Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC - materiały dydaktyczne 

STANY SKUPIENIA

 

GAZOWY 

CIEKŁY 

STAŁY 

GAZOWE STANY 

MATERII 

CIEKŁE STANY 

MATERII 

STAŁE STANY 

MATERII 

Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC - materiały dydaktyczne 

STANY SKUPIENIA I STANY MATERII 

STANY  SKUPIENIA

  to  klasyfikacja  form  występowania 

materii z 

MAKROSKOPOWEGO

 punktu widzenia 

STANY MATERII

 to klasyfikacja form jej występowania  z 

MIKROSKOPOWEGO

  punktu  widzenia,  czyli  z  punktu 

widzenia struktur jakie tworzą atomy, jony lub cząsteczki 

Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC - materiały dydaktyczne 

STANY SKUPIENIA A UPORZĄDKOWANIE 

STAN GAZOWY            STAN CIEKŁY            STAN STAŁY 

uporządkowanie

 

temperatura

 

Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC - materiały dydaktyczne 

Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC - materiały dydaktyczne 

PODSTAWOWE CECHY STANU GAZOWEGO

 

BRAK OBJĘTOŚCI 

gaz przyjmuje objętość układu, w którym się znajduje

 

BRAK KSZTAŁTU 

gaz przyjmuje kształt układu, w którym się znajduje

 

ŚREDNIA ENERGIA KINETYCZNA obiektów tworzących gaz 

jest WIĘKSZA niż energia oddziaływań pomiędzy nimi 

oddz

śr

kin

śr

E

E



Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC - materiały dydaktyczne 

GAZ DOSKONAŁY - 

MODEL STANU GAZOWEGO

 

Cząsteczki są PUNKTAMI MATERIALNYMI, to znaczy 

mają masę, ale nie mają wymiaru 

Cząsteczki gazu poruszają się bezładnie po liniach prostych 

założenia modelu:

 

Zderzenia między cząsteczkami są traktowane jako tzw. 

zderzenia sprężyste 

Wielkości opisujące stan gazu: 

 

p – ciśnienie 

 

T – temperatura 

 

V – objętość 

Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC - materiały dydaktyczne 

+mv 

-mv 

Ciśnienie gazu wynika ze zderzeń cząstek gazu 

ze ścianami naczynia 

D

p = (+mv) – (-mv) = 2mv 

F 

F 

1

F

t

D



D

p

L 

Zmiana pędu cząstki: 

Siła (def.): 

Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC - materiały dydaktyczne 

1

2mv

F

t

t

D





D

D

p

dla 1 cząsteczki 

2L

t

v

D 

CIŚNIENIE GAZU

 

D

p – zmiana pędu cząsteczki w trakcie zderzenia, L – droga 

2

mv

F

L



2

F

p =

L

Ciśnienie: 

2

3

mv

p

L



czyli 

Objętość V 

2 x energia kinetyczna E

kin 

kin

pV

2E



stąd 

dla 1 mola cząsteczek 

A

kin

pV

2N E



N

A

 - liczba Avogadro

 

PRAWA GAZOWE

 

A

2

pV

N E

3



A

3 R

E

T

2 N



pV = nRT

 

równanie Clapeyrona

 

Cząsteczki poruszają się w 
przestrzeni, czyli energia 
rozkłada się na 3 kierunki:

 

Wiadomo, że energia gazu:

 

dla n moli cząsteczek: 

R = 8,314 J·mol

-1

·K

-1

  stała gazowa  

Równanie stanu gazu doskonałego 

Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC - materiały dydaktyczne 

Prawo Daltona 

1

2

3

1

2

3

1

2

3

RT

RT

p

n

(n

n

n

...)

V

V

RT

RT

RT

n

n

n

...

p

p

p

...

V

V

V



















 







p

i

 – ciśnienie cząstkowe i-tego gazu  

Ciśnieniem cząstkowym gazu wchodzącego w skład mieszaniny 
gazowej nazywamy ciśnienie, jakie wywierałby ten gaz, gdyby 
sam wypełniał całą objętość naczynia. 

