SlideShare a Scribd company logo
Föreläsning 2: Intermolekylära krafter och vätskor
Kapitel 16
16.1 Intermolekylära krafter
16.2 Vätskor
16.10 Ångtryck
16.11 Fasdiagram

Rekommenderade uppgifter
20, 21, 27
117
99, 105
Intra- och intermolekylära krafter
Intramolekylära krafter är starka och binder atomer till molekyler.
Intermolekylära krafter agerar mellan olika molekyler. De är mycket
svagare men ändå viktiga. Till exempel är de avgörande för om ett
ämne bildar en gas, en vätska eller ett fast tillstånd.
Dipol-dipol växelverkan
Detta är en elektrisk växelverkan (trots att molekylerna är neutrala) mellan
molekyler som uppstår på grund av att elektronerna är ojämnt fördelade i
molekylerna. Ena änden av molekylen kan på så vis bli positivt laddad och
andra änden negativt. Detta leder till ett dipolmoment. Molekyler som har
ett dipolmoment sägs vara polära (t ex H2O, etylenglykol, HCl, CO).
I medeltal spenderar polära molekyler
mer tid orienterade med + ändar riktade
mot – ändar vilket leder till en attraktion
molekyler emellan. Denna attraktion kan
uttryckas som en potentiell energi enligt
v(r)=-αr-6, där minustecknet (som vi ska attraktion
se) betyder att det är en attraktion.
repulsion

dipol-dipol växelverkan är bara
≈1% av styrkan hos en kovalent
intramolekylär bindning
Inducerade dipolmoment – London dispersionsväxelverkan

+

+

δ+ +

δ+ +

δ-

δ-

två atomer (kan lika gärna vara
två molekyler)

+

en instantan dipol uppstår
hos en av atomerna

δ+ +

δ-

dipol-dipol attraktion

Londonväxelverkan (eller dispersionsväxelverkan) är en intermolekylär
kraft som skapas av att temporära laddningsförskjutningar (dipolmoment)
i en atom/molekyl inducerar ett dipolmoment hos närbelägna atomer/molekyler.
Den är attraktiv och existerar mellan alla atomer/molekyler.
Denna attraktion kan också uttryckas som
en potentiell energi enligt v(r)=-βr-6, där
minustecknet återigen betyder att det är en
attraktion.
Intermolekylär potentiell energi
Summerar man effekten av dipol-dipol, dipol-inducerad dipol och London
växelverkan får man den sk. van der Waalsväxelverkan. Om molekyler
kommer tillräckligt nära varandra börjar deras elektronmoln överlappa
vilket leder till en kraftig repulsion.
4

potentiell energi (kJ/mol)

10

1
attraktiv van der Waalsväxelverkan

2
-10

3
separationsavstånd (nm)
Vad betyder det att den potentiella energin är negativ?
separationsavstånd

1

Betrakta två likadana molekyler initialt på stort avstånd från varandra. Enligt diagrammet nedan är deras potentiella
energi ≈ 0. Låt säga att de färdas med samma hastighet u på direkt kollisionskurs. Deras kinetiska energi är 2·½mu2 och den
totala energin är lika med den kinetiska.
separationsavstånd

2

I detta läge känner molekylerna krafter från varandra. Dessa krafter är attraktiva. Det innebär att de accelereras mot varandra
och deras hastigheter ökar. Den kinetiska energin ökar därmed och är nu större än 2·½mu2. Den totala energin måste dock
vara densamma som vid det tidigare separationsavståndet (energi kan inte skapas ur intet). Av detta följer att den potentiella
energin är negativ med ett belopp som precis kompenserar för ökningen i kinetisk energi.
separationsavstånd

3

Här har vi nått en separation mellan molekylerna som motsvarar minimet i den potentiella energin. Precis här balanserar de
repulsiva och attraktiva krafterna vilket leder till en kraft som till summan är noll. Den potentiella energin är däremot inte noll
utan som mest negativ eftersom molekylerna har accelererats mot varandra och nu nått sina maximala hastigheter.
Av samma skäl som tidigare är här den potentiella energin negativ.
separationsavstånd

4

Här har molekylerna kommit så nära varandra att de kraftigt repellerar varandra. De har nu bromsats in av repulsionen
mellan dem så att just i detta ögonblick har de båda noll hastighet (om det är en perfekt frontalkollision). Här byter
hastigheterna riktning. Följaktligen är molekylernas kinetiska energi noll och det följer vidare att den potentiella energin måste
vara positiv med ett belopp som ger precis samma totala energi som vid utgångspunkten. Den potentiella energin har nått sitt
maximum (för just dessa utgångshastigheter och färdriktningar) och kan nu omsättas i kinetisk energi.
Vätebindningar

H-bindning är ca. 20 ggr starkare
än dispersionsväxelverkan.

