chp4 solids Flashcards
describe the arrangements of molecules when in a solid state
τα δομικά σωματίδια (π.χ. άτομα μόρια) βρίσκονται σε μικρές αποστάσεις μεταξύ τους, ταλαντώνονται γύρω από συγκεκριμένες θέσεις, σε καθορισμένη διάταξη και οι ελκτικές δυνάμεις που αναπτύσσονται μεταξύ τους είναι ισχυρές
describe the main properties of solids
✓ Καθορισμένο σχήμα και όγκο
✓ Πολύ ισχυρές δυνάμεις συνοχής (διατομικές ή διαμοριακές αλληλεπιδράσεις)
✓ Υψηλή πυκνότητα
✓ Είναι ασυμπίεστα (incompressible)
name the 4 types of solids + describe them
- Μεταλλικά στερεά
-αποτελούνται μόνο από άτομα μετάλλου/ων - Ιοντικά στερεά
- αποτελούνται από άτομα μετάλλων και αμετάλλων - Ομοιοπολικά στερεά
- αποτελούνται από άτομα αμετάλλων - Μοριακά στερεά
- αποτελούνται από άτομα ή μόρια μεταξύ των οποίων ασκούνται διαμοριακές δυνάμεις.
describe the arrangement of molecules in liquid form
- Οι ελκτικές δυνάμεις μεταξύ των σωματιδίων είναι ασθενέστερες, με αποτέλεσμα να υπάρχει μεγαλύτερη κινητικότητα.
- Τα δομικά συστατικά μπορούν να αλλάξουν θέση αλλά δεν μπορούν να αλλάξουν τη μεταξύ τους απόσταση.
- Τα σωματίδια βρίσκονται, συγκριτικά με τη στερεά κατάσταση, σε μεγαλύτερες αποστάσεις μεταξύ τους και μπορούν να γλιστράνε το ένα πάνω από το άλλο
describe properties of the liquid state
✓ Καθορισμένο όγκο, παίρνουν το σχήμα του δοχείου στο οποίο τοποθετούνται.
✓ Αρκετά ισχυρές δυνάμεις συνοχής (cohesive forces)
✓ Ενδιάμεσες πυκνότητες.
✓ Είναι ασυμπίεστα
describe the molecular arrangement in gas state (movement, what affects them…)
- Στα αέρια οι διαμοριακές δυνάμεις που ασκούνται μεταξύ των ατόμων ή των μορίων είναι αμελητέες.
- Τα δομικά συστατικά βρίσκονται σε μεγάλες αποστάσεις μεταξύ τους και κινούνται ελεύθερα.
- Δεν έχουν συγκεκριμένο σχήμα και όγκο και καταλαμβάνουν όλη την έκταση του δοχείου τους.
- Λόγω της μεγάλης κινητικής ενέργειας, τα σωματίδια κινούνται συνεχώς με μεγάλη ταχύτητα και άτακτα προς όλες τις κατευθύνσεις.
- Προκύπτουν σημαντικές μεταβολές των όγκων, όταν μεταβάλλεται η θερμοκρασία ή και η πίεση.
name properties of gases
✓ Απουσία σχήματος, καταλαμβάνουν όλο τον όγκο του δοχείου που τα περιέχει.
✓ Πολύ ασθενείς δυνάμεις συνοχής (cohesion forces).
✓ Χαμηλή πυκνότητα.
✓ Υψηλή συμπιεστότητα
what are the 3 types of van der waals forces between molecules vs ions
Molecules:
✓ Δυνάμεις διασποράς ή London.
✓ Δυνάμεις διπόλου – διπόλου.
✓ Δεσμοί υδρογόνου (αποτελεί ειδική περίπτωση δυνάμεων διπόλου – διπόλου).
Ions and molecules:
✓ δυνάμεις ιόντος – διπόλου
what does the strength of the bonding affect as physical properties?
