Ytkrafter Flashcards
Växelverkan i naturen
Växelverkan i naturen
**4 typer av växelverkan I natur:
* Stark växelverkan: Mellan protoner och neutroner i atomkärnan.
Mycket kort räckvidd. Kan ej ge upphov till makroskopiska krafter. **
*** Elektromagnetisk växelverkan: Mellan laddade partiklar. Är den växelverkan som håller molekyler ihop. Samt att denna växelverkan utgör den elektricitet.
Ger upphov till alla kemiska processer, atom och molekylstrukturer.
Förmedlas genom utbyte av fotoner ( —> oändlig räckvidd). **
*** Gravitation: Mellan alla slags av partiklar.
Håller samman planeter och galaxer. **
*** Svag växelverkan: Mycket kort räckvidd och mycket svag.
Kan inte hålla samman några partiklar. **
**De starka och svaga växelverkan fungerar i atomkärnan.
Medan Elektromagnetisk växelverkan och Gravitation förekommer med i vardagen. **
EX: Ett teflon tejp: Den sitter på tavlan och skapar attraktion, denna attraktion beror på wander vals växel verkan. Då tejp behöver vara nära varandra för att attraktionen ska uppstå.
De krafter som verkar mellan kolloidala partiklar brukar kallas för ytkrafter. En kolloid är ett system där ett ämne är finfördelat (dispergerat) i ett annat.
Elektrostatisk växelverkan:
Elektrostatisk växelverkan: Den kan delas in till följande växelverkan nedan:
**1- Intramolekylär växelverkan:
Kemisk bindning:
Kovalent
Jon
Metall **
**2- Intermolekylär växelverkan:
Jon - jon
Jon - dipol
Jon - inducerad dipol **
(Dipol – dipol: Mellan polära molekyler
Dipol – inducerad dipol
Dispersions-vxv)
De i parentes är van der Waals-växelverkan
Tavlan och en människa är utgjord av atomer, som är tomrum, däremot kan en människa inte gå igenom tavlan, detta beror på kvantfysik. Kräver kvantmekanisk förklaring
**Sterisk repulsion: Pga Pauliprincipen. Elektronmoln överlappar varandra och gör att vi inte kan komma förbi. De attraherar varandra och repulsion sker som gör att vi inte kan komma förbi. **
Man brukar skilja på intramolekylär växelverkan och intermolekylär växelverkan.
**Intramolekylär växelverkan talar om saker som sker inom en molekyl
Inter-molekylär växelverkan talar om saker som sker mellan molekyler.
Intermolekylära växelverkan
Intermolekylära växelverkan
* Lennard-Jones Potentialen
**Under 0 strecket har vi attraktion
Över 0 strecket har vi repulsion. **
På kort avstånd kommer även repulsiva krafter att uppkomma och om molekylerna kommer ännu närmare så ökar den potentiella energin i takt med repulsionen.
**Ju närmare 2 föremål kommer nära varandra, desto högre blir repulsion.
Ju mer 2 föremål är separerade från varandra, desto högre attraktion. **
Där kurvans lutning är noll, dvs. i minimipunkten tar repulsion och attraktion ut varandra.
TA MED DET – TAB
Attraktiva interaktioner (van der Waals):
Attraktiva interaktioner (van der Waals): Tre olika krafter, för polära molekyler har man ha alla tre:
* Dipol-dipol (Keesom)
* Dipol-inducerad dipol (Debye)
* Dispersions krafter (London): För polära omolyler
- Totalt interaktion mellan två molekyler
Van der waals-växelverkan mellan två molekyler fås av uttrycket: w (r) = - C/r6 , där C är en konstant som beror av molekylslag och r är avståndet mellan molekylerna.
Van der Waals interaktioner mellan ytor
Van der Waals interaktioner mellan ytor
En molekyl med vägg:
Molekylen kommer växelverkar med alla molekyler i väggen, detta skapar stor antal växelverkan, man summerar alla växelverkan.
W(d) som har ett negativt-värde innebär att den är attraktiv.
Densitet: Hur många molekyler man har i m^3.
Mellan 2 ytor (En vägg och en annan vägg):
Alla molekyler växelverkan med alla molekyler där, växelverkan minskar med r^2. Fördubblar vi avstånd mellan väggarna, minskar attraktion med 4 gånger.
Van der Waals växelverkan i ett medium
Van der Waals växelverkan i ett medium
Van der Waals växelverkan I ett medium (3) kan vara repulsiva om:
𝐻11 < 𝐻33 < 𝐻22
Om vi har medium har vi också växelverkan mellan väggarna och medium.
H kontakt är beroende på medium också. 132 (Yta + Medium + Yta).
För att få repulsion behöver växelverkan vara positiv, där H är negativ. Första parentes måste bli positiv och andra negativ. TA MED
Helium ballong går upp:
Luft har densitet som är: PHe < Pluft < Pjorden (Luft ligger mellan 2 ytor som växelverkar)
Medium måste ligga i mellan.
H = 4.8 positiv = Då har vi attraktion
H = -0,3 negativ = Då har vi repulsion
TA MED
Om man har ett system bestående av tre medier växelverkar medium ett och två genom medium tre. Ett positivt värde på Hamakerkonstanten talar om att det finns en attraktion mellan medium ett och två genom medium tre. Ett negativt värde talar istället om att det finns en repulsion mellan medium ett och två genom medium tre. Detta kan förklara varför flytande helium rinner ut av sig själv om det läggs i en termos. Om man tänker sig termosväggen som medium två, helium som medium tre och luft som medium ett kommer termosväggen och luften att repellera varandra så att helium rör sig uppåt.
