Upload
others
View
6
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Fizykochemiabiopolimerów- wykład 7
Anna Ptaszek
Wykład 7
Fizykochemia biopolimerów - wykład 7
Anna Ptaszek
Katedra Inżynierii i Aparatury Przemysłu Spożywczego
9 października 2019
1 / 1
Fizykochemiabiopolimerów- wykład 7
Anna Ptaszek
Układ wieloskładnikowy dwufazowy
1 atm
0
0
100
P
T
woda
wodaciek a
lód
parawodna
woda +substancjanielotna
2 / 1
Fizykochemiabiopolimerów- wykład 7
Anna Ptaszek
Układ wieloskładnikowy dwufazowy
Roztwór
to układ jednorodny wieloskładnikowy. Rozpuszczeniesubstancji nielotnej (ciała stałego) w cieczy powoduje obniżenieprężności pary nad tą cieczą. W konsekwencji następujeobniżenie temperatury krzepnięcia i podwyższenie temperaturywrzenia.
Zjawiska koligatywne
do tej grupy zaliczamy zjawiska będące konsekwencją obniżeniaprężności pary czyli:
ebulioskopię
krioskopię
ciśnienie osmotyczne
3 / 1
Fizykochemiabiopolimerów- wykład 7
Anna Ptaszek
Zjawiska koligatywne
∆TW = KE ·m
KE - to stała ebuliometryczna:
KE =R·T 20 ·M
1000·∆HW
M - masa molowa substancji rozpuszczonejT0 - temperatura wrzenia czystego rozpuszczalnika,∆HW - molowe ciepło parowaniaStała ta podaje podwyższenie temperatury wrzenia dlaroztworu 1 molowego i jest charakterystyczna dlarozpuszczalnika.
4 / 1
Fizykochemiabiopolimerów- wykład 7
Anna Ptaszek
Zjawiska koligatywne
∆TK = KK ·m
KK - to stała kriometryczna:
K = − R·T 20 ·M1000·∆HK
M - masa molowa substancji rozpuszczonejT0 - temperatura krzepnięcia czystego rozpuszczalnika,∆HK - molowe ciepło krzepnięciaStała kriometryczna podaje obniżenie temperaturykrzepnięcia dla roztworu 1 molowego i jestcharakterystyczna dla rozpuszczalnika.
5 / 1
Fizykochemiabiopolimerów- wykład 7
Anna Ptaszek
Układ wieloskładnikowy dwufazowy
Ciśnienie osmotyczne
Pojęcie to odnosi się do zjawiska osmozy, jakie zachodzipomiędzy roztworem a czystym rozpuszczalnikiem przyzałożeniu, że są one oddzielone membraną czyli przegrodąprzepuszczalną tylko dla cząsteczek rozpuszczalnika.
Dlaczego membrana?
Z powodu obecności błony dochodzi do „przeciwnego”w stosunku do klasycznej dyfuzji zachowania cząsteczek.Przepływ rozpuszczalnika zachodzi do momentu wyrównaniapotencjałów chemicznych zarówno rozpuszczalnika jaki substancji rozpuszczonej po obu stronach przegrody.Objawem zjawiska jest wzrost objętości roztworu, powodującyzmniejszenie stężenia substancji nielotnej.
6 / 1
Fizykochemiabiopolimerów- wykład 7
Anna Ptaszek
Ciśnienie osmotyczne
7 / 1
Fizykochemiabiopolimerów- wykład 7
Anna Ptaszek
Ciśnienie osmotyczne
8 / 1
Fizykochemiabiopolimerów- wykład 7
Anna Ptaszek
Ciśnienie osmotyczne
9 / 1
Fizykochemiabiopolimerów- wykład 7
Anna Ptaszek
Ciśnienie osmotyczne
Osmotyczne równanie stanu
równanie van’t Hoffa dla układów doskonałych:
π
c=
RT
Mn
Jest ono analogiczne do równania stanu gazu doskonałego(równanie Clausiusa-Clapeyrona):
p·V = nRT , p·V =m
MRT
p
c=
RT
M
10 / 1
Fizykochemiabiopolimerów- wykład 7
Anna Ptaszek
Ciśnienie osmotyczne
0.00 0.12 0.24 0.36 0.48
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
11 / 1
Fizykochemiabiopolimerów- wykład 7
Anna Ptaszek
Ciśnienie osmotyczne
Osmotyczne wirialne równanie stanu
to równanie opisujące oddziaływania pomiędzy cząsteczkamisubstancji rozpuszczonej a rozpuszczalnikiem:
π
c=
RT
Mn[1 + A2(T )c + A3(T )c2 + ...] (1)
W równaniu tym A2(T ) oraz A3(T ) oznaczą drugi i trzeciwspółczynnik wirialu, c stężenie substancji rozpuszczonejnatomiast Mn średnią osmotyczną masę cząsteczkowąsubstancji rozpuszczonej.
