مایعات و جامدات

مایعات و جامدات

اسلاید 1: فصل 5 مايعات و جامدات

اسلاید 2: ساختار مايعات، جامدات و گازها

اسلاید 3: مايعات از نظر نظم ساختماني بين جامدات و گازها هستند يعني نه مثل گازها بي‌نظمي كامل مولكولي مشاهده مي‌شود و نه مثل جامدات ساختمان شبكه بلوريمنظم دارند در مايعات حركت ملكول‌ها آهسته است لذا داراي حجم معيني هستند. ولي شكل مشخصي ندارند و شكل ظرف را بخود مي‌گيرند.

اسلاید 4: تغيير فشار بر حجم مايع بي‌تأثير است. به علت حداقل بودن فضاي بين ملكولي، ولي با افزايش دما اكثر مايعات منبسط شده و افزايش حجم مي‌يابند اين انبساط حجم مايعات كمتر از گازهاست.

اسلاید 5: ويسكوزيته: مقاومت مايعات در برابر جاري شدنيك راه تعيين ويسكوزيته، تعيين زمان عبور مقدار مشخصي مايع از يك سوراخي (مجراي باريك) در درجه حرارت و فشار معين است.عوامل مؤثر در ويسكوزيته: نيروهاي جاذبه، وزن ملكولي و ساختما‌ن ملكوليويسكوزيته مايعات با ملكولهاي بزرگ و شكل نامنظم، بيشتر از ويسكوزيته مايعات با ملكولهاي كوچك است. افزايشT(دما) باعث كاهش ويسكوزيته مي‌شود ولي

اسلاید 6: افزايش P (فشار) باعث افزايش ويسكوزيته مي‌شود.كشش سطحي: ملكول‌هاي مايعي كه در سطح قرار دارند به سمت داخل كشيده مي‌شوند ولي ملكولهايي كه در مركز مايع قرار دارند به طور يكنواختتوسط ملكولهاي ديگر به هر طرف كشيده مي‌شوند. به همين علت قطرات مايع كروي هستند.افزايش T باعث كاهش كشش سطحي مي‌شود ( بعلت كاهش نيروهاي جاذبه بين ملكولي)

اسلاید 7: Surface Tensionكشش سطحي

اسلاید 8: تصعید: تبدیل جامد به گازSublimation: solid  gas.تبخیر: تبدیل مایع به گازVaporization: liquid  gas.ذوب شدن: تبدیل جامد به مایعMelting or fusion: solid  liquid.تبرید: تبدیل گاز به جامدDeposition: gas  solid.میعان:تبدیل گاز به مایعCondensation: gas  liquid.: تبدیل مایع به جامد انجمادFreezing: liquid  solid.تغييرات فازها

اسلاید 9: انرژي و تغيير فاز

اسلاید 10: Sublimation: Hsub > 0 (endothermic). Vaporization: Hvap > 0 (endothermic).Heat of VaporizationMelting or Fusion: Hfus > 0 (endothermic).Heat of fusionDeposition: Hdep < 0 (exothermic). Condensation: Hcon < 0 (exothermic).Freezing: Hfre < 0 (exothermic).انرژي و تغيير فاز

اسلاید 11: تبخيرانرژي جنبشي ملكولي مايع نيز مانند گازها از قانون توزيع ماكسول ـ بولتزمنپيروي مي‌كند.هنگامي كه دما بالاتر مي‌رود انرژي جنبشي متوسط مولكولها زياد مي‌شود وتعداد ملكولهايي پر انرژي و قابل فرار بيشتر مي‌شوند.