När dipol-dipol växelverkan involverar en molekyl med H bundet till en elektronegativ
atom som O, N eller F kallas den ofta för vätebindning eftersom den då är starkare
än vanligt. Dessutom kan molekylerna komma extra nära varandra eftersom H inte
upptar mycket plats.
Vattenmolekyler vätebinder till varandra.

Vätebindningar leder till höga
kokpunkter och ytspänningar.
Effekt av intermolekylär växelverkan – ytspänning
En molekyl i bulk (långt under ytan) känner ingen speciellt riktad nettokraft
från växelverkan med sina grannmolekyler. En molekyl vid ytan attraheras
i medeltal i riktning mot sina grannmolekyler, vilket resulterar i en nedåtriktad
nettokraft.
Vätskeyta
En molekyl vid ytan har färre grannar och
därmed en högre potentiell energi än molekyler
i bulk. Det är mao. ofördelaktigt att ha molekyler
vid ytan och systemet tenderar till att minimera
ytan som exponeras mot luft. Vi observerar
detta som ytspänning.
Ångtryck
När vätska övergår till gas förångas den. Det är en endoterm process eftersom
det krävs energi för att överbrygga de attraktiva växelverkningar mellan molekyler
I vätskefas.
Ångtrycket mäts för system där gas står
i jämvikt med vätska.
Om volymen är för stor så förångas all vätska.
vattenångans partialtryck då den står i jämvikt med sin
vätskefas kallas ångtryck, pvap
Då är partialtrycket lägre än ångtrycket. Detta anges
som relativ fuktighet. För X% relativ fuktighet är
partialtrycket X% av ångtrycket vid den aktuella temperaturen.
Starka intermolekylära krafter leder till lågt ångtryck.

vatten i kontakt med kvävgas

vattenmolekyler överkommer
lika många vattenmolekyler lämnar vätskan
attraktionen till sina grannar i vätskefasen
som återgår dit – jämvikt har trätt in
Fasomvandling
Motsatsen till förångning är kondensation, alltså när gas övergår till vätska. Detta är ett exempel på
en fasomvandling. En vätska som kristalliseras till en fast fas eller ett fast material som smälter är
andra exempel på fasomvandlingar.
Fasomvandlingar studeras ofta i slutna system. Om volymen valts rätt förångas inte all vätska och man
kan höja temperaturen ytterligare. Mer vätska förångas och ångtrycket ökar. Samtidigt blir molekyltätheten i gasen högre och den i vätskan blir lägre. Vid den sk. kritiska temperaturen försvinner gränsytan
mellan vätska och gas och det går inte att skilja på dem längre.
när energi tillförs i form av ökad temperatur övergår fler
molekyler till gasfas vilket leder till ett högre ångtryck.

CO2

T<Tcrit

T≈Tcrit

Fasdiagram
Fasomvandlingar åskådliggörs i fasdiagram, t ex
p som funktion av T då linjer anger samexistens
av två faser, skärningspunkt ger samexistens mellan
tre faser och areor anger enfasområden.
Fasdiagram forts.
Vätskan kokar när pvap=pext (vanligtvis 1 atm).
I trippelpunkten samexisterar fast fas med vätska och gas.
smältkurvan lutar olika (vatten beter sig annorlunda än de flesta andra ämnen)
detta yttrar sig i det att is flyter på vatten och pressar man ihop is bildas vätskeformigt vatten

H2O (g)
H2O (s)
H2O (l)

H2O

CO2

More Related Content

Viewers also liked

Liceo canadiense bosques Presentaciones
Liceo canadiense bosques Presentaciones Liceo canadiense bosques Presentaciones
Liceo canadiense bosques Presentaciones
Joshua Guevara Fuentes
 
Borchure
BorchureBorchure
Borchure
Nivya Sd
 
Art
ArtArt
การจัดการเรียนรู้ทางออร์โธปิดิกส์สำหรับนักศึกษาแพทย์ชั้นปีที่ 6
การจัดการเรียนรู้ทางออร์โธปิดิกส์สำหรับนักศึกษาแพทย์ชั้นปีที่ 6การจัดการเรียนรู้ทางออร์โธปิดิกส์สำหรับนักศึกษาแพทย์ชั้นปีที่ 6
การจัดการเรียนรู้ทางออร์โธปิดิกส์สำหรับนักศึกษาแพทย์ชั้นปีที่ 6
Nattakul Yamprasert
 
