"Alkoholy" Z histórie  Viete, že ešte v IV storočí. pred Kr e. vedeli ľudia vyrábať nápoje obsahujúce etylalkohol? Víno sa získavalo kvasením ovocných a bobuľových štiav. Opojnú zložku z nej sa však naučili extrahovať až oveľa neskôr. V XI storočí. alchymisti zachytávali výpary prchavej látky, ktorá sa uvoľňovala pri zahrievaní vína Definícia n Všeobecný vzorec jednosýtnych nasýtených alkoholov СnН2n+1ОН Klasifikácia alkoholov Podľa počtu hydroxylových skupín CxHy(OH)n Jednosýtne alkoholy CH3 - CH2 - CH2 OH Dvojsýtne glykoly CH3 - CH - CH2 OH OH Podľa povahy uhľovodíkového radikálu radikálu CxHy(OH)n CxHy(OH)n Limitný limit CH3 CH3 –– CH CH2 CH2 2 ––CH 2 OH OH nenasýtený nenasýtený CH CH2 = CH CH––CH CH2 2 = 2 OH OH Aromatický Aromatický CH CH2 OH 2 --OH vodík zodpovedajúci alkoholu, pridajte (generickú) príponu - OL. Čísla za príponou označujú polohu hydroxylovej skupiny v hlavnom reťazci: H | H-C-OH | H metanol H H H |3 |2 |1 H- C – C – C -OH | | | H H H propanol-1 H H H | 1 | 2 |3H-C-C-C-H | | | H OH H propanol -2 TYPY IZOMÉRIÍ 1. Izoméria polohy funkčnej skupiny (propanol–1 a propanol–2) 2. Izoméria uhlíkového skeletu CH3-CH2-CH2-CH2-OH butanol-1 CH3-CH -CH2-OH | CH3 2-metylpropanol-1 3. Medzitriedna izoméria - alkoholy sú izomérne s étermi: CH3-CH2-OH etanol CH3-O-CH3 dimetyléter prípona -ol  Pre viacsýtne alkoholy pred príponou -ol v gréčtine (-di-, -tri-, ...) uvádza sa počet hydroxylových skupín  Napríklad: CH3-CH2-OH etanol Typy izomérie alkoholov Štruktúrny 1. Uhlíkový reťazec 2. Polohy funkčných skupín FYZIKÁLNE VLASTNOSTI  Nižšie alkoholy (C1-C11) prchavé kvapaliny so štipľavým zápachom  Vyššie alkoholy (C12- a vyššie) tuhé látky s príjemnou vôňou FYZIKÁLNE VLASTNOSTI Názov Vzorec Pl. g/cm3 tmelC tbpC Metyl CH3OH 0,792 -97 64 Etyl C2H5OH 0,790 -114 78 Propyl CH3CH2CH2OH 0,804 -120 92 Vlastnosti izopropyl CH3-CH(OH)-CH2CH21CH2-08 But. agregácie Metylalkohol (prvý zástupca homologického radu alkoholov) je kvapalina. Možno má vysokú molekulovú hmotnosť? nie Oveľa menej ako oxid uhličitý. čo je potom? R - O ... H - O ... H - O H R R prečo? CH3 - O ... H - O ... N - O H N CH3 A ak je radikál veľký? CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - O ... H - O H N Vodíkové väzby sú príliš slabé na to, aby udržali molekulu alkoholu, ktorá má veľkú nerozpustnú časť, medzi molekulami vody Vlastnosť fyzikálnych vlastností: kontrakcia Prečo pri riešení výpočtu problémy, nikdy nepoužívajú objem, ale iba váhu? Zmiešajte 500 ml alkoholu a 500 ml vody. Získame 930 ml roztoku. Vodíkové väzby medzi molekulami alkoholu a vody sú také veľké, že celkový objem roztoku klesá, jeho „stlačenie“ (z latinského contraktio - kompresia). Jednotliví zástupcovia alkoholov Jednosýtny alkohol - metanol  Bezfarebná kvapalina s bodom varu 64C, charakteristický zápach Svetlejší ako voda. Horí bezfarebným plameňom.  Používa sa ako rozpúšťadlo a palivo v spaľovacích motoroch Metanol je jed  Toxický účinok metanolu je založený na poškodení nervového a cievneho systému. Požitie 5-10 ml metanolu vedie k ťažkej otrave a 30 ml a viac - k smrti Jednosýtny alkohol - etanol Bezfarebná kvapalina charakteristického zápachu a pálivej chuti, bod varu 78C. Ľahšie ako voda. Mieša sa s ňou v akomkoľvek vzťahu. Horľavý, horí slabo svietiacim modrastým plameňom. Priateľstvo s dopravnou políciou Sú duchovia priatelia s dopravnou políciou? Ale ako! Už vás niekedy zastavil inšpektor dopravnej polície? Dýchal si do hadičky? Ak ste nemali šťastie, tak prebehla oxidačná reakcia alkoholu, pri ktorej sa zmenila farba a vy ste museli zaplatiť pokutu Otázka je zaujímavá. Alkohol sa vzťahuje na xenobiotiká - látky, ktoré nie sú obsiahnuté v ľudskom tele, ale ovplyvňujú jeho životne dôležitú činnosť. Všetko závisí od dávky. 1. Alkohol je živina, ktorá dodáva telu energiu. V stredoveku telo prijímalo asi 25 % energie z konzumácie alkoholu; 2. Alkohol je droga, ktorá má dezinfekčný a antibakteriálny účinok; 3. Alkohol je jed, ktorý narúša prirodzené biologické procesy, ničí vnútorné orgány a psychiku a pri nadmernej konzumácii vedie k smrti Užívanie etanolu  Etylalkohol sa používa pri príprave rôznych alkoholických nápojov;  V medicíne na prípravu extraktov z liečivých rastlín, ako aj na dezinfekciu;  V kozmetike a parfumérii je etanol rozpúšťadlom do parfumov a pleťových vôd Škodlivé účinky etanolu  Na začiatku intoxikácie trpia štruktúry mozgovej kôry; aktivita mozgových centier, ktoré kontrolujú správanie, je potlačená: stráca sa primeraná kontrola nad konaním a klesá kritický postoj k sebe. I. P. Pavlov nazval takýto stav „násilím podkôry“  Pri veľmi vysokom obsahu alkoholu v krvi je brzdená činnosť motorických centier mozgu, trpí hlavne funkcia mozočka - človek úplne stráca orientáciu Škodlivý účinky etanolu  Zmeny v štruktúre mozgu spôsobené dlhoročnou intoxikáciou alkoholom sú nezvratné a aj po dlhšej abstinencii od pitia alkoholu pretrvávajú. Ak sa človek nevie zastaviť, tak organické a následne aj psychické odchýlky od normy pribúdajú Škodlivé účinky etanolu  Alkohol mimoriadne nepriaznivo pôsobí na cievy mozgu. Na začiatku intoxikácie sa rozširujú, prietok krvi v nich sa spomaľuje, čo vedie k prekrveniu