12 / 1
Fizykochemiabiopolimerów- wykład 7
Anna Ptaszek
Ciśnienie osmotyczne
Pierwszy współczynnik wirialu
czyli odwrotność średniej osmotycznej masy cząsteczkowej. Jejwyznaczenie wymaga ekstrapolacji do zerowej wartości stężenia
0.00 0.12 0.24 0.36 0.48
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
13 / 1
Fizykochemiabiopolimerów- wykład 7
Anna Ptaszek
Ciśnienie osmotyczne
Drugi współczynnik wirialu A2(T )
ujemna wartość wskazuje na niewielkie powinowactwopomiędzy substancją rozpuszczoną a rozpuszczalnikiem aco za tym idzie możliwość agregacji/asocjacji łańcuchówczy wręcz wytrącanie lub rekrystalizację
duże dodatnie wartości tego współczynnika wskazują napełną kompatybilność rozpuszczalnika i makrocząsteczki.
14 / 1
Fizykochemiabiopolimerów- wykład 7
Anna Ptaszek
Ciśnienie osmotyczne
Drugi współczynnik wirialu A2(T )
duże dodatnie wartości tego współczynnika wskazują na pełnąkompatybilność rozpuszczalnika i makrocząsteczki.
0.00 0.12 0.24 0.36 0.48
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
15 / 1
Fizykochemiabiopolimerów- wykład 7
Anna Ptaszek
Ciśnienie osmotyczne
Drugi współczynnik wirialu A2(T )
ujemna wartość wskazuje na niewielkie powinowactwopomiędzy substancją rozpuszczoną a rozpuszczalnikiem a co zatym idzie możliwość agregacji/asocjacji łańcuchów czy wręczwytrącanie lub rekrystalizację
0.00 0.12 0.24 0.36 0.48
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
0.60
c
16 / 1
Fizykochemiabiopolimerów- wykład 7
Anna Ptaszek
Ciśnienie osmotyczne
Osmometria membranowa
Tego typu urządzeniami można mierzyć ciśnienia do około 0,1mmH2O co praktycznie pozwala badać roztwory polimerów domasy cząsteczkowej około 2 · 106g/mol . Dolny zakrespomiarowy zależny jest tylko od porowatości membrany cut-off.
17 / 1
Fizykochemiabiopolimerów- wykład 7
Anna Ptaszek
Ciśnienie osmotyczne
Osmometria parowa
W tej metodzie mierzony jest efekt cieplny kondensacji parrozpuszczalnika na kropli czystego rozpuszczalnika i badanegoroztworu. Przyrządami tymi można dokonywać pomiarów mascząsteczkowych w zakresie około 40 - 40000 g/mol.