PAPER1
PAPER1PAPER1
Srp j brodar_watching paint dry!
Srp j brodar_watching paint dry!Srp j brodar_watching paint dry!
Srp j brodar_watching paint dry!
HARISH(HARRY) SHARMA
 
Edible Flowers
Edible FlowersEdible Flowers
Edible Flowers
Gardening
 
Music magazine photoshoot - Pop Genre
Music magazine photoshoot - Pop GenreMusic magazine photoshoot - Pop Genre
Music magazine photoshoot - Pop Genre
wonderlandbugg
 
Specialty Vegetables
Specialty VegetablesSpecialty Vegetables
Specialty Vegetables
Gardening
 
Direct Marketing
Direct MarketingDirect Marketing
Direct Marketing
Gardening
 
Organic Alternatives to Treated Lumber
Organic Alternatives to Treated LumberOrganic Alternatives to Treated Lumber
Organic Alternatives to Treated Lumber
Gardening
 

Viewers also liked (13)

Liceo canadiense bosques Presentaciones
Liceo canadiense bosques Presentaciones Liceo canadiense bosques Presentaciones
Liceo canadiense bosques Presentaciones
 
1234 edit
1234 edit1234 edit
1234 edit
 
Borchure
BorchureBorchure
Borchure
 
Art
ArtArt
Art
 
การจัดการเรียนรู้ทางออร์โธปิดิกส์สำหรับนักศึกษาแพทย์ชั้นปีที่ 6
การจัดการเรียนรู้ทางออร์โธปิดิกส์สำหรับนักศึกษาแพทย์ชั้นปีที่ 6การจัดการเรียนรู้ทางออร์โธปิดิกส์สำหรับนักศึกษาแพทย์ชั้นปีที่ 6
การจัดการเรียนรู้ทางออร์โธปิดิกส์สำหรับนักศึกษาแพทย์ชั้นปีที่ 6
 
PAPER1
PAPER1PAPER1
PAPER1
 
Srp j brodar_watching paint dry!
Srp j brodar_watching paint dry!Srp j brodar_watching paint dry!
Srp j brodar_watching paint dry!
 
Edible Flowers
Edible FlowersEdible Flowers
Edible Flowers
 
Banatero2011
Banatero2011Banatero2011
Banatero2011
 
Music magazine photoshoot - Pop Genre
Music magazine photoshoot - Pop GenreMusic magazine photoshoot - Pop Genre
Music magazine photoshoot - Pop Genre
 
Specialty Vegetables
Specialty VegetablesSpecialty Vegetables
Specialty Vegetables
 
Direct Marketing
Direct MarketingDirect Marketing
Direct Marketing
 
Organic Alternatives to Treated Lumber
Organic Alternatives to Treated LumberOrganic Alternatives to Treated Lumber
Organic Alternatives to Treated Lumber
 

More from AetasSerenus

Td svar uppgifter_7ed
Td svar uppgifter_7edTd svar uppgifter_7ed
Td svar uppgifter_7edAetasSerenus
 
Td svar uppgifter_6ed
Td svar uppgifter_6edTd svar uppgifter_6ed
Td svar uppgifter_6edAetasSerenus
 
Td svar uppgifter_5ed
Td svar uppgifter_5edTd svar uppgifter_5ed
Td svar uppgifter_5edAetasSerenus
 
Ftd laslista &_uppgifter_7ed
Ftd laslista &_uppgifter_7edFtd laslista &_uppgifter_7ed
Ftd laslista &_uppgifter_7edAetasSerenus
 
Ftd laslista &_uppgifter_6ed
Ftd laslista &_uppgifter_6edFtd laslista &_uppgifter_6ed
Ftd laslista &_uppgifter_6edAetasSerenus
 
Ftd laslista &_uppgifter_5ed
Ftd laslista &_uppgifter_5edFtd laslista &_uppgifter_5ed
Ftd laslista &_uppgifter_5edAetasSerenus
 

More from AetasSerenus (13)

Td svar uppgifter_7ed
Td svar uppgifter_7edTd svar uppgifter_7ed
Td svar uppgifter_7ed
 
Td svar uppgifter_6ed
Td svar uppgifter_6edTd svar uppgifter_6ed
Td svar uppgifter_6ed
 
Td svar uppgifter_5ed
Td svar uppgifter_5edTd svar uppgifter_5ed
Td svar uppgifter_5ed
 