mozgu. Keď sa potom v krvi okrem alkoholu začnú hromadiť aj škodlivé produkty jeho neúplného rozkladu, nastúpi prudký kŕč, vazokonstrikcia a vzniknú také nebezpečné komplikácie, akými sú mozgové príhody, ktoré vedú k ťažkej invalidite až smrti. OTÁZKY NA KONSOLIDÁCIU 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. V jednej nepodpísanej nádobe je voda a v druhej alkohol. Je možné použiť indikátor na ich rozpoznanie? Kto má tú česť získať čistý alkohol? Môže byť alkohol tuhá látka? Molekulová hmotnosť metanolu je 32 a oxidu uhličitého 44. Urobte záver o stave agregácie alkoholu. Zmiešaný liter alkoholu a liter vody. Určte objem zmesi. Ako viesť inšpektora dopravnej polície? Môže bezvodý absolútny alkohol uvoľňovať vodu? Čo sú to xenobiotiká a ako súvisia s alkoholmi? ODPOVEDE 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Nemôžeš. Indikátory neovplyvňujú alkoholy a ich vodné roztoky. Samozrejme, alchymisti. Možno, ak tento alkohol obsahuje 12 atómov uhlíka alebo viac. Z týchto údajov nemožno vyvodiť záver. Vodíkové väzby medzi molekulami alkoholu pri nízkej molekulovej hmotnosti týchto molekúl spôsobujú, že bod varu alkoholu je abnormálne vysoký. Objem zmesi nebude dva litre, ale oveľa menej, približne 1 liter - 860 ml. Počas šoférovania nepite. Možno, ak to zohrejete a pridáte konc. kyselina sírová. Nebuďte leniví a zapamätajte si všetko, čo ste o alkohole počuli, sami sa raz a navždy rozhodnite, aká dávka je tá vaša……. a je to vobec potrebne? Viacsýtny alkohol etylénglykol  Etylénglykol je predstaviteľom limitujúcich dvojsýtnych alkoholov – glykolov;  Glykoly dostali svoje meno vďaka sladkej chuti mnohých predstaviteľov série (grécky „glykos“ - sladký);  Etylénglykol je sirupovitá kvapalina sladkej chuti, bez zápachu, jedovatá. Dobre sa mieša s vodou a alkoholom, hygroskopický Použitie etylénglykolu  Dôležitou vlastnosťou etylénglykolu je schopnosť znižovať bod tuhnutia vody, z čoho látka našla široké uplatnenie ako zložka automobilových nemrznúcich a nemrznúcich kvapalín;  Používa sa na získanie lavsanu (cenné syntetické vlákno) Etylénglykol je jed  Dávky, ktoré spôsobujú smrteľnú otravu etylénglykolom, sa značne líšia – od 100 do 600 ml. Podľa niektorých autorov je smrteľná dávka pre človeka 50-150 ml. Úmrtnosť spôsobená etylénglykolom je veľmi vysoká a predstavuje viac ako 60 % všetkých prípadov otravy;  Mechanizmus toxického pôsobenia etylénglykolu nie je doteraz dostatočne preskúmaný. Etylénglykol sa rýchlo vstrebáva (aj cez póry kože) a cirkuluje v krvi nezmenený niekoľko hodín, pričom maximálnu koncentráciu dosiahne po 2-5 hodinách. Potom sa jeho obsah v krvi postupne znižuje a fixuje sa v tkanivách. Bezfarebná, viskózna, hygroskopická tekutina sladkej chuti. Miešateľný s vodou vo všetkých pomeroch, dobré rozpúšťadlo. Reaguje s kyselinou dusičnou za vzniku nitroglycerínu. S karboxylovými kyselinami tvorí tuky a oleje CH2 – CH – CH2 OH OH OH Aplikácia glycerínu  Používa sa pri     výrobe nitroglycerínových trhavín; Pri spracovaní pokožky; Ako súčasť niektorých lepidiel; Pri výrobe plastov sa ako zmäkčovadlo používa glycerín; Pri výrobe cukroviniek a nápojov (ako potravinárska prídavná látka E422) Kvalitatívna reakcia na viacsýtne alkoholy Kvalitatívna reakcia na viacsýtne alkoholy  Reakciou na viacsýtne alkoholy je ich interakcia s čerstvou zrazeninou hydroxidu meďnatého, ktorý sa rozpúšťa za vzniku svetlomodrej -fialové riešenie Úlohy Kompletná pracovná karta na vyučovaciu hodinu;  Odpovedzte na testové otázky;  Vylúštenie krížovky  Pracovná karta hodiny „Alkoholy“  Všeobecný vzorec alkoholov  Pomenujte látky:  CH3OH  CH3-CH2-CH2-CH2-OH  CH2(OH)-CH2(OH) atómovosť alkohol?  Uveďte použitie etanolu  Aké alkoholy sa používajú v potravinárskom priemysle?  Aký alkohol spôsobuje smrteľnú otravu pri požití 30 ml?  Aká látka sa používa ako nemrznúca kvapalina?  Ako rozlíšiť viacsýtny alkohol od jednosýtneho alkoholu? Výrobné metódy Laboratórne  Hydrolýza halogénalkánov: R-CL+NaOH R-OH+NaCL  Hydratácia alkénov: CH2=CH2+H2O C2H5OH  Hydrogenácia karbonylových zlúčenín Priemyselná  Syntéza metanolu zo syntézneho plynu CO+2H2 CH3-OH (pri. zvýšený tlak, vysoká teplota a katalyzátor oxidu zinočnatého)  Hydratácia alkénov  Fermentácia glukózy: C6H12O6 2C2H5OH+2CO2 Chemické vlastnosti I. Reakcie s porušením väzby RO–H  Alkoholy reagujú s alkalickými kovmi a kovmi alkalických zemín za vzniku zlúčenín podobných soli - alkoholáty 2СH CH CH OH + 2Na  2CH CH CH ONa + H  2CH CH OH + Ca  (CH CHO) Ca + H  3 2 3 2 2 3 3 2 2 2 2 2 2  Interakcia s organickými kyselinami (esterifikačná reakcia ) vedie k tvorbe esterov. CH COOH + HOC H  CHCOOC H (octový etyléter (etylacetát)) + HO 3 2 5 3 2 5 2 II. Reakcie so štiepením väzby R–OH S halogenovodíkmi: R–OH + HBr  R–Br + H2O III. Oxidačné reakcie Alkoholy horia: 2C3H7OH + 9O2  6CO2 + 8H2O Pôsobením oxidačných činidiel:  primárne alkoholy sa menia na aldehydy, sekundárne na ketóny IV. Dehydratácia Nastáva pri zahrievaní s činidlami odstraňujúcimi vodu (konc. H2SO4). 1. Intramolekulárna dehydratácia vedie k vzniku alkénov CH3–CH2–OH  CH2=CH2 + H2O 2. Medzimolekulovou dehydratáciou vznikajú étery R-OH + H-O–R  R–O–R(éter) + H2O

