bài giảng hóa học đại cương chương 11 trạng thái rắn lỏng

HÓA ĐẠI CƢƠNG – PHẦN CẤU TẠO Chƣơng 11: TRẠNG THÁI LỎNG - RẮN LỰC TƢƠNG TÁC LIÊN PHÂN TỬ Lê Thị Sở Nhƣ Đại học Khoa Học Tự Nhiên HCM 2010 11.1 Tính chất trạng thái rắn - lỏng - khí Rắn Lỏng Khí Có hình dạng xác định Hình dạng bình chứa Khơng có hình dạng, ln khuếch tán đầy bình chứa Hầu nhƣ khơng nén đƣợc Có thể tích xác định, nén đƣợc Có thể nén – giãn nở Thƣờng có khối lƣợng Khối lƣợng riêng lớn riêng lớn pha lỏng Khối lƣợng riêng nhỏ Không chảy đƣợc Chảy đƣợc Khuếch tán tự Khuếch tán vào chậm Các chất lỏng khuếch tán vào Khuếch tán vào nhanh chóng Các tiểu phân xếp Các tiểu phân không trật tự dao động xếp trật tự chuyển quanh vị trí cân động theo phƣơng không gian chất lỏng Các tiểu phân khơng xếp trật tự chuyển động hồn tồn tự không gian To tăng, Enthalpy (DH) tăng, Entropy (S) tăng, lực tƣơng tác phân tử giảm Hai chất rắn khuếch tán vào Các nguyên tử Pb Cu khuếch tán chậm vào dƣới tác dụng áp suất 11.2 Lực tƣơng tác liên phân tử • Khi phân tử gần  có tƣơng tác với nhau; phân tử gần nhau, tƣơng tác mạnh lên  chất khí hóa lỏng • Tƣơng tác liên phân tử thể ảnh hƣởng đến nhiều tính chất chất lỏng: sức căng bề mặt, độ nhớt chất lỏng, nhiệt bay chất lỏng… • Lực tƣơng tác liên phân tử yếu nhiều so với liên kết cộng hóa trị phân tử, ví dụ: - Năng lƣợng cần thiết để phân hủy mol nƣớc H2O (k)  H (k) + O (k) DH = 920 kJ/mol - Năng lƣợng cần thiết để tách mol phân tử nƣớc xa (thoát khỏi tƣơng tác liên phân tử) H2O (l)  H2O (k) DH = 40,7 kJ/mol Lực tƣơng tác liên phân tử: Van der Waals Prof Fritz London • Lực phân tán (dispersion force, London dispersion force): - tƣơng tác yếu phân tử - tồn tất phân tử phân cực không phân cực - dao động lớp vỏ electron  lƣỡng cực tạm thời  tƣơng tác cảm ứng - Kích thƣớc phân tử lớn  lực phân tán mạnh Lực tƣơng tác liên phân tử: Van der Waals Tính chất tƣơng tác Van der Waals - Bất bão hòa -Định hƣớng bất định hƣớng • Tƣơng tác lƣỡng cực - lƣỡng cực (dipole – dipole interactions) - Xuất phân tử phân cực - Lƣỡng cực (m) phân tử lớn  tƣơng tác lƣỡng cực lƣỡng cực mạnh - Trở nên quan trọng nhiệt độ tăng Tƣơng tác Van der Waals nhiệt độ sôi Tƣơng tác Van der Waals mạnh  phân tử khí dễ hóa lỏng, nhiệt độ sơi chất lỏng cao Chất Nhiệt độ sôi (oC) Chất Nhiệt độ sôi (oC) F2 -188 N2 -196 Cl2 -34 NO -152 Br2 59 O2 -183 I2 185 neopentane 9,5 HCl -85 n-pentane 36,1 HBr -67 HI -36  Phân tử có khối lƣợng tƣơng đƣơng: tƣơng tác lƣỡng cực định  Phân tử khác biệt khối lƣợng: tƣơng tác phân tán định Phân tử có kích thƣớc, khối lƣợng tƣơng đƣơng  nhiệt độ sôi tăng theo độ phân cực Molecular Mass (amu) Dipole moment, u (D) Boiling Point (°K) Propane 44 0.1 231 Dimethyl ether 46 1.3 248 Methyl chloride 50 2.0 249 Acetaldehyde 44 2.7 294 Acetonitrile 41 3.9 355 Substance Nhiệt độ sơi hydride nhóm 14, 15, 