rozpuszczalnik roztwór
18 / 1
Fizykochemiabiopolimerów- wykład 7
Anna Ptaszek
Ciśnienie osmotyczne
Zależność liniowa
Roztwór dekstranu - przykład dobrej rozpuszczalności w wodzie
Baseline Drift
-25
Slope
1.291610
Intercept
4.14
R2
0.97509
Molecular Weight
62115 g/Mole
0.00 0.12 0.24 0.36 0.48 0.60 0.72
[C]0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00/C
Gonotec GmbH Berlin
19 / 1
Fizykochemiabiopolimerów- wykład 7
Anna Ptaszek
Ciśnienie osmotyczne
Zależność liniowa
Roztwór żelatyny ryb morskich
Baseline Drift
-84
Slope
2.337096
Intercept
3.48
R2
0.82993
Molecular Weight
73892 g/Mole
0.00 0.12 0.24 0.36 0.48 0.60 0.72
[C]0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00/C
Gonotec GmbH Berlin20 / 1
Fizykochemiabiopolimerów- wykład 7
Anna Ptaszek
Ciśnienie osmotyczne
Zależność nieliniowa
Kleik skrobi ziemniaczanej woskowej
Baseline Drift
17
Slope
117.382434
Intercept
-8.29
R2
0.89821
Molecular Weight
-31341 g/Mole
0.00 0.02 0.03 0.05 0.06 0.08 0.10
[C]-12.00
-10.00
-8.00
-6.00
-4.00
-2.00
0.00
2.00/C
Gonotec GmbH Berlin21 / 1
Fizykochemiabiopolimerów- wykład 7
Anna Ptaszek
Ciśnienie osmotyczne
Zależność liniowa
Roztwór WPC koncentratu białka serwatkowego - przykładograniczonej rozpuszczalności w wodzie
Baseline Drift
-32
Slope
-2.941084
Intercept
9.26
R2
0.99484
Molecular Weight
28054 g/Mole
0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80
[C]0.00
1.80
3.60
5.40
7.20
9.00
10.80/C
Gonotec GmbH Berlin22 / 1
Fizykochemiabiopolimerów- wykład 7
Anna Ptaszek
Ciśnienie osmotyczne
Zależność nieliniowa
Roztwór WPI izolatu białka serwatkowego
Baseline Drift
48
Slope
-4.312028
Intercept
11.38
R2
0.67898
Molecular Weight
22817 g/Mole
0.00 0.40 0.80 1.20 1.60 2.00 2.40 2.80
[C]-2.00
0.00
2.00
4.00
6.00
8.00
10.00
12.00
14.00
16.00/C
Gonotec GmbH Berlin
23 / 1
Fizykochemiabiopolimerów- wykład 7
Anna Ptaszek
Ciśnienie osmotyczne
Zależności nieliniowe
Roztwory popularnych hydrokoloidówCA - karagen, XG - guma ksantanowa, AG - guma arabska
3
5
7
9
1 2 3 4 5
π/c
, m
mH
2O
/(g
/10
0m
L)
cWPC, g/100mL
WPC
8
9
0.05 0.1 0.15 0.2
π/c
,m
mH
2O
/(g
/10
0m
L)
cXG, g/100mL
XG
4
8
12
16
20
24
0.05 0.15 0.25 0.35 0.45
π/c
, m
mH
2O
/(g
/10
0m
L)
cCA, g/100mL
CA
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7
π/c
, m
mH
2O
/(g
/10
0m
L)
cAG, g/100mL
AG
24 / 1
Fizykochemiabiopolimerów- wykład 7
Anna Ptaszek
Ciśnienie osmotyczne
0
2
4
6
8
10
12
14
0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0.050
10
20
30
40
50
0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1
XG
,π/c
, m
mH
2O
/(g
/10
0m
L)
INU
,π/c
, m
mH
2O
/(g
/10
0m
L)
cXG, g/100mL
cINU, g/100mL
XG 30oC
XG 40oC
INU 30oC
INU 40oC
model dla XGmodel dla INU
25 / 1
Fizykochemiabiopolimerów- wykład 7
Anna Ptaszek
Ciśnienie osmotyczne
10
20
30
40
50
60
7
8
9
10
11
WP
I, π
/c,
mm
H2O
π/c
, m
mH
2O
/(g
/10
0cm
3)
c ,
oC
40 oC
SPI oC
oC
model dla WPImodel dla SPI
40
30
30
0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5
/(g/100cm3)
g/100cm3
SPI,
WPI
26 / 1
Fizykochemiabiopolimerów- wykład 7
Anna Ptaszek
Ciśnienie osmotyczne
Zastosowania
pomiar aktywności wodnej
wpływ temperatury na oddziaływania - dimeryzacja -zmiana masy cząsteczkowej (laktoferyna)
proces retrogradacji - rekrystalizacja amylozy
ocena wodochłonności hydrokoloidów
27 / 1