Prednáška 4. Agregátne stavy látok

1. Pevné skupenstvo hmoty.

2. Kvapalné skupenstvo hmoty.

3. Plynné skupenstvo hmoty.

Látky môžu byť v troch stavoch agregácie: tuhá látka, kvapalina a plyn. Pri veľmi vysokých teplotách vzniká akési plynné skupenstvo – plazma (stav plazmy).

1. Pevné skupenstvo hmoty je charakteristické tým, že energia interakcie medzi časticami je vyššia ako kinetická energia ich pohybu. Väčšina látok v pevnom stave má kryštalickú štruktúru. Každá látka tvorí kryštály určitého tvaru. Napríklad chlorid sodný má kryštály vo forme kociek, kamenec vo forme oktaedónov, dusičnan sodný vo forme hranolov.

Kryštalická forma látky je najstabilnejšia. Usporiadanie častíc v pevnom telese je znázornené ako mriežka, v ktorej uzloch sú určité častice spojené pomyselnými čiarami. Existujú štyri hlavné typy kryštálových mriežok: atómové, molekulárne, iónové a kovové.

Atómová kryštálová mriežka tvorené neutrálnymi atómami, ktoré sú spojené kovalentnými väzbami (diamant, grafit, kremík). Molekulárna kryštálová mriežka majú naftalén, sacharózu, glukózu. Štrukturálnymi prvkami tejto mriežky sú polárne a nepolárne molekuly. Iónová kryštálová mriežka Je tvorený kladne a záporne nabitými iónmi (chlorid sodný, chlorid draselný) pravidelne sa striedajúcimi v priestore. Všetky kovy majú kovovú kryštálovú mriežku. V jeho uzloch sú kladne nabité ióny, medzi ktorými sú elektróny vo voľnom stave.

Kryštalické látky majú množstvo vlastností. Jednou z nich je anizotropia - ϶ᴛᴏ nepodobnosť fyzikálnych vlastností kryštálu v rôznych smeroch vo vnútri kryštálu.

2. V kvapalnom stave hmoty je energia medzimolekulovej interakcie častíc úmerná kinetickej energii ich pohybu. Tento stav je prechodný medzi plynným a kryštalickým. Na rozdiel od plynov medzi molekulami kvapaliny pôsobia veľké sily vzájomnej príťažlivosti, čo určuje charakter pohybu molekúl. Tepelný pohyb molekuly kvapaliny zahŕňa vibračný a translačný. Každá molekula nejaký čas osciluje okolo určitého rovnovážneho bodu, potom sa pohne a opäť zaujme rovnovážnu polohu. To určuje jeho tekutosť. Sily medzimolekulovej príťažlivosti nedovoľujú molekulám, aby sa pri svojom pohybe vzdialili od seba.

Vlastnosti kvapalín závisia aj od objemu molekúl a tvaru ich povrchu. Ak sú molekuly kvapaliny polárne, potom sú spojené (asociované) do komplexného komplexu. Takéto kvapaliny sa nazývajú spojené (voda, acetón, alkohol). Οʜᴎ majú vyšší t kip, majú nižšiu prchavosť, vyššiu dielektrickú konštantu.

