Rychlokurz chemie
Rychlokurz chemie (25/43) · 10:14

Kapaliny Kapaliny jsou nejméně obvyklým skupenským stavem nacházejícím se mezi pevnou a plynnou fází. Pojďme si povědět více o jejich struktuře a vlastnostech.

Asi zním jako že beru drogy, ale nejsou kapaliny divné? Třeba to, že nemají tvar? Jak můžou existovat a nemít tvar? A moc jich není. Vyjmenuj nějaké. Mě nejdřív napadl džus, mléko a krev. Mléko a krev, trochu divné? Ani ne! Mléko i krev jsou tvořeny v těle a Mongolové konzumují obojí ve velkém. Trochu jsem odbočil, chtěl jsem říct, že mléko i krev jsou rozpuštěné ve vodě. Jediná bezvodá kapalina, na kterou člověk dříve narazil, byly kapalné tuky produkované rostlinami a zvířaty. Kapaliny jsou velmi divné a velmi vzácné. Jen 2 z více než 100 prvků jsou kapaliny za pokojové teploty - brom a rtuť. Ale některé prvky jsou za pokojové teploty téměř kapaliny. Podívej se na tohle, to je kousek gallia. který jsem koupil na eBay. Gallium má v periodické tabulce číslo 31, je to netoxický, křehký, neužitečný kov. Začne tát při teplotě o 10 stupňů vyšší, než je teplota v této místnosti. Nevěříte? Asi věříte, ale pokud počkám dost dlouho, rozpustí se dokonce v mé dlani, ale já nechci čekat, takže co je teplejší než moje dlaň? Takže, dám si to galium do pusy. Je studené. Opravdu doufám, že omylem neroztrhnu tu fólii. Chvíli trvá, než se teplo z mé pusy dostane do toho malého kousku, ale každá pevná látka za určité teploty a tlaku taje a mění se na kapalinu. Diamanty jsou tekuté při 3 600 °C. A také každý plyn má teplotu a tlak, při kterých kondenzuje na kapalinu. Titan je tak studený, že na jeho povrchu je metan kapalinou. Kapalný metan padá jako déšť, tvoří řeky a vlévá se do metanového moře. Asi jsem se měl zmínit, že jsem vycvičený jako profesionální blázen. Tohle nezkoušejte doma. Je to strašně divný pocit. V puse se mi to už rozpouští, je to jako voda, ale těžší. Je to kov, takže je těžký, Ok, teď cítím, že se už úplně rozpustil. Takže tady to máme. Tekuté galium. Díky síle mého těla jsem dokázal, jak jsou kapaliny opravdu divné. Gallium, co si o sobě sakra myslíš? Rychlokurz chemie: Kapaliny Teď nastal čas zjistit, co se vlastně děje s částicemi, které dělají kapalinu kapalinou. Musíme si uvědomit, že žádná molekula není sama na pustém ostrově. V látkách spolu atomy a molekuly reagují. K tomu dochází kvůli takzvaným "mezimolekulárním silám". Jsou slabší než síly, které způsobují iontovou nebo kovalentní vazbu mezi atomy. Proto molekulární látky jako led a voda mohou být rozbity nebo rozděleny na části, zatímco molekuly jako takové mohou být rozbity pouze chemickou reakcí, například voda může být rozdělena na vodík a kyslík pomocí elektřiny. Nechápejte mě špatně. Neříkám, že mezimolekulární síly nejsou důležité. Naopak, kapaliny a pevné látky by bez nich nemohly existovat. Existují dva hlavní typy mezimolekulárních sil. Mohou být i tři, záleží na tom, jak je počítáte. První jsou Londonovy disperzní síly, které jsou často k vidění v Londýně. Teď jsem lhal, jsou pojmenovány po fyzikovi Fritzu Londonovi. Jsou nejslabší z mezimolekulárních sil, protože jsou určeny dočasným uspořádáním elektronů uvnitř molekul. Objevují se zejména ve vzácných plynech jako je helium a neon, a v nepolárních molekulách jako je oxid uhličitý nebo olej. Není to tak, že by Londonovy disperzní síly byly v těchto látkách obzvlášť silné, jen je nic jiného nedrží pohromadě, takže i tyto slabé síly jsou patrné. Takže díky čemu fungují? Elektrony se občas na dráze pohybu okolo svých jader v molekule shluknou. Oblast, kde se elektrony shlukly, získává mírný záporný náboj, zatímco další oblasti molekuly jsou nabity mírně kladně. Tyto náboje jsou slabé, ale stačí na ovlivnění dalších okolních molekul. Kladná část molekuly přitahuje elektrony sousedních molekul, zatímco záporná část molekuly blízké elektrony odpuzuje. Toto přitahování a odpuzování je velmi slabé a trvá krátce, protože samotné shlukování elektronů je krátkodobé, ale celkový efekt této síly je velice důležitý. Londonovy disperzní síly jsou jedinou silou, která umožňuje nepolárním látkám, jako je metan nebo dokonce jinak nereaktivní látka jako je helium, držet pohromadě dost na to, aby kondenzovaly z plynu na kapalinu. Všichni bychom si měli pamatovat z lekce těchto silách: I malí a slabí mohou být nepostradatelní! Znělo to jako že Londýn je malý a slabý. Není, Londýn je super! Dalším hlavním typem mezimolekulárních sil jsou interakce "dipól-dipól." Z lekce o polárních molekulách víme, že dipól je rozdělení nábojů na oblasti s částečným kladným a záporným nábojem v polární molekule, např. vodě. Při interakci dipól-dipól náboje v molekulách přitahují nebo odpuzují. Molekuly se orientují tak, že přitahování je maximální a odpuzování minimální. Jako Holmes a Watson, jejichž rozdílné vlastnosti pomáhají při vyšetřování vražd. Jsou