Algemene chemie (Prof. dr. Wouter Herrebout)
Hoofdstuk 11: Vloeistoffen, vaste stoffen en faseovergangen
0.Inleiding
Volgens de ideale gaswet → eigenschappen van gassen:
● zeer zwakke intermoleculaire krachten
● gasdeeltjes kunnen vrij bewegen → zo beschikbare volume innemen, welk volume
ook beschikbaar is
● gasdeeltjes reageren onafhankelijk van elkaar
Bij vloeistoffen en vaste stoffen is dit anders:
● wel aantrekkingskrachten tussen deeltjes die leiden tot kleine afstanden tussen de
deeltjes
● deze krachten onderscheiden vaste stoffen en vloeistoffen van gassen
In dit hoofdstuk:
● onderzoeken hoe intermoleculaire krachten de eigenschappen van vloeistoffen en
gassen beïnvloeden
● wat er gebeurt tijdens een faseovergang
● de effecten van druk en temperatuur op deze overgangen
1.Eigenschappen van vloeistoffen
A. Viscositeit
● eenvoudig gezegd is viscositeit de stroperigheid van een vloeistof. Hoe
stroperiger de vloeistof hoe hoger de viscositeit. Zo heeft bijvoorbeeld water
een lage en motorolie een hoge viscositeit.
● de maat van de stromingsweerstand van een vloeistof
● zwakke intermoleculaire krachten → vloeien gemakkelijker → lage
stroperigheid → lage viscositeit
● sterke intermoleculaire krachten → vloeien moeilijk → hoge stroperigheid →
hoge viscositeit
● viscositeit is TEMPERATUURSAFHANKELIJK
Het voorbeeld van pentaan C5H12 en glycerol C3H5(OH)3 in de cursus:
→ de 2 stoffen hebben dezelfde krachten maar een verschillende viscositeit
De intermoleculaire krachten die op pentaan inwerken zijn relatief zwak daardoor heeft deze
een lage viscositeit. Glycerol daarentegen heeft 3 OH-groepen dat via H-bruggen andere
glycerol moleculen kan binden, hierdoor heeft deze een grote intermoleculaire krachten en
dus een hoge viscositeit
B. Oppervlaktespanning
● is de weerstand v/e vloeistof om te verspreiden en oppervlakte te vergroten
→ veroorzaakt door verschil in intermoleculaire krachten
● ondervonden door:
- Moleculen aan het oppervlak van de vloeistof
→ aantrekkingskrachten aan 1 kant → naar het inwendige getrokken (naar de vloeistof)
, - Moleculen in het inwendige van de vloeistof
→ worden omringt en in alle richtingen gelijk getrokken
● Moleculen of atomen op het oppervlak voelen aan slechts één zijde
aantrekkingskrachten en worden dus naar de vloeistof getrokken.
● Moleculen of atomen in het midden van de vloeistof worden evenveel aangetrokken
in alle richtingen.
→ deze zijn sterker in vloeistoffen met grotere intermoleculaire krachten
→ omringt met een even grote kracht in
alle richtingen getrokken
Oppervlaktespanning zorgt ervoor dat
deze druppels vloeibare kwik kralen
vormen.
Het vermogen van een waterstraal om op
water te lopen en het opbollen van water
op een nieuw gewaxte auto zijn beide te
wijten aan oppervlaktespanning.
Oppervlaktespanning, zoals viscositeit, is over het algemeen hoger in vloeistoffen met
sterkere intermoleculaire krachten. Beide eigenschappen zijn ook temperatuurafhankelijk
omdat hogere moleculen van moleculen meer kinetische energie hebben om de
aantrekkende krachten tegen te gaan die ze bij elkaar houden
2.Faseovergangen tussen vloeistoffen, vaste stoffen en gassen
● Faseovergangen: processen, waarbij de fysieke vorm, maar niet de chemische
identiteit van een stof verandert, worden faseveranderingen genoemd
(toestandsveranderingen)
● 3 aggregatietoestanden of fasen : Vast, Vloeibaar en Gasvormig
De overgangen gaan
gepaard met een
verandering in vrije energie
Vaste stoffen kunnen zelfs direct in gassen veranderen, zoals optreedt wanneer droogijs
CO2 sublimatie ondergaat.
