1

TETEČČNO STANJENO STANJE

Docent dr Mara Aleksić

Osobine teOsobine teččnosti nosti

izmeñu izmeñu ččvrstog i gasovitog stanjavrstog i gasovitog stanja

–– Molekuli teMolekuli teččnosti nosti krekrećću se haotiu se haotiččnono

–– SSile privlaile privlaččenjaenja i odbi odbiijjaannjaja su jakesu jake

(slabije od (slabije od ččvrvrsstih supstih supstancitanci, ali mnogo ja, ali mnogo jačče nego u e nego u

gasovitim stanju)gasovitim stanju)

–– Osobine sliOsobine sliččne ne ččvrstom stanjuvrstom stanju: gustina, molarna : gustina, molarna

zapremina, stizapremina, stiššljivostljivost

–– Osobine sliOsobine sliččne gasovitom stanjune gasovitom stanju: pokretljivost, : pokretljivost,

viskoznostviskoznost, , zauzimaju oblik suda u kome se nalazezauzimaju oblik suda u kome se nalaze

–– ZajedniZajedniččki naziv za teki naziv za teččnosti i gasove nosti i gasove -- FLUIDIFLUIDI

2

Podela tePodela teččnosti prema nosti prema vrsti vrsti ččesticaestica

�� MolekulskeMolekulske(voda(voda, , alkoholialkoholi, benzen), benzen)

�� AtomskeAtomske(inertni gasovi u te(inertni gasovi u teččnom stanju)nom stanju)

�� JonskeJonske(rastopi elektrolita, te(rastopi elektrolita, teččnini metali)metali)

Sile koje deluju izmeñu Sile koje deluju izmeñu ččesticaestica

�� Van der WaalsoveVan der Waalsove,,vodonivodoniččne vezene veze

�� CoulomboveCoulombove

Voda – vodonične veze – specifično ponašanje

VodoniVodoniččne vezene veze Van der Waalsove sileVan der Waalsove sile

☻☻ Meñumolekulske sileMeñumolekulske sile (1 (1 –– 40 kJ/mol)40 kJ/mol)

☻☻ PrivlaPrivlaččenje i odbijanjeenje i odbijanje

☻☻ Znatno Znatno slabije od hemijskih vezaslabije od hemijskih veza (kovalentna 400 kJ/mol)(kovalentna 400 kJ/mol)

MeMeñumolekulske sileñumolekulske sile

Johannes Johannes DiderikDiderik van van derder WaalsWaals1837 1837 -- 19231923

Četiri tipa interakcijaEnergije veze 1-10 kJ/mol

•Dipol-dipol interakcija•H-atom kovalentno vezan za atomvelike elektronegativnosti (F, O, N)•Energija veze 10-40 kJ/mol

Prema svojoj M voda bi trebalo da semrzne na -120oC, a ključa na -80OC Da nema vodoniDa nema vodoniččnih veza, ne bi bilo ninih veza, ne bi bilo nižživota na Zemlji!ivota na Zemlji!

3

I stalni dipol I stalni dipol –– stalni dipolstalni dipol

ElektrostatiElektrostatiččko privlako privlaččenjeenjeKessomove sile privlaKessomove sile privlaččenjaenja

Porast temperature Porast temperature –– smanjenje sile privlasmanjenje sile privlaččenja izmeñu dipolaenja izmeñu dipola

privlaprivlaččenjeenje odbijanjeodbijanje

II stalni dipol II stalni dipol –– indukovani dipolindukovani dipol

U dielektriku su prisutni i polarni i nepolarni molekuli.U dielektriku su prisutni i polarni i nepolarni molekuli.Stalni dipoli indukuju dipole u nepolarnim molekulima.Stalni dipoli indukuju dipole u nepolarnim molekulima.

DebyeDebye--va energija veze va energija veze Debye sile privlaDebye sile privlaččenjaenja

Temperatura ne utiTemperatura ne utičče na ove interakcijee na ove interakcije

4

Naelektrisani balon indukujeNaelektrisani balon indukujedipole u molekulima drveta.dipole u molekulima drveta.PrivlaPrivlaččenje je tada moguenje je tada moguććee

III III

disperzione ili disperzione ili

Londonove sileLondonove sile

��U dielektriku su prisutni samo U dielektriku su prisutni samo nepolarni molekulinepolarni molekuli��Keesomove i Debyeve sile = 0Keesomove i Debyeve sile = 0

��Centri + i Centri + i –– naelektrisanja nepolarnog molekula se naelektrisanja nepolarnog molekula se

trenutno razdvojetrenutno razdvojeusled kretanja usled kretanja –– dipol.dipol.