Ftd8
Ftd8Ftd8
Ftd8
 
Ftd6
Ftd6Ftd6
Ftd6
 
Ftd5
Ftd5Ftd5
Ftd5
 
Ftd3+4
Ftd3+4Ftd3+4
Ftd3+4
 
Ftd1
Ftd1Ftd1
Ftd1
 
Ftd laslista &_uppgifter_7ed
Ftd laslista &_uppgifter_7edFtd laslista &_uppgifter_7ed
Ftd laslista &_uppgifter_7ed
 
Ftd laslista &_uppgifter_6ed
Ftd laslista &_uppgifter_6edFtd laslista &_uppgifter_6ed
Ftd laslista &_uppgifter_6ed
 
Ftd laslista &_uppgifter_5ed
Ftd laslista &_uppgifter_5edFtd laslista &_uppgifter_5ed
Ftd laslista &_uppgifter_5ed
 
Enheter
EnheterEnheter
Enheter
 
Ftd7
Ftd7Ftd7
Ftd7
 

Ftd2

  • 1. Föreläsning 2: Intermolekylära krafter och vätskor Kapitel 16 16.1 Intermolekylära krafter 16.2 Vätskor 16.10 Ångtryck 16.11 Fasdiagram Rekommenderade uppgifter 20, 21, 27 117 99, 105
  • 2. Intra- och intermolekylära krafter Intramolekylära krafter är starka och binder atomer till molekyler. Intermolekylära krafter agerar mellan olika molekyler. De är mycket svagare men ändå viktiga. Till exempel är de avgörande för om ett ämne bildar en gas, en vätska eller ett fast tillstånd. Dipol-dipol växelverkan Detta är en elektrisk växelverkan (trots att molekylerna är neutrala) mellan molekyler som uppstår på grund av att elektronerna är ojämnt fördelade i molekylerna. Ena änden av molekylen kan på så vis bli positivt laddad och andra änden negativt. Detta leder till ett dipolmoment. Molekyler som har ett dipolmoment sägs vara polära (t ex H2O, etylenglykol, HCl, CO). I medeltal spenderar polära molekyler mer tid orienterade med + ändar riktade mot – ändar vilket leder till en attraktion molekyler emellan. Denna attraktion kan uttryckas som en potentiell energi enligt v(r)=-αr-6, där minustecknet (som vi ska attraktion se) betyder att det är en attraktion. repulsion dipol-dipol växelverkan är bara ≈1% av styrkan hos en kovalent intramolekylär bindning
  • 3. Inducerade dipolmoment – London dispersionsväxelverkan + + δ+ + δ+ + δ- δ- två atomer (kan lika gärna vara två molekyler) + en instantan dipol uppstår hos en av atomerna δ+ + δ- dipol-dipol attraktion Londonväxelverkan (eller dispersionsväxelverkan) är en intermolekylär kraft som skapas av att temporära laddningsförskjutningar (dipolmoment) i en atom/molekyl inducerar ett dipolmoment hos närbelägna atomer/molekyler. Den är attraktiv och existerar mellan alla atomer/molekyler. Denna attraktion kan också uttryckas som en potentiell energi enligt v(r)=-βr-6, där minustecknet återigen betyder att det är en attraktion.
  • 4. Intermolekylär potentiell energi Summerar man effekten av dipol-dipol, dipol-inducerad dipol och London växelverkan får man den sk. van der Waalsväxelverkan. Om molekyler kommer tillräckligt nära varandra börjar deras elektronmoln överlappa vilket leder till en kraftig repulsion. 4 potentiell energi (kJ/mol) 10 1 attraktiv van der Waalsväxelverkan 2 -10 3 separationsavstånd (nm)
  • 5. Vad betyder det att den potentiella energin är negativ? separationsavstånd 1 Betrakta två likadana molekyler initialt på stort avstånd från varandra. Enligt diagrammet nedan är deras potentiella energi ≈ 0. Låt säga att de färdas med samma hastighet u på direkt kollisionskurs. Deras kinetiska energi är 2·½mu2 och den totala energin är lika med den kinetiska. separationsavstånd 2 I detta läge känner molekylerna krafter från varandra. Dessa krafter är attraktiva. Det innebär att de accelereras mot varandra och deras hastigheter ökar. Den kinetiska energin ökar därmed och är nu större än 2·½mu2. Den totala energin måste dock vara densamma som vid det tidigare separationsavståndet (energi kan inte skapas ur intet). Av detta följer att den potentiella energin är negativ med ett belopp som precis kompenserar för ökningen i kinetisk energi. separationsavstånd 3 Här har vi nått en separation mellan molekylerna som motsvarar minimet i den potentiella energin. Precis här balanserar de repulsiva och attraktiva krafterna vilket leder till en kraft som till summan är noll. Den potentiella energin är däremot