liquids and solids - mrs. freeman's ap chemistry

14
Chapter 10 Notes.notebook 1 December 01, 2016 Nov 159:56 AM Chapter 10 Liquids and Solids Nov 151:29 PM Types of Solids Crystalline solids : Solids with highly regular arrangement of their components Amorphous solids : Solids with considerable disorder in their structures.

Upload: others

Post on 27-Mar-2022

10 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Chapter 10 Notes.notebookNov 15­1:29 PM
Types of Solids  Crystalline solids: Solids with highly regular  arrangement of their components
Amorphous solids: Solids with considerable  disorder in their structures. 
Chapter 10 Notes.notebook
Nov 15­1:54 PM
Lattice: A 3D system of points designating the positions  of the components (atoms, ions or molecules) that  make up the substance 
Unit Cell: The smallest repeating unit of the  lattice structure. 
X­Ray Diffraction: The method is to determine the  structure of a crystalline solid. Diffraction patterns of light  are measured and compared
Types of Solids 
Nov 15­2:02 PM
Molecular Solids have discrete and relatively small  molecules at the lattice points that are held together by  IMFs
­ Examples: ice, dry ice, and sugars. 
Types of Solids: Molecular solids 
Properties: low melting/boiling points, poor conductors, low  densities, typically soft. 
Chapter 10 Notes.notebook
Dec 2­8:44 AM
Ionic Solids have ions at the lattice points and held  together by strong electrostatic attractions (stronger than  traditional IMF's). ­Examples: Sodium chloride and lithium nitrate  
Types of Solids: Ionic solids 
Properties Include: High melting/boiling points, brittle (due to  cleavage), poor conductors as solids, good conductors as liquids  or in solutions, high densities. 
Dec 2­8:44 AM
Types of Solids: Network Solids  Atomic/Molecular Network Solids: atoms/compounds at  the lattice points and held together by directional covalent  bonds (stronger than IMF and electrostatic)
­Examples: graphite, diamond, and quartz (SiO2). 
Chapter 10 Notes.notebook
Nov 15­2:11 PM
Closet Packing: A metallic crystal structure where the atoms are  spherical and packed together and bonded to each other equally  in all directions
Metals are held together by nondirectional covalent  bonds where the electrons are delocalized throughout  the structure (weaker than directional covalent bonds)  
Types of Solids: Metallic Solids 
Properties: High melting/boiling points, good conductors, high  densities, malleable/ductile.
Nov 15­2:25 PM
Alloy: A substance that contains a mixture of elements  and has metallic properties Substitutional Alloy: Some of the host metal  atoms are replaced by other metal atoms of  similar size (Sterling Silver­­93% silver 7% copper,  Pewter­­85% tin 7% copper 6% bismuth and 2%  antimony) 
Interstitial Alloy: When some of the interstices  (Holes) in the closet packed metal structure are  occupied by small atoms (Steel contains carbon  atoms in the holes of an iron crystal)
Types of Solids: Metallic Solids 
Chapter 10 Notes.notebook
­ Lack of rigidity (ability to flow)   ­ (viscosity and surface tension) 
­ High Density (compared to gases)
Nov 27­7:20 AM
Vaporization (Evaporation): Molecules of a liquid  escape the liquid's surface and form a gas
Condensation: Vapor molecules reform a liquid
Equilibrium: Two opposite processes exactly balanced  with each other
Vapor pressure: The pressure of the vapor present at  equilibrium  
Liquids 
L + G Gas
Heat Curve: A plot of temperature versus time for a  process where energy is added at a constant rate 
Endothermic: Reactions require (take in) energy (heat)
Exothermic: Reactions release (give off) energy (Heat) Breaking bonds is ALWAYS Endothermic
Normal Melting Point: The temperature at which the  solid and liquid states have the same vapor pressure  under conditions where the total pressure is 1 atm  Normal Boiling Point: The temperature at which the  vapor pressure of the liquid is exactly 1 atm 
Nov 26­7:48 AM
Heat of vaporization (Enthalpy of vaporization):  The energy required to vaporize 1 mole of a liquid at  a pressure of 1 atm. 
Heat of Fusion (Enthalpy of fusion): The change in  energy that occurs at the melting point when a solid  melts 
Phase Change 
Specific Heat Capacity: The energy required to raise  the temperature of one gram of a substance by one  degree Celsius
q = (m)(C)ΔT q = energy (Joules or KJ) m = Mass (grams) C = Specific Heat Capacity ΔT = Change in temperature 
Chapter 10 Notes.notebook
Phase Change 
  CIce = 2.087 J/g  ΔHFus = 6.02 KJ/mol CWater = 4.184 J/g ΔHVap = 40.7 KJ/mol CSteam = 1.996 J/g