��Trenutno nastali dipolTrenutno nastali dipol

indukuje dipolindukuje dipolna susednom atomu.na susednom atomu.

��Disperzione iliDisperzione iliLondonove sileLondonove sile

Fritz Wolfgang

London

1900 - 1954

5

IV odbojne sileIV odbojne sile

�� Meñusobno odbijanje molekula sa popunjenim Meñusobno odbijanje molekula sa popunjenim molekulskim orbitalama.molekulskim orbitalama.

�� DrDržže molekule na ravnotee molekule na ravnotežžnom rastojanju.nom rastojanju.

VODAVODA

6

OSOBINE TEOSOBINE TEČČNNOSTIOSTI

�� PRITISAK PRITISAK PAREPARE

�� VISKOZNOSTVISKOZNOST

�� POVRPOVRŠŠINSKI INSKI NAPONNAPON

PRITISAK PAREPRITISAK PARE

�� TeTeččnost isparavanost isparava para vrpara vršši pritisak i pritisak na na

povrpovrššinu teinu teččnostinosti

�� Taj pritisak zavisi od Taj pritisak zavisi od -- prirode teprirode teččnostinosti

-- temperaturetemperature

�� ObjaObjaššnjenje njenje –– kinetikinetiččka teorijaka teorija

T= const.T= const. dindinamiamiččka ravnoteka ravnotežžaa zasizasiććena paraena para

pritisak (napon) zasipritisak (napon) zasiććene pareene pare

7

PRITISAK PAREPRITISAK PARE

�� TT PPPP

�� PPPP = spolj= spoljaaššnji nji PP teteččnost ponost poččinje da kjuinje da kjuččaa

�� Normalna temperatura kljuNormalna temperatura ključčanjaanja

spoljaspoljaššnji pritisak = pnji pritisak = p0 0 (stand. prit. 101325 Pa)(stand. prit. 101325 Pa)

�� ClapeyronClapeyron--ClausiusClausius--ova jednaova jednaččinaina

⋅⋅⋅⋅−−−−∆∆∆∆

====21

12isp

2

1

TTTT

R303,2

H

PP

log

VISKOZNOSTVISKOZNOST

8

VISKOZNOST, VISKOZITETVISKOZNOST, VISKOZITET

�� Otpor proticanju fluidaOtpor proticanju fluida�� Otpor potiOtpor potičče od e od meñumolekulskih sila privlameñumolekulskih sila privlaččenjaenja�� Proticanje je slojevito Proticanje je slojevito –– laminarnolaminarno�� Izmeñu slojeva Izmeñu slojeva –– sila unutrasila unutraššnjeg trenja njeg trenja ––

NewtonNewton

�� ηηηηηηηη -- dinamidinamiččka viskoznostka viskoznost�� 1/1/ηηηηηηηη = = ϕϕϕϕϕϕϕϕ = fluidnost, fluiditet= fluidnost, fluiditet

dl

dvsF ⋅⋅η=

dl

dvsF ⋅⋅η=

9

ViskoznostViskoznost

jednokomponentnih sistemajednokomponentnih sistema

�� DinamiDinamiččkaka ηηηηηηηη

�� KinematiKinematiččkakaρη=ν

�� RelativnaRelativna

�� SpecifiSpecifiččnana

�� RedukovanaRedukovana

�� UnutraUnutraššnjanja

0r η

η=η

1r0

0sp −η=

ηη−η=η

csp

red

η=η

[ ]

η=η

→ clim sp

0c

ηηηηred

c

Viskoznost binarnih sistemaViskoznost binarnih sistema

10

Odreñivanje molarne mase polimeraOdreñivanje molarne mase polimerapomopomoćću unutrau unutraššnje viskoznostinje viskoznosti

