Tecno stanje

TEČNO STANJE Docent dr Mara Aleksić

Osobine tečnosti izmeñu čvrstog i gasovitog stanja – Molekuli teč tečnosti kreć kreću se haotič haotično – Sile privlač privlačenja i odbi odbijanja su jake (slabije od čvrs vrstih supstanci supstanci,, ali mnogo jač jače nego u gasovitim stanju) – Osobine slič slične čvrstom stanju: stanju: gustina, molarna zapremina, stiš stišljivost – Osobine slič slične gasovitom stanju: stanju: pokretljivost, viskoznost, viskoznost, zauzimaju oblik suda u kome se nalaze – Zajednič Zajednički naziv za teč tečnosti i gasove - FLUIDI

1

Podela teč tečnosti prema vrsti čestica


Sile koje deluju izmeñu čestica

Molekulske

(voda, (voda, alkoholi, alkoholi, benzen)





Van der Waalsove, Waalsove, vodonič vodonične veze




Coulombove

Atomske

(inertni gasovi u teč tečnom stanju)


Jonske

(rastopi elektrolita, teč tečni metali)

Voda – vodonične veze – specifično ponašanje

Meñumolekulske sile ☻

Meñumolekulske sile (1 – 40 kJ/mol)

☻

Privlač Privlačenje i odbijanje

☻

Znatno slabije od hemijskih veza (kovalentna 400 kJ/mol)

Vodonične veze

Van der Waalsove sile

•Dipol-dipol interakcija •H-atom kovalentno vezan za atom velike elektronegativnosti (F, O, N) •Energija veze 10-40 kJ/mol

Četiri tipa interakcija Energije veze 1-10 kJ/mol

Prema svojoj M voda bi trebalo da se mrzne na -120oC, a ključa na -80OC

Da nema vodonič vodoničnih veza, ne bi bilo ni života na Zemlji!

Johannes Diderik van der Waals 1837 - 1923

2

I stalni dipol – stalni dipol

privlač privlačenje

odbijanje

Elektrostatič Elektrostatičko privlač privlačenje Kessomove sile privlač privlačenja Porast temperature – smanjenje sile privlač privlačenja izmeñu dipola

II stalni dipol – indukovani dipol

U dielektriku su prisutni i polarni i nepolarni molekuli. Stalni dipoli indukuju dipole u nepolarnim molekulima. DebyeDebye-va energija veze Debye sile privlač privlačenja Temperatura ne utič utiče na ove interakcije

3

Naelektrisani balon indukuje dipole u molekulima drveta. Privlač Privlačenje je tada moguć moguće

Fritz Wolfgang London 1900 - 1954

III disperzione ili Londonove sile

U dielektriku su prisutni samo nepolarni molekuli Keesomove i Debyeve sile = 0 Centri + i – naelektrisanja nepolarnog molekula se trenutno razdvoje usled kretanja – dipol. Trenutno nastali dipol indukuje dipol na susednom atomu. Disperzione ili Londonove sile

4

IV odbojne sile 

Meñusobno odbijanje molekula sa popunjenim molekulskim orbitalama.



Drž Drže molekule na ravnotež ravnotežnom rastojanju.

VODA

5

OSOBINE TEČNOSTI


PRITISAK PARE




VISKOZNOST




POVRŠINSKI NAPON

PRITISAK PARE








Tečnost isparava

para vrši pritisak na površinu tečnosti Taj pritisak zavisi od - prirode tečnosti - temperature Objašnjenje – kinetička teorija T= const.

dinami dinamiččka ravnotež ravnoteža

zasić zasićena para

pritisak (napon) zasićene pare

6

PRITISAK PARE


T PP PP = spolja spoljašnji P




teč tečnost poč počinje da kjuč kjuča Normalna temperatura ključ ključanja spoljaš spoljašnji pritisak = p0 (stand. prit. 101325 Pa)




ClapeyronClapeyron-ClausiusClausius-ova jednač jednačina




log

∆H isp  T2 − T1  P1   = P2 2,303R  T1 ⋅ T2 

VISKOZNOST

7

VISKOZNOST, VISKOZITET





Otpor proticanju fluida Otpor potiče od meñumolekulskih sila privlačenja Proticanje je slojevito – laminarno Izmeñu slojeva – sila unutrašnjeg trenja – Newton F = η ⋅ s ⋅ dv

dl





η - dinamička viskoznost 1/η = ϕ = fluidnost, fluiditet

F = η⋅s ⋅

dv dl

8

Viskoznost jednokomponentnih sistema


Dinamička




Kinematička

η

η ν= ρ

Viskoznost binarnih sistema η η0




Relativna




Specifična

ηsp =




Redukovana

ηred =




Unutrašnja

ηr =

η − η0 = ηr − 1 η0 ηsp c

 ηsp    [η] = lim c→0  c   

ηred

c

9

Odreñivanje molarne mase polimera pomoću unutrašnje viskoznosti


KhunKhun-MarkMark-HouwinkHouwink-ova jednač jednačina

[η] = K ⋅ M n






Za polimere M > 30 000 gmol-1 K - konstanta koja zavisi od prirode supstance i temperature n – konstanta koja zavisi od geometrije makromolekula

REOHOR


Aditivna i konstitutivna velič veličina - zavisi zavisi od vrste i broja atoma ili atomskih grupa u molekulu - zavisi od nač načina vezivanja atoma

R=

1 8

M⋅η ρ t + 2ρ p

10

UTICAJ TEMPERATURE NA VISKOZNOST Arrhenius (1912)

η = A⋅e

Ea RT

log η = log A +

/ log Ea 2,303RT

log η

log A

1/T A – konstanta koja zavisi od molarne mase i molarne zapremine tečnosti Ea – energetska barijera koja se mora savladati da bi počeo proces proticanja

METODE ODREðIVANJA

1.

