Fizykochemiabiopolimerów- wykład 11

Anna Ptaszek

Wykład 11

Fizykochemia biopolimerów - wykład 11

Anna Ptaszek

Katedra Inżynierii i Aparatury Przemysłu Spożywczego

9 października 2019

1 / 24

Fizykochemiabiopolimerów- wykład 11

Anna Ptaszek

Układy wielofazowe

FAZA rozpraszającarozpraszana gaz ciecz ciało stałe

gaz - piana piana stałaciecz mgła/aerozol emulsja emulsja stała

ciało stałe dym zol, koloid zol stały

2 / 24

Fizykochemiabiopolimerów- wykład 11

Anna Ptaszek

Zjawiska powierzchniowe gaz (ciecz) - ciało stałe

Adsorpcja na powierzchni ciała stałego (adsorbentu):

adsorpcja fizyczna: substancja adsorbująca adsorbat wiążesię z powierzchnią fazy stałej siłami van der Waalsa,

adsorpcja chemiczna (chemisorpcja): polega na wiązaniucząsteczek adsorbatu z powierzchnią ciała stałego zapomocą wiązań atomowych lub jonowych.

Adsorpcja to samorzutny proces egzotermiczny (tak jakskraplanie pary czy krzepnięcie cieczy). Ilość ciepła wydzielanapodczas adsorpcji fizycznej jest zbliżona wartością do ciepłaskraplania, natomiast w przypadku chemisorpcji do ciepłareakcji chemicznej.

3 / 24

Fizykochemiabiopolimerów- wykład 11

Anna Ptaszek

Zjawiska powierzchniowe - etapy

1 2

3-5

67

4 / 24

Fizykochemiabiopolimerów- wykład 11

Anna Ptaszek

Zjawiska powierzchniowe gaz (ciecz) - ciało stałe

5 / 24

Fizykochemiabiopolimerów- wykład 11

Anna Ptaszek

Zjawiska powierzchniowe gaz (ciecz) - ciało stałe

Izotermy Freundlicha i BET (Brunauer, Emmet, Teller)

rys. Wikipedia6 / 24

Fizykochemiabiopolimerów- wykład 11

Anna Ptaszek

Zjawiska powierzchniowe gaz (ciecz) - ciało stałe

Izoterma Freundlicha

pi

sist enie adsorbatu

ci nienie adsorbatu

uam

ek p

ow

ierz

chni adsorb

entu

zaj

ty p

rzez a

dsorb

at

7 / 24

Fizykochemiabiopolimerów- wykład 11

Anna Ptaszek

Zjawiska powierzchniowe gaz (ciecz) - ciało stałe

ułamek powierzchni adsorbenta zajętej przez adsorbat A: θAułamek wolnej powierzchni adsorbenta: θ0

θA + θ0 = 1

ułamek powierzchni adsorbenta zajętej przez adsorbat A:

θA = KA · pA

opisuje tzw. izoterma Henry’ego.Odpowiada ona warunkom niewielkich ciśnień (stężeń)adsorbatu.

8 / 24

Fizykochemiabiopolimerów- wykład 11

Anna Ptaszek

Zjawiska powierzchniowe gaz (ciecz) - ciało stałe

szybkość adsorpcji A:

radsA = kad · pA · θ0

szybkość desorpcji A:

rdesA = kde · θA

stała sorpcji KA

KA =kadsAkdesA

=θA

pA · θ0czyli:

θA = KA · pA · θ0

9 / 24

Fizykochemiabiopolimerów- wykład 11

Anna Ptaszek

Zjawiska powierzchniowe gaz (ciecz) - ciało stałe

θA + θ0 = 1

łącząc dwa równania:

KA · pA · θ0 + θ0 = 1

θ0 · (1 + KA · pA) = 1

możemy policzyć ułamek niezajętej powierzchni adsorbentu:

θ0 =1

1 + KA · pA

10 / 24

Fizykochemiabiopolimerów- wykład 11

Anna Ptaszek

Zjawiska powierzchniowe gaz (ciecz) - ciało stałe

θA = KA · pA · θ0

θ0 =1

1 + KA · pAłącząc dwa równania możemy policzyć ułamek powierzchnizajęty przez adsorbent:

θA =KA · pA

1 + KA · pAPodobieństwo do równania Michealisa-Menten :)- zajmowanie centrum aktywnego enzymu.....

11 / 24

Fizykochemiabiopolimerów- wykład 11

Anna Ptaszek

Zjawiska powierzchniowe gaz (ciecz) - ciało stałe

Izoterma Freundlicha

uła

mek p

ow

ierz

ch

ni

zaję

ty p

rzez a

dsorb

at

pi

1

12 / 24

Fizykochemiabiopolimerów- wykład 11

Anna Ptaszek

Kataliza heterogeniczna - etapy

powierzchnia

zewn trzna

powierzchnia

wewn trzna

centrum

aktywne

13 / 24

Fizykochemiabiopolimerów- wykład 11

Anna Ptaszek

Kataliza heterogeniczna - etapy

1 2

3-5

67

14 / 24

Fizykochemiabiopolimerów- wykład 11

Anna Ptaszek

Kataliza heterogeniczna - etapy

1 2

3-5

67

1 - dyfuzja do zewnętrznej powierzchni,2 - dyfuzja wewnątrz porów katalizatora,3 - adsorpcja na powierzchni katalizatora,4 - reakcja na powierzchni (centrum aktywne katalizatora),5 - desorpcja produktów z powierzchni,6 - dyfuzja produktów reakcji z powierzchni porów,7 - dyfuzja z powierzchni zewnętrznej.

15 / 24

Fizykochemiabiopolimerów- wykład 11

Anna Ptaszek

Kataliza heterogeniczna - enzymy

powierzchnia

zewn trzna

powierzchnia

wewn trzna

centrum

aktywne

https://www.mrc-lmb.cam.ac.uk/genomes/date/1aqm.html

16 / 24

Fizykochemiabiopolimerów- wykład 11

Anna Ptaszek

Kataliza heterogeniczna - enzymy

Wikipedia: Karol Głąb pl.wiki

17 / 24

Fizykochemiabiopolimerów- wykład 11

Anna Ptaszek

Zjawiska powierzchniowe gaz (ciecz) - ciało stałe

Izoterma adsorpcji w przypadku skraplania powierzchniowego -wielowarstwowość - kondensacja

pi

Pin

kondensacjana powierzchni

uła

mek p

ow

ierz

ch

ni

zaję

ty p

rzez a

dsorb

at

18 / 24

Fizykochemiabiopolimerów- wykład 11

Anna Ptaszek

Zjawiska powierzchniowe gaz (ciecz) - ciało stałe

Izoterma adsorpcji w przypadku skraplania powierzchniowego -wielowarstwowość - kondensacja

pi

Pin

kondensacjana powierzchni

uła

mek p

ow

ierz

ch

ni

zaję

ty p

rzez a

dsorb

at

p

T

ciecz

para

T1 T2

P1n

P2n

19 / 24