�� KhunKhun--MarkMark--HouwinkHouwink--ova jednaova jednaččinaina

�� Za polimere M Za polimere M >> 30 000 gmol30 000 gmol--11

�� K K -- konstanta koja zavisi od prirode supstance i konstanta koja zavisi od prirode supstance i

temperaturetemperature

�� nn –– konstanta kojakonstanta koja zavisi od geometrije makromolekulazavisi od geometrije makromolekula

nMK][ ⋅⋅⋅⋅====ηηηη

REOHORREOHOR

�� Aditivna i konstitutivna veliAditivna i konstitutivna veliččinaina-- zazavisi od vrste i broja atoma ili atomskih grupa u molekuluvisi od vrste i broja atoma ili atomskih grupa u molekulu

-- zavisi od nazavisi od naččina vezivanja atomaina vezivanja atoma

pt

81

2M

Rρρρρ++++ρρρρ

ηηηη⋅⋅⋅⋅====

11

UTICAJ TEMPERATURE NA UTICAJ TEMPERATURE NA

VISKOZNOSTVISKOZNOST

Arrhenius (1912)Arrhenius (1912)

log/eA RTEa

⋅⋅⋅⋅====ηηηη

log ηηηη

1/T

log A

RT303,2E

Aloglog a++++====ηηηη A – konstanta koja zavisi od molarne mase i molarne zapremine tečnostiEa – energetska barijera koja se mora savladati da bi počeo proces proticanja

METODE ODREðIVANJAMETODE ODREðIVANJA

1.1. METODA LAMINARNOG ISTICANJA METODA LAMINARNOG ISTICANJA TETEČČNOSTI IZ KAPILARENOSTI IZ KAPILARE

2.2. METODA PADANJA KUGLEMETODA PADANJA KUGLE

12

METODA LAMINARNOG ISTICANJA METODA LAMINARNOG ISTICANJA TETEČČNOSTI IZ KAPILARENOSTI IZ KAPILARE

Jean Louis Poiseuille(1799 - 1869)

�� PoiseuillPoiseuill--ov zakonov zakon

�� Merenje brzine isticanja teMerenje brzine isticanja teččnosti kroz nosti kroz kapilaru pod dejstvom Zemljine tekapilaru pod dejstvom Zemljine težžee

Vl8Ptr4ππππ====ηηηη

Ostwald-ov viskozimetar

METODA LAMINARNOG ISTICANJA METODA LAMINARNOG ISTICANJA TETEČČNOSTI IZ KAPILARENOSTI IZ KAPILARE

tSgh

KKPtV1

l8r

21

4

⋅⋅⋅⋅ρρρρ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅====⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅

ππππ====ηηηη

Shg

SF

Pρρρρ========

tKtSgh

KK 21 ⋅⋅⋅⋅ρρρρ⋅⋅⋅⋅====ρρρρ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅====ηηηη

.

OHOH

xxOHx

22

2 t

t

ρρ⋅η=ηxxx tK ⋅⋅⋅⋅ρρρρ⋅⋅⋅⋅====ηηηη

OHOHOH 222tK ⋅⋅⋅⋅ρρρρ⋅⋅⋅⋅====ηηηη

13

METODA PADANJA KUGLEMETODA PADANJA KUGLE

�� Zasniva se na Stoksovom Zasniva se na Stoksovom

zakonuzakonu

�� Kugla pada pod dejstvom Kugla pada pod dejstvom

Zemljine teZemljine težžee

tl

r6F πηπηπηπη====

g)(r34

gVmgF t3

1 ⋅⋅⋅⋅ρρρρ−−−−ρρρρ⋅⋅⋅⋅ππππ====ρρρρ========

t)(rl6

gr34

FF t

3

1 ⋅⋅⋅⋅ρρρρ−−−−ρρρρ⋅⋅⋅⋅ππππ

ππππ====ηηηη==== t)(K t ⋅⋅⋅⋅ρρρρ−−−−ρρρρ⋅⋅⋅⋅====ηηηη

Heplerov viskozimetarHeplerov viskozimetar

Primer:Primer:

Neka je Neka je zapreminska brzina proticanja 100 cmzapreminska brzina proticanja 100 cm33ss--11. .

