분자간 힘과 액체와 고체 Chapter 12

상(phase) 이란 계에서 이루어진 균일한 부분이며 다른 부분과 구분된다. 2 Phases 고체상 - 얼음 액체상 - 물 11.1

분자간 힘 Intermolecular forces 분자들 사이에 작용하는 힘 Intramolecular forces 분자내에서 원자들 사이에 작용하는 힘 분자간 힘과 분자내 힘의 차이 41 kJ to vaporize 1 mole of water (inter) 930 kJ to break all O-H bonds in 1 mole of water (intra) 분자간 힘을 측정하는 방법 boiling point melting point DHvap DHfus DHsub 일반적으로 분자간 힘이 분자내 힘보다 약하다 11.2

Intermolecular Forces Dipole-Dipole Forces (쌍극자-쌍극자 힘) Attractive forces between polar molecules Orientation of Polar Molecules in a Solid 11.2

Intermolecular Forces Ion-Dipole Forces (이온-쌍극자 힘) 이온과 극성분자 간의 잡아당기는 힘 이온-쌍극자 상호작용 11.2

11.2

Intermolecular Forces Dispersion Forces (분산력) 원자나 분자에서 순간적으로 유도된 쌍극자에 의한 힘 이온-유도쌍극자 상호작용 쌍극자-유도쌍극자 상호작용 11.2

Intermolecular Forces 분산력 편극도 (Polarizability) 는 원자나 분자가 쉽게 찌그러지게 만든다. 편극도는 전자가 많을 수록 커지고 전자구름이 멀리 퍼져있을 수록 커진다 분산력은 분자질량이 커질 수록 크다 11.2

What type(s) of intermolecular forces exist between each of the following molecules? HBr HBr is a polar molecule: dipole-dipole forces. There are also dispersion forces between HBr molecules. CH4 CH4 is nonpolar: dispersion forces. S O SO2 SO2 is a polar molecule: dipole-dipole forces. There are also dispersion forces between SO2 molecules. 11.2

Intermolecular Forces Hydrogen Bond (수소결합) 수소결합은 특별한 쌍극자-쌍극자 상호작용 중 하나로 N-H, O-H, or F-H 등의 결합과 전기음성도가 큰 O, N, or F 원자간의 상호작용이다 A H … B 혹은 A & B are N, O, or F 11.2

수소결합 11.2

왜 수소결합을 특별한 쌍극자-쌍극자 상호작용이라고 말할까? Decreasing molar mass Decreasing boiling point 11.2

Properties of Liquids 표면장력은 단위면적당 액체의 표면적을 늘리는데 필요한 에너지 양이다. 강한 분자간 힘 강한 표면장력 11.3

액체의 성질 Cohesion (응집력) 같은 분자들 간에 작용하는 인력 Adhesion (접착력) 다른 분자들 간에 작용하는 인력 Adhesion Cohesion 11.3

액체의 성질 점성도 (Viscosity)는 흐름에 대한 유체의 저항을 나타낸다 강한 분자간 힘 점성도가 높음 11.3

물은 매우 독특한 물질이다 최대밀도 40C 물의 밀도 얼음은 물보다 밀도가 낮다 11.3

Unit cells in 3 dimensions 결정형고체(crystalline solid)는 단단하고 긴영역의으로 되어있다. 원자, 분자 그리고 이온들이 특정한 위치에 놓여있다. An amorphous solid does not possess a well-defined arrangement and long-range molecular order. 단위세포 (unit cell)는 결정형고체의 반복단위이다 At lattice points: Atoms Molecules Ions lattice point Unit Cell Unit cells in 3 dimensions 11.4

11.4

11.4

11.4

11.4

Shared by 8 unit cells Shared by 2 unit cells 11.4

1 atom/unit cell 2 atoms/unit cell 4 atoms/unit cell (8 x 1/8 = 1) (8 x 1/8 + 1 = 2) (8 x 1/8 + 6 x 1/2 = 4) 11.4