Ako viete, kvapaliny majú povrchové napätie. Povrchové napätie- ϶ᴛᴏ povrchová energia na jednotku povrchu: ϭ = Е/S, kde ϭ je povrchové napätie; E je povrchová energia; S je plocha povrchu. Čím silnejšie sú medzimolekulové väzby v kvapaline, tým väčšie je jej povrchové napätie. Látky, ktoré znižujú povrchové napätie, sa nazývajú povrchovo aktívne látky.

Ďalšou vlastnosťou kvapalín je viskozita. Viskozita - ϶ᴛᴏ odpor, ktorý vzniká, keď sa niektoré vrstvy kvapaliny pohybujú v porovnaní s ostatnými, keď sa pohybuje. Niektoré kvapaliny majú vysokú viskozitu (med, malé), zatiaľ čo iné sú nízke (voda, etylalkohol).

3. V plynnom stave hmoty je energia medzimolekulovej interakcie častíc menšia ako ich kinetická energia. Z tohto dôvodu molekuly plynu nedržia pohromade, ale voľne sa pohybujú v objeme. Plyny sa vyznačujú vlastnosťami: 1) rovnomerné rozloženie po celom objeme nádoby, v ktorej sa nachádzajú; 2) nízka hustota v porovnaní s kvapalinami a pevnými látkami; 3) ľahká stlačiteľnosť.

V plyne sú molekuly od seba vo veľmi veľkej vzdialenosti, príťažlivé sily medzi nimi sú malé. Pri veľkých vzdialenostiach medzi molekulami tieto sily prakticky chýbajú. Plyn v tomto stave sa nazýva ideálny. Reálne plyny pri vysokých tlakoch a nízkych teplotách sa neriadia stavovou rovnicou ideálneho plynu (Mendel-eev-Clapeyronova rovnica), pretože za týchto podmienok sa začínajú objavovať interakčné sily medzi molekulami.

Prezentácia na tému "Alkoholy" v chémii vo formáte powerpoint. Prezentácia pre školákov obsahuje 12 diapozitívov, ktoré z hľadiska chémie hovoria o alkoholoch, ich fyzikálnych vlastnostiach, reakciách s halogenovodíkmi.

Fragmenty z prezentácie

Z histórie

Viete, že ešte v 4. stor. pred Kr e. vedeli ľudia vyrábať nápoje obsahujúce etylalkohol? Víno sa získavalo kvasením ovocných a bobuľových štiav. Opojnú zložku z nej sa však naučili extrahovať až oveľa neskôr. V XI storočí. alchymisti zachytávali výpary prchavej látky, ktorá sa uvoľňovala pri zahrievaní vína.

Fyzikálne vlastnosti

• Nižšie alkoholy sú kvapaliny, ktoré sú vysoko rozpustné vo vode, bezfarebné, so zápachom.
• Vyššie alkoholy sú pevné látky, nerozpustné vo vode.

Znak fyzikálnych vlastností: stav agregácie

• Metylalkohol (prvý zástupca homologickej série alkoholov) je kvapalina. Možno má vysokú molekulovú hmotnosť? nie Oveľa menej ako oxid uhličitý. čo je potom?
• Ukazuje sa, že je to všetko o vodíkových väzbách, ktoré sa tvoria medzi molekulami alkoholu a neumožňujú jednotlivým molekulám odletieť.

Vlastnosť fyzikálnych vlastností: rozpustnosť vo vode

• Nižšie alkoholy sú rozpustné vo vode, vyššie alkoholy sú nerozpustné. prečo?
• Vodíkové väzby sú príliš slabé na to, aby udržali molekulu alkoholu, ktorá má veľkú nerozpustnú časť, medzi molekulami vody.

Vlastnosť fyzikálnych vlastností: kontrakcia

• Prečo pri riešení výpočtových úloh nikdy nepoužívajú objem, ale iba hmotnosť?
• Zmiešajte 500 ml alkoholu a 500 ml vody. Získame 930 ml roztoku. Vodíkové väzby medzi molekulami alkoholu a vody sú také veľké, že sa zmenšuje celkový objem roztoku, jeho „stlačenie“ (z lat. contraktio – stlačenie).

Sú alkoholy kyseliny?

• Alkoholy reagujú s alkalickými kovmi. V tomto prípade je atóm vodíka hydroxylovej skupiny nahradený kovom. Vyzerá to ako kyselina.
• Ale kyslé vlastnosti alkoholov sú príliš slabé, také slabé, že alkoholy nepôsobia na indikátory.

Priateľstvo s dopravnou políciou.

• Alkohol je kamarát s dopravnou políciou? Ale ako!
• Už vás niekedy zastavil inšpektor dopravnej polície? Dýchal si do hadičky?
• Ak ste nemali šťastie, tak prebehla oxidačná reakcia alkoholu, pri ktorej sa zmenila farba a vy ste museli zaplatiť pokutu.

Dáme vodu 1

Odber vody – dehydratácia môže byť intramolekulárna, ak je teplota vyššia ako 140 stupňov. V tomto prípade je potrebný katalyzátor - koncentrovaná kyselina sírová.

Dáme vodu 2

Ak sa teplota zníži a katalyzátor zostane rovnaký, dôjde k medzimolekulárnej dehydratácii.

Reakcia s halogenovodíkmi.

Táto reakcia je reverzibilná a vyžaduje katalyzátor – koncentrovanú kyselinu sírovú.

Kamarátiť sa či nekamarátiť s alkoholom.

Otázka je zaujímavá. Alkohol sa vzťahuje na xenobiotiká - látky, ktoré nie sú obsiahnuté v ľudskom tele, ale ovplyvňujú jeho životne dôležitú činnosť. Všetko závisí od dávky.