inte noll utan som mest negativ eftersom molekylerna har accelererats mot varandra och nu nått sina maximala hastigheter. Av samma skäl som tidigare är här den potentiella energin negativ. separationsavstånd 4 Här har molekylerna kommit så nära varandra att de kraftigt repellerar varandra. De har nu bromsats in av repulsionen mellan dem så att just i detta ögonblick har de båda noll hastighet (om det är en perfekt frontalkollision). Här byter hastigheterna riktning. Följaktligen är molekylernas kinetiska energi noll och det följer vidare att den potentiella energin måste vara positiv med ett belopp som ger precis samma totala energi som vid utgångspunkten. Den potentiella energin har nått sitt maximum (för just dessa utgångshastigheter och färdriktningar) och kan nu omsättas i kinetisk energi.
  • 6. Vätebindningar H-bindning är ca. 20 ggr starkare än dispersionsväxelverkan. När dipol-dipol växelverkan involverar en molekyl med H bundet till en elektronegativ atom som O, N eller F kallas den ofta för vätebindning eftersom den då är starkare än vanligt. Dessutom kan molekylerna komma extra nära varandra eftersom H inte upptar mycket plats. Vattenmolekyler vätebinder till varandra. Vätebindningar leder till höga kokpunkter och ytspänningar.
  • 7. Effekt av intermolekylär växelverkan – ytspänning En molekyl i bulk (långt under ytan) känner ingen speciellt riktad nettokraft från växelverkan med sina grannmolekyler. En molekyl vid ytan attraheras i medeltal i riktning mot sina grannmolekyler, vilket resulterar i en nedåtriktad nettokraft. Vätskeyta En molekyl vid ytan har färre grannar och därmed en högre potentiell energi än molekyler i bulk. Det är mao. ofördelaktigt att ha molekyler vid ytan och systemet tenderar till att minimera ytan som exponeras mot luft. Vi observerar detta som ytspänning.
  • 8. Ångtryck När vätska övergår till gas förångas den. Det är en endoterm process eftersom det krävs energi för att överbrygga de attraktiva växelverkningar mellan molekyler I vätskefas. Ångtrycket mäts för system där gas står i jämvikt med vätska. Om volymen är för stor så förångas all vätska. vattenångans partialtryck då den står i jämvikt med sin vätskefas kallas ångtryck, pvap Då är partialtrycket lägre än ångtrycket. Detta anges som relativ fuktighet. För X% relativ fuktighet är partialtrycket X% av ångtrycket vid den aktuella temperaturen. Starka intermolekylära krafter leder till lågt ångtryck. vatten i kontakt med kvävgas vattenmolekyler överkommer lika många vattenmolekyler lämnar vätskan attraktionen till sina grannar i vätskefasen som återgår dit – jämvikt har trätt in
  • 9. Fasomvandling Motsatsen till förångning är kondensation, alltså när gas övergår till vätska. Detta är ett exempel på en fasomvandling. En vätska som kristalliseras till en fast fas eller ett fast material som smälter är andra exempel på fasomvandlingar. Fasomvandlingar studeras ofta i slutna system. Om volymen valts rätt förångas inte all vätska och man kan höja temperaturen ytterligare. Mer vätska förångas och ångtrycket ökar. Samtidigt blir molekyltätheten i gasen högre och den i vätskan blir lägre. Vid den sk. kritiska temperaturen försvinner gränsytan mellan vätska och gas och det går inte att skilja på dem längre. när energi tillförs i form av ökad temperatur övergår fler molekyler till gasfas vilket leder till ett högre ångtryck. CO2 T<Tcrit T≈Tcrit Fasdiagram Fasomvandlingar åskådliggörs i fasdiagram, t ex p som funktion av T då linjer anger samexistens av två faser, skärningspunkt ger samexistens mellan tre faser och areor anger enfasområden.
  • 10. Fasdiagram forts. Vätskan kokar när pvap=pext (vanligtvis 1 atm). I trippelpunkten samexisterar fast fas med vätska och gas. smältkurvan lutar olika (vatten beter sig annorlunda än de flesta andra ämnen) detta yttrar sig i det att is flyter på vatten och pressar man ihop is bildas vätskeformigt vatten H2O (g) H2O (s) H2O (l) H2O CO2