Materie en materiale: Intermolekulêre kragte

Transcription

1 Materie en materiale: Intermolekulêre kragte 1

2 Inhoudsopgawe 1. Tussenatoomkragte/Interatoomkragte/Intramolekulêre kragte Intermolekulêre kragte Soort kragte tussen molekules Ione teenwoordig Geen ione teenwoordig Die effek van intermolekulêre kragte Fase van de molekuul Digtheid van die molekuul Molekulêre massa Molekulêre vorm Smelt en kookpunte Viskositeit Termiese uitsetting Termiese geleiding Water (H2O) Warmkapasiteit Smelt en kookpunte Digtheid Adhesie en kohesie Oppervlakte spanning Kapillariteit

3 Kragte tussen atome 1. Tussenatoomkragte/Interatoomkragte/Intramolekulêre kragte Definisie: Dit is die elektrostatiese aantrekkingskragte tussen atome voorkom as gevolg van die deling of oordrag van elektrone. Die kragte verwys na die kragte tussen atome. Die kragte is elektrostatiese/coulombkragte en bepaal die chemise eienskappe van n stof. Na 1 Cl 1+ Tussen die katioon en anioon vorm daar sterk elektrostatiese/ coulombkragte. So vorm daar n kristalrooster. 2. Intermolekulêre kragte Kragte tussen molekules Definisie: Dit is die aantrekkingskragte tussen molekules Die kragte bepaal die fisiese eienskappe van n stof. Na 1 Cl 1+ Na 1 Cl 1+ BELANGRIK: Intramolekulêre kragte kom voor tussen atome, en is dus sterker as intermolekulêre kragte wat voorkom tussen molekules. Wanneer die Intramolekulêre kragte gebreek word sal die chemise eienskappe van die stof verander. Wanneer die intermolekulêre kragte gebreek word sal die fisiese eienskappe verander van die stof. 3

4 2.1 Soort kragte tussen molekules Intermolekulêre kragte Ione teenwoordig Geen ione teenwoordig Ione teenwoordig Ioon-dipoolkragte Ioon + polêre molekuul Dit is die aantrekingskragte wat tussen ione en dipole (polêre molekules) voorkom. Ioon Na + Die dipool posisioneer homself so sodat die teenoorgestelde pooltjie gerig is na die ioon. So ontstaan daar aantrekkingskragte. Dipool O H H δ + δ + BELANGRIK: Die Ioon-dipool krag is die rede hoekom ionise verbindings oplos in water. Wanneer n ionise stof in water geplaas word dissosieer dit. Die ione wat vorm (katione en anione) word dan omring deur die water molekules. Die water molekules dien as n isolator om die ione apart van mekaar te hou. Ioon-geinduseerde-dipoolkrag Ioon + nie-polêre molekuul Dit is die aantrekkingskragte wat tussen ione en nie-polêre molekules ontstaan. Tydelike dipool word in die nie-polêre molekuul geinduseer. Dit gebeur wanneer die elektrone van die molekuul tydelik herrangskik. Die een kant van die dipool word effens negatief. Sodra die ioon verwyder word, beweeg die elektrone weer terug na oorspronklike posisies. - δ + e e 4

5 2.1.2 Geen ione teenwoordig Van der Waalskragte Van der Waalskragte is swak aantrekkingskragte wat tussen molekules voorkom. Ioon-dipool en ioon-geinduseerde kragte is sterker as Van der Waalskragte omdat die ladings van ione baie sterker is as die van dipole of geinduseerde dipole. Daar is die Van der Waalskragte naamlik: Dipool-dipool kragte polêre molekuul + polêre molekuul Dit is die aantrekkingskragte tussen polêre molekules. Hierdie kragte veroorsaak dat die molekules rangskik in n patroon. δ + H Cl O H H δ + δ + sterker dipool aantrekkingskrgte BELANGRIK: Spesiale geval van dipool-dipoolkragte is waterstofbindings. Waterstofbindings vind plaas wanneer waterstof met n klein atoom met n baie hoë elektronnegatiwiteit bind soos stikstof of suurtsof. Die bindings kom voor tussen die effens negatiewe lading op die elektronegatiewe atoom van die molekule en die effens positiewe lading van die waterstof van die ander molekule. δ + δ + δ + δ + Waterstofbindings is die sterkste intermolekulêre kragte maar is steeds swakker as intramolekulêre kragte. Voorbeelde van waar die bindings kan voorkom Waterstof wat verbind met suurstof, stikstof en fluoor In organiese stowwe soos alkohole en karboksielsure 5