1. Alkohol je živina, ktorá dodáva telu energiu. V stredoveku telo prijímalo asi 25 % energie konzumáciou alkoholu.
2. Alkohol je droga, ktorá má dezinfekčný a antibakteriálny účinok.
3. Alkohol je jed, ktorý narúša prirodzené biologické procesy, ničí vnútorné orgány a psychiku a pri nadmernej konzumácii vedie k smrti.

Všetky látky môžu byť v rôznom stave agregácie – pevné, kvapalné, plynné a plazmové. V staroveku sa verilo: svet pozostáva zo zeme, vody, vzduchu a ohňa. Tomuto vizuálnemu deleniu zodpovedajú súhrnné stavy látok. Skúsenosti ukazujú, že hranice medzi agregovanými štátmi sú veľmi ľubovoľné. Plyny pri nízkych tlakoch a nízkych teplotách sa považujú za ideálne, molekuly v nich zodpovedajú hmotným bodom, ktoré sa môžu zraziť iba podľa zákonov elastického nárazu. Sily interakcie medzi molekulami v momente dopadu sú zanedbateľné, samotné zrážky prebiehajú bez straty mechanickej energie. Ale ako sa vzdialenosť medzi molekulami zväčšuje, treba brať do úvahy aj interakciu molekúl. Tieto interakcie začínajú ovplyvňovať prechod z plynného skupenstva na kvapalné alebo pevné. Medzi molekulami môžu nastať rôzne druhy interakcií.

Sily intermolekulárnej interakcie nemajú saturáciu, čo sa líši od síl chemickej interakcie atómov, čo vedie k tvorbe molekúl. Pri interakcii medzi nabitými časticami môžu byť elektrostatické. Prax ukázala, že kvantová mechanická interakcia, ktorá závisí od vzdialenosti a vzájomnej orientácie molekúl, je zanedbateľná pri vzdialenostiach medzi molekulami väčšími ako 10 -9 m.V riedených plynoch ju možno zanedbať alebo možno predpokladať, že potenciál energia interakcie je prakticky nulová. Pri malých vzdialenostiach je táto energia malá, pri , pôsobia sily vzájomnej príťažlivosti

at - vzájomné odpudzovanie a sila

príťažlivosť a odpudivosť molekúl sú vyvážené a F= 0. Tu sú sily určené ich spojením s potenciálnou energiou, ale častice sa pohybujú a majú určitú rezervu kinetickej energie

hej Nech je jedna molekula nehybná a iná sa s ňou zrazí s takouto zásobou energie. Keď sa molekuly k sebe priblížia, príťažlivé sily vykonajú pozitívnu prácu a potenciálna energia ich interakcie sa do diaľky zníži.Súčasne sa zvýši kinetická energia (a rýchlosť). Keď sa vzdialenosť zmenší, príťažlivé sily budú nahradené odpudivými silami. Práca vykonaná molekulou proti týmto silám je negatívna.

Molekula sa bude približovať k nehybnej molekule, kým sa jej kinetická energia úplne nepremení na potenciál. Minimálna vzdialenosť d, ktoré molekuly sa môžu k sebe priblížiť sa nazýva efektívny priemer molekuly. Po zastavení sa molekula začne vzďaľovať pôsobením odpudivých síl so zvyšujúcou sa rýchlosťou. Po opätovnom prejdení vzdialenosti molekula spadne do oblasti príťažlivých síl, čo spomalí jej odstraňovanie. Efektívny priemer závisí od počiatočnej zásoby kinetickej energie, t.j. táto hodnota nie je konštantná. Vo vzdialenostiach rovnajúcich sa potenciálnej energii interakcie má nekonečne veľkú hodnotu alebo „bariéra“, ktorá bráni zbližovaniu centier molekúl na kratšiu vzdialenosť. Pomer priemernej potenciálnej energie interakcie k priemernej kinetickej energii určuje agregovaný stav hmoty: pre plyny pre kvapaliny, pre tuhé látky

Kondenzované médiá sú kvapaliny a pevné látky. V nich sú atómy a molekuly umiestnené blízko, takmer sa dotýkajú. Stredná vzdialenosť medzi stredmi molekúl v kvapalinách a tuhých látkach je asi (2 -5) 10 -10 m. Ich hustoty sú približne rovnaké. Medziatómové vzdialenosti presahujú vzdialenosti, cez ktoré navzájom prenikajú elektrónové oblaky natoľko, že vznikajú odpudivé sily. Pre porovnanie, v plynoch za normálnych podmienok je priemerná vzdialenosť medzi molekulami asi 33 10 -10 m.

AT kvapaliny medzimolekulová interakcia je výraznejšia, tepelný pohyb molekúl sa prejavuje slabými osciláciami okolo rovnovážnej polohy a dokonca aj skokmi z jednej polohy do druhej. Preto majú len krátkodobý poriadok v usporiadaní častíc, t.j. konzistenciu v usporiadaní len najbližších častíc a charakteristickú tekutosť.

Pevné látky sa vyznačujú tuhosťou konštrukcie, majú presne definovaný objem a tvar, ktoré sa vplyvom teploty a tlaku menia oveľa menej. V pevných látkach sú možné amorfné a kryštalické stavy. Existujú aj medziprodukty - tekuté kryštály. Ale atómy v pevných látkach nie sú vôbec nehybné, ako by si niekto mohol myslieť. Každá z nich neustále kolíše pod vplyvom elastických síl, ktoré vznikajú medzi susedmi. Väčšina prvkov a zlúčenín má pod mikroskopom kryštálovú štruktúru.