Växelverkans avståndsberoende:
Växelverkans avståndsberoende:
Växelverkans minskar med ökande avstånd. Men växelverkan minskar med olika hastighet, beroende på vilken struktur (form) har föremålet. För sfäriska ytor, minskar växelverkan långsamt med ökande avstånd. Detta innebär att sfäriska ytor attraherar varandra från långa avstånd.
Ytor i kontakt med vatten
Ytor i kontakt med vatten
För en oladdad yta, när den placeras i vatten, kan den få laddning i ytan.
Laddningar kommer av att material består av molekyler som dissocierar i vatten. Ytan får laddning, med varje laddning får vi en motjon.
Motladdning gör att lösningen blir laddad med negativ laddning på ytan och positiv laddning i lösning.
Varje negativ laddning i ytan har en positiv laddning i lösning: och vice versa, systemet förblir neutralt.
Joner som är röda är motioner: Entropin säger att de ska öka distribution, men på grund av att vi har + och – joner som attraherar varandra, kommer vi att få högre konc. motjoner mot ytan och längre bort får vi en minskad konc. av motjoner.
På ytan har vi alltså högre konc. motioner.
Samjoner: Samma laddning som ytan. Negativ i detta fall.
Elektrolytlösning: En lösning av salt.
Det elektriska dubbellagret
Det elektriska dubbellagret
Yta som är laddad och joner fördelar sig som skikt.
Hög konc. motjoner och få samjoner på ytan.
1:a lager motjoner sitter fast mot ytan (Stern Kompakt lager), de rör inte sig så mycket. Efter detta lager får man ett diffust lager.
Negativa laddningar (Samjoner) kan också finnas i lager för att de har högt wander vals krafter.
Repulsion mellan väggar
Repulsion mellan väggar
Antal negativa laddningar = Antal positiva laddningar
Ytorna i vatten med laddning. Joner sprider ut sig i diffusa lager i mellan ytorna.
Ytorna kommer närmare och närmare, man komprimerar det elektriska dubbellagret.
Det uppstår repulsion och joner tycker inte om att bli kollapsade.
Att vi har hög konc. motjoner mellan ytor gör att vatten kommer in och tar sig in i mellan ytor, vilket gör att dessa ytor vill går ifrån varandra.
Vatten vill komma in för att den vill följa med joner och späda ut dem. Mer laddningar i mellan ytorna och på grund av koncentration gradient gör att vatten vill följa med (Osmotisk kraft).
Om båda ytorna är laddad sker samma sak, vi komprimerar och minskar entropin av joner, som vill gå emot varandra och vatten tar sig in. I detta fall har vi båda osmotisk och elektrostatisk kraft (Detta gäller endast joner som ligger närmast ytor). Dessa två krafter går mot 2 motsatta håll.
Elektrostatiska kraft gör att ytor vill komma nära varandra, däremot vill osmotisk kraft att de ska gå ifrån varandra.
I mittpunkten har vi ingen elektrostatiska kraft. Medan joner i mitten har bara osmotisk kraft.
Repulsion som uppstår mellan ytor är osmotisk, alltså.
Laddade ytor i en elektrolyt lösning
Laddade ytor i en elektrolyt lösning
Totalt koncentration joner nära ytan är högre än i bulken!
Motjoner mot ytan och samjoner repelleras från ytan. Poisson-Boltzmann ekvation beskriver hur jonerna fördelar sig i diffusa lagret.
Ju närmare vi kommer nära det negativa ytan, desto högre konc. får vi av de positiva motjoner (Na+) i detta fall. Medan konc. av samjonet (Cl-) är lägre ju mer vi kommer nära det negativa ytan.
Repulsion mellan laddade ytor i en elektrolyt lösning
Repulsion mellan laddade ytor i en elektrolyt lösning
2 ytor skapar ett elektriskt dubbellager. När de komprimeras, får vi ökad repulsion. Repulsion minskar med ökad avstånd.
Kappa (lilla k): Beskriver hur snabbt trycket förändras med ökad avstånd.
En negativ laddad yta med positiva motjoner, där vi har 5 - joner på ytan och 5 + joner i lösningen.
Ökar vi salt konc. repulsionen får kortar räckvidd för att elektriska dubbellagret blir smalare.
Debye längd: Beskriver hur tjockt är den elektriska dubbelagret (Den påverkas av salt konc.). Ökar vi salt konc., blir dubbellagret smalare.
Potentiell energi och kraft
Potentiell energi och kraft
Repulsion mellan golv och skor gör att vi halkar. Att det finns en saltlager i mellan golv och skor gör att repulsionen blir minskad.
Öka repol genom att öka dubbellahger
Eller minska vi att öka salt konc,
Totalt växelverkan
Totalt växelverkan
Totalt växelverkan = Van der Waals + Elektriskt dubbellager (Enligt DLVO teorin)
För Wan der vals bindning: Vid långa avstånd är den svag, men med närmare avstånd blir de starkare.
När ytor ligger borta från varandra, har ingen inga Wan der vals bindning, därför repellerar dem från varandra i början, men vid en viss punkt får vi en attraktion. Attraktion vinner till sist.
Max punkt på total, är att repulsion blir till attraktion.
DLVO teorin
DLVO teorin
- Beskriver växelverkan mellan två ytor i vätskemedium
- DLVO (Derjaguin-Landau & Verwey-Overbeek) krafter: Den total växelverkan är en summa av attraktion och repulsion.
– Elektriskt dubbellager strakare —> Repulsion
– Van der Waals bindningar starkare —> Attraktion
Dessa 2 ovan är universella finns alltid i ytor som växelverkar.
Repulsion vinner vid långa avstånd
Attraktion vinner vid små avstånd
När två ytor komma nära varandra behöver dem energi, men när de kommer över barriär får vi attraktion.
