Fizykochemiabiopolimerów- wykład 3

Anna Ptaszek

Wykład 3

Fizykochemia biopolimerów - wykład 3

Anna Ptaszek

Katedra Inżynierii i Aparatury Przemysłu Spożywczego

15 października 2019

1 / 27

Fizykochemiabiopolimerów- wykład 3

Anna Ptaszek

Układ wieloskładnikowy jednofazowy

Roztwór

to układ jednorodny wieloskładnikowy. Wyróżniamy roztworydoskonałe i rzeczywiste.

Składniki roztworu rzeczywistego tracą swoje wyjściowewłaściwości.Oznacza to, że dla takiego roztworu żaden z ekstensywnychparametrów nie może być obliczony metodami addytywnymi.

Vrozt 6= n1· v1 + n2· v2 + ...+ ni · vi

Vrozt 6= V1 + V2 + ...+ Vi

2 / 27

Fizykochemiabiopolimerów- wykład 3

Anna Ptaszek

Doskonały układ wieloskładnikowy jednofazowy

Ciśnienie całkowite doskonałej (idealnej) mieszaniny gazówmożna opisać prawem Daltona:

P id = p1 + p2 + ....+ pi

pi - ciśnienie jakie wywierałoby ni moli gazu i , gdyby ten gazzajmował całą objętość V . Ciśnienie pi nazywamy ciśnieniemcząstkowym gazu będącego składnikiem mieszaniny.

yi =piP id

nazywamy ułamkiem molowy składnika gazowegow mieszaninie.

3 / 27

Fizykochemiabiopolimerów- wykład 3

Anna Ptaszek

Doskonały układ wieloskładnikowy jednofazowy

Objętość całkowita doskonałej (idealnej) mieszaniny gazówmożna opisać prawem Amagata:

V idrozt = V1 + V2 + ....+ Vi

4 / 27

Fizykochemiabiopolimerów- wykład 3

Anna Ptaszek

Doskonały układ wieloskładnikowy jednofazowy

Ciekły roztwór doskonały charakteryzuje brak oddziaływańpomiędzy jego składnikami.Z tego powodu ciepło mieszania (entalpia mieszania podstałym ciśnieniem) jest równa zero.Oznacza to, że utworzenie takiego roztworu nie daje żadnegoefektu termicznego.Objętość roztworu doskonałego jest równa sumie objętościskładników:

V idrozt = V1 + V2 + ...+ Vi

nie obserwuje się kontrakcji ani dylatacji.

5 / 27

Fizykochemiabiopolimerów- wykład 3

Anna Ptaszek

Układ wieloskładnikowy jednofazowy

Roztwory rzeczywiste.... sprawiają “problemy”... wynikającez oddziaływań pomiędzy cząsteczkami składników.W przypadku gazowych mieszanin:

pi 6=ni ·RTV

natomiast dla ciekłych roztworów ciepło mieszania:

∆HM 6= 0

za wyjątkiem tzw. roztworów atermalnych.

6 / 27

Fizykochemiabiopolimerów- wykład 3

Anna Ptaszek

Warunek równowagi fazowej

Jakich układów dotyczy równowaga fazowa?

Równowaga fazowa dotyczy układów:

jednoskładnikowych

wieloskładnikowych

FAZA rozpraszającarozpraszana GAZ CIECZ CIAŁO STAŁEGAZ - piana piana stałaCIECZ mgła/aerozol emulsja emulsja stała

CIAŁO STAŁE dym zol, koloid zol stały

7 / 27

Fizykochemiabiopolimerów- wykład 3

Anna Ptaszek

Układy gaz-ciecz

Rozpuszczalność wybranych gazów w cieczach w 20oC wg/100g cieczy

CIECZ H2 N2 O2 CO2 H2S NH3

woda 0,017 0,015 0,028 0,88 2,68 710etanol 0,08 0,130 0,143 3benzen 0,066 0,104 0,163 0,153

8 / 27

Fizykochemiabiopolimerów- wykład 3

Anna Ptaszek

Układy gaz-ciecz

Wpływ temperatury na rozpuszczalność wybranych gazów wwodzie w g/100g cieczy

T, oC H2 CO2 H2S

0 0,0215 1,71 4,6520 0,0182 0,878 2,5840 0,0164 0,530 1,6660 0,0160 0,359 1,19

9 / 27

Fizykochemiabiopolimerów- wykład 3

Anna Ptaszek

Układy gaz-ciecz

wpływ temperatury

podczas rozpuszczania gazu w cieczy wydziela się energia nasposób ciepła, stąd też zgodnie z regułą przekory:

x2x1

=∆H

R· ( 1T2− 1

T1) (1)

x - zawartość gazu w cieczy odpowiednio w dwóch różnychtemperaturach

10 / 27

Fizykochemiabiopolimerów- wykład 3

Anna Ptaszek

Układy gaz-ciecz

Wpływ ciśnienia na rozpuszczalność CO2 w wodzie w mL CO2w 1g H2O w przeliczeniu na warunki normalne

p, bar 25oC 30oC 60oC

25 16,3 - -30 18,2 10,6 -35 20 12,1 -40 22 16 8,545 24 18 9,3

11 / 27

Fizykochemiabiopolimerów- wykład 3

Anna Ptaszek

Układy gaz-ciecz

wpływ ciśnienia - prawo Henry’ego

w stałej temperaturze ilość x gazu rozpuszczonego w danejobjętości cieczy jest proporcjonalna do jego ciśnieniacząstkowego p nad roztworem:

x = He· p (2)

