ιόν. Οι κυριότεροι μονοδοντικοί υποκαταστάτες είναι τα ιόντα F -, Cl -, Br -, I -, O 2-, OH -, CN -, SCN -, SO 4 2-, NO 2 - καθώς επίσης και οι μοριακές ενώσεις Η 2 Ο, ΝΗ 3, Ο 2, CO, CO 2. Τερματικοί ή γεφυρωτικοί O H Cl H :ΝΗ 3 C N ΔΙΔΟΝΤΙΚΟΙ ή ΠΟΛΥΔΟΝΤΙΚΟΙ ή ΧΗΛΙΚΟΙ Ονομάζονται οι υποκαταστάτες που έχουν την δυνατότητα ταυτόχρονα να δεθούν χημικά με το κεντρικό μεταλλικό άτομο ή ιόν σε περισσότερες από μία θέσεις. Διαθέτουν περισσότερα του ενός διαθέσιμα ζεύγη ηλεκτρονίων σε διαφορετικά άτομα, τα οποία είναι κατανεμημένα γεωμετρικά με τέτοιο τρόπο έτσι ώστε να μπορούν να αναπτυχθούν ταυτόχρονα περισσότεροι του ενός δεσμοί με το κεντρικό άτομο ή ιόν.

62 Cl - Cl - N py Μονοδοντικός γεφυρωτικός Μονοδοντικός τερματικός CH 2 CH 2 2HN NH 2 N N N N Αιθυλενοδιαμίνη en o-phen n 1 :n 1 :μ2 διδοντικός γεφυρωτικός n 1 :n 1 :μ 1 διδοντικός χηλικός RCO 2 - R R R C C C O O O O O O n 1 :n 1 :μ 2 n 1 :n 2 :μ 3 n 2 :n 2 :μ 3

63 Ενώσεις Συναρμογής Κατηγορίες συμπλόκων Ουδέτερα [Pt(NH 3 ) 2 Cl 2 ], [Fe(CO) 5 ] Ανιονικά [Zn(OH) 4 ] 2- Κατιονικά [Ag(NH 3 ) 2 ] +, [Co(NH 3 ) 6 ] 3+, [Zn(NH 3 ) 4 ] 2+ [Co(H 2 NCH 2 CH 2 NH 2 ) 3 ]Cl 3

64 Αριθμός ένταξης ή σύνταξης ή συναρμογής είναι ο αριθμός των ομάδων (ανιόντα ή ουδέτερα μόρια) που ενώνονται απευθείας και ισχυρά με το μεταλλοϊόν. Στερεοχημεία των συμπλόκων ενώσεων Αριθμός Συναρμογής 1: Στην κατηγορία αυτή μπορούν να ενταχθούν με την γενικότερη έννοια όλες οι ενώσεις που αποτελούνται από ζεύγη ιόντων στην αέρια φάση π.χ. Na + Cl - ή K + Br - και πολλά απλά οξείδια όπως MgO, CaO ή VO 2+. Επισημαίνουμε την αέρια φάση διότι σ αυτή έχουμε απλά ζεύγη ενώ στην στερεή και στην υγρά φάση ο αριθμός συναρμογής είναι πολύ μεγαλύτερος εξαρτώμενος είτε από το σύστημα κρυστάλλωσης του στερεού είτε από την αλληλεπίδραση των μορίων στο τήγμα. Βεβαίως οι ενώσεις αυτές δεν μπορούν να χαρακτηριστούν ενώσεις συναρμογής με την αυστηρή έννοια του όρου πλην όμως με τη γενικότερη έννοια του οξέος και βάσεως κατά Lewis μια τέτοια προσέγγιση είναι αποδεκτή.

65 Αριθμός Συναρμογής 2 Οι ενώσεις με αριθμό συναρμογής 2 είναι γραμμικές με ελάχιστες εξαιρέσεις κεκαμμένων συμπλόκων. Στην κατηγορία των γραμμικών συμπλόκων ανήκουν σύμπλοκα των d 10 μεταλλοϊόντων, Cu 1+, Ag 1+, Au 1+ και Hg 2+, [Cl-Cu-Cl] -, [H 3 N-Ag- NH 3 ] +, [N C-Hg-C N]. Ο χρυσός επίσης δίνει γραμμικά σύμπλοκα σε πολυμερείς ή πολυπυρηνικές ενώσεις του. π.χ. Γραμμική Ν Ν Ν Γραμμική

66 Aριθμός συναρμογής 3. Η συνηθέστερη γεωμετρία είναι η επίπεδη τριγωνική ενώ μερικές φορές απαντάται και η τριγωνική πυραμιδική. π.χ.