Uticaj promene nekih parametara na brzinu je: Uticaj promene nekih parametara na brzinu je:

�� Dvostruka duDvostruka dužžina ina ------------------------------ v=50 v=50 cmcm33ss--11

�� Dvostruka Dvostruka viskoznostviskoznost---------------------- v=50 v=50 cmcm33ss--11

�� Dvostruki pritisakDvostruki pritisak---------------------------------- v=v=200200 cmcm33ss--11

�� Dvostruki radijusDvostruki radijus-------------------------------- v=v=16001600 cmcm33ss--11

(pove(poveććanje radijusa od 19% udvostruanje radijusa od 19% udvostruččuje brzinu proticanja)uje brzinu proticanja)

l8)PP(r

vtV

Vl8t)PP(r

214

214

ηηηη−−−−ππππ========

−−−−ππππ====ηηηη

14

Primer: protok krvi u organizmuPrimer: protok krvi u organizmu

Male arterijske Male arterijske okluzijeokluzije mogu izazvati mogu izazvati

iznenañuju iznenañujućće velika oe velika o ššteteććenjaenja

TeTeččnosti se dele na:nosti se dele na:

�� NjutnovskeNjutnovske

Laminarno Laminarno

proticanjeproticanje

�� NenjutnovskeNenjutnovske

viskoznost zavisi od viskoznost zavisi od

koncentracije, velikoncentracije, veliččine, ine,

oblika, naelektrisanja, ...oblika, naelektrisanja, ...

KoloidiKoloidi

ReologijaReologija

dl

dvsF ⋅⋅η=

15

Poznavanje viskoznosti je od velikog znaPoznavanje viskoznosti je od velikog značčaja aja za farmaciju:za farmaciju:

�� Formulacije farmaceutskih preparata:Formulacije farmaceutskih preparata:

–– EmulzijeEmulzije

–– PPasteaste

–– KozmetiKozmetiččke kremeke kreme

–– LosioniLosioni

–– SupozitorijeSupozitorije

–– FFilmovi za oblaganje tabletailmovi za oblaganje tableta

–– Injekcioni hipodermijski rastvoriInjekcioni hipodermijski rastvori

16

POVRPOVRŠŠINSKI NAPONINSKI NAPON

Zbog dejstva Zbog dejstva meñumolekulskih sila meñumolekulskih sila privlaprivlaččenja, teenja, teččnost tenost težži da i da smanji svoju povrsmanji svoju površšinu na inu na najmanju meru, bilo da se najmanju meru, bilo da se granigraničči sa drugom i sa drugom teteččnonoššćću, u, ččvrstim telom ili vrstim telom ili gasom.gasom.

POVRPOVRŠŠINSKI NAPONINSKI NAPON

Rezultantna sila usmerena je ka unutraRezultantna sila usmerena je ka unutraššnjosti tenjosti teččnosti.nosti.

TeTeččnost tenost težži da zauzme najmanju mogui da zauzme najmanju mogućću povru površšinu.inu.

17

TeTeččnost tenost težži da zauzme i da zauzme najmanju mogunajmanju mogućću povru površšinu.inu.

POVRPOVRŠŠINSKI NAPONINSKI NAPON

PovrPovrššina teina teččnosti monosti možže da se uporedi sa zategnutom e da se uporedi sa zategnutom membranom po kojoj tangencijalno deluje sila membranom po kojoj tangencijalno deluje sila koja tekoja težži da smanji povri da smanji površšinu.inu.

KOEFICIJENT POVRKOEFICIJENT POVRŠŠINSKOG NAPONA INSKOG NAPONA σ:σ:sila koja deluje u svim pravcima po povrsila koja deluje u svim pravcima po površšini ini teteččnosti, pod pravim uglom na svaku liniju nosti, pod pravim uglom na svaku liniju jedinijediniččne dune dužžine ine

18

Velike povrVelike površšinske napone imaju teinske napone imaju teččnosti:nosti:

�� Sa jakim meñumolekulskim silamaSa jakim meñumolekulskim silama�� Polarne tePolarne teččnosti nosti –– dipolidipoli�� PovrPovrššinski napon opada sa porastom Tinski napon opada sa porastom T

�� σσσσσσσσ TTkljklj

0,44 Nm0,44 Nm--11

357357ooCC

0,073 Nm0,073 Nm--11

100100ooCC

0,029 Nm0,029 Nm--11

8080ooCC

σσσσσσσσTTkljklj

žživaivavodavodabenzenbenzenteteččnostnost

MEðUPOVRMEðUPOVRŠŠINSKI NAPONINSKI NAPON

�� GraniGraniččni sloj na dodiru dve teni sloj na dodiru dve teččnosti koje se nosti koje se ne mene meššaju aju ili delimiili delimiččno meno meššaju.aju.

