Transcript ของเหลว - ภาค วิชา เคมี

ของเหลว (Liquids)
ภาควิชาเคมี คณะวิทยาศาสตร์
ี งใหม่
มหาวิทยาล ัยเชย
เนือ้ หา
• การจ ัดเรียงอนุภาคและสมบ ัติบางประการของ
ของเหลวเทียบก ับแก๊สและของแข็ง
• แรงยึดเหนีย
่ วระหว่างอนุภาค/โมเลกุล
• ความด ันไอและจุดเดือดของของเหลว
• สมบ ัติของของเหลว
แรงตึงผิว (surface tension)
ั (capillary action)
แคปิ ลลารีแอคชน
ความหนืด (viscosity)
• โครงสร้างและสมบ ัติของนา้ (Structure and
Properties of Water)
1. การจ ัดเรียงอนุภาคของสาร
ความไม่เป็นระเบียบ (entropy)
แก๊ส:
เคลือ
่ นทีต
่ ลอดเวลา มีแรงกระทาต่อก ันน้อย
ของเหลว: เคลือ
่ นทีไ่ ด้ ไหลได้ มีแรงกระทาต่อก ันมาก
ของแข็ง: เคลือ
่ นทีไ่ ม่ได้ มีแรงกระทาต่อก ันมากกว่า
ของเหลว
สถานะ
แก๊ส
ของเหลว
ของแข็ง
ปริมาตร/
รูปร่าง
ปริมาตร/รูปร่าง
ตามภาชนะ
ทีบ
่ รรจุ
ปริมาตร/รูปร่าง
แน่นอนแต่ตาม
ภาชนะทีบ
่ รรจุ
มีปริมาตร/
รูปร่างทีแ
่ น่นอน
ความ
หนาแน่น
ความสามารถ
ในการ
เคลือ
่ นที่
ความสามารถ
ในการถูก
บีบอ ัด
ตา
่
อิสระสูง
ถูกบีบอ ัด
ได้มาก
ปานกลาง
สูง
เคลือ
่ นไปมา
ได้
่ ั สะเทือน
สน
อยูก
่ ับที่
ถูกบีบอ ัด
ได้นอ
้ ย
ไม่สามารถ
ถูกบีบอ ัด
2. แรงยึดเหนีย
่ วระหว่างโมเลกุล
(Intermolecular Forces)
แรงยึดเหนีย
่ วภายในโมเลกุล (Intramolecular forces)
A – B ∙∙∙∙∙∙∙∙∙ A – B
แรงยึดเหนีย
่ วระหว่างโมเลกุล
(Intermolecular forces)
•- Dipole-dipole
•- Dipole-induced dipole
•- Dispersion
•- Ion-dipole
•- Hydrogen-bond
van der Waals
forces
Dipole-Dipole Interactions
(a) Interaction of two
polar molecules.
(b) Interaction of many
dipoles in a liquid.
(c) Interaction of many dipoles in a solid.
ต ัวอย่างโมเลกุลมีขวั้ (polar molecules)
HCl, HBr, HI, H2S, H2O, CH3COOH, C6H12O6
Ion-Dipole Interactions
่ การละลายของ NaCl(s) ในน้ า
เชน
+
-
Na+
H2O
+
-
+ -
Cl-
H2O
Dispersion Forces
แรงระหว่างโมเลกุลไม่มข
ี วั้
Nonpolar
molecule
Instantaneous
dipole
Induced dipole
Van der Waals Forces
• Instantaneous dipoles (permanent dipoles)
– Electrons move in an orbital to cause a
polarization.
• Induced dipoles.
– Electrons move in response to an outside force.
• Dispersion or London forces.
– Instaneous dipole – induced dipole attraction.
– Related to polarizability.
Prentice-Hall © 2002
General Chemistry: Chapter 13
Slide 9 of 35
Dispersion forces (London forces) มีอยูใ่ น
อนุภาคทุกชนิดเกิดจาก
• instantaneous dipole-induced dipole
• ion-induced dipole
• dipole-induced dipole
polarizability
(ความสามารถในการกระจาย e- )
• โดยทว่ ั ไป สารทีม
่ ี molar mass มากกว่าจะมี dispersion
forces มากกว่า ทาให้มจ
ี ด
ุ หลอมเหลว (TM) สูงกว่า
• molar mass ใกล้เคียงก ัน
dispersion forces << dipole-dipole forces
• molar mass ต่างก ันมาก
dispersion forces >> dipole-dipole forces
จุดหลอมเหลวของโมเลกุลไม่มข
ี วั้ (nonpolar molecules)
สาร
TM (oC)
สาร
TM (oC)
CH4
C2H6
CF4
-182.5
-183.3
-150.0
CCl4
CBr4
CI4
-23.0
90.0
171.0
ต ัวอย่าง จงบอกชนิดของ intermolecular forces
ของสารต่อไปนี้
HBr ก ับ H2S
dipole-dipole forces, dispersion forces
Cl2 ก ับ CBr4
dispersion forces
I2 ก ับ NO3
-
NH3 ก ับ C6H6
ion-induced dipole forces, dispersion forces
dipole-induced dipole forces, dispersion
forces
Hydrogen Bonding
แรง dipole-dipole ระหว่าง H ในพันธะ O-H กับ N-H กับธาตุทม
ี่ ี
่ O, N, F
ค่า electronegativity สูง เชน
Hydrogen bonding
among water
molecules.
