View
217
Download
1
Category
Preview:
Citation preview
Chemiafizyczna -wykład 5
Anna Ptaszek
Wykład 5
Chemia fizyczna - wykład 5
Anna Ptaszek
Katedra Inżynierii i Aparatury Przemysłu Spożywczego
30 października 2017
1 / 27
Chemiafizyczna -wykład 5
Anna Ptaszek
Zjawiska powierzchniowe ciecz-ciecz
emulsje typu O/W oraz W/O
Emulsifiers in Food Technology (ed R. J. Whitehurst), 2007, Blackwell Publishing Ltd.
Food Emulsifiers and Their Applications, Hasenhuettl, Gerard L.; Hartel, Richard W (Eds.), 2008, Springer
2 / 27
Chemiafizyczna -wykład 5
Anna Ptaszek
Zjawiska powierzchniowe ciecz-ciało stałe
oddziaływanie cieczy z powierzchnią ciała stałego
kąt graniczny
kąt graniczny
3 / 27
Chemiafizyczna -wykład 5
Anna Ptaszek
Zjawiska powierzchniowe
oddziaływanie cieczy z powierzchnią ciała stałego
Food Emulsifiers and Their Applications, Hasenhuettl, Gerard L.; Hartel, Richard W (Eds.), 2008, Springer
4 / 27
Chemiafizyczna -wykład 5
Anna Ptaszek
Napięcie powierzchniowe i międzyfazoweciecz-ciało stałe
σ/γ
to praca L potrzebna do zwiększenia powierzchnimiędzyfazowej S w układzie dwufazowym
σ =L
S, (1)
J
m2 =N
m(2)
5 / 27
Chemiafizyczna -wykład 5
Anna Ptaszek
Napięcie powierzchniowe i międzyfazowe
Metody pomiaru
stalagmometryczna
tensjometryczna
6 / 27
Chemiafizyczna -wykład 5
Anna Ptaszek
Napięcie powierzchniowe i międzyfazowe
Metody pomiaru
stalagmometrycznatensjometryczna
6 / 27
Chemiafizyczna -wykład 5
Anna Ptaszek
Napięcie powierzchniowe i międzyfazowe
stalagmometria
opiera się na pomiarze ilości kropel badanej cieczy n wodniesieniu do ilości kropel n0 cieczy wzorcowej.
rys. Wikipedia7 / 27
Chemiafizyczna -wykład 5
Anna Ptaszek
Napięcie powierzchniowe i międzyfazowe
stalagmometria
oopiera się na pomiarze ilości kropel badanej cieczy n wodniesieniu do ilości kropel n0 cieczy wzorcowej.
σ
σ0=
n0· ρn· ρ0
(3)
σ - napięcie powierzchniowe cieczyσ0 - napięcie powierzchniowe cieczy wzorcowejρ,ρ0 - gęstości odpowiednio cieczy badanej i wzorcowej
8 / 27
Chemiafizyczna -wykład 5
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.
9 / 27
Chemiafizyczna -wykład 5
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
11 / 27
Chemiafizyczna -wykład 5
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 warunkomniewielkich ciśnień(/stężeń) adsorbatu.
12 / 27
Chemiafizyczna -wykład 5
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 · θ0
czyli:θA = KA · pA · θ0
13 / 27
Chemiafizyczna -wykład 5
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
14 / 27
Chemiafizyczna -wykład 5
Anna Ptaszek
Zjawiska powierzchniowe gaz (ciecz) - ciało stałe
Izoterma adsorpcji w przypadku skraplania powierzchniowego
pici nienie adsorbatu
uam
ek p
ow
ierz
chni adsorb
entu
zaj
ty p
rzez a
dsorb
at
Pin
15 / 27
Chemiafizyczna -wykład 5
Anna Ptaszek
Zjawiska powierzchniowe a katalizatory
Katalizator to substancja, której obecność w mieszaniniereakcyjnej powoduje nie tylko obniżenie bariery energetycznej(energii aktywacji) ale i może zmienić mechanizm reakcji napreferowany. Skutkiem zastosowania katalizatora jestzwiększenie szybkości reakcji.Aby katalizator zadziałał musi dojść do kontaktu pomiędzysubstratem (substratami) i katalizatorem.
16 / 27
Chemiafizyczna -wykład 5
Anna Ptaszek
Kataliza heterogeniczna
Belviso et al. (2015) Microporous and Mesoporous Materials, 212
17 / 27
Chemiafizyczna -wykład 5
Anna Ptaszek
Kataliza heterogeniczna - etapy
powierzchnia
zewn trzna
powierzchnia
wewn trzna
centrum
aktywne
19 / 27
Chemiafizyczna -wykład 5
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.
21 / 27
Chemiafizyczna -wykład 5
Anna Ptaszek
Kataliza heterogeniczna - równanie szybkości
Reakcja:A −→ B
ułamek powierzchni katalizatora zajętej przez substrat A: θAułamek powierzchni katalizatora zajętej przez produkt B: θBułamek wolnej powierzchni katalizatora: θ0
θA + θB + θ0 = 1
θA = KA · pA · θ0
θB = KB · pB · θ0
22 / 27
Chemiafizyczna -wykład 5
Anna Ptaszek
Kataliza heterogeniczna - równanie szybkości
θA + θB + θ0 = 1
łącząc dwa równania:
KA · pA · θ0 + KB · pB · θ0 + θ0 = 1
możemy policzyć ułamek niezajętej powierzchni katalizatora:
θ0 =1
1 + KA · pA + KB · pB
23 / 27
Chemiafizyczna -wykład 5
Anna Ptaszek
Kataliza heterogeniczna - równanie szybkości
szybkość reakcji zużywania substratu A:
rA = k · θA
rA = k · KA · pA · θ0
stosując najprostszy mechanizm reakcji I rzędowej:
rA = k · KA · pA ·1
1 + KA · pA + KB · pB
ostatecznie otrzymujemy:
rA =k · KA · pA
1 + KA · pA + KB · pB
24 / 27
Chemiafizyczna -wykład 5
Anna Ptaszek
Kataliza heterogeniczna - równanie szybkości
ogólne równanie szybkości procesu:
rA =(KIN)(SN)
(SORPC )n
KIN - człon kinetyczny,SN - siła napędowa,SORPC - człon sorpcyjny.
rA =k · KA · pA
1 + KA · pA + KB · pB
25 / 27
Chemiafizyczna -wykład 5
Anna Ptaszek
Kataliza heterogeniczna - dezaktywacja
zatruwanie,
blokowanie powierzchni,
starzenie.
26 / 27
Recommended