, Opwarmingscurve
Resultaten: continu toevoegen van warmte aan een stof kunnen worden weergegeven op
een stooklijn (opwarming-afkoelingscurve) zoals die is weergegeven voor H2O.
klassieke methode waarop we gas, vloeistof en vaste stof kunne definieren
neem vaste stof en volg temperatuur wanneer je een constante hoeveel E toevoegt
Curve heeft 5 verschillende regio’s, geassocieerd met vijf verschillende processen die
betrokken zijn bij het verwarmen van vaste H2O van -25°C tot gasachtige H2O bij 125°C
1) Verwarmen vaste stof H2O:
beginnend bij willekeurige T onder vriespunt H2O: - 25°C
→ toevoeging warmte/E verhoogt T v/h ijs totdat deze 0°C bereikt
→ alle warmte/E die toegevoegd wordt, gebruikt om stof verder op te warmen tot aan
smeltpunt
2) Smelten van vast H2O:
→ T 0°C bereikt: toevoeging van verdere warmte gaat in het verstoren van waterstofbruggen
en andere intermoleculaire krachten in plaats van in het verhogen van de temperatuur =
plateau bij 0°C.
→ Bij 0°C : smeltpunt vast en vloeibaar in evenwicht terwijl moleculen loskomen van hun
posities in de ijskristallen en vloeibare fase ingaan.
→ Pas als vaste stof volledig in vloeistof verandert, stijgt de temperatuur opnieuw. Energie
nodig om voldoende intermoleculaire krachten te overwinnen om vaste stof in vloeistof om te
zetten = smeltwarmte ΔH fusion = 6,01 kJ/mol
Hoofdstuk 11: Vloeistoffen, vaste stoffen en faseovergangen
0.Inleiding
Volgens de ideale gaswet → eigenschappen van gassen:
● zeer zwakke intermoleculaire krachten
● gasdeeltjes kunnen vrij bewegen → zo beschikbare volume innemen, welk volume
ook beschikbaar is
● gasdeeltjes reageren onafhankelijk van elkaar
Bij vloeistoffen en vaste stoffen is dit anders:
● wel aantrekkingskrachten tussen deeltjes die leiden tot kleine afstanden tussen de
deeltjes
● deze krachten onderscheiden vaste stoffen en vloeistoffen van gassen
In dit hoofdstuk:
● onderzoeken hoe intermoleculaire krachten de eigenschappen van vloeistoffen en
gassen beïnvloeden
● wat er gebeurt tijdens een faseovergang
● de effecten van druk en temperatuur op deze overgangen
1.Eigenschappen van vloeistoffen
A. Viscositeit
● eenvoudig gezegd is viscositeit de stroperigheid van een vloeistof. Hoe
stroperiger de vloeistof hoe hoger de viscositeit. Zo heeft bijvoorbeeld water
een lage en motorolie een hoge viscositeit.