Hydrogen Bonding in HF and NH3
●●●
H
H
H
H N ●●● H
N
H
H
N H
H
โมเลกุลที่เกิด H-Bonds กับโมเลกุลน้ ำ
CH3OH CH3CH2OH CH3COCH3 HCOOH
CH3COOH CH3NH2 etc.
CH3CH2OH
CH2OHCH2OH
CH2OHCHOHCH2OH
3. ความด ันไอและจุดเดือดของของเหลว
ความด ันไอ (Vapour Pressure)
• เป็ นความดันของไอสารทีอ
่ ยูเ่ หนือของเหลวในสภาวะสมดุลไดนามิก
(Rate of evaporation = Rate of condensation)
• อนุภาคของเหลวมีแรงยึดเหนีย
่ วมาก การกลายเป็ นไอเกิดยาก
>>> ความดันไอตา่
จุดเดือด (Boiling point, Tb)
เมือ
่ เพิม
่ อุณหภูมแ
ิ ก่ของเหลว การกลายเป็ นไอจะเกิดมากขึน
้ จนถึง
อุณหภูมห
ิ นึง่ ทีท
่ าให ้ความดันของไอของเหลวในสภาวะสมดุล มีคา่
เท่ากับ ความดันบรรยากาศ >>> Tb
ของเหลวทีม
่ แ
ี รงยึดเหนีย
่ วระหว่างอนุภาคสูง
การกลายเป็ นไอเกิดยาก ความดันไอตา่ และ จุดเดือดสูง
4. สมบ ัติบางประการของของเหลว
Some Properties of Liquids
• Surface Tension
้
พลังงานหรืองานทีใ่ ชในการเพิ
ม
่ พืน
้ ทีผ
่ วิ ของ
ของเหลว
• Capillary action
- Cohesive Forces แรงยึดเหนีย
่ วระหว่างโมเลกุล
ชนิดเดียวกัน
- Adhesive Forces แรงยึดเหนีย
่ วระหว่างโมเลกุล
ต่างชนิดกัน
• Viscosity (ความหนืด)
แรงต ้านทานการไหล
แรงตึงผิว Surface Tension
โมเลกุลภายในของเหลวมี
แรงดึงดูดระหว่างกันในทุก
ทิศทาง
โมเลกุ ล ที่ ผ ิ ว ของเหลวมี
แรงดึง ดูด ระหว่า งโมเลกุล
ด า้ นข า้ งและด า้ นล่ า งจึ ง
เกิดแรงต ้านเพือ
่ รักษาผิวไว ้
ซ ึ่ ง มี ค่ า เ ท่ า กั บ surface
tension
Intermolecular forces
Surface tension
Capillary action
การไหลขึน
้ ของน้ าใน
หลอด capillary
adhesion > cohesion
การลดลงของปรอทใน
หลอด capillary
cohesion > adhesion
ความหนืด (viscousity)
เป็ นสมบัตเิ ฉพาะของของเหลวในการต ้านการไหลหรือการ
ต ้านการเคลือ
่ นทีข
่ องวัตถุ ของเหลวใดมีแรงยึดเหนีย
่ วระหว่าง
โมเลกุลสูง ก็จะมีความหนืดสูงด ้วย
Intermolecular forces มาก
ความหนืดสูง
Viscosity of some common liquids at 20 oC
Liquid
Acetone (C3H6O)
Benzene (C6H6)
Carbon tetrachloride (CCl4)
Ethanol (C2H5OH)
Diethyl ether (C2H5OC2H5)
Glycerol (C3H8O3)
Mercury (Hg)
Water (H2O)
Blood
Viscosity
(N s/m2)
3.16 x 10-4
6.25 x 10-4
9.69 x 10-4
1.20 x 10-3
2.33 x 10-4
1.49
1.55 x 10-3
1.01 x 10-3
4 x 10-3
โครงสร้างและสมบ ัติบางประการของนา้
(Structure and Some Properties of Water)
ผลของ Hydrogen bond ต่อสถานะของน้ า
Hydrogen Bonding in Ice
Density of Liquid Water
1.00 g/mL ที่ 4OC
0.92 g/mL ที่ 0OC
ึ ษา
ประเมินการสอนของคณาจารย์โดยน ักศก