Ciśnienie wywierane przez mieszaninę gazów jest sumą ciśnień 
cząstkowych wywieranych przez poszczególne składniki tej 
mieszaniny. 

Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC - materiały dydaktyczne 

ŚREDNIA PRĘDKOŚĆ CZĄSTEK GAZU 

A

3 R

E

T

2 N



2

sr

mv

E

2



sr

A

3RT

v

mN



masa cząsteczkowa M

 

M

RT

v

śr

3



 m - masa cząsteczki

 

W gazie cząsteczki poruszają 
się z różnymi prędkościami. 

 

v

sr

 – prędkość średnia 

Rozkład  Maxwella-Boltzmanna  podaje,  jaki  ułamek  ogólnej 
liczby  cząsteczek  gazu  doskonałego  porusza  się  w  danej 
temperaturze z określoną prędkością. 

Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC - materiały dydaktyczne 

0

0.5

1

1.5

2

2.5

0

1000

2000

3000

4000

0°C
500°C
1000°C

prędkość    m/s 

tlen O

2

 

ROZKŁAD PRĘDKOŚCI CZĄSTECZEK TLENU W 

RÓŻNYCH TEMPERATURACH

 

U

łam

ek

 li

cz

by

 cz

ąs

tec

zek

 o dane

j 

pr

ędk

ośc

i 

Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC - materiały dydaktyczne 

v

i

i

1

-

(

) 6

×

:

prędkość    m/s 

25°C 

0

 

2000 

2

 

0

 

N

2

 

He

 

H

2

 

ROZKŁAD  PRĘDKOŚCI  CZĄSTECZEK  RÓŻNYCH 

GAZÓW  W  TEJ  SAMEJ  TEMPERATURZE

 

Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC - materiały dydaktyczne 

PRZEMIANY 

GAZOWE

 

ciśnienie p, objętość V i temperatura T 

to PARAMETRY STANU gazu

 

PRZEMIANA  GAZOWA

  to  proces  z  udziałem  gazu,  w 

którym co najmniej dwa z parametrów stanu ulegają zmianie 

w szczególności jeżeli:

 

STAŁE  ZMIENNE 

NAZWA 

PRZEMIANY 

 

T 

p, V 

izotermiczna  pV = const 

p 

T, V 

izobaryczna  V = const·T 

V 

p, T 

izochoryczna  p = const·T 

 

 

Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC - materiały dydaktyczne 

GAZOWY STAN SKUPIENIA

 

uporządkowanie

 

PLAZMA 

GAZ 

WŁAŚCIWY 

PARA 

WY

S

OK

O

-

T

E

M

P

E

RA

T

UR

OW

A

 

NISK

O

-

T

E

M

P

E

RA

T

UR

OW

A

 

NIENASYCONA

 

NA

S

YC

ONA

 

STANY MATERII W GRANICACH 

GAZOWEGO STANU SKUPIENIA

 

Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC - materiały dydaktyczne 

PLAZMA WYSOKOTEMPERATUROWA

 

W temperaturach >10

5

-10

6

 K atomy ulegają całkowitej jonizacji 

tworząc  nieuporządkowany  stan  materii  złożony  z  jąder  i 
elektronów - PLAZMĘ WYSOKOTEMPERATUROWĄ 

elektron 

jądro  

Silne  oddziaływania  elektrostatyczne  i  magnetyczne 
pomiędzy składnikami 

pV ≠ nRT

 

Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC - materiały dydaktyczne 

PLAZMA NISKOTEMPERATUROWA

 

W temperaturach >10

3

 K i <10

5

 atomy ulegają 

częściowej jonizacji tworząc nieuporządkowany stan 

materii złożony z jonów dodatnich i elektronów: 

PLAZMĘ NISKOTEMPERATUROWĄ 

elektron 

 

jon 
dodatni 

Silne oddziaływania elektrostatyczne i magnetyczne 

pomiędzy składnikami 

pV ≠ nRT

 

Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC - materiały dydaktyczne 

GAZ WŁAŚCIWY

 

W  temperaturach  od  kilku  do  1000-1500  K  atomy  i  cząsteczki 
są praktycznie niezjonizowane i tworzą nieuporządkowany stan 
materii  złożony  z  obojętnych  atomów  lub  cząsteczek  -   

