ของเหลว (Liquids)

ภาคว�ชาเคมี� คณะว�ทยาศาสตร์�มีหาว�ทยาล�ยเช�ยงใหมี�

เนื้��อหา• การ์จั�ดเร์�ยงอนื้"ภาคและสมีบั�ต�บัางปร์ะการ์ของ

ของเหลวเท�ยบัก�บัแก&สและของแข'ง• แร์งย(ดเหนื้�)ยวร์ะหว�างอนื้"ภาค/โมีเลก"ล• ความีด�นื้ไอและจั"ดเด�อดของของเหลว• สมีบั�ต�ของของเหลว

แร์งต(งผิ�ว (surface tension) แคป-ลลาร์�แอคช�นื้ (capillary action) ความีหนื้�ด (viscosity)

• โคร์งสร์.างและสมีบั�ต�ของนื้/�า (Structure and Properties of Water)

1. การ์จั�ดเร์�ยงอนื้"ภาคของสาร์

แก&ส: เคล�)อนื้ท�)ตลอดเวลา มี�แร์งกร์ะท/าต�อก�นื้นื้.อยของเหลว: เคล�)อนื้ท�)ได. ไหลได. มี�แร์งกร์ะท/าต�อก�นื้มีาก

ของแข'ง: เคล�)อนื้ท�)ไมี�ได. มี�แร์งกร์ะท/าต�อก�นื้มีากกว�า ของเหลว

ความีไมี�เป0นื้ร์ะเบั�ยบั (entropy)

สถานื้ะปร์�มีาตร์/

ร์2ปร์�างความีหนื้า

แนื้�นื้ความีสามีาร์ถ

ในื้การ์เคล�)อนื้ท�)ความีสามีาร์ถในื้การ์ถ2ก บั�บัอ�ด

แก&ส

ของเหลว

ของแข'ง

ปร์�มีาตร์/ร์2ปร์�างตามีภาชนื้ะ ท�)

บัร์ร์จั"

ปร์�มีาตร์/ร์2ปร์�างแนื้�นื้อนื้แต�ตามีภาชนื้ะท�)บัร์ร์จั"

มี�ปร์�มีาตร์/ร์2ปร์�างท�)แนื้�นื้อนื้

ต/)า

ปานื้กลาง

ส2ง

อ�สร์ะส2ง

เคล�)อนื้ไปมีาได.

ส�)นื้สะเท�อนื้อย2�ก�บัท�)

ถ2กบั�บัอ�ดได.มีาก

ถ2กบั�บัอ�ดได.นื้.อย

ไมี�สามีาร์ถถ2กบั�บัอ�ด

2 . แร์งย(ดเหนื้�)ยวร์ะหว�างโมีเลก"ล(Intermolecular Forces)

A – B ∙∙∙∙∙∙∙∙∙ A – B

แร์งย(ดเหนื้�)ยวภายในื้โมีเลก"ล (Intramolecular forces)

แร์งย(ดเหนื้�)ยวร์ะหว�างโมีเลก"ล (Intermolecular forces)

•- Dipole-dipole

•- Dipole-induced dipole•- Dispersion

van der Waals forces

•- Ion-dipole

•- Hydrogen-bond

(a) Interaction of two polar molecules.

Dipole-Dipole Interactions

(b) Interaction of many dipoles in a liquid.

(c) Interaction of many dipoles in a solid.

ต�วอย�างโมีเลก"ลมี�ข��ว (polar molecules)

HCl, HBr, HI, H2S, H2O, CH3COOH, C6H12O6

Ion-Dipole Interactionsเช่�น การละลายของ NaCl(s) ในน��า

+ - +

Na+ H2O

- + -

Cl- H2O

Dispersion Forcesแร์งร์ะหว�างโมีเลก"ลไมี�มี�ข��ว

Nonpolar molecule

Instantaneous dipole

Induced dipole

Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 13 Slide 9 of 35

Van der Waals Forces

• Instantaneous dipoles (permanent dipoles)– Electrons move in an orbital to cause a

polarization.• Induced dipoles.

– Electrons move in response to an outside force.

• Dispersion or London forces.– Instaneous dipole – induced dipole attraction.– Related to polarizability.

Dispersion forces (London forces) มี�อย��ในอน�ภาคทุ�กช่น�ดเก�ดจาก• instantaneous dipole-induced dipole

• ion-induced dipole

• dipole-induced dipole

• โดยท�)วไป สาร์ท�)มี� molar mass มีากกว�าจัะมี� dispersion forces มีากกว�า ท/าให.มี�จั"ดหลอมีเหลว (TM) ส2งกว�า

polarizability

(ความีสามีารถในการกระจาย e- )

• molar mass ใกล.เค�ยงก�นื้

dispersion forces << dipole-dipole forces

• molar mass ต�างก�นื้มีาก

dispersion forces >> dipole-dipole forces

สาร์ TM (oC)

สาร์ TM (oC)

CH4

C2H6

CF4

-182.

5-

183.3-

150.0

CCl4CBr4

CI4

-23.090.0171.