�� Sila koja teSila koja težži da smanji dodirnu povri da smanji dodirnu površšinu.inu.�� Posledica je Posledica je kohezionihkohezionih i i adhezionihadhezionih sila u granisila u graniččnom nom

sloju.sloju.

�� Dve teDve teččnosti sa nosti sa velikimvelikim σσσσσσσσ –– veliki meñupovrveliki meñupovrššinski inski naponnapon

�� MeñupovrMeñupovrššinska energijainska energija = rad= rad koji treba ulokoji treba uložžiti da se iti da se dodirna dodirna povrpovrššina poveina povećća za 1ma za 1m22

19

PARAHORPARAHOR

�� Aditivna i konstitutivna veliAditivna i konstitutivna veliččinaina

pt

41

MPρρρρ−−−−ρρρρ

σσσσ==== tp ρρρρ<<<<<<<<ρρρρ

t

41

MPρρρρσσσσ====

METODE ODREðIVANJAMETODE ODREðIVANJA σσσσσσσσ1.1. Merenje zapremine (mase) kapi Merenje zapremine (mase) kapi

Traubeov stalagmometarTraubeov stalagmometar

2.2. Kapilarna elevacijaKapilarna elevacija

podizanje nivoa tepodizanje nivoa teččnosti u kapilarinosti u kapilari

20

Merenje zapremine (mase) kapiMerenje zapremine (mase) kapi

�� Odreñivanje broja kapi koje isteknu iz Odreñivanje broja kapi koje isteknu iz

odreñene zapremineodreñene zapremine

�� Kap se formira na donjem kraju kapilare i Kap se formira na donjem kraju kapilare i

otkida se kada njena masa (Fotkida se kada njena masa (F11) savlada ) savlada

povrpovrššinski napon (Finski napon (F22))

Traube-ovstalagmometar

gn

VmgF1

ρρρρ======== σσσσ⋅⋅⋅⋅==== kF2

σσσσ⋅⋅⋅⋅====ρρρρ==== kg

nV

FF 21 σσσσ⋅⋅⋅⋅====ρρρρ

Kn

V

xOH

OHxOHx n

n

2

2

2 ⋅⋅⋅⋅ρρρρ⋅⋅⋅⋅ρρρρ

σσσσ====σσσσ

xx

x Kn

V σσσσ⋅⋅⋅⋅====ρρρρ

Merenje zapremine (mase) kapiMerenje zapremine (mase) kapi

OHOH

OH

2

2

2 Kn

Vσσσσ⋅⋅⋅⋅====

ρρρρ

21

Kapilarna elevacija Kapilarna elevacija ––

metoda kapilarne cevimetoda kapilarne cevi

�� Merenje visine podizanja teMerenje visine podizanja teččnosti u kapilari nosti u kapilari

poznatog prepoznatog preččnika.nika.

�� TeTeččnost koja kvasi zidove suda stvara nost koja kvasi zidove suda stvara

pritisak (Ppritisak (P11) ) -- LaplasLaplas--ova jednaova jednaččina.ina.

�� Kapilarne sile podiKapilarne sile podižžu teu teččnost u kapilari nost u kapilari

nastaje hidrostatinastaje hidrostatiččki pritisak (Pki pritisak (P22))

P1

P2

r2

P1

σσσσ====

hgP2 ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅ρρρρ====

21 PP ====

hgr

2 ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅ρρρρ====σσσσ

hgr21 ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅ρρρρ⋅⋅⋅⋅====σσσσ

�� Uspostavljanje veze izmeñu povrUspostavljanje veze izmeñu površšinske inske

aktivnosti leka i njegovog biohemijskog i aktivnosti leka i njegovog biohemijskog i

farmakolofarmakološškog dejstva.kog dejstva.

�� Ispitivanje Ispitivanje ččistoistoćće preparata e preparata –– prisutne prisutne

neneččistoistoćće menjaju koeficijent povre menjaju koeficijent površšinskog inskog

napona.napona.

Poznavanje povrPoznavanje površšinskog napona je od inskog napona je od velikog znavelikog značčaja za farmaciju:aja za farmaciju:

22

Originalan stalagmometar prof. TraubeaOriginalan stalagmometar prof. Traubea

A danas...A danas...

Drop and Bubble Profile Analysis