CHEMIA

 

Struktura cieczy, ciał 

stałych i gazów

Marek Jasiorski

Stany skupienia substancji

krzepnięcie

topnienie

parowanie

skraplanie

sublimacja

gaz

ciecz

ciało stałe

Zmiana energii przy przechodzeniu 

substancji ze stanu stałego w ciekły 

i gazowy

ciepło

parowania

ciepło

sublimacji

ciepło topnienia

substancja stała

ciecz

gaz

E

Gazy

Gazami  nazywamy  substancje,  które  nie  mają 

określonego  kształtu  ani  objętości,  lecz  przyjmują 

kształt i objętość zbiornika, w którym się znajdują.

Dążąc  do  zajęcia  jak  największej  objętości  gazy 

wywierają 

ciśnienie 

na 

ścianki 

zbiornika. 

Wywierając  na  gaz  ciśnienie  można  zmienić  jego 

objętość.  

Gaz jest zbiorem cząsteczek lub atomów będących w 

ciągłym, chaotycznym ruchu, o szybkości rosnącej 

ze wzrostem temperatury.

Przykłady gazów

- gazy jednoatomowe (helowce: hel, 

neon, argon, krypton, xenon, radon)

- gazy dwuatomowe (H

2

, O

2

, N

2

, Cl

2

, F

2

)

- gazy nieorganiczne (NH

3

, CO, CO

2

, 

SO

2

)

- gazy organiczne (metan CH

4

, propan 

C

3

H

8

, butan C

4

H

10

)

Ciśnienie

Ciśnienie 

gazu 

jest 

wynikiem

uderzeń cząsteczek o stałą
powierzchnię. Jest to siła
uderzeń podzielona przez
pole powierzchni, na którą
działa.

Ciśnienie

Jednostki ciśnienia

1 Pa = 1 kg/(m x s

2

) = 1 N/m

2

1 bar = 10

5

 Pa = 100 kPa

1 atm = 1,01325 x 105 Pa = 101,325 

kPa

1 atm = 760 Tr

Prawo Avogadra

     

W  jednakowych  warunkach  temperatury  i 

ciśnienia  dana  liczba  cząsteczek  dowolnego  gazu 
zajmuje jednakową objętość.

Gaz doskonały

22,41

Argon

22,09

Ditlenek węgla

22,26

Azot

22,40

Tlen

22,40

Wodór

22,43

Równanie stanu gazu 
doskonałego

                         

PV = nRT

   

R = 0,08205781 atm/(K x mol) - stała 

gazowa

  
Gaz, który w dowolnych warunkach stosuje się do 

tego równania nazywamy gazem doskonałym.

Gazy  rzeczywiste  (azot,  tlen,  gazy  używane  w 

laboratoriach) zachowują się jak gazy doskonałe 
w przypadku, gdy ciśnienie jest niskie.

Równanie van der Waalsa

an

V

2

2

efekt 

odpychania

efekt

przyciągania

(P + 

(V - nb) = nRT

)

Stała a uwzględnia efekt przyciągania między 
cząsteczkami, a stała b – efekt odpychania

Dyfuzja

Jest to proces rozprzestrzeniania
się cząsteczek w danym ośrodku,
będący konsekwencją
chaotycznych zderzeń 

cząsteczek

dyfundującej substancji między
sobą i cząsteczkami 

otaczającego 

ją ośrodka.

Ciecze

Ciecze  traktuje  się  jako  stan  pośredni 

pomiędzy  gazami  i  ciałami  stałymi. 
Ciecze  zachowują  własną  objętość, 
ale  przyjmują  kształt  naczynia,  w 
którym 

się 

znajdują. 

Wykazują 

znaczną,  w  porównaniu  z  gazami, 
gęstość 

i 

lepkość, 

niewielką 

ściśliwość i rozszerzalność cieplną.

Lepkość

Lepkość cieczy jest to opór przeciwdziałający 

jej płynięciu. 

Im  większa  jest  lepkość  cieczy,  tym 

wolniejszy  jest  jej  przepływ.  Ciecze 
zawierające  wiązania  wodorowe  mają  z 
reguły  dużą  lepkość.  Lepkość  zwykle 
maleje ze wzrostem temperatury.

Napięcie powierzchniowe

Napięcie 

powierzchniowe 

cieczy 

określa 

działającą 

na 

jej 

powierzchnię 

siłę. 

Powierzchnia  cieczy  jest  gładka,  ponieważ 
siły  międzycząsteczkowe  wciągają  cząsteczki 
do wewnątrz.

Napięcie 

powierzchniowe 

jest 

przyczyną 

tworzenia 

przez 

ciecze 

kropelek 

i 

wykazywania  przez  substancje  działania 
kapilarnego.

Ciała stałe

Ciała stałe w przeciwieństwie do gazów 

i  cieczy,  mają  określony  kształt  i 

objętość, 

charakteryzują 

się 

sztywnością,  a  ich  gęstość  w  dużo 

mniejszym 

stopniu 

zależy 

od 

temperatury i ciśnienia.