GAZ 

WŁAŚCIWY 

atom lub 
cząsteczka 

Występowanie swobodnych atomów lub cząsteczek o 

rozmiarach rzędu 10

-10

 m  

Słabe oddziaływania elektrostatyczne i magnetyczne pomiędzy 

atomami lub cząsteczkami 

pV ≈ nRT

 

WŁAŚCIWOŚCI 

SIŁY MIĘDZYCZĄSTECZKOWE (1)

 

Gazy właściwe składają się z atomów, których moment 

dipolowy

 m

 = 0, lub z cząsteczek dla których 

m

 ≥ 0 

schematycznie:

 

atom  

m

 = 0

 

cząsteczka  

m

 = 0 

cząsteczka  

m 

 >  0 

+ 

- 

Słabe oddziaływania pomiędzy atomami i cząsteczkami gazów 
właściwych są wynikiem istnienia  

SIŁ MIĘDZYCZĄSTECZKOWYCH

  

zwanych 

siłami Van der Waalsa 

Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC - materiały dydaktyczne 

SIŁY MIĘDZYCZĄSTECZKOWE 

oddziaływania dipol - dipol

 

F

2

 

F

1

 

F

4

 

F

3

 

prosty rachunek wskazuje, że:

 

F

1

 

+

 

F

2

 

>

 

F

3

 +

 

F

4

 

Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC - materiały dydaktyczne 

SIŁY MIĘDZYCZĄSTECZKOWE 

oddziaływania dipol - indukowany dipol

 

duża 

odległość 

mała 

odległość 

indukowane 

dipole 

trwałe dipole 

Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC - materiały dydaktyczne 

SIŁY MIĘDZYCZĄSTECZKOWE 

siły dyspersyjne (Londona)

 

Jeżeli dwie cząsteczki znajdują się blisko siebie... 

przyciąganie

 

przyciąganie

 

Każda cząsteczka, nawet taka, która ma 

m

  =  0,  jest  faktycznie 

drgającym dipolem elektrycznym (chwilowym) 

Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC - materiały dydaktyczne 

SIŁY MIĘDZYCZĄSTECZKOWE 

siły Van der Waalsa 

oddziaływanie 

dipol - dipol

 

oddziaływanie 

dipol - indukowany dipol

 

siły dyspersyjne (Londona) 

W

7

1

F

~

d

d

 

F

W

 

Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC - materiały dydaktyczne 

PRAWA GAZOWE DLA GAZÓW RZECZYWISTYCH

 

pV

 l  nRT

 

Istnienie  oddziaływań  międzycząsteczkowych,  jak  i  fakt 
posiadania  przez  cząsteczki    własnej  objętości,  staje  się 
przyczyną odstępstw zachowania gazów rzeczywistych od praw 
gazu doskonałego 

Przybliżenie do gazu doskonałego jest tym lepsze, im średnie 

odległości cząsteczek gazu są większe od średnic cząsteczek.

 

Zwykle dla:

 

p < 1 MPa

  

Podwyższonych temperatur

  

Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC - materiały dydaktyczne 

OBJĘTOŚCI MOLOWE GAZÓW RZECZYWISTYCH

 

Objętość molowa 
gazu doskonałego 
(0°C, 101,33 kPa):

 

V

m

 = 22,414 dm

3

 

azot N

2

 ................................  22,401 dm

3

 

amoniak NH

3

 ....................... 22,089 dm

3

 

ditlenek siarki SO

2

 ............... 21,888 dm

3

 

siarkowodór H

2

S .................. 22,145 dm

3

 

Gazy rzeczywiste:

 

Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC - materiały dydaktyczne 

Co dzieje się w gazie rzeczywistym, gdy obniżamy jego 

temperaturę? 