اسلاید 12: Vapor phaseLiquid phaseHeating Liquid SolutionsFormation intermolecular forces intermolecular forces are broken

اسلاید 13: در تبخير افت دما داريم چرا؟ فرار ملكولهاي پر انرژي باعث كاهش انرژي جنبشي متوسط ملكولهاي باقي مانده در مايع مي‌شود و دما پايين مي‌آيد. فشار بخار هر چه نيروي جاذبه ملكولي‌ضعيف‌تر باشد، فشار بخاربيشتراست. بخارآب بخاراترفشار بخار آب فشار بخار اتر

اسلاید 14: فشار بخار تعادل بستگي به نوع جسم و درجه حرارت دارد.با افزايش T، فشار بخار بيشتر مي‌شود، با افزايش نيروي جاذبه‌ ملكولي فشار بخار كمتر مي‌شود.افزايش حجم زير سرپوش تأثيري بر فشار بخار ندارد (فشار بخار مستقل از مقدار مايع و ابعاد ظرف است)

اسلاید 15: نقطه جوشدماي نقطه‌اي كه فشار جو با فشار بخار مايع برابر است را نقطه جوش گويند.در حالت دماي نقطه جوش را نرمال گويند فشار جوآببراي مايعاتي كه نقطه جوش بالايي دارند و در اثر گرما احتمال تجزيه شدن دارند با كاهش فشار آن را در دماي پايين‌تري مي‌جوشانند (مثل اواپراتورها)

اسلاید 16: گرماي تبخيرگرماي تبخير مولي : مقدار انرژي لازم براي تبخير يك مول مايع در دماي معين است.نظريه تروتون: تبديل مايع به بخار با افزايش آنتروپي همراه است. (در مايع غير قطبي مقدار افزايش براي همه مايعات يكسان است، يعني )آنتروپي تبخيرتبديل 1 مول بخار به مايع با تراكم بخار انجام مي‌شود گرماي آزاد شده را گرماي ميعان مولي مي‌نامند، كه همان گرماي تبخير مولي است.دماي بحراني

اسلاید 17: دياگرام فازي

اسلاید 18: دياگرام فازي

اسلاید 19: دياگرام فازي H2O و CO2

اسلاید 20: دمايي كه بالاتر از آن تحت هر فشار ماده در حالت مايع نمي‌تواند باشد و تبخير مي‌گردد. گرماي تبخير مايع با افزايش دما كاهش مي‌يابد و در نقطه بحراني رابطه كلازيوس ـ كلاپيرون

اسلاید 21: تمريني از اين رابطه: اگر را حساب كنيد.ومقدار

اسلاید 22: نقطه انجماد ـ نقطه ذوباگر تبادل حرارتي بين سيستم ومحيط خارج نباشد، در واقع در سيستم بستهتعادل خواهيم داشت.نقطه انجماد نرمال يا نقطه ذوب نرمال: درجه حرارت مربوط به تعادل جامد مايع در فشار يك اتمسفرسوپركول يا مايع فوق سرد: مايعي كه هنگام سرد شدن به دماي كمتر ازنقطه انجماد برسد ولي باز مايع باشد. با خراش ظرف و يا اضافه كردن يك دانه كوچك بلور، تبلور ايجاد مي‌شودجامدات بي‌شكل (شيشه‌اي): مثل شيشه، قير يا مواد پلاستيكي نقطه ذوب ياانجماد معيني ندارند،به اين جامدات آمورف گويند.

اسلاید 23: گرماي ذوب مولي يا : مقدار گرماي لازم براي تبديل يك مول جامد به مايع.گرماي مولي تبلور: مقدار گرماي آزاد شده در تبديل يك مول مايع به جامدذوب شدن با افزايش بي‌نظمي همراه است.آنتروپي مولي ذوب: نسبت گرماي مولي ذوب به نقطه ذوب نرمال

اسلاید 24: فشار بخار جامد بخار جامدبخار مايعنيروي جاذبه ملكوليفشار بخاردر نقطه ذوب، فشار بخار مايع با فشار بخار جامد برابر است.فشار بخارتصعيد Sublimationبخار يخ خشك جامدتبديل جامد به بخار مانند:

اسلاید 25: گرماي مولي تصعيد: ميزان گرماي لازم براي تصعيد يك مول جامد به بخار يا جمع گرماي مولي ذوب و گرماي مولي تبخير slslvvتصعيد

اسلاید 26: نمودار فاز سه حالتحالت غير عادي، در مثال آب، آنتيموان و بيسموت است يعني با افزايش فشار كاهشنقطه انجماد داريم و در حالت انجماد افزايش حجم براي حالت انجماد كه كاهش حجم بايد داشته باشيم مثل شيب منحني مثبت است و با افزايش فشار نقطه انجماد بالا مي‌رود.