6 Dipool-geinduseerde dipoolkragte Polêre molekuul + Nie-polêre molekuul Die is die aantrekkingskragte tussen n dipool (polêre molekuul) en n nie-polêre molekuul. Tydelike dipool word in die nie-polêre molekuul geinduseer. Dit gebeur wanneer die elektrone van die molekuul tydelik herrangskik. Die een kant van die dipool word effens negatief. So ontstaan daar dan aantrekkingskragte tussen die dipool en geinduseerde dipool se teenoorgestelde ladings. δ + H Cl δ + Ar e e Tydelike dipool Nie-polêre molekuul + Nie-polêre molekuul Neutrale atoom + Neutral atoom Geinduseerde dipoolkragte (Londonkragte/Dispersiekragte) Dit is die aantrekkingskragte tussen nie-polêre molekules of neutrale atome. Hoe ontstaan daar kragte? Oombliklike dipole ontstaan. Die elktrone is konstant besig om te beweeg te hoë spoed rondom die positiewe kern. Elke nou end an ontstaan daar n oneweredige verspreiding van elektrone. Op daai oomblik is daar meer elektrone aan die een kant en daar ontstaan n oombliklike dipool. Hierdie sal slegs omringende molekules affeteer vir n baie kort tydperk. Die krag is baie swak. Tussen watse molekules sal die krag ontstaan? Edelgasse atome Diatomiese molekules Nie-polêre molekules He δ + He δ + BELANGRIK: Dispersie kragte is ALTYD teenwoordig tussen alle molekules.alle ander kragte soos waterstofbindings kragte en Van der waals kom bykomend saam en kansaleer nie dispersie kragte uit nie. 6

7 2.2 Die effek van intermolekulêre kragte Fase van de molekuul Stowwe kom voor in een van die drie fasetoestande: vastestof, vloeistof en gas. Die fase waarin die stof voorkom hang af van die intermolekulêre kragte en die kinetiese energie van die deeltjies. Faseveranderings kan plaasvind deur die temperatuur te verhoog (T E k ). Die meer kinetiese energie die deeltjies het, die makliker kan die intermolekulêre kragte gebreuk word. Vastestof (s) Vloeistof (l) Gas (g) Sterkte van intermolekulêre kragte neem af Digtheid van die molekuul Dighteid = massa volume Die digtheid van n stof word gesien as die aantal atome per eenheid of die massa oor die volume. Die drie verskillende fases lei tot verskillende digthede omdat die rangskikking van die deeltjies verskil.wanneer die deeltjies naby aan mekaar is sal die digthied hoër wees as wanneer die deeltjies verder uit mekaar is. intermolekulêre kragte digtheid Vastestof (s) Vloeistof (l) Gas (g) Digtheid neem af 7

8 2.2.3 Molekulêre massa Dispersiekragte/Londonkragte neem toe wanneer die molekulêre massa toeneem. Toename is massa van n nie-polêre molekuul o Wanneer die molekulêre massa toeneem beteken dit dat die aantal elektrone toeneem. o Groter molekules se elektrone is meer geneig om oneweredig te versprei. o Dus vorm daar groter tydelike/oombliklike dipole (sterker). o Die dispersiekragte neem toe. o Meer energie word vereis om die kragte te oorkom. Toename is massa van n polêre molekuul o Tussen polêre molekules kom daar dispersiekragte so wel as dipool-dipool kragte voor. o Wanneer die molekulêre massa toeneem beteken dit dat die aantal elektrone toeneem. o Groter molekules se elektrone is meer geneig om oneweredig te versprei. o Dus vorm daar groter tydelike/oombliklike dipole (sterker). o Die dispersiekragte neem toe. o Meer energie word vereis om die kragte te oorkom. BELANGRIK: Die enigste verskil is dat daar slegs dispersie voorkom tussen nie-polêre molekules terwyl daar dispersie en dipool-dipool kragte voorkom tussen polêre molekules. Ons gebruik die dispersiekragte om ter verduidelik hoekom kragte toeneem soos wat die molekulêre massas toeneem Molekulêre vorm kontakoppervlakte sterker dispersiekragte Lang reguit kettings is minder kompak en het groter kontakoppervlaktes. Dus is daar meer punte waarop die dispersiekragte kan inwerk. Die dispersiekragte is dus sterker as by vertakte kettings. Vertakte kettings is meer kompak en het kleiner kontakoppervlaktes. Dus is daar minder punte waarop die dispersiekragte kan inwerk. Die dispersiekragte is dus swakker as by lang reguit kettings. 8

9 2.2.5 Smelt en kookpunte Smeltpunt: Temperatuur waarby n vastestof oorgaan na n vloeistof. sterkte van intermolekulêre kragte smeltpunt Kookpunt: Temperatuur waarby die dampdruk gelyk is aan die atmosferiese druk. sterkte van intermolekulêre kragte kookpunt Hoe sterker die kragte is hoe meer energie word vereis om die kragte te breek. Wanneer n stof smelt of kook, breek die intermolekulêre kragte tussen die moelukles. Dus sal ons energie toevoeg (temperatuur verhoog) om die kragte te breek Viskositeit Definisie: Dit verwys na die hoeveelheid weerstand wat n stof teen vloei bied. Die groter die viskositeit van n stof die moeiliker vloei die stof. Die sterker die intermolekulêre kragte die groter is die viskositeit. Wanneer die temperatuur verhoog sal die intermolekulêre kragte verswak en die deeltjies se viskositeit sal verlaag. BELANGRIK: die intermolekulêre kragte is nie die enigste faktor wat die viskositeit van n stof beinvloed nie Termiese uitsetting Definisie: Dit verwys na die toename in volume van n stof wanneer die temperatuur toeneem. Toename is temperatuur veroorsaak n toename in die gemiddelde kinetiese energie van die deeltjies.die deeltjies beweeg verder en vinniger uit mekaar. Dus vergroot die volume van die stof. Die sterker die intermolekulêre kragte tussen die deeltjies, die meer energie is nodig om die kragte te breuk, die minder sal die stof uitset. Toename in temperatuur Termiese geleiding Definisie: Dit verwys na n stof se vermoë om hitte te gelei. o o Metale is goeie termiese geleiers van warmte want dit bestaan uit positiewe atoomreste en n see van gedelokaliseerde elektrone. Die elektrone is vry om te beweeg en dra die hitte energie goed oor. Kovalente molekules is swak termiese geleiers van warmte want dit bestaan nie uit elektrone wat vry is om te beweeg nie. UITSONDERINGS: Diamant is n goeie hitte geleier en koolstof is n goeie elektrisiteit geleier. 9