METODA LAMINARNOG ISTICANJA TEČNOSTI IZ KAPILARE

2.

METODA PADANJA KUGLE

11

METODA LAMINARNOG ISTICANJA TEČNOSTI IZ KAPILARE Jean Louis Poiseuille (1799 - 1869)





PoiseuillPoiseuill-ov zakon Merenje brzine isticanja teč tečnosti kroz kapilaru pod dejstvom Zemljine tež teže

r 4 πPt η= 8Vl Ostwald-ov viskozimetar

METODA LAMINARNOG ISTICANJA TEČNOSTI. IZ KAPILARE η= P=

r4π 1 ρgh ⋅ ⋅ Pt = K 1 ⋅ K 2 ⋅ ⋅t 8l V S

F ρgh = S S

η = K1 ⋅ K 2 ⋅ ηx = K ⋅ ρ x ⋅ t x

ηH 2O = K ⋅ ρ H 2O ⋅ t H 2O

gh ⋅ ρt = K ⋅ ρ ⋅ t S

η x = ηH 2 O ⋅

ρx t x ρ H 2O t H 2O

12

METODA PADANJA KUGLE


Zasniva se na Stoksovom zakonu

F = 6πη r


l t

Kugla pada pod dejstvom Zemljine tež teže

F1 = mg = Vρg = F = F1

4 3 r π ⋅ (ρ − ρ t ) ⋅ g 3

4 3 r πg 3 η= ⋅ (ρ − ρ t ) ⋅ t 6πrl

Heplerov viskozimetar

η = K ⋅ (ρ − ρ t ) ⋅ t

Primer:







Neka je zapreminska brzina proticanja 100 cm3s-1. Uticaj promene nekih parametara na brzinu je: Dvostruka dužina --------------- v=50 cm3s-1 Dvostruka viskoznost----------- v=50 cm3s-1 Dvostruki pritisak----------------- v=200 cm3s-1 Dvostruki radijus---------------- v=1600 cm3s-1 (poveć (povećanje radijusa od 19% udvostruč udvostručuje brzinu proticanja)

r 4 π( P1 − P2 )t η= 8Vl V r 4 π( P1 − P2 ) =v= t 8ηl

13

Primer: protok krvi u organizmu Male arterijske okluzije mogu izazvati iznenañujuć iznenañujuće velika oš ošteć tećenja

Tečnosti se dele na:


Njutnovske

dv F = η⋅s ⋅ dl Laminarno proticanje




Nenjutnovske viskoznost zavisi od koncentracije, velič veličine, oblika, naelektrisanja, ...

Koloidi Reologija

14

Poznavanje viskoznosti je od velikog značaja za farmaciju:


Formulacije farmaceutskih preparata: – – – – – – –

Emulzije Paste Kozmetič Kozmetičke kreme Losioni Supozitorije Filmovi za oblaganje tableta Injekcioni hipodermijski rastvori

15

POVRŠINSKI NAPON Zbog dejstva meñumolekulskih sila privlačenja, tečnost teži da smanji svoju površinu na najmanju meru, bilo da se graniči sa drugom tečnošću, čvrstim telom ili gasom.

POVRŠINSKI NAPON

Rezultantna sila usmerena je ka unutraš unutrašnjosti teč tečnosti. Teč Tečnost tež teži da zauzme najmanju moguć moguću površ površinu.

16

Tečnost teži da zauzme najmanju moguću površinu.

POVRŠINSKI NAPON Površ Površina teč tečnosti mož može da se uporedi sa zategnutom membranom po kojoj tangencijalno deluje sila koja tež teži da smanji površ površinu. KOEFICIJENT POVRŠ POVRŠINSKOG NAPONA σ: sila koja deluje u svim pravcima po površ površini teč tečnosti, pod pravim uglom na svaku liniju jedinič jedinične duž dužine

17

Velike površinske napone imaju tečnosti:





Sa jakim meñumolekulskim silama Polarne teč tečnosti – dipoli Površ Površinski napon opada sa porastom T

σ

Tklj

teč tečnost benzen

voda

živa

σ Tklj

0,073 Nm-1 100oC

0,44 Nm-1 357oC

0,029 Nm-1 80oC

MEðUPOVRŠINSKI NAPON






Granični sloj na dodiru dve tečnosti koje se ne mešaju ili delimično mešaju. Sila koja teži da smanji dodirnu površinu. Posledica je kohezionih i adhezionih sila u graničnom sloju. Dve tečnosti sa velikim σ – veliki meñupovršinski napon Meñupovršinska energija = rad koji treba uložiti da se dodirna površina poveća za 1m2

18

PARAHOR


Aditivna i konstitutivna velič veličina

P=M

1 4

σ ρt − ρp

ρ p