- Τη διαλυτότητα:
- εξαρτάται από την ισχύ των διαμοριακών δυνάμεων που αναπτύσσονται μεταξύ της διαλυμένης ουσίας και του διαλύτη
—> αν υπερβαίνει την αντίστοιχη αυτών των μορίων διαλύτη-διαλύτη και διαλυμένης ουσίας-διαλυμένης ουσίας - Όμοια διαλύουν όμοια:
- Οι πολικές ενώσεις διαλύονται σε πολικούς διαλύτες
- οι μη πολικές σε μη πολικούς διαλύτες - Το σημείο βρασμού:
Για ενώσεις με ίσο ή παραπλήσιο Μr, όσο αυξάνει η ισχύς των διαμοριακών δυνάμεων τόσο υψηλότερο είναι το σημείο βρασμού
describe how london forces are made
The molecules that form LF have a μέση κατανομή των ηλεκτρονίων γύρω από κάθε πυρήνα που είναι συμμετρική (σφαιρική) —> μη πολωμένα και δεν παρουσιάζουν διπολική ροπή.
- Σε κάποια χρονική στιγμή είναι δυνατό και τα ηλεκτρόνια του ατόμου να βρεθούν προς το ένα άκρο του (παραμόρφωση ηλεκτρονικού νέφους), φορτίζοντάς το στιγμιαία αρνητικά. Τότε, το άλλο άκρο φορτίζεται θετικά και έτσι δημιουργούνται στιγμιαία δίπολα (temporary dipole)
- Αυτά μπορεί να προκαλέσουν με την σειρά τους τον σχηματισμό επαγόμενων δίπολων —> those δυνάμεις που αναπτύσσονται μεταξύ των στιγμιαίων και επογόμενων διπόλων είναι ασθενείς ελκτικές δυνάμεις και ονομάζονται δυνάμεις London ή διασποράς= LF
name the 2 factors that affect the strength of LF
- Τη μοριακή μάζα, Mr:
- Στα μεγάλα μόρια η κατανομή των ηλεκτρονίων διαταράσσεται ευκολότερα (παραμόρφωση ηλεκτρονικού νέφους), με αποτέλεσμα να δημιουργούνται στιγμιαία δίπολα.
- Η ισχύς των διαμοριακών δυνάμεων διασποράς αυξάνεται με την αύξηση της σχετικής μοριακής μάζας. - Το σχήμα των μορίων:
- Τα γραμμικά μη πολωμένα μόρια εμφανίζουν ισχυρότερους δεσμούς από τα σφαιρικά μη πολωμένα (διακλαδισμένα), γιατί τα γραμμικά μόρια έχουν μεγαλύτερη επιφάνεια επαφής, με αποτέλεσμα να αυξάνεται η αλληλοεπίδραση μεταξύ των μορίων.
what are dipole-dipole bonds
= διαμοριακές ελκτικές δυνάμεις ηλεκτροστατικής φύσεως μεταξύ των ετερώνυμα φορτισμένων πόλων των πολικών μορίων (που παρουσιάζουν διπολική ροπή, μ)
—> the more the μ, the stronger the d-d
what is the διπολική ροπή and what does it depend on
= μέτρο της πολικότητας ενός μορίου
It depends on:
- πόλωση των δεσμών (διαφορά ηλεκτραρνητικότητας μεταξύ των ατόμων)
- γεωμετρία του μορίου
how does the strength of the d-d bond affect the molecules’ properties
- Όσο ισχυρότερες είναι οι δυνάμεις διπόλου-διπόλου τόσο μεγαλύτερο είναι το σημείο βρασμού.
- Αντίστροφα, όσο ασθενέστερες είναι οι διαμοριακές δυνάμεις, τόσο «δύσκολοτερα» υγροποιείται ένα αέριο.
what are H bonds
= ειδική περίπτωση δυνάμεων διπόλου-διπόλου.
= αναπτύσσονται μεταξύ ενός ατόμου υδρογόνου και ενός μη
δεσμικού ζεύγους ηλεκτρονίων που βρίσκονται πάνω σε ένα
από τα 3 ηλεκτραρνητικότερα άτομα F, Ο ή Ν γειτονικού
μορίου
what are ion-dipole reactions
- Αναπτύσσονται μεταξύ ιόντων και πολικών μορίων και είναι ηλεκτροστατικής φύσεως
- Είναι ισχυρότερες από τις δυνάμεις van der Waals
—> Η ισχύς των αλληλεπιδράσεων αυτών καθιστά δυνατή τη διάλυση των ιοντικών ενώσεων σε πολικούς διαλύτες, όπως π.χ. το νερό.
what does the ion-dipole force depend on
Η ισχύς τους εξαρτάται από:
- το φορτίο: αύξηση του φορτίο —> αύξηση ελκτικών δυνάμεων
- το μέγεθος του ιόντος —> επηρεάζει την απόσταση ιόντος-διπόλου μορίο
- τη διπολική ροπή του μορίου-διαλύτη
explain what are υδροφοβικές αλληλεπιδράσεις
- Μη πολικές ενώσεις σε υδατικά διαλύματα προκαλούν αναδιοργάνωση των μορίων του νερού γύρω τους μέσω ενός δικτύου δεσμών υδρογόνου, σχηματίζοντας μια δομημένη διάταξη.