67 Aριθμός συναρμογής 4. Οι δύο κύριες γεωμετρίες είναι η τετραεδρική και η τετραγωνική. Tα τετραεδρικά σύμπλοκα τα οποία είναι τα πιο συνήθη σχηματίζουν σχεδόν αποκλειστικά τα μη μεταβατικά μεταλλικά κατιόντα ενώ τα μεταβατικά ιόντα δίνουν και τις δυο γεωμετρίες Επίπεδη Τετραγωνική [Ni(CN) 4 ] 2- Τετραεδρική [Zn(NH 3 ) 4 ] 2+

68 Aριθμός συναρμογής 5. Ο αριθμός συναρμογής 5 απαντάται σε μικρότερη συχνότητα σε σχέση με τους αριθμούς συναρμογής 4 και 6 και πολλές φορές προκύπτει ως δομή ενδιαμέσων προϊόντων σε αντιδράσεις όπου σύμπλοκα μεταβάλλουν τον αριθμό συναρμογής τους. Τριγωνική διπυραμίδα Τετραγωνική πυραμίδα

69 Aριθμός συναρμογής 6. Είναι ο πιο σημαντικός και ο πιο συχνός αριθμός συναρμογής. Aκόμα και σε περιπτώσεις όπου τα ligands είναι ίδια, τα οκτάεδρα σύμπλοκα δεν απαντώνται στην απολύτως συμμετρική διαμόρφωσή τους, εξαιτίας των ηλεκτρονιακών αλληλεπιδράσεων.

70 Οι πιο συνηθισμένες παραμορφωμένες δομές χαρακτηρίζονται ως τετραγωνική (συμπίεση ή επιμήκυνση δύο απέναντι δεσμών M-L), ρομβική (διαφοροποίηση των τριών ζευγών απέναντι δεσμών M-L) και τριγωνική (σύγκλιση των αξόνων τριών γειτονικών ζευγών δεσμών M-L). τριγωνικό πυραμιδικό τετραεδρικό τετράγωνο τριγωνική διπυραμίδα τετραγωνική πυραμίδα οκτάεδρο τετραγωνική ρομβική τριγωνική παραμόρφωση

71 Τα σθένη... του Werner Πρωτεύον σθένος των μετάλλων είναι ο αριθμός οξείδωσης Δευτερεύον σθένος είναι ο αριθμός των ομάδων (ανιόντα ή ουδέτερα μόρια) που ενώνονται απευθείας και ισχυρά με το μεταλλοϊόν. Σήμερα καλείται αριθμός ένταξης ή σύνταξης ή συναρμογής. [Co(NH 3 ) 6 ]Cl 3 Σύμπλοκο Ιόν Ανιόν Αντισταθμιστικό [Co(NH 3 ) 6 ] Cl - Μέταλλο Υποκαταστάτης Αριθμός Ένταξης

72 Παράδειγμα Ποιος είναι ο αριθμός οξείδωσης και ένταξης του Co στην ένωση [CoCl(NO 2 )(NH 3 ) 4 ] +? Η ένωση έχει 6 υποκαταστάτες. 4 ΝΗ 3, 1 Cl -, 1 NO 2 - Ο αριθμός ένταξης είναι 6. Χ - 2 = +1 6 Χ = 3 Α.Ο Co +3

73 Χηλικός υποκαταστάτης: Αιθυλενοδιαμίνη (en) Ποιος είναι ο αριθμός οξείδωσης και ένταξης των μετάλλων στα παρακάτω σύμπλοκα, τι γεωμετρία εμφανίζουν? [Pt(en) 2 ] 2+ [Co(en) 3 ] 3+

74 Δομή και Ισομέρεια των Ενώσεων Συναρμογής Ισομέρεια των Ενώσεων Συναρμογής Ίδιος μοριακός τύπος αλλά με διαφορετική διευθέτηση Παραμαγνητισμός Η έλξη από ένα ισχυρό μαγνητικό πεδίο. Οφείλεται σε ασύζευκτα ηλεκτρόνια. Ο παραμαγνητισμός σχετίζεται με την ηλεκτρονική δομή και γιαυτό δίνει πληροφορίες σχετικά με τους δεσμούς Χρώμα Μια ουσία είναι έγχρωμη γιατί απορροφά φως από την ορατή περιοχή του φάσματος. Η απορρόφηση ορατού φωτός οφείλεται σε ηλεκτρονικές μεταπτώσεις μεταξύ γειτονικών ενεργειακών επιπέδων. Το χρώμα σχετίζεται με την ηλεκτρονική δομή των ενώσεων.