skvělý tým, i když si často lezou na nervy. Částečný náboj se vyskytuje třeba v bromovodíku, protože elektrony jsou více přitahovány k bromu než k vodíku. Záporný náboj bromu je přitahován ke kladnému náboji vodíku na jiných bromovodíkových molekulách, a díky tomu mohou molekuly držet při sobě. Speciálním typem interakce dipól-dipól je vodíkový můstek vyskytuje se v polárních molekulách, které obsahují vodík a extrémně elektronegativní prvek jako je dusík, kyslík nebo fluor. Atom vodíku je velmi malý a jeho elektron je extrémně přitahován k dalším atomům a dipóly v těchto molekulách jsou extrémně silné, takže vlastně tvoří vazbu. Nicméně, vodíkové můstky nejsou vazbou ve smyslu jako iontová nebo kovalentní vazba, ale jsou nejsilnější interakcí, která se objevuje mezi molekulami. Například voda je známá svou tendencí tvořit vodíkové můstky. Tyto mezimolekulární síly, ačkoliv slabé, jsou příčinou existence skupenství. Ve skutečnosti jejich relativní "slabost" je to, co umožňuje látce poměrně lehce změnit skupenství. Molekuly pevné látky prostě vězí na jednom místě, rotují a vibrují. To, co je drží na místě, jsou mezimolekulární síly. Ale vždy existuje cesta ven. To, v jakém skupenství je materiál, je dáno kinetickou energií, tu může látka získat například ze zahřívání. Pokud pevné látce dodáme tepelnou energii, kinetická energie částic vzroste, aby jim umožnila překonat některé z mezimolekulárních sil a volně téct. A to je kapalné skupenství. Takže bych mohl mlátit do ledu kladivem, abych ho rozbil na menší a menší kousky, ale jen zahříváním zvýším jeho kinetickou energii, a tím změním skupenství na vodu. Nicméně částice v kapalině jsou stále dost blízko u sebe. Kvůli interakci molekul označujeme pevné látky a kapaliny "kondenzovaný stav", jelikož jsou založeny na interakci mezi molekulami. Pokud částice kapaliny získají dostatek energie na opuštění povrchu kapaliny, obvykle pohlcením tepelné energie, tyto uvolněné částice vytvoří plyn. Na částice v plynu také působí mezimolekulární síly, které jsou ovšem mnohem slabší, než ty v kondenzovaném stavu, takže se mohou více rozptýlil a interagovat velmi málo. Velká vzdálenost částic plynu udává malou hustotu a velkou stlačitelnost. Naopak, částic pevných látek jsou velmi blízko u sebe, takže mají vysokou hustotu a velice malou stlačitelnost, a to i pod velkým tlakem. Kapaliny leží mezi těmito 2 extrémy, ale jsou víc podobné pevným látkám než plynům. Většina kapalin má menší hustotu a je více stlačitelná než pevné látky, ale ne o moc. To dává smysl, protože množství energie, která je potřeba na oddálení částic tak, aby proudily, je menší než energie potřebná pro úplné oddělení částic. Přitažlivost nebo "koheze" mezi molekulami v kapalinách podmiňuje jejich vlastnosti. Protože všechny částice jsou k sobě přitahovány, mají tendenci se slučovat do co nejvíce kompaktního tvaru, což je koule. Ale pokud kapalina nemůže vytvořit kouli, protože není ve vesmíru, například když je na povrchu nebo vyplňuje nádobu, její volný povrch se co nejvíce zakřiví, aby se přiblížil tvaru koule. To můžeme jednoduše vidět při přelití sklenice vodou. Kapalina bude držet na vrcholu jak dlouho to jen půjde, než bude tíha vody větší než intermolekulární síly držící ji pohromadě. Celkový efekt tohoto jevu zvaného povrchové napětí je ve vodě tak silný, že malé předměty, jako sponka na papír, leží na hladině. Koheze se projevuje také jinými způsoby. V molekulách s velkými mezimolekulárními silami, například v molekulách medu, které mají tuny kyslíku a vodíku toužící spolu vytvořit vodíkové můstky... ...koheze je tak velká, že způsobuje, že med teče velmi pomalu. Tento odpor téct se nazývá "viskozita" a vyskytuje se u kapalin jako je med, sirup, olej nebo glycerol. Třetí efekt koheze pozorujeme při ponoření jednoho konce úzké trubičky do kapaliny. Pokud kapalina není příliš viskózní, tak spontánně vystoupá trubičkou. To se nazývá "kapilární elevace" a dochází k ní částečně tím, že molekuly kapaliny, které jsou mimo trubičku, jsou přitahovány k těm uvnitř ní, takže je následují dovnitř. Kapilární elevace záleží také na dalším jevu, známém jako "adheze", nebo přitažlivost molekul v kapalině v nádobě. Kapalina nemůže vystoupat trubičkou, pokud je silně přitahována sama k sobě. Musí být také přitahována ke sklenici, což způsobuje, že ulpívá na stěnách. Pokud jsou molekuly kapaliny přitahovány více k nádobě než samy k sobě, vytvoří dutý meniskus či půlměsícovou hladinu, jako vidíme zde ve sklenici. Pokud jsou molekuly kapaliny přitahovány více k sobě navzájem než k nádobě, jako například u rtuti ve skle, vytvoří vypouklý meniskus. Tedy záhada vyřešena. Nyní jsme si na základní úrovni vysvětlili podivnosti kapalin. Na závěr pro vás mám otázku k zamyšlení: Proč jsou kapaliny o tolik méně běžné v periodické tabulce než plyny a pevné látky, co myslíte?
video