- προκαλείται αύξηση της «τάξης» του διαλύτη, άρα μείωση της εντροπίας.
- Οι δεσμοί υδρογόνου που αναπτύσσονται μεταξύ των ελευθέρων μορίων νερού είναι ισχυρότεροι από τις αλληλεπιδράσεις των μορίων νερού με τις απολικές περιοχές της μη πολικής ένωσης-ξενιστή. Όταν τα μόρια νερού που περιέχονται σε μια υδρόφοβη κοιλότητα του ξενιστή απελευθερώνονται κινούμενα στις κυρίως περιοχές του διαλύτη αυξάνεται η εντροπία.
- Αυτή η διεργασία είναι αυθόρμητη και ονομάζεται φαινόμενο της υδροφοβικότητας και οι επακόλουθες αλληλεπιδράσεις ονομάζονται υδροφοβικές αλληλεπιδράσεις.
define Ενέργεια πλέγματος
= είναι η ενέργεια που απαιτείται για τον πλήρη διαχωρισμό 1 mol μιας στερεής ιοντικής ουσίας στα ιόντα της στην αέρια φάση
eg NaCl(s) → Na+ (g) + Clˉ (g)
what does the lattice energy determine? what does its strength depend on?
Το μέγεθος της ενέργειας πλέγματος εξαρτάται από:
- τα φορτία των ιόντων
- το μέγεθος τους
- την τρισδιάστατη διευθέτηση του πλέγματος.
—> Καθορίζει το σημείο τήξεως των ιοντικών ενώσεω
—> it is used to form ionic compounds
name the different phases to change states
τήξη εξάτμιση
solid ——-> liquid ———> gas
<——— <———–
πήξη υγροποίηση/συμπύκνωση
εξάχνωση solid --------------------------------> g
<--------------------------------
απόθεση
what are διαγράμματα φάσεων
= γραφική παράσταση που δίνει πληροφορίες για τη σταθερότητα των διαφόρων φάσεων ενός συστήματος (μιας καθαρής ουσίας ή ενός μίγματος ουσιών) ως συνάρτηση δύο θερμοδυναμικών μεταβλητών, της θερμοκρασίας και της πίεση, ή της θερμοκρασία και της σύσταση του μίγματος
what is the use of διαγράμματα φάσεων
- δείχνουν κάτω από ποιες συνθήκες (T, P, xi) είναι σταθερή η κάθε φάση του υλικού —> επιτρέπουν να προβλέπουμε τις μεταβολές φάσης που επέρχονται από αλλαγές στη θερμοκρασία και την πίεση.
- also να προβλέπουμε τις αλλαγές του σημείου τήξεως (σ.τ.) και του σημείου ζέσεως (σ.ζ.) μιας ουσίας σαν αποτέλεσμα μεταβολών στην εξωτερική πίεση.
- δίνουν πληροφορίες σχετικά με τη φύση του υλικού που θα προκύψει από την ανάμιξη 2+ ουσιών (αν θα είναι ένα ενιαίο (single) και ομοιογενές υλικό ή θα είναι ένας συνδυασμός φάσεων).
what are the 3 τύποι διαγραμμάτων φάσεων + which one is the most common
α) τα διαγράμματα φάσεων καθαρής ουσίας
β) τα διμερή διαγράμματα φάσεων
γ) τα τριμερή διαγράμματα φάσεων.
—> Ο τύπος που χρησιμοποιούμε συχνότερα είναι τα διμερή, με τη βοήθεια των οποίων γίνονται κατανοητοί όλοι οι
μετασχηματισμοί που λαμβάνουν χώρα.
what do all state graphs have in common
✓ Οι επιφάνειες (περιοχές) συμβολίζουν διαφορετικές φάσεις (στερεό, υγρό, αέριο).
✓ Οι καμπύλες συμβολίζουν ισορροπίες φάσεων (οι τρεις βασικές ισορροπίες φάσεων συστήματος ενός συστατικού αέριο/υγρό, αέριο/στερεό, υγρό/στερεό) σε διαγράμματα πίεσης-θερμοκρασίας).