اسلاید 27: جامدات ـ بلورهابلور حالتي از ماده است كه عناصر تقارن دارد و از انتشار الگوهاي منظم هندسي به نام سلول واحد در سه بعد فضا بوجود آمده است، در واقع بلورها موادي آنيزوتروپ (نامتجانس) هستند يعني خواص مكانيكي (قدرت مكانيكي) و الكتريكي (هدايت الكتريكي) و ضريب شكست نور در جهات مختلف بلور يكسان نيست.با سرد شدن تدريجي مايع فوق اشباع بلورهاي بزرگ تشكيل مي‌شوندشكل بلور تابع خصوصيات ماده و شرايط تبلور است.

اسلاید 28: اشعه x و ساختار بلورهاامواج الكترومغناطيسي متشكل از فوتونهاي پرانرژي، ضمن تابش به فلز منجر به خروج و بمباران الكترون‌هاي درون به مدارهاي بالاتر و در نتيجه الكترون لايه‌هايبالاتر سقوط به مدارهاي داخلي مي‌كنند و انرژي خود را به صورت اشعه x از دستمي‌دهند. (فلز مورد استفاده اغلب مس و يا موليبدن است)با پرتو اشعه x به بلور و بررسي رابطه براگ مي‌توان به طول پيوند بلور دسترسي پيدا كرد.

اسلاید 29: ساختار جامدات

اسلاید 30:

اسلاید 31: Primitive cubic مکعبی ساده اتم ها در گوشه هاي يك مكعب قرار داردBody-centered cubic (bcc)مکعبی مرکز پر اتم ها در گوشه هاي يك مكعب و مركز مكعب قرار داردFace-centered cubic (fcc)مکعبی مرکز و وجوه پر اتم ها در گوشه هاي يك مكعب و مركز وجه هاي مكعب قرار داردسلول هاي واحد مکعبی

اسلاید 32: سلول هاي واحد مکعبی

اسلاید 33: سلول هاي واحد مکعبی

اسلاید 34: سهم اتم ها در سلول واحد

اسلاید 35: NaCl ساختار

اسلاید 36: ساختار سلول واحد NaCl

اسلاید 37: براساس توزيع چگالي الكتروني مثلاً در نفتالين معلوم مي‌شود تمام اتم‌ها در يكصفحه قرار دارند و توزيع چگالي الكتروني يكنواخت است. در سلول واحد شمارش تعداد ذرات (اتم ، مولكول و يا يون ها) مهم است.مثال:هگزاگونال يعني اشكالabab مكعبي يعني اشكال abc abc ساختمان‌هاي فشرده خصوصيت مشترك اين دو (عدد كئورديناسيون 12، %74 فضا توسط گوی ها پر شده) ساختمان مكعبي مركز پر: (عدد كئورديناسيون 8 و %68 فضا توسط گوی ها پر شده)

اسلاید 38: بلورهاي يوني عامل مهم در تعيين ساختمان هندسي بلور يوني (شعاع يوني) است.براي بلورهاي يوني MX برحسب عدد كئورديناسيون

اسلاید 39: براي بلورهاي يوني مثال‌هاي زير بررسي مي‌شود: مثال 1) فلوريت هر يون با 8 فلوئور كه در گوشه‌هاي مكعب قرار دارنداحاطه شده ولي هر يون فقط با احاطه شده كه در گوشه‌هاي 4 وجهي است. پس عدد كئورديناسيون فلز به غير فلز4 به 8 است. مثال 2) روتيل عدد كئورديناسيون فلز به غير فلز3 به 6 است.مثال 3) كريستوباليت عدد كئورديناسيون فلز به غير فلز 2 به 4 است.