16, 17  Giữa phân tử NH3, H2O, HF có thêm lực tƣơng tác Hydrogen Liên kết hydrogen - Mạnh liên kết Van der Waals (10 – 40 kJ/mol) - Là lực hút H liên kết với nguyên tử có độ âm điện cao (H – F, H – O, H – N) với cặp electron chƣa liên kết ngun tử có kích thƣớc nhỏ (chu kỳ 2) - Liên kết hydrogen liên phân tử làm tăng nhiệt độ nóng chảy sơi, làm tăng độ hoà tan nƣớc H H H O O H H H-bond H H O O H H H H N H F H H F H F H N H H N H H Phƣơng xếp chặt ngun tử mạng lập phƣơng Số phối trí: 12 Số nguyên tử/ô mạng: Mức độ xếp chặt: 52.4% 68% 74% • Biết Ag kim loại kết tinh mạng ccp với cạnh ô mạng 4.086 Å Tính bán kính nguyên tử Ag Biết khối lƣợng Ag 107.87 g/mol, tính khối lƣợng riêng Ag • Titanium kết tinh mạng bcc (lập phƣơng tâm) với kích thƣớc mạng sở 3.306 Å Khối lƣợng riêng 4.401 g/cm3 Ƣớc lƣợng số Avogadro biết nguyên tử mol Ti 47.88 g/mol • Bài tập bổ sung: 17, 18 (iii) Sắp xếp đặc khít số phân tử (mạng tinh thể phân tử) CO2 benzene C60 Khối lƣợng riêng cấu trúc chất rắn • Benzene hầu hết chất khác có khối lƣợng riêng pha rắn cao khối lƣợng riêng pha lỏng • Nƣớc đá có khối lƣợng riêng thấp nƣớc lỏng Cấu trúc nƣớc đá với liên kết hydrogen  nƣớc có khối lƣợng riêng cao 4oC (iv) Một số cấu trúc Ion (Zincblende) (v) Một số cấu trúc khác: Perovskite Cấu trúc Cuprate O2-: Trắng Ba2+: Đen Y3+: Xám Cu: Xanh Lập phƣơng Tứ phƣơng Trực thoi Lục phƣơng Mặt thoi Đơn tà Tam tà Một số tinh thể  Hình dạng bên ngồi tinh thể không nêu lên cấu trúc tinh thể (vi) Các cấu trúc có cầu nối Phân loại chất rắn theo cấu trúc lớp - mạch - đảo Các hợp chất chu kỳ 2: SiO2 P2O5 SO3 Cl2O7 số phối trí  đơn vị cấu trúc: TO4  Tứ diện dùng chung đỉnh O (cấu trúc cầu đơn) SiO2 P2O5 SO3 Cl2O7 Số đỉnh chung Cấu trúc lớp mạch đảo phối trí SeF4 với cấu trúc cầu đơn Đơn vị cấu trúc: SeF6 (số phối trí 6) Tạo cầu đơn  cơng thức SeF4  cấu trúc lớp BeCl2 với cấu trúc cầu kép Số phối trí Be: Số cầu kép  công thức phân tử BeCl2  cấu trúc mạch FeCl3 với cấu trúc cầu kép Đơn vị cấu trúc: FeCl6 Số cầu kép:  công thức hợp chất: FeCl3  cấu trúc phối trí Nhận xét: • Nếu số phối trí = tỉ lệ hợp thức hợp chất  không tạo cầu  cấu trúc đảo (phân tử) • Nếu số phối trí > tỉ lệ hợp thức  tạo cầu  cấu trúc lớp, mạch (lực liên kết theo phƣơng không gian không giống nhau) • O, F: hay tạo cầu đơn • Cl: hay tạo cầu kép .. .11. 1 Tính chất trạng thái rắn - lỏng - khí Rắn Lỏng Khí Có hình dạng xác định Hình dạng bình chứa Khơng có hình dạng, ln... p-nitrophenol 115 oC 11. 3 Một số tính chất chất lỏng 11. 3.1 Độ nhớt (viscosity) chất lỏng Dụng cụ đo độ nhớt Ostwald • Định nghĩa độ nhớt: tính chống lại chảy • Đo độ nhớt: thời gian chất lỏng chảy... không phân biệt đƣợc lỏng - - Trên nhiệt độ tới hạn: khơng thể hóa lỏng chất khí đƣợc Giản đồ pha H2O CO2 - Nƣớc đá nóng chảy, sôi atm - CO2 rắn thăng hoa atm Bài tập • Bài tập bổ sung: 13, 14,