0

จั"ดหลอมีเหลวของโมีเลก"ลไมี�มี�ข��ว (nonpolar molecules)

ต�วอย�าง จงบอกช่น�ดของ intermolecular forces

ของสารต่�อไปน��

HBr ก�บั H2S

Cl2 ก�บั CBr4

I2 ก�บั NO3-

NH3 ก�บั C6H6

dipole-dipole forces, dispersion forces

dispersion forces

ion-induced dipole forces, dispersion forces

dipole-induced dipole forces, dispersion forces

Hydrogen Bonding

Hydrogen bonding among water molecules.

แรง dipole-dipole ระหว�าง H ในพั'นธะ O-H ก'บ N-H ก'บธาต่�ทุ�)มี�ค�า electronegativity ส�ง เช่�น O, N, F

Hydrogen Bonding in HF and NH3

N

N

N ● ● ●

● ●

●

H H

H

H

H

HH

HH

● ● ●

โมีเลก�ลทุ�)เก�ด H-Bonds ก'บโมีเลก�ลน��า

CH3OH CH3CH2OH CH3COCH3 HCOOH

CH3COOH CH3NH2 etc.

CH3CH2OH CH2OHCH2OH CH2OHCHOHCH2OH

3. ความีด�นื้ไอและจั"ดเด�อดของของเหลว

ความีด�นื้ไอ (Vapour Pressure)

• เป+นความีด'นของไอสารทุ�)อย��เหน,อของเหลวในสภาวะสมีด�ลไดนามี�ก (Rate of evaporation = Rate of condensation) • อน�ภาคของเหลวมี�แรงย-ดเหน�)ยวมีาก การกลายเป+นไอเก�ดยาก

>>> ความีด'นไอต่�)า

จั"ดเด�อด (Boiling point, Tb)

เมี,)อเพั�)มีอ�ณหภ�มี�แก�ของเหลว การกลายเป+นไอจะเก�ดมีากข-�น จนถ-งอ�ณหภ�มี�หน-)งทุ�)ทุ�าให/ความีด'นของไอของเหลวในสภาวะสมีด�ล มี�ค�า

เทุ�าก'บ ความีด'นบรรยากาศ >>> Tb

ของเหลวทุ�)มี�แรงย-ดเหน�)ยวระหว�างอน�ภาคส�งการกลายเป+นไอเก�ดยาก ความีด'นไอต่�)า และ จ�ดเด,อดส�ง

4. สมีบั�ต�บัางปร์ะการ์ของของเหลว Some Properties of Liquids

• Surface Tension พัล'งงานหร,องานทุ�)ใช่/ในการเพั�)มีพั,�นทุ�)ผิ�วของ

ของเหลว• Capillary action

- Cohesive Forces แรงย-ดเหน�)ยวระหว�างโมีเลก�ล ช่น�ดเด�ยวก'น

- Adhesive Forces แรงย-ดเหน�)ยวระหว�างโมีเลก�ล ต่�างช่น�ดก'น• Viscosity (ความีหนื้�ด )

แรงต่/านทุานการไหล

แรงต่-งผิ�ว Surface Tension

โมีเลก�ลภายในของเหลวมี�แรงด-งด�ดระหว�างก'นในทุ�ก

ทุ�ศทุางโมีเลก�ลทุ�)ผิ�วของเหลวมี�

แรงด-งด�ดระหว�างโมีเลก�ลด/านข/างและด/านล�างจ-งเก�ดแรงต่/านเพั,)อร'กษาผิ�วไว/ ซึ่-)ง

มี�ค�าเทุ�าก'บ surface tension

Intermolecular forces

Surface tension

การไหลข-�นของน��าในหลอด capillary

adhesion > cohesion

การลดลงของปรอทุในหลอด capillary

cohesion > adhesion

Capillary action

ความีหนื้�ด (viscousity)

เป+นสมีบ'ต่�เฉพัาะของของเหลวในการต่/านการไหลหร,อการต่/านการเคล,)อนทุ�)ของว'ต่ถ� ของเหลวใดมี�แรงย-ดเหน�)ยวระหว�างโมีเลก�ลส�ง ก5จะมี�ความีหน,ดส�งด/วย

Intermolecular forces มีาก

ความีหน,ดส�ง

Viscosity of some common liquids at 20 oC

Liquid Viscosity(N s/m2)

Acetone (C3H6O)

Benzene (C6H6)

Carbon tetrachloride (CCl4)

Ethanol (C2H5OH)

Diethyl ether (C2H5OC2H5)

Glycerol (C3H8O3)

Mercury (Hg)

Water (H2O)

Blood

3.16 x 10-4

6.25 x 10-4

9.69 x 10-4

1.20 x 10-3

2.33 x 10-4

1.49

1.55 x 10-3

1.01 x 10-3

4 x 10-3

โคร์งสร์.างและสมีบั�ต�บัางปร์ะการ์ของนื้/�า (Structure and Some Properties of

Water)

ผิลของ Hydrogen bond ต่�อสถานะของน��า

Hydrogen Bonding in Ice

Density of Liquid Water

100. g/mL ทุ�) 4 OC0.92 g/mL ทุ�) 0 OC

ปร์ะเมี�นื้การ์สอนื้ของคณาจัาร์ย�โดยนื้�กศ(กษา