75 Ισομέρεια των Ενώσεων Συναρμογής Συντακτική ισομέρεια Κόκκινη [Co (NH 3 ) 5 (SO 4 )] Br Βιολετί [Co (NH 3 ) 5 Br] (SO 4 ) Στερεοϊσομέρεια Γεωμετρικά ισομερή: Ίδιος μοριακός τύπος αλλά τα άτομα έχουν διαφορετική διευθέτηση στο χώρο

76 Τετράγωνα ΜΑ 2 Β 2 Γεωμετρικά ισομερή

77 Γεωμετρικά ισομερή Οκτάεδρα ΜΑ 2 Β 4 [CoCl 2 (NH 3 ) 4 ] Cl cis- trans-

78 Γεωμετρικά ισομερή Οκτάεδρα ΜΑ 3 Β 3 [Co(NH 3 ) 3 (NO 2 ) 3 ]

79 Παραμαγνητισμός Η έλξη από ένα ισχυρό μαγνητικό πεδίο. Οφείλεται σε ασύζευκτα ηλεκτρόνια. Ο παραμαγνητισμός σχετίζεται με την ηλεκτρονική δομή και γιαυτό δίνει πληροφορίες σχετικά με τους δεσμούς

80

81 Η θεωρία του κρυσταλλικού πεδίου είναι ένα μοντέλο της ηλεκρονιακής δομής των συμπλόκων των μεταβατικών μετάλλων το οποίο εξετάζει πως μεταβάλλονται οι ενέργειες των d τροχιακών του μετάλλου από το ηλεκτρικό πεδίο των υποκαταστατών

82

83 Χρώμα Μια ουσία είναι έγχρωμη γιατί απορροφά φως από την ορατή περιοχή του φάσματος. Η απορρόφηση ορατού φωτός οφείλεται σε ηλεκτρονικές μεταπτώσεις μεταξύ γειτονικών ενεργειακών επιπέδων. Το χρώμα σχετίζεται με την ηλεκτρονική δομή των ενώσεων.

84 [Ti(H 2 O) 6 ]Cl 3 Ti: [Ar]3d 2 4s 2 Ti 3+ Έγχρωμες ->απορροφούν ορισμένα μήκη κύματος στο ορατό και εκπέμπουν όλα τα άλλα Οι ουσίες που απορροφούν φως μόνο σε περιοχές εκτός του ορατού και αντανακλούν ή εκπέμπουν όλα τα ορατά μήκη κύματος εμφανίζονται λευκές Απορροφά κυανοπράσινο φως (στα 500 nm) εμφανίζεται κοκκινωπό (συμπληρωματικό χρώμα )

85 Εφαρμογές των ενώσεων σύνταξης Οι εφαρμογές των ενώσεων σύνταξης είναι πολυάριθμες και ποικίλες, εκτεινόμενες από την Αναλυτική Χημεία μέχρι τη Βιολογία. Μέσω σχηματισμού συμπλόκων: Στην Αναλυτική Χημεία γίνονται ανιχνεύσεις, προσδιορισμοί και διαχωρισμοί μεταλλικών κατιόντων. Στη Μεταλλουργία, γίνεται ανάκτηση μετάλλων ή παρασκευή πολύ καθαρών μετάλλων. Στην Κατάλυση, πολυμερισμοί, υδρογονώσεις, οξειδώσεις ολεφινών κ.λπ. Στη Βιολογία, η χλωροφύλλη είναι σύμπλοκο του μαγνησίου, η αίμη είναι σύμπλοκο του σιδήρου κ.λπ. Σύμπλοκα με αντικαρκινικές ιδιότητες, όπως το cis-platin.

86

87