Zrnká soli teda vyzerajú ako ideálne kocky. V kryštáloch sú atómy fixované v uzloch kryštálovej mriežky a môžu vibrovať iba v blízkosti uzlov mriežky. Kryštály tvoria skutočné pevné látky a pevné látky, ako je plast alebo asfalt, zaberajú medziľahlú polohu medzi pevnými látkami a kvapalinami. Amorfné teleso, podobne ako kvapalina, má rád krátkeho dosahu, ale pravdepodobnosť skokov je malá. Sklo teda možno považovať za podchladenú kvapalinu, ktorá má zvýšenú viskozitu. Kvapalné kryštály majú tekutosť kvapalín, ale zachovávajú si usporiadanosť usporiadania atómov a majú anizotropiu vlastností.

Chemické väzby atómov (a ďalej) v kryštáloch sú rovnaké ako v molekulách. Štruktúra a tuhosť pevných látok je určená rozdielom v elektrostatických silách, ktoré spájajú atómy tvoriace telo. Mechanizmus, ktorý viaže atómy do molekúl, môže viesť k vytvoreniu pevných periodických štruktúr, ktoré možno považovať za makromolekuly. Rovnako ako iónové a kovalentné molekuly existujú iónové a kovalentné kryštály. Iónové mriežky v kryštáloch sú držané pohromade iónovými väzbami (pozri obr. 7.1). Štruktúra kuchynskej soli je taká, že každý sodný ión má šesť susedov - chloridové ióny. Toto rozloženie zodpovedá minimu energie, t.j. keď sa vytvorí takáto konfigurácia, uvoľní sa maximum energie. Preto, keď teplota klesne pod bod topenia, pozoruje sa tendencia vytvárať čisté kryštály. So zvýšením teploty je tepelná kinetická energia dostatočná na prerušenie väzby, kryštál sa začne topiť a štruktúra sa zrúti. Kryštálový polymorfizmus je schopnosť vytvárať stavy s rôznymi kryštálovými štruktúrami.

Keď sa zmení rozloženie elektrického náboja v neutrálnych atómoch, môže dôjsť k slabej interakcii medzi susedmi. Táto väzba sa nazýva molekulárna alebo van der Waalsova väzba (ako v molekule vodíka). Ale sily elektrostatickej príťažlivosti môžu vzniknúť aj medzi neutrálnymi atómami, vtedy nedochádza k žiadnym preskupeniam v elektrónových obaloch atómov. Vzájomné odpudzovanie počas približovania sa elektrónových obalov posúva ťažisko záporných nábojov vzhľadom na kladné. Každý z atómov v druhom indukuje elektrický dipól, čo vedie k ich príťažlivosti. Ide o pôsobenie medzimolekulových síl alebo van der Waalsových síl, ktoré majú veľký akčný rádius.

Keďže atóm vodíka je veľmi malý a jeho elektrón sa ľahko premiestňuje, je často priťahovaný k dvom atómom naraz, čím sa vytvára vodíková väzba. Vodíková väzba je tiež zodpovedná za vzájomnú interakciu molekúl vody. Vysvetľuje mnohé z jedinečných vlastností vody a ľadu (obrázok 7.4).

kovalentná väzba(alebo atómový) sa dosiahne v dôsledku vnútornej interakcie neutrálnych atómov. Príkladom takejto väzby je väzba v molekule metánu. Vysoko viazaná forma uhlíka je diamant (štyri atómy vodíka sú nahradené štyrmi atómami uhlíka).

Takže uhlík, postavený na kovalentnej väzbe, tvorí kryštál vo forme diamantu. Každý atóm je obklopený štyrmi atómami, ktoré tvoria pravidelný štvorsten. Ale každý z nich je súčasne vrcholom susedného štvorstenu. Za iných podmienok kryštalizujú rovnaké atómy uhlíka grafit. V grafite sú tiež spojené atómovými väzbami, ale tvoria roviny šesťhranných voštinových buniek schopných strihu. Vzdialenosť medzi atómami umiestnenými vo vrcholoch šesťuholníkov je 0,142 nm. Vrstvy sa nachádzajú vo vzdialenosti 0,335 nm, t.j. slabo viazaný, preto je grafit plastický a mäkký (obr. 7.5). V roku 1990 nastal rozmach výskumných prác spôsobený správou o prijatí novej látky - fullerit, pozostávajúce z molekúl uhlíka – fullerénov. Táto forma uhlíka je molekulárna; Najmenší prvok nie je atóm, ale molekula. Je pomenovaný po architektovi R. Fullerovi, ktorý v roku 1954 získal patent na stavbu štruktúr zo šesťuholníkov a päťuholníkov, ktoré tvoria pologuľu. Molekula z 60 atómy uhlíka s priemerom 0,71 nm boli objavené v roku 1985, potom boli objavené molekuly atď. Všetky mali stabilné povrchy,

ale molekuly C 60 a S 70 . Je logické predpokladať, že grafit sa používa ako surovina na syntézu fullerénov. Ak áno, potom by mal byť polomer šesťuholníkového fragmentu 0,37 nm. Ukázalo sa však, že sa rovná 0,357 nm. Tento rozdiel 2% je spôsobený tým, že atómy uhlíka sa nachádzajú na guľovej ploche vo vrcholoch 20 pravidelných šesťuholníkov zdedených z grafitu a 12 pravidelných päťstenov, t.j. dizajnom pripomína futbalovú loptu. Ukazuje sa, že pri „zošívaní“ do uzavretej gule sa niektoré ploché šesťuholníky zmenili na päťsteny. Pri izbovej teplote molekuly C60 kondenzujú do štruktúry, kde každá molekula má 12 susedov vzdialených od seba 0,3 nm. o T= 349 K dochádza k fázovému prechodu prvého rádu – mriežka sa preusporiada na kubickú. Samotný kryštál je polovodič, ale keď sa do kryštalického filmu C 60 pridá alkalický kov, supravodivosť nastáva pri teplote 19 K. Ak sa do tejto dutej molekuly zavedie jeden alebo druhý atóm, možno ho použiť ako základ pre vytvorenie pamäťového média s ultra vysokou hustotou informácií: hustota záznamu dosiahne 4-10 12 bitov/cm2. Pre porovnanie, film z feromagnetického materiálu poskytuje hustotu záznamu rádovo 107 bitov/cm2 a optické disky, t.j. laserová technológia, - 10 8 bitov/cm 2 . Tento uhlík má aj ďalšie jedinečné vlastnosti, ktoré sú obzvlášť dôležité v medicíne a farmakológii.