✓ Τα σημεία συμβολίζουν καταστάσεις του συστήματος.
explain what the phase diagram shows
- Τα διαγράμματα φάσεων καθαρής ουσίας απεικονίζουν τις φάσεις μίας ουσίας (στοιχείου ή χημικής ένωσης) οι οποίες είναι θερμοδυναμικά σταθερές υπό συγκεκριμένες συνθήκες θερμοκρασίας και πίεσης.
- Η ουσία μπορεί να υπάρχει στην αέρια κατάσταση (μία φάση), στην υγρή (μία φάση) ή στην στερεά κατάσταση (σε μία ή περισσότερες φάσεις - αλλοτροπικές μορφές).
- Τα όρια μεταξύ δύο φάσεων δείχνουν τις συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας υπό τις οποίες δύο διαφορετικές φάσεις βρίσκονται σε ισορροπία και γι’ αυτό αποκαλούνται καμπύλες ισορροπίας: καμπύλη εξάχνωσης, καμπύλη τήξης, καμπύλη εξάτμισης ή τάσης ατμών
define a phase
= τμήμα σύνθετου συστήματος που είναι ομογενές τόσο ως προς τις φυσικές και χημικές του ιδιότητες και διαχωρίζεται από άλλα τμήματα (φάσεις) με διακριτά όρια (διεπιφάνειες).
a phase refers to a distinct and homogeneous state of matter, characterized by its uniform physical and chemical properties. These properties differentiate it from other parts of the system, which may have different characteristics. Phases can be separated from each other by boundaries known as interfaces.
what happens if 2 homogeneous phases get mixed in the same system (eg liquid with vapor)
- Οι δύο φάσεις είναι σε ισορροπία όταν κατά τη μεταφορά στοιχειωδών ποσοτήτων μάζας μεταξύ τους, το σύνθετο κλειστό σύστημα που απαρτίζουν παραμένει σε ισορροπία.
Η συνθήκη ισορροπίας κλειστού συστήματος υπό σταθερές P, T είναι:
ΔG = 0 —> ΔGα + ΔGβ = 0 (Gibbs = 0 is at equilibrium)
Η συνθήκη ισορροπίας μεταξύ δύο φάσεων κάτω από σταθερή πίεση και θερμοκρασία (P, T) είναι:
μiα = μiβ
define χημικό δυναμικό
= αποτελεί την κινητήρια δύναμη για τη μεταφορά της ύλης
what’s the formula for the chemical potential and what does it show?
μi = μiο + RTlnxi
μi: The chemical potential of component “i” in the mixture.
μi°: The standard chemical potential of component “i” at a reference state (usually at a standard pressure and temperature).
R: The universal gas constant.
T: The absolute temperature of the system.
xi: The mole fraction of component “i” in the mixture.
—> shows how T and conc affect the chemical potential compared to its standard chem potential
—> helps predict behaviour of chemical species in mixtures
when mixing the phases the equilibrium is constant, why?
Στην κατάσταση ισορροπίας το χημικό δυναμικό όλων των
συστατικών είναι σταθερό σε όλες τις φάσεις του συστήματος (απουσία μεταφοράς μάζας μεταξύ φάσεων σε ισορροπία).
so what are the conditions for phase equilibrium
✓ σταθερή πίεση, P (μηχανική ισορροπία – όχι κίνηση)
✓ σταθερή θερμοκρασία, Τ (θερμική ισορροπία – όχι μεταφορά θερμότητας)
✓ σταθερό χημικό δυναμικό, μi, κάθε συστατικού-i σε όλες τις φάσεις ή καταστάσεις (χημική ισορροπία –όχι μεταφορά ή μετατροπή μάζας).
what is Gibbs phases of law
F = Σ – Φ + 2
F –> degrees of freedom to see how many things we can change and still have the component in the same phase
Σ —> nb of components (eg H2O is 1)
Φ —> nb of phases (eg if it’s on the the triple point = 3)
2 —> Temp and pressure are the only conditions
what does the value of F in Gibbs’ law show
- Αμετάβλητο σύστημα, F = 0:
- Οι μεταβλητές P, T και xi έχουν απόλυτα καθορισμένες τιμές και δεν μπορούν να μεταβληθούν χωρίς να αλλάξει ο αριθμός των φάσεων.