Podział ciał stałych:
- ciała krystaliczne
- ciała bezpostaciowe (amorficzne)

Ciała krystaliczne

Ciała krystaliczne (kryształy) – mają w 

dużym obszarze uporządkowaną 
budowę

Tu wstaw sobie jakas strukture krystaliczna

Ciała bezpostaciowe

Ciała  bezpostaciowe  nie  mają  określonego 

rozmieszczenia  atomów;  są  to  ciecze 
przechłodzone  o  dużej  lepkości  lokalnie 
uporządkowane  (smoła,  szkło,  tworzywa 
sztuczne).

W ciałach bezpostaciowych nie obserwuje się 

ostrego  przejścia  fazowego,  wiązania 
między atomami mają różną wytrzymałość i 
pękają w różnych temperaturach.

Ciekłe kryształy

Ciekłe kryształy są to substancje, które 

wykazują  płynność  lepkich  cieczy, 
lecz 

występuje 

w 

nich 

pewne 

uporządkowanie 

cząsteczek, 

podobnie jak w krysztale.

Budowa atomowa metali

Sieć heksagonalna zwarta A3

Sieć regularna płaskocentrowana A1

Sieć regularna przestrzennie centrowana A2

Kryształ metaliczny

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

Metale - właściwości

Ruchliwość  elektronów  walencyjnych  w 

metalach warunkuje ich właściwości:

- połysk
- kowalność
- ciągliwość
- przewodnictwo elektryczne

Opór elektryczny

Opór  elektryczny  jest  miarą  zdolności  substancji  do 

przewodzenia elektryczności. Im mniejszy jest opór, 
tym lepiej substancja przewodzi elektryczność.

Klasyfikacja  substancji  oparta  na  ich  oporze  i  jego 

zależności od temperatury:

- izolator
- przewodnik metaliczny
- półprzewodnik
- nadprzewodnik

Temperatura

Opór elektryczny

Nadprzewodnik

Przewodnik

metaliczny

Półprzewodnik

Teoria pasmowa ciał stałych

- Teoria 

pasmowa 

dotyczy 

zasadniczo 

2 

poziomów 

energetycznych  atomów  w  ciele  stałym:  najbardziej 

zewnętrznego 

poziomu 

obsadzonego 

elektronem 

i 

najbliższego mu poziomu wzbudzonego

- Poziomy 

te 

pod 

wpływem 

oddziaływania 

pól 

elektrostatycznych 

pozostałych 

atomów 

ulegają 

rozszczepieniu  na  dużą  liczbę  blisko  położonych  poziomów 

tworzących pasma energetyczne: walencyjne i przewodnictwa 

- W  ramach  pasma  elektrony  poruszają  się  swobodnie  dzięki 

małym różnicom energii pomiędzy tworzącymi je poziomami

- Na każdym poziomie tworzącym pasmo mogą być 2 elektrony

Struktura pasmowa

Pasmo walencyjne

Pasmo przewodnictwa

Pasmo wzbronione

półprzewodnik

półprzewodnik typu n

półprzewodnik typu p

izolator

przewodnik

metaliczny

Półprzewodniki

Półprzewodnik samoistny

 – monokryształ 

półprzewodnika pozbawionego defektów 

sieci krystalicznej i domieszek, czyli nie 

zawierający obcych atomów w sieci 

krystalicznej

Półprzewodnik typu n

 – półprzewodnik, w 

którym elektryczność jest przenoszona przez 

nadmiar elektronów

Półprzewodnik typu p

 – półprzewodnik, w 

którym elektryczność jest przenoszona przez 

dziury elektronowe

Półprzewodnik typu n

Elektron nadmiarowy

Półprzewodnik typu p

Dziura

Stopy

Stopy  są  to  mieszaniny  dwóch  lub  większej 

liczby metali.

Podział stopów:
- Stopy  homogeniczne  (jednofazowe)  –  atomy 

różnych 

metali 

są 

rozmieszczone 

równomiernie. Przykłady: mosiądz, brąz, stopy 
monetowe.

- Stopy  heterogeniczne  (wielofazowe)  stanowią 

mieszaniny obszarów krystalicznych o różnym 
składzie. Przykłady: amalgamat, lut cyna-ołów.

Budowa stopów

stop substytucyjny

stop międzywęzłowy

Skład typowych stopów

Mosiądz – do 40% cynku w miedzi
Brąz – metal inny niż cynk lub nikiel w miedzi
Lut – cyna i ołów
Stal – stop żelaza z węglem (mniej niż 2%)
Stal nierdzewna – ponad 12% chromu w żelazie
Amalgamat – stop metalu z rtęcią

Stopy metali wykazują na ogół większą twardość i 

mniejszą przewodność elektryczną niż czyste 
metale.