How many kilojoules are needed to raise the temperature  of 112g of ice at ­18.0 to steam at 109? 
Nov 28­3:58 PM
Phase Change  Phase Diagrams: A diagram that represents the  phases of a substance as a function of temperature  and pressure (This is in a CLOSED system) 
Triple Point: The point in which all states of matter  exist   Critical Point: The point where the critical pressure  meets the critical temperature. After this point there is  only a "intermediate fluid" that is neither vapor nor liquid
Chapter 10 Notes.notebook
Phase Change  Phase Diagram Fun Facts:
­A liquid boils at the temperature  with the vapor pressure of the  liquid equals the external  pressure. 
­This is why it takes longer to hard boil an egg in the  mountains than it does at the ocean. Water will boil at a  lower temperature where there is less pressure  (mountains) meaning the egg has to cook longer to  hard boil in the lower temperature. 
Nov 27­5:46 PM
Chapter 10 Notes.notebook
Properties of Solutions Solution: Homogeneous mixture where a solute is  dissolved in a solvent 
Dilute: Relatively little solute present 
Concentrated: Large amount of solute present
Nov 27­5:46 PM
Properties of Solutions Ways to Express Concentration:
Molarity: Moles divided by Liters (Mol/L which is  symbolized by M)
Mass Percent (Weight Percent): The percent by mass of  the solute in the solution
Mole Fraction: The ratio of moles of a given component to  the total number of moles
Molality: Moles of solute per kilogram of solvent  symbolized by a m 
Chapter 10 Notes.notebook
Nov 27­5:46 PM
Properties of Solutions Steps of the Formation of a Liquid Solution
1). Separating the solute into its individual components  (expanding the solute)
2). Over coming intermolecular forces in the solvent to  make room for the solute (expanding the solvent)
3). Allowing the solute and solvent to interact to form the  solution 
Steps 1 and 2 are commonly endothermic Step 3 is  commonly exothermic 
Think about the intermolecular forces!!!
Nov 27­5:46 PM
Nov 27­5:46 PM
Properties of Solutions Enthalpy of Solution (ΔHsoln): The change in energy  associated with the formation of the solution. It is the  sum of the energy changes for all three steps. 
ΔHsoln = ΔH1 + ΔH2 + ΔH3  If ΔH has a positive sign the step was endothermic  (energy absorbed) if ΔH has a negative sign the step was  exothermic (energy was released) 
Nov 27­5:46 PM
Properties of Solutions Enthalpy of Solution (ΔHsoln):
ΔHsoln = ΔH1 + ΔH2 + ΔH3  Let's look at dissolving oil in water:
Step 1: Expansion of the solute medium +ΔH Oil is a nonpolar substance that only has LDF holding it  together. These intermolecular forces are weak and  only require a small amount of energy to break apart,  however since oil is a larger compound it will take more  energy to "untangle" the molecules from each other
Step 2: Expansion of the solvent large +ΔH Water has very strong intermolecular forces  (Hydrogen bonds) that will require a lot of energy to  separate the molecules. This will result in a large  amount of energy 
Step 3: solute and solvent interaction small ­ΔH The interaction between water (polar) and oil  (nonpolar) will be negligible causing a very small  release of energy 
The medium and large positive step 1 and step 2 and the  very small negative step 3, cause the overall process to  be very large and positive. This means this solution will  unlikely not occur. (Enthalpy is not the ONLY determining  factor!!!)
Chapter 10 Notes.notebook
Properties of Solutions
Enthalpy of Hydration (ΔHhyd): Combines the  energy of step 2 and step 3 due to the fact that  hydration is the process in which water separates  from itself and surrounds the ions present in solution. 
NaCl(s)  ⇒  Na+(g) + Cl­(g)   ΔH1 = 786 kJ/mol
H2O(l) + Na+(g) + Cl­(g) ⇒ Na+(aq) + Cl­(aq)    ΔH2+3 (ΔHhyd) =   ­783 kJ/mol
ΔHsoln = 786 kJ/mol ­ 783 kJ/mol = 3 kJ/mol The overall reaction is positive, but it still occurs  quite readily. This is due to the fact that enthalpy is  not the only factor when determining whether a  process will proceed readily. Entropy (chaos) is also  taken into consideration. 
Let's look at dissolving salt in water:
Nov 27­5:46 PM
Polar solute,     Polar solvent
Nonpoar solute,    Polar solvent
Nonpolar solute,     nonpolar solvent
Large
Small
Small
Large
Large
Large
Small
Small
Nov 27­5:46 PM
Factors Affecting Solubility  Pressure effect: Pressure does not effect solids and  liquids but does significantly effect gases. 
Chapter 10 Notes.notebook