● de maat van de stromingsweerstand van een vloeistof
● zwakke intermoleculaire krachten → vloeien gemakkelijker → lage
stroperigheid → lage viscositeit
● sterke intermoleculaire krachten → vloeien moeilijk → hoge stroperigheid →
hoge viscositeit
● viscositeit is TEMPERATUURSAFHANKELIJK
Het voorbeeld van pentaan C5H12 en glycerol C3H5(OH)3 in de cursus:
→ de 2 stoffen hebben dezelfde krachten maar een verschillende viscositeit
De intermoleculaire krachten die op pentaan inwerken zijn relatief zwak daardoor heeft deze
een lage viscositeit. Glycerol daarentegen heeft 3 OH-groepen dat via H-bruggen andere
glycerol moleculen kan binden, hierdoor heeft deze een grote intermoleculaire krachten en
dus een hoge viscositeit
B. Oppervlaktespanning
● is de weerstand v/e vloeistof om te verspreiden en oppervlakte te vergroten
→ veroorzaakt door verschil in intermoleculaire krachten
● ondervonden door:
- Moleculen aan het oppervlak van de vloeistof
→ aantrekkingskrachten aan 1 kant → naar het inwendige getrokken (naar de vloeistof)
, - Moleculen in het inwendige van de vloeistof
→ worden omringt en in alle richtingen gelijk getrokken
● Moleculen of atomen op het oppervlak voelen aan slechts één zijde
aantrekkingskrachten en worden dus naar de vloeistof getrokken.
● Moleculen of atomen in het midden van de vloeistof worden evenveel aangetrokken
in alle richtingen.
→ deze zijn sterker in vloeistoffen met grotere intermoleculaire krachten
→ omringt met een even grote kracht in
alle richtingen getrokken
Oppervlaktespanning zorgt ervoor dat
deze druppels vloeibare kwik kralen
vormen.
Het vermogen van een waterstraal om op
water te lopen en het opbollen van water
op een nieuw gewaxte auto zijn beide te
wijten aan oppervlaktespanning.
Oppervlaktespanning, zoals viscositeit, is over het algemeen hoger in vloeistoffen met
sterkere intermoleculaire krachten. Beide eigenschappen zijn ook temperatuurafhankelijk
omdat hogere moleculen van moleculen meer kinetische energie hebben om de
aantrekkende krachten tegen te gaan die ze bij elkaar houden
2.Faseovergangen tussen vloeistoffen, vaste stoffen en gassen
● Faseovergangen: processen, waarbij de fysieke vorm, maar niet de chemische
identiteit van een stof verandert, worden faseveranderingen genoemd
(toestandsveranderingen)
● 3 aggregatietoestanden of fasen : Vast, Vloeibaar en Gasvormig
De overgangen gaan
gepaard met een
verandering in vrije energie
Vaste stoffen kunnen zelfs direct in gassen veranderen, zoals optreedt wanneer droogijs
CO2 sublimatie ondergaat.
, Opwarmingscurve
Resultaten: continu toevoegen van warmte aan een stof kunnen worden weergegeven op
een stooklijn (opwarming-afkoelingscurve) zoals die is weergegeven voor H2O.
klassieke methode waarop we gas, vloeistof en vaste stof kunne definieren
neem vaste stof en volg temperatuur wanneer je een constante hoeveel E toevoegt
Curve heeft 5 verschillende regio’s, geassocieerd met vijf verschillende processen die
betrokken zijn bij het verwarmen van vaste H2O van -25°C tot gasachtige H2O bij 125°C
1) Verwarmen vaste stof H2O:
beginnend bij willekeurige T onder vriespunt H2O: - 25°C
→ toevoeging warmte/E verhoogt T v/h ijs totdat deze 0°C bereikt
→ alle warmte/E die toegevoegd wordt, gebruikt om stof verder op te warmen tot aan
smeltpunt
2) Smelten van vast H2O:
→ T 0°C bereikt: toevoeging van verdere warmte gaat in het verstoren van waterstofbruggen
en andere intermoleculaire krachten in plaats van in het verhogen van de temperatuur =
plateau bij 0°C.
→ Bij 0°C : smeltpunt vast en vloeibaar in evenwicht terwijl moleculen loskomen van hun
posities in de ijskristallen en vloeibare fase ingaan.
→ Pas als vaste stof volledig in vloeistof verandert, stijgt de temperatuur opnieuw. Energie
nodig om voldoende intermoleculaire krachten te overwinnen om vaste stof in vloeistof om te
zetten = smeltwarmte ΔH fusion = 6,01 kJ/mol