10 3. Water (H 2 O) 3.1 Warmkapasiteit O Definisie: Dit verwys na die hoeveelheid energie wat nodig is om H H 1kg van die stof met 1 C te verander. Water se warmkapasiteit is aansienlik hoog. Omdat water se δ + δ + warmkapasiteit so hoog is kan dit n groot hoeveelheid energie absorber terwyl dit warm word. Latente warmte is die warmte wat geabsorbeer of vrygestel word wanneer n stof van fasetoestand verander. Water het n hoë latente warmte. Dus sal energie (hitte) vrygestel word wanner water afkoel of verhit. Hierdie speel n belangrike rol in: o o Die aarde se matige klimaat Organismes wat hulle liggaamstemperatuur moet reguleer 3.2 Smelt en kookpunte Daar kom waterstofbindings (intermolekulêre kragte) voor tussen die water molekules. Baie energie word vereis om die bindings te breek. Water het dus n hoë kook en smeltpunt. 3.3 Digtheid Een eienskap van water wat onmiddelik opmerkbaar is, is dat ys altyd op water dryf. Vroeër het ons gesien dat digtheid toeneem soos wat intermolekulêre kragte toeneem. So hoekom sal ys (sterker intermolekulêre kragte) dryf op water (swakker intermolekulêre kragte)? Water wat afkoel word digter tot en met 4 C waar die stof sy maksimum digtheid bereik. Wanneer dit enigsens verder afkoel sit die water uit en word minder dig! Water wat afkoel vorm n heksogonale struktuur. Die watermolekules vorm sterk waterstofbindings met ander watermolekules. 10

11 3.4 Adhesie en kohesie Khohesie kragte Adhesie kragte Dit is die kragte wat voorkom tussen dieselfde deeltjies. Bv. Water molekules word deur mekaar aangetrek omdat die water molekules polêr is. dus as jy 'n glas water het is al die water molekules teen mekaar Dit is die kragte wat voorkom tussen verskillende deeltjies. Bv. Wanneer jy 'n bord onder die water hou en weer optel klou daar nogsteeds water druppels aan die bord vas. 3.5 Oppervlakte spanning Definisie: Dit verwys na die kohesie kragte wat die water molekules op die oppervlakte van water ondervind. Dit is die mate van weerstand wat die water bied teen n krag wat sy oppervlakte wil vergroot. Binneste molekules: Hierdie molekules ondervind aantrekkings kragte van alle kante af. Omdat die kragte van alle kante af kom ondervind die molecule redelike simmetriese aantrekkingskragte. Oppervlakte molekules: Hierdie molekules ondervind slegs sywaartste en afwaartse aantrekkingskragte. Dus ondervind dit n netto krag na die middel van die water, die netto krag neig daarna om die watermolekule so veel as moonklik in te trek. Die krag veroorsaak ook dat die molekules digter saampak en dat hulle hulself so rangskik dat daar so min as moonklik molekules op die oppervlakte is (so klein as moonklik oppervlakte). intermolekulêre kragte oppervlakte spanning intermolekulêre kragte oppervlakte spanning intermolekulêre kragte oppervlakte spanning Daar kom lugmolekules voor bo die oppervlakte molekules. Die adhesiekragte tussen die lug en oppervlakte molekules is swakker as die kohesiekragte tussen die water molekules. 11

12 3.6 Kapillariteit Definisie: Dit is die vermoë van n vloeistof om teen swaartekrag te vloei. Wanneer vind dit plaas? Kapillariteit vindplaas wanneer die adhesiekragte tussen die vloeistof en die wande van n buis sterker is as die koheisiekragte tussen die vloeistof molekules. Voorbeeld: Wanneer water in n dun glas buisie is, is die adhesiekragte sterker as die kohesiekragte.dus sal die rand van die oppervlakte na boontoe getrek word terwyl die oppervlakte spanning die oppervlakte by mekaar sal hou. Water se oppervlakte vorm sal altyd konkaaf wees in n glas buis omdat die rand na bo getrek word. adhesiekragte kapillariteit adhesiekragte kapillariteit adhesiekragte kapillariteit Adhesie Kohesie Adhesiekragte > Kohesiekragte 12