sa prejavuje v kovových kryštáloch kovová väzba, keď všetky atómy v kove darujú svoje valenčné elektróny „na kolektívne použitie“. Sú slabo viazané na atómové jadrá a môžu sa voľne pohybovať pozdĺž kryštálovej mriežky. Asi 2/5 chemických prvkov sú kovy. V kovoch (okrem ortuti) vzniká väzba, keď sa voľné orbitály atómov kovov prekrývajú a dochádza k oddeľovaniu elektrónov v dôsledku vytvorenia kryštálovej mriežky. Ukazuje sa, že katióny mriežky sú zahalené elektrónovým plynom. Kovová väzba nastane, keď sa atómy priblížia k sebe na vzdialenosť menšiu ako je veľkosť vonkajšieho elektrónového oblaku. S touto konfiguráciou (Pauliho princíp) sa energia vonkajších elektrónov zvyšuje a jadrá susedov začnú tieto vonkajšie elektróny priťahovať, čím sa rozmazávajú elektrónové oblaky, rovnomerne sa rozdeľujú po kove a menia sa na elektrónový plyn. Takto vznikajú vodivé elektróny, ktoré vysvetľujú vysokú elektrickú vodivosť kovov. V iónových a kovalentných kryštáloch sú vonkajšie elektróny prakticky viazané a vodivosť týchto pevných látok je veľmi nízka, tzv. izolantov.

Vnútorná energia kvapalín je určená súčtom vnútorných energií makroskopických subsystémov, na ktoré sa dá mentálne rozdeliť, a interakčných energií týchto subsystémov. Interakcia sa uskutočňuje prostredníctvom molekulárnych síl s rozsahom asi 10 -9 m. Pre makrosystémy je energia interakcie úmerná kontaktnej ploche, takže je malá, ako časť povrchovej vrstvy, ale nie je to potrebné. Nazýva sa povrchová energia a mala by sa brať do úvahy pri problémoch súvisiacich s povrchovým napätím. Kvapaliny zvyčajne zaberajú väčší objem pri rovnakej hmotnosti, t.j. majú nižšiu hustotu. Prečo však objemy ľadu a bizmutu pri roztopení klesajú a dokonca aj po dosiahnutí bodu topenia si tento trend nejaký čas udržia? Ukazuje sa, že tieto látky v tekutom stave sú hustejšie.

V kvapaline na každý atóm pôsobia jeho susedia a osciluje v rámci anizotropného potenciálu, ktorý vytvárajú. Na rozdiel od pevného telesa táto studňa nie je hlboká, keďže vzdialení susedia nemajú takmer žiadny účinok. Najbližšie prostredie častíc v kvapaline sa mení, t.j. kvapalina prúdi. Po dosiahnutí určitej teploty kvapalina vrie, počas varu zostáva teplota konštantná. Prichádzajúca energia sa vynakladá na rozbitie väzieb a keď sú úplne rozbité, kvapalina sa zmení na plyn.

Hustoty kvapalín sú oveľa väčšie ako hustoty plynov pri rovnakých tlakoch a teplotách. Objem vody pri vare je teda iba 1/1600 objemu rovnakej hmotnosti vodnej pary. Objem kvapaliny málo závisí od tlaku a teploty. Voda za normálnych podmienok (20 °C a tlak 1,013 10 5 Pa) zaberá objem 1 liter. Pri poklese teploty na 10 ° C sa objem zníži iba o 0,0021, pri zvýšení tlaku - o faktor dva.

Hoci zatiaľ neexistuje jednoduchý ideálny model kvapaliny, jej mikroštruktúra je dostatočne preštudovaná a umožňuje kvalitatívne vysvetliť väčšinu jej makroskopických vlastností. Skutočnosť, že súdržnosť molekúl v kvapalinách je slabšia ako v pevnej látke, si všimol Galileo; bol prekvapený, že veľké kvapky vody sa hromadia na listoch kapusty a neroztečú sa po liste. Rozliata ortuť alebo kvapky vody na mastnom povrchu majú vďaka priľnavosti podobu malých guľôčok. Keď sú molekuly jednej látky priťahované k molekulám inej látky, ide o tzv zmáčanie, napríklad lepidlo a drevo, olej a kov (aj napriek obrovskému tlaku sa olej zadržiava v ložiskách). Ale voda stúpa v tenkých rúrkach, nazývaných kapiláry, a stúpa tým vyššie, čím je rúrka tenšia. Nemôže existovať iné vysvetlenie ako vplyv zmáčacej vody a skla. Zmáčacie sily medzi sklom a vodou sú väčšie ako medzi molekulami vody. Pri ortuti je efekt opačný: zmáčanie ortuti a skla je slabšie ako súdržné sily medzi atómami ortuti. Galileo si všimol, že namazaná ihla môže plávať na vode, hoci to odporuje Archimedovmu zákonu. Keď ihla pláva,

ale všimnite si mierne vychýlenie hladiny vody, ktorá má tendenciu sa akoby narovnávať. Súdržné sily medzi molekulami vody sú dostatočné na to, aby zabránili pádu ihly do vody. Povrchová vrstva, podobne ako film, chráni vodu povrchové napätie, ktorý má tendenciu dávať tvaru vody najmenší povrch - guľový. Ale ihla už nebude plávať na hladine alkoholu, pretože keď sa do vody pridá alkohol, povrchové napätie klesá a ihla klesá. Mydlo tiež znižuje povrchové napätie, takže horúca mydlová pena, prenikajúca do trhlín a štrbín, lepšie odstraňuje nečistoty, najmä mastnotu, zatiaľ čo čistá voda by sa jednoducho stáčala do kvapôčok.