- Η κατάσταση του συστήματος απεικονίζεται στο διάγραμμα φάσεων από σημείο.
Π.χ. σύστημα ενός συστατικού παρουσιάζει τριπλό σημείο όπου για καθορισμένες τιμές P και T συνυπάρχουν και οι τρεις φάσεις. - Μονομετάβλητο σύστημα, F = 1:
- Μόνο μία από τις μεταβλητές P, T και xi μπορεί να μεταβληθεί ανεξάρτητα από τις άλλες, χωρίς να μεταβληθεί ο αριθμός των φάσεων.
- Η κατάσταση του συστήματος παριστάνεται στα διαγράμματα φάσεων από καμπύλες. - Διμετάβλητο σύστημα, F = 2:
- Δύο από τις μεταβλητές P, T και xi μπορούν να μεταβληθούν ταυτόχρονα και ανεξάρτητα από τις άλλες, χωρίς να μεταβληθεί ο αριθμός των φάσεων.
- Η κατάσταση του συστήματος παριστάνεται στα διαγράμματα φάσεων από επιφάνειες (empty spaces)
what are 2 important points on a phase equilibrium diagram ans what do they show
- Το τριπλό σημείο (Τ = 0,01°C, Ρ = 0,006 atm)
- οι τρεις φάσεις (αέριο, υγρό, στερεό) συνυπάρχουν. - Το κρίσιμο σημείο (Tκρ. = 374°C, Pκρ. = 218 atm)
- δεν υπάρχει διαχωρισμός μεταξύ υγρής και αέριας φάση.
- Tκρ: καθορίζει την περιοχή, στην οποία ο ατμός δεν μπορεί να υγροποιηθεί όσο μεγάλη κι αν είναι πίεση.
- Pκρ: δεν μπορεί πια να εξατμιστεί το νερό, όσο υψηλή κι αν είναι η θερμοκρασία του.
what is υπερκρίσιμο ρευστό + when does it occur
= μια κατάσταση της ύλης (ή φάση) που δεν είναι ούτε αέρια ούτε υγρή
—> Το νερό που βρίσκεται σε συνθήκες όπου Τ > Tκρ.και P > Pκρ. θεωρείται υπερκρίσιμο ρευστό (it’s beyond the critical point at the top of the graph)
give 2 examples of components at 1atm (normal conditions) and how to find their mp/bp
- το νερό είναι πάνω από το τριπλό σημείο του, το οποίο συνεπάγεται ότι διαθέτει και θερμοκρασία τήξης και θερμοκρασία βρασμού (at 1atm drag a line and the point found on each line is the mp or bp)
—> Αυτό δεν ισχύει για όλες τις ουσίες:
CO2 σε ατμοσφαιρικές συνθήκες είναι κάτω από το τριπλό σημείο του, και σε θερμοκρασία Τ=-80°C εξαχνώνεται – ονομάζεται χαρακτηριστικά ξηρός πάγος (dry ice)
what is Clapeyron’s formula
dP/dT = ΔH/ TΔV
dP/dT —> rate of change if p/T during phase changes
ΔH —> enthalpy
—>describes the relationship between the phase transition temperature, pressure, volume change, and enthalpy change for a substance undergoing a phase transition
based on Clapeyron’s formula, what would the slopes look like based on which phase change it is
Liquid to gas:
- positive slope
- both ΔHvap/T and ΔV are > 0
Solid to gas:
- positive slope
- both ΔHsub/T and ΔV are > 0
Solid to liquid:
- could be a positive or negative slope
- ΔHfus/Τ > 0
- BUT ΔV can be > or < 0 based on the ουσία
name the different categories of Δυαδικά Συστήματα
- τα δυο συστατικά είναι μη αναμείξιμα και στη στερεά και στην υγρή κατάσταση (don’t mix in both phases)
- τα δυο συστατικά είναι πλήρως αναμείξιμα στην υγρή και μη αναμείξιμα στη στερεά κατάσταση (mix in liquid, don’t as solid)
- τα δυο συστατικά σχηματίζουν σύνθετες ενώσεις (form complex compounds)
- τα δύο συστατικά είναι πλήρως αναμείξιμα και στην υγρή και στη στερεά κατάσταση (mix in both phases)
- τα δυο συστατικά παρουσιάζουν μη αναμιξιμότητα στην υγρή κατάσταση (non mixable as liquids)