11.4

4 atoms/unit cell in a face-centered cubic cell When silver crystallizes, it forms face-centered cubic cells. The unit cell edge length is 409 pm. Calculate the density of silver. d = m V V = a3 = (409 pm)3 = 6.83 x 10-23 cm3 4 atoms/unit cell in a face-centered cubic cell 107.9 g mole Ag x 1 mole Ag 6.022 x 1023 atoms x m = 4 Ag atoms = 7.17 x 10-22 g d = m V 7.17 x 10-22 g 6.83 x 10-23 cm3 = = 10.5 g/cm3 11.4

11.5

Extra distance = BC + CD = 2d sinq = nl (Bragg Equation) 11.5

X rays of wavelength 0.154 nm are diffracted from a crystal at an angle of 14.170. Assuming that n = 1, what is the distance (in pm) between layers in the crystal? nl = 2d sin q n = 1 q = 14.170 l = 0.154 nm = 154 pm nl 2sinq = 1 x 154 pm 2 x sin14.17 d = = 77.0 pm 11.5

결정의 형태 이온결정 Lattice point는 양이온과 음이온으로 됨 정전기적 인력으로 연결 단단하고 부서지기 쉬우며 높은 녹는점 전기전도도와 열전도도가 낮다 CsCl ZnS CaF2 11.6

결정의 형태 공유성 결정 Lattice point는 원자로 됨 공유결합으로 연결 딱딱하고 높은 녹는점 전기전도도와 열전도도가 낮다 carbon atoms diamond graphite 11.6

결정의 형태 분자결정 Lattice point는 분자로 되어있다 분자간 힘으로 서로 연결 말랑말랑하고 낮은 녹는점 전기전도도와 열전도도가 낮다 11.6

결정의 형태 금속결정 attice point는 금속원자로 되어있다 금속결합으로 연결 Soft to hard, low to high melting point 전기전도율, 열전도율이 높다 금속결정의 단면 핵 (내부전자포함) 유동가능한 전자의 바다 11.6

결정의 형태 11.6

비결정고체 (amorphous solid) 은 규칙적으로 배열되어 있는 않다. 유리는 광학적으로 투명한 녹아있는 무기물질로 결정화 되어 있지 않다. 석영결정 (SiO2) 석영유리 (비결정) 11.7

Chemistry In Action: 고온 초전도체

Greatest Order Least T2 > T1 Evaporation Condensation 11.8

평형증기압 응축과 증발이 동적 평형을 이루고 있을 때의 증기압력을 말한다. H2O (l) H2O (g) 응축속도 증발속도 = 동적평형 11.8

증발이 일어나기 전 평형 11.8

Clausius-Clapeyron Equation Molar heat of vaporization (DHvap) is the energy required to vaporize 1 mole of a liquid. ln P = - DHvap RT + C Clausius-Clapeyron Equation P = (equilibrium) vapor pressure T = temperature (K) R = gas constant (8.314 J/K•mol) 11.8

The boiling point is the temperature at which the (equilibrium) vapor pressure of a liquid is equal to the external pressure. The normal boiling point is the temperature at which a liquid boils when the external pressure is 1 atm. 11.8

The critical temperature (Tc) is the temperature above which the gas cannot be made to liquefy, no matter how great the applied pressure. The critical pressure (Pc) is the minimum pressure that must be applied to bring about liquefaction at the critical temperature. 11.8

H2O (s) H2O (l) 고체의 녹는점 (melting point) 과 액체의 어는점 (freezing point)은 고체와 액체가 평형을 이루어 공존하는 점이다. Melting Freezing 11.8

몰녹음열 (DHfus) 1몰의 고체가 녹을때 필요한 에너지 11.8

11.8

H2O (s) H2O (g) Molar heat of sublimation (DHsub) is the energy required to sublime 1 mole of a solid. Sublimation Deposition DHsub = DHfus + DHvap ( Hess’s Law) 11.8

phase diagram (상평형 그림) 물의 상평형그림 11.9

11.9

11.9

Chemistry In Action: Liquid Crystals