1) Średnia energia cząstek gazu maleje:

 

2) Energia oddziaływań międzycząsteczkowych albo nie 
zmienia się albo rośnie (gdy cząsteczki gazu mają różne od 
zera momenty dipolowe) 

w efekcie powyższego gdy  T    :

 

oddz

śr

kin

śr

E

E



oddz
śr

kin

śr

E

E



Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC - materiały dydaktyczne 

Gdy sprężymy gaz, w którym... 

oddz
śr

kin

śr

E

E



Gdy sprężymy gaz, w którym... 

oddz
śr

kin

śr

E

E



Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC - materiały dydaktyczne 

oddz

śr

kin

śr

E

E



oddz
śr

kin

śr

E

E



temperatura

 

T

k

 

temperatura krytyczna

 

GAZ WŁAŚCIWY

 

PARA NIENASYCONA

 

Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC - materiały dydaktyczne 

PARA NIENASYCONA

 

Jest  to  stan  materii należący do  gazowego  stanu  skupienia, 
w którym możliwe jest tworzenie się agregatów cząsteczek o 
rozmiarach poniżej pewnej wartości krytycznej 

Granicę pomiędzy gazem a parą nienasyconą wyznacza 

TEMPERATURA KRYTYCZNA T

k

 

temperatura

 

T

k

 

PARA NIENASYCONA

 

GAZ WŁAŚCIWY

 

Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC - materiały dydaktyczne 

Zobaczmy,  jak  zachowuje  się  para  nienasycona  przy 
podwyższaniu ciśnienia lub przy obniżaniu temperatury 

Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC - materiały dydaktyczne 

Dla  każdej  temperatury,  poniżej  temperatury  krytycznej  T

K,

 

istnieje  takie  ciśnienie  p

k

,  przy  którym  rozmiary  agregatów 

cząsteczek osiągają  

wartość krytyczną  

to znaczy taką powyżej  której, szybkość wzrostu agregatu v

wzr

 

jest większa niż szybkość jego rozpadu v

rozp 

v

wzr

 >  v

rozp

 

rozmiary agregatów są 

WIĘKSZE

 niż rozmiary 

krytyczne 

Wtedy dochodzi do kondensacji i powstają krople cieczy 

Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC - materiały dydaktyczne 

Para nasycona 

– para pozostająca w 

równowadze z cieczą

  

Równowaga ciecz – para  

V

par

 

V

kond

 

ciecz 

para 

V

par

 – szybkość parowania 

V

kond

 – szybkość kondensacji 

w stanie równowagi, w stałej 
temperaturze: 

V

par

 = V

kond

 

W takim stanie para nad cieczą osiąga maksymalne ciśnienie p

r

 

w danej temperaturze, które jest ciśnieniem pary nasyconej 
(tzw. prężność pary) 

ZALEŻNOŚĆ PRĘŻNOŚCI PARY NASYCONEJ 

OD TEMPERATURY

 

a

1

260

280

300

320

340

360

380

0

0.5

1

1.5

temperatura    /K

ci

œ

n

ie

n

ie

   

/a

tm

1

373

H

2

O 

Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC - materiały dydaktyczne 

SKRAPLANIE 

GAZÓW 

GAZ 

PARA NIENASYCONA 

PARA NASYCONA 

obniżenie 

temperatury 

CIECZ 

zmniejszenie 

objętości 

obniżenie 

temperatury 

obniżenie 

temperatury 

zmniejszenie 

objętości 

Skraplanie 

(kondensacja) - zmiana 

stanu skupienia, 

przejście z fazy gazowej 

w fazę ciekłą 

Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC - materiały dydaktyczne 

STAN GAZOWY            STAN CIEKŁY            STAN STAŁY 

uporządkowanie

 

temperatura 

podsumowanie: 

p

lazm

a w

ysok

ot

em

p

er

at

u

row

a

 

p

laz

m

a ni

sk

ot

em

p

er

at

u

row

a

 

gaz

 w

łaściw

y 

p

ar

a 

n

ienas

yc

on

a

 

p

ar

a 

n

asyco

n

a

 

Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC - materiały dydaktyczne 

STAN CIEKŁY 

luki w

 

strukturze 

ciecz zwykła 



oddz

śr

E

kin

śr

E

Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC - materiały dydaktyczne 

Podstawowe cechy stanu ciekłego 

Odległości między cząsteczkami są rzędu ich własnych 

rozmiarów 

W cieczach obserwuje się tzw. blisko zasięgowe uporządkowanie 

obejmujące kilka średnic cząsteczkowych 

Powierzchnia cieczy ma szczególne cechy wynikające z istnienia 

SIŁ NAPIĘCIA POWIERZCHNIOWEGO 

OBJĘTOŚĆ 

ciecz posiada własną objętość - ściśliwość cieczy jest bardzo mała 

BRAK KSZTAŁTU 

ciecz przyjmuje kształt naczynia, w którym się znajduje

 

Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC - materiały dydaktyczne 

SIŁY MIĘDZYCZĄSTECZKOWE W CIECZACH 

oddziaływania dipol – dipol 

oddziaływania dipol – indukowany dipol 

siły dyspersyjne 

Siły Van der Waalsa 

Wiązanie wodorowe 

Wiązanie między atomem wodoru a atomami: 

azotu, tlenu lub fluoru 

– silne wiązanie 

fosforu, siarki, chloru, bromu lub jodu 

– słabe wiązanie 

Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC - materiały dydaktyczne 

WIĄZANIE WODOROWE 

wodór 

fluor 

etap I - zbliżanie 

etap II – utworzenie wiązania wodorowego 

HF 

HF 

HF 

Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC - materiały dydaktyczne 

Wiązania wodorowe w wodzie 

Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC - materiały dydaktyczne 

Struktura wody z uwidocznionymi wiązaniami wodorowymi 

O 

H 

H 

Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC - materiały dydaktyczne 

ENERGIA WIĄZAŃ WODOROWYCH 

siły 

 Van der Waalsa 

wiązanie 

wodorowe 

wiązanie 

chemiczne 

< 

< 

0,5 – 4 kJ·mol

-1

 

4 – 40 kJ·mol

-1

 

40 – 500 kJ·mol

-1

 

Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC - materiały dydaktyczne 

POWIERZCHNIA CIECZY 

F

w

 > 0 

F

w

 = 0 

ciec

z 

gaz

 (

p

ar

a)

 

Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC - materiały dydaktyczne 

Zwiększenie 

powierzchni 

cieczy 

wymaga  zatem  wykonania  pracy 

L

 

przeciwko sile 

F

w

  

zdefiniujemy

  

NAPIĘCIE POWIERZCHNIOWE 

s 





1

2

m

N

m

J

S

L

-

-

×



×



s

L – praca zużyta na wytworzenie 
powierzchni S 

cieczy 

~10 < 

s

 < ~1500 mJ·m

-2

 

NAPIĘCIE POWIERZCHNIOWE CIECZY 

Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC - materiały dydaktyczne 

ZWIĄZKI POWIERZCHNIOWO CZYNNE 

(surfaktanty) 

to związki chemiczne obniżające napięcie powierzchniowe 

cząsteczka (jon) 

surfaktanta 

część solwofobowa 

część solwofilowa 

oddziaływanie 

silne 

oddziaływanie 

słabe 

Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC - materiały dydaktyczne 

Mydła – surfaktanty obniżające napięcie powierzchniowe wody 

Mydła to sole sodowe lub potasowe wyższych kwasów 
tłuszczowych 

[CH

3 

- (CH

2

)

16

 – COO

-

] Na

+

 

stearynian sodu 

Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC - materiały dydaktyczne 

PAROWANIE I WRZENIE CIECZY 

1

energia E 

uł

am

ek 

li

cz

by 

cz

ąs

tek 

o 

ene

rg

ii

 E

 

oddz

śr

kin

E

E



Aby cząsteczka opuściła powierzchnię 
jej energia E

kin

  musi spełniać warunek: 

średnia energia oddziaływań 

parowanie nie 

jest możliwe 

cząsteczki zdolne do 

przechodzenia w stan pary 

Rozkład  energii  cząsteczek  w  cieczy  jest  zgodny  z  rozkładem 
Maxwella-Boltzmanna. 

Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC - materiały dydaktyczne 

LEPKOŚĆ CIECZY  (tarcie wewnętrzne) 

v

1

 

v

2

 

F 

D

x 

v

2

 – v

1

 = 

D

v 

S 

x

v

S

F

D

D

×

×







 – współczynnik lepkości 

Jednostka współczynnika 

lepkości (SI):

    

1N·s·m

-2

 

1 puaz = 0,1 N·s·m

-2

 

10

-4

 < 



 < 10

13

 N·s·m

-2 

Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC - materiały dydaktyczne 

Zależność lepkości od temperatury 

RT

A

e

0







lepk

ość 



   

/m

N·

s·m

-2

 

H

2

O 

Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC - materiały dydaktyczne 

CIECZE ANIZOTROPOWE – CIEKŁE KRYSZTAŁY 

  

H

3

C – O -

  

- N = N - 

- O – CH

3

 

O 

+ 

- 

W  trakcie  topienia  pewnych  związków  chemicznych  o 
cząsteczkach  wydłużonych  lub  płaskich,  posiadających  duże 
momenty dipolowe, takich jak np. p-azoksyanizol (PAA): 

..obserwuje się dwuetapowe topnienie: 

kryształy 

mętna ciecz 

przeźroczysta ciecz 

112°C 

136°C 

Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC - materiały dydaktyczne 

topnienie do fazy I 

przemiana do fazy II 

faza I – termotropowy ciekły kryształ 

kryształy 

mętna ciecz 

przeźroczysta ciecz 

112°C 

136°C 

(ciecz izotropowa) 

Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC - materiały dydaktyczne 

STRUKTURY CIEKŁYCH KRYSZTAŁÓW 

faza nematyczna 

NEMATYK 

Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC - materiały dydaktyczne 

STRUKTURY CIEKŁYCH KRYSZTAŁÓW 

faza smektyczna 

SMEKTYK 

Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC - materiały dydaktyczne 

CH

3

HO

CH

3

CH

CH

3

(CH

2

)

3

CH

CH

3

CH

3

STRUKTURY CIEKŁYCH KRYSZTAŁÓW 

faza cholesterolowa 

Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC - materiały dydaktyczne 

ZASTOSOWANIA CIEKŁYCH 

KRYSZTAŁÓW 

1. czytniki (ekrany) 

nastepują zmiany kierunku uporządkowania pod 
wpływem przyłożonego pola elektrycznego, co powoduje 
zmianę kierunku dwójłomności światła przechodzącego  

2. termografia 

opiera się na zjawisku zmiany koloru odbijanego światła 
przez fazę cholesterolową w zależności od temperatury 

Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC - materiały dydaktyczne 

Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. 

nadzw. WIMiC - materiały 

dydaktyczne 

STAN STAŁY 

CIAŁA 

KRYSTALICZNE 

CIAŁA 

AMORFICZNE 

(SZKŁA) 

RÓŻNE STRUKTURY 

KRYSTALICZNE 

Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC - materiały dydaktyczne 

Drogi od stanu ciekłego do stanu krystalicznego 

temperatura 

STAN CIEKŁY 

STAN  

KRYSTALICZNY 

STAN 

CIEKŁOKRYSTALICZNY 

STAN SZKLISTY 

Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC - materiały dydaktyczne 

STAN SZKLISTY  

SZKŁO jest substancją powstającą w wyniku ciągłego przejścia 
przy  ochładzaniu  od  stanu  cieczy  zwykłej  (lepkość  rzędu  1 
N·s·m

-2

) do stanu w którym lepkość jest większa od 10

12

 N·s·m

-2

.

 

STRUKTURA SZKŁA 

Struktura  szkła  przypomina  strukturę  cieczy,  w  której 
„wyłączono”  ruchy  translacyjne  (postępowe)  składników. 
Rezultatem  jest  utworzenie  praktycznie  nieuporządkowanej 
struktury elementarnych składników szkła. 