He - stała Henry’ego

12 / 27

Fizykochemiabiopolimerów- wykład 3

Anna Ptaszek

Układy ciecz-ciecz

13 / 27

Fizykochemiabiopolimerów- wykład 3

Anna Ptaszek

Układy ciecz-ciecz

Wpływ temperatury na równowagę w układachdwuskładnikowych

T T

A BA B

2 fazy

pe na

rozpuszczalność

DKTR

2 fazy

pełna

rozpuszczalność

GKTR

14 / 27

Fizykochemiabiopolimerów- wykład 3

Anna Ptaszek

Układy ciecz-ciecz

Wpływ temperatury na równowagę w układachdwuskładnikowych

DKTR

T

A B

T1

T2

xF1 xF2

15 / 27

Fizykochemiabiopolimerów- wykład 3

Anna Ptaszek

Układy ciecz-ciecz

Wpływ temperatury na równowagę w układachdwuskładnikowych

DKTR

GKTR

A B

T

16 / 27

Fizykochemiabiopolimerów- wykład 3

Anna Ptaszek

Układy ciecz-ciecz

Wpływ temperatury na równowagę w układachdwuskładnikowych

układ Tdolna,o C Tgrna,

o C

nikotyna-woda 60,8 208dwuetyloamina - woda 143 -trójetyloamina - woda 18,5 -

CO2 - n-butanol - 16woda - fenol - 66

17 / 27

Fizykochemiabiopolimerów- wykład 3

Anna Ptaszek

Układy ciecz-ciecz

Wpływ ciśnienia na równowagę w układach dwuskładnikowych

18 / 27

Fizykochemiabiopolimerów- wykład 3

Anna Ptaszek

Układy ciecz-ciecz

prawo podziału Nernsta

jeżeli do układu dwóch niemieszających się cieczy dodamytrzeci składnik rozpuszczający się w tych cieczach, to ilorazstężeń tego składnika w dwóch fazach ciekłych (c1, c2) będzieokreślony zależnością:

c1c2

= k (3)

k - współczynnik podziału Nernsta, zależny od temperatury

19 / 27

Fizykochemiabiopolimerów- wykład 3

Anna Ptaszek

Układy ciecz-ciecz

układy trzech cieczy

ciecz 1 ciecz 2 ciecz 3

woda toluen metanolwoda toluen aceton

20 / 27

Fizykochemiabiopolimerów- wykład 3

Anna Ptaszek

Układy ciecz-ciecz

trójkąt Gibbsa - układ współrzędnych dla trzech składników

A B

C100%

100%100%

A B

C100%

100%100%

binoda

konoda

21 / 27

Fizykochemiabiopolimerów- wykład 3

Anna Ptaszek

Układy ciecz-ciecz

trójkąt Gibbsa - dwie niemieszające się ciecz

A B

C100%

100%100%

22 / 27

Fizykochemiabiopolimerów- wykład 3

Anna Ptaszek

Układy ciecz-ciecz

trójkąt Gibbsa - dwa niemieszające się układy dwuskładnikowe

A B

C100%

100%100%

brak punktu krytycznego23 / 27

Fizykochemiabiopolimerów- wykład 3

Anna Ptaszek

Układy ciecz-ciecz

trójkąt Gibbsa - trzy niemieszające się układy dwuskładnikowe

A B

C100%

100%100%

punkty krytyczne24 / 27

Fizykochemiabiopolimerów- wykład 3

Anna Ptaszek

Układy ciecz-ciecz

trójkąt Gibbsa - trzy fazy ciekłe

A B

C100%

100%100%

brak punktu krytycznego25 / 27

Fizykochemiabiopolimerów- wykład 3

Anna Ptaszek

Układy ciecz-ciecz

wpływ temperatury na równowagę w układzie ciecz-ciecz

A B

C100%

100%100%

25oC

brak punktu krytycznego26 / 27

Fizykochemiabiopolimerów- wykład 3

Anna Ptaszek

Układy koloidalne

roztwór koloidalny

to układ najczęściej dwufazowy. Rozmiary cząsteczek fazyrozproszonej mieszczą się w zakresie 1-200nm.

Roztwory koloidalne sprawiają wrażenie jednorodnych. Wprzypadku makrocząsteczek, czyli cząsteczek o rozmiarachdużo większych w stosunku do rozpuszczalnika, pojedynczełańcuchy mieszczą w wymaganym zakresie wymiarów. W tymprzypadku mówimy o koloidach cząsteczkowych.

27 / 27