اسلاید 40: انرژي شبكهانرژياگر همنام باشند يعني انرژي جذب مي‌شود.اگر ناهمنام باشند پس انرژي آزاد مي‌شود.

اسلاید 41: براي بلور يوني يك بلور متشكل از 8 سلول واحد است.صفحه 205 کتاب

اسلاید 42: 1) انرژي جاذبهتعداد نزديك‌ترين هاي به مركزي فاصله برابر 6 است.2) انرژي دافعهتعداد همسايه‌هاي نسبت به مركزي با فاصله برابر12 است 3) انرژي جاذبه

اسلاید 43: 8 تا در رئوس مكعب در فاصله از يون مركزي قرار دارد.در نتيجه: بلور NaCl Medelungثابت مدلونگ A=بلور NaCl

اسلاید 44: تعداد واحد بار كاتيون Zcتعداد واحد بار آنيون Zaثابت مدلونگ براي چند بلورو در حالت تعميم يافته براي بلور

اسلاید 45: 1- نقص نقطه‌اي (نقطه‌اي از شبكه بلور خالي باشد)الف ) نقايص جابجايي 2- نقص خطي (رديف از شبكه جابجا شده باشد) 3- نقص سطحي (كامل نبودن صفحه‌اي از نقاط بلور) ب ) نقص نقطه‌اي (در بلور يوني ديده مي‌شود) ساختمان‌هاي ناقص: نقص شبكه بلوري1- نقص شاتكي: جاي كاتيون و آنيون در برخي نقاطخالي است. و در كل بلور خنثي است.- نقص فرنكل: برخي از كاتيون‌ها در محل اصلي خوددر شبكه نيستند و در كل بلور خنثي است. (مثال درهاليدهاي نقره، آنيون بزرگ و كاتيون كوچك است.)2

اسلاید 46: نقص به علت ورود ناخالصي مثل در بلور نقص به علت به هم خوردگي استوكيومتري مثل اكسيد نيكل نيمه هادي هايكي از ناخالصي ها كه موجب نقص در بلور مي‌شود وقتي است كه جاي را در شبكه NaCl بگيرد. پس‌براي حفظ خنثي بودن در جايي ديگر نقطه‌اي خالي است.

اسلاید 47: افزايش ناخالصيها به برخي از بلورها موجب خاصيت رسانايي مي‌شود مثلاً سيليسيم و ژرمانيم كه عايق اند و شبكه بلورين شبيه‌ الماس دارند، اگر در حالت مذاب آن، كمي عنصر بُر وارد ‌شود، از آنجايي كه B مي‌تواند سه پيوند بدهد، پس يك حفره الكتروني ايجاد مي‌شود، كه با انتقال يك الكترون از پيوند مجاور حفره به جاي ديگرمنتقل مي‌شود و نيمه هادي حاصل به نام P يعني نيمه هادي مثبت معروف است.مثل (B , Al , Ga , In)عناصر گروه(III) + (بلورGe/Si)Posetive يا نيمه هاديP (ناخالصي كمبود الكترون دارد)مثل (As , Sb , Bi , P) عناصر گروه (IV) + (بلور Ge/Si)negative يا نيمه هاديn (ناخالصي الكترون اضافي دارد)

اسلاید 48: نيروهاي بين مولكولينيروهاي بين مولكولي

اسلاید 49: انواع نيروهاي مولكولي نیروهای یون-دوقطبینیروهای دوقطبی-دوقطبینیروهای پراکندگی لاندنپیوند هیدروژنی

اسلاید 50: يون-دوقطبي نيروهاي

اسلاید 51: Dipole-dipole Forcesدوقطبي-دوقطبي نيروهاي

اسلاید 52: نيروهاي پراكندگي لاندن

اسلاید 53: پيوند هيدروژني

اسلاید 54: پيوند هيدروژني

اسلاید 55: پيوند هيدروژني

اسلاید 56: انرژي شبكه(سوال میان ترم)