STAN  SZKLISTY  (AMORFICZNY)

  to  stan  materii  cechujący 

się 

brakiem 

uporządkowania 

(lub 

występowaniem 

uporządkowania  blisko  zasięgowego),  w  którym  cząsteczki 
(atomy) 

zachowują  swobodę  ruchów  drgających,  przy 

praktycznym braku swobody ruchów postępowych i rotacyjnych 

Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC - materiały dydaktyczne 

STAN KRYSTALICZNY 

W  STANIE  KRYSTALICZNYM  atomy,  jony  lub  cząsteczki  są 
ułożone w periodyczny, trójwymiarowy wzór tzw. KRYSZTAŁ 

Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC - materiały dydaktyczne 

STRUKTURA KRYSZTAŁÓW 

....może być rozpatrywana z punktu widzenia: 

rozmieszczenia przestrzennego elementów 

tworzących kryształ 

rodzaju elementów tworzących kryształ 

rodzaju wiązań chemicznych pomiędzy 

elementami tworzącymi kryształ 

podejście geometryczne 

podejście fizyczne 
(chemiczne) 

Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC - materiały dydaktyczne 

SIEĆ PRZESTRZENNA KRYSZTAŁÓW 

Do opisu struktury geometrycznej kryształów stosujemy pojęcie 
SIECI PRZESTRZENNEJ 

SIEĆ  PRZESTRZENNA

 

to 

zbiór  punktów  zwanych 

WĘZŁAMI  SIECI,

  podających  położenie  środków  masy 

atomów, cząsteczek lub jonów tworzących kryształ 

Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC - materiały dydaktyczne 

SYMETRIA KRYSZTAŁÓW 

Opisem symetrii kryształów zajmuje się 

KRYSTALOGRAFIA GEOMETRYCZNA 

Pb

5

[Cl(VO

4

)

3

] 

SiO

2

 

CaCO

3

 

Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC - materiały dydaktyczne 

parametry sieciowe 

KOMÓRKA ELEMENTARNA... 

...to  równoległościan  stanowiący  podstawowy,  powtarzający 
się okresowo w przestrzeni, element sieci przestrzennej  

a 

b 

c 

g 

b 

a 

a, b, c 

a, b, g 

Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC - materiały dydaktyczne 

KOMÓRKA ELEMENTARNA  

UKŁADY KRYSTALOGRAFICZNE 

Szczegółowa  analiza  wykazała,  że  strukturę  geometryczną 
wszystkich  kryształów,  można  odtworzyć  przyjmując,  że 
istnieją 4 typy KOMÓREK ELEMENTARNYCH, rozdzielone 
pomiędzy 

7 

UKŁADÓW  KRYSTALOGRAFICZNYCH

, 

różniących się relacjami pomiędzy a, b, c i 

a

, 

b

, 

g 

a = b = c   

a

 = 

b

 = 

g

 = 90° 

UKŁAD REGULARNY 

a 

g b g c   

a

 = 

b

 = 

g

 = 90° 

UKŁAD ROMBOWY 

...przykładowo: 

Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC - materiały dydaktyczne 

Typy komórek elementarnych 

prymitywna  

P 

przestrzennie centrowana  

I 

płasko centrowana na 

dwóch ścianach  

C 

płasko centrowana na 

wszystkich ścianach  

F 

Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC - materiały dydaktyczne 

Wiązania w sieci krystalicznej 

W zależności od typu wiązań pomiędzy elementami 
tworzącymi kryształ wyróżniamy: 

atomy połączone 
wiązaniem metalicznym

 

metaliczny 

jony połączone 
wiązaniem jonowym 

jonowy 

atomy połączone 
wiązaniami 

s

 lub 

p 

kowalencyjny 

cząsteczki lub atomy 
oddziaływujące siłami 
Van der Waalsa 

molekularny 

elementy struktury i 

wiązanie  

typ kryształu 

Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC - materiały dydaktyczne 

DEFEKTY W KRYSZTAŁACH 

Żaden  kryształ  w  temperaturze  T  >  0  K 

NIE  MOŻE

  mieć 

idealnej  struktury  dlatego  w  sieci  krystalicznej 

ZAWSZE

 

istnieją 

DEFEKTY 

Defekty w sieci krystalicznej możemy podzielić na: 

punktowe (zerowymiarowe) 

liniowe (jednowymiarowe) 

płaskie (dwuwymiarowe) 

Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC - materiały dydaktyczne 

DEFEKTY PUNKTOWE 

Zburzenia regularności sieci krystalicznej o rozmiarach rzędu 
rozmiarów  elementów  tworzących  kryształ  (jonów,  atomów 
lub cząsteczek) to.... 

atomowe 

elektronowe 

dotyczą  całego  atomu, 
jonu lub cząsteczki 

dotyczą  wyłącznie  sytuacji 
związanych  z  zachowaniem  się 
elektronu w sieci krystalicznej 

Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC - materiały dydaktyczne 

ATOMOWE DEFEKTY PUNKTOWE 

defekt Schottky’ego 

wakancja 

kationowa 

wakancja 
anionowa 

sieć

 

idealna 

kation 

anion 

Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC - materiały dydaktyczne 

ATOMOWE DEFEKTY PUNKTOWE 

defekt Frenkla 

sieć

 

idealna 

kation 

anion 

kation 

międzywęzłowy 

wakancja 

kationowa 

Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC - materiały dydaktyczne 

ATOMOWE DEFEKTY PUNKTOWE 

obcy atom (jon) w pozycji węzłowej 

sieć

 

idealna 

kation 

anion 

Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC - materiały dydaktyczne 

O 

Defekty punktowe i stechiometria związków chemicznych 

O

2-

 

Ni

2+

 

Ni

2+

 

Ni

2+

 

O

2-

 

Ni

2+

 

O

2-

 

O

2-

 

O

2-

 

Ni

2+

 

O

2-

 

Ni

2+

 

Ni

2+

 

Ni

2+

 

O

2-

 

Ni

2+

 

O

2-

 

O

2-

 

O

2-

 

Ni

2+

 

O

2-

 

Ni

2+

 

Ni

2+

 

Ni

2+

 

O

2-

 

Ni

2+

 

O

2-

 

O

2-

 

O

2-

 

Ni

2+

 

O

2-

 

Ni

2+

 

Ni

2+

 

Ni

2+

 

O

2-

 

Ni

2+

 

O

2-

 

O

2-

 

O

2-

 

Ni

2+

 

O 

O

2-

 

Ni

3+

 

Ni

3+

 

NiO 

Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC - materiały dydaktyczne 

Ni

3+

 

O

2-

 

Ni

2+

 

Ni

2+

 

O

2-

 

O

2-

 

O

2-

 

O

2-

 

Ni

2+

 

O

2-

 

Ni

2+

 

Ni

2+

 

Ni

2+

 

O

2-

 

Ni

2+

 

O

2-

 

O

2-

 

O

2-

 

Ni

2+

 

O

2-

 

Ni

3+

 

Ni

3+

 

O

2-

 

Ni

2+

 

Ni

2+

 

O

2-

 

O

2-

 

O

2-

 

O

2-

 

Ni

2+

 

O

2-

 

Ni

2+

 

Ni

2+

 

Ni

2+

 

O

2-

 

Ni

2+

 

O

2-

 

O

2-

 

O

2-

 

Ni

2+

 

O

2-

 

Ni

3+

 

Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC - materiały dydaktyczne 

Gdy  w  jakiejkolwiek  reakcji  powstają  kryształy  tlenku  niklu 
NiO  liczba  jonów  tlenkowych  O

2-

  jest  zawsze  większa  od 

liczby  jonów  niklu.  Zatem  praktycznie  wzór  tlenku  niklu  ma 
postać: 

2

1

1

x

)

III

(

x

)

II

(

x

O

Ni

Ni



-

wartość x (lub y) zależy od sposobu otrzymywania tlenku niklu 
(rodzaju reagentów, temperatury, atmosfery otaczająca reagenty i 
produkty, szybkości prowadzenia reakcji) 

y

NiO



1

Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC - materiały dydaktyczne 

Zalecana literatura: 

1. L. Jones, P. Atkins - Chemia ogólna, PWN Warszawa 

2004 –  str. 183-217, str. 441-461  (wydanie 1-tomowe) 

2. A. Bielański – Podstawy chemii nieorganicznej, tom 1, 

PWN Warszawa 2010 – str. 187-196, 200-206 
 

Dr hab. inż. Barbara Małecka, prof. nadzw. WIMiC - materiały dydaktyczne