Plazma je štvrtý agregovaný stav hmoty, čo je plyn zo súboru nabitých častíc interagujúcich na veľké vzdialenosti. V tomto prípade je počet kladných a záporných nábojov približne rovnaký, takže plazma je elektricky neutrálna. Zo štyroch prvkov plazma zodpovedá ohňu. Na transformáciu plynu do plazmového stavu je potrebné ionizovať odstraňovať elektróny z atómov. Ionizácia môže prebiehať zahrievaním, pôsobením elektrického výboja alebo tvrdým žiarením. Hmota vo vesmíre je väčšinou v ionizovanom stave. Vo hviezdach je ionizácia spôsobená tepelne, v zriedkavých hmlovinách a medzihviezdnom plyne ultrafialovým žiarením z hviezd. Naše Slnko sa skladá aj z plazmy, jej žiarenie ionizuje horné vrstvy zemskej atmosféry, tzv ionosféra, možnosť diaľkového rádiového spojenia závisí od jeho stavu. V pozemských podmienkach je plazma zriedkavá – v žiarivkách alebo v elektrickom oblúku. V laboratóriách a technológiách sa plazma vyrába najčastejšie elektrickým výbojom. V prírode to robí blesk. Pri ionizácii výbojom vznikajú elektrónové lavíny, podobne ako pri reťazovej reakcii. Na získanie termonukleárnej energie sa používa injekčná metóda: plynové ióny zrýchlené na veľmi vysoké rýchlosti sa vstrekujú do magnetických pascí, priťahujú elektróny z prostredia a vytvárajú plazmu. Používa sa aj tlaková ionizácia – rázové vlny. Tento spôsob ionizácie sa nachádza v superhustých hviezdach a možno aj v jadre Zeme.

Akákoľvek sila pôsobiaca na ióny a elektróny spôsobuje elektrický prúd. Ak nie je spojená s vonkajšími poľami a nie je uzavretá vo vnútri plazmy, je polarizovaná. Plazma sa riadi zákonmi o plyne, ale pri pôsobení magnetického poľa, ktoré reguluje pohyb nabitých častíc, vykazuje vlastnosti, ktoré sú pre plyn úplne nezvyčajné. V silnom magnetickom poli sa častice začnú otáčať okolo siločiar a pozdĺž magnetického poľa sa voľne pohybujú. Hovorí sa, že tento špirálovitý pohyb posúva štruktúru siločiar a pole je „zamrznuté“ do plazmy. Zriedkavá plazma je opísaná systémom častíc, zatiaľ čo hustejšia plazma je opísaná kvapalinovým modelom.

Vysoká elektrická vodivosť plazmy je jej hlavným rozdielom od plynu. Vodivosť studenej plazmy na povrchu Slnka (0,8 10 -19 J) dosahuje vodivosť kovov a vodíková plazma pri termonukleárnej teplote (1,6 10 -15 J) vedie za normálnych podmienok prúd 20-krát lepšie ako meď. Keďže plazma je schopná viesť prúd, často sa na ňu aplikuje model vodivej kvapaliny. Považuje sa za spojité médium, stlačiteľnosť ho síce odlišuje od bežnej kvapaliny, ale tento rozdiel sa prejavuje len pri prúdoch, ktorých rýchlosť je väčšia ako rýchlosť zvuku. Správanie sa vodivej tekutiny sa skúma vo vede tzv magnetická hydrodynamika. Vo vesmíre je každá plazma ideálnym vodičom a zákony zamrznutého poľa sú široko používané. Model vodivej tekutiny umožňuje pochopiť mechanizmus zadržiavania plazmy magnetickým poľom. Zo Slnka sú teda vyvrhované prúdy plazmy, ktoré ovplyvňujú zemskú atmosféru. Samotný tok nemá magnetické pole, ale cudzie pole doň podľa mrazivého zákona nemôže preniknúť. Plazmové slnečné prúdy vytláčajú cudzie medziplanetárne magnetické polia z blízkosti Slnka. Objaví sa magnetická dutina, kde je pole slabšie. Keď sa tieto korpuskulárne prúdy plazmy priblížia k Zemi, zrazia sa s magnetickým poľom Zeme a sú nútené obtekať ju podľa rovnakého zákona. Ukázalo sa, že ide o akúsi jaskyňu, v ktorej sa zhromažďuje magnetické pole a kde prúdy plazmy neprenikajú. Na jeho povrchu sa hromadia nabité častice, ktoré zachytili rakety a satelity – ide o vonkajší radiačný pás Zeme. Tieto myšlienky sa uplatnili aj pri riešení problémov zadržiavania plazmy magnetickým poľom v špeciálnych zariadeniach - tokamakoch (zo skratky slov: toroidná komora, magnet). S plne ionizovanou plazmou držanou v týchto a iných systémoch sa vkladajú nádeje na dosiahnutie riadenej termonukleárnej reakcie na Zemi. To by zabezpečilo čistý a lacný zdroj energie (morská voda). Pracuje sa aj na získavaní a udržaní plazmy pomocou zaostreného laserového žiarenia.