Wykład 11 Fizykochemia biopolimerów - wykład 11

(1)

Fizykochemia biopolimerów - wykład 11 Anna Ptaszek

Fizykochemia biopolimerów - wykład 11

Anna Ptaszek

Katedra Inżynierii i Aparatury Przemysłu Spożywczego

9 października 2019

(2)

Układy wielofazowe

FAZA rozpraszająca

rozpraszana gaz ciecz ciało stałe

gaz - piana piana stała

ciecz mgła/aerozol emulsja emulsja stała ciało stałe dym zol, koloid zol stały

2 / 24

(3)

Fizykochemia biopolimerów - wykład 11

Anna Ptaszek Adsorpcja na powierzchni ciała stałego (adsorbentu):

adsorpcja fizyczna: substancja adsorbująca adsorbat wiąże się z powierzchnią fazy stałej siłami van der Waalsa, adsorpcja chemiczna (chemisorpcja): polega na wiązaniu cząsteczek adsorbatu z powierzchnią ciała stałego za pomocą wiązań atomowych lub jonowych.

Adsorpcja to samorzutny proces egzotermiczny (tak jak skraplanie pary czy krzepnięcie cieczy). Ilość ciepła wydzielana podczas adsorpcji fizycznej jest zbliżona wartością do ciepła skraplania, natomiast w przypadku chemisorpcji do ciepła reakcji chemicznej.

(4)

Zjawiska powierzchniowe - etapy

1 2

3-5 7 6

4 / 24

(5)

(6)

Zjawiska powierzchniowe gaz (ciecz) - ciało stałe

Izotermy Freundlicha i BET (Brunauer, Emmet, Teller)

rys. Wikipedia

6 / 24

(7)

Izoterma Freundlicha

pi si

st enie adsorbatu ci nienie adsorbatu uamek powierzchni adsorbentu zajty przez adsorbat

(8)

Zjawiska powierzchniowe gaz (ciecz) - ciało stałe

ułamek powierzchni adsorbenta zajętej przez adsorbat A: θA

ułamek wolnej powierzchni adsorbenta: θ₀ θA+ θ0 = 1

ułamek powierzchni adsorbenta zajętej przez adsorbat A:

θ_A = K_A· p_A opisuje tzw. izoterma Henry’ego.

Odpowiada ona warunkom niewielkich ciśnień (stężeń) adsorbatu.

8 / 24

(9)

szybkość adsorpcji A:

radsA= kad· p_A· θ₀ szybkość desorpcji A:

r_desA= k_de · θ_A stała sorpcji K_A

K_A = k_adsA

k_desA = θ_A p_A· θ₀ czyli:

θ_A = K_A· p_A· θ₀

(10)

Zjawiska powierzchniowe gaz (ciecz) - ciało stałe

θA+ θ0 = 1 łącząc dwa równania:

K_A· p_A· θ₀+ θ₀ = 1 θ₀· (1 + K_A· p_A) = 1

możemy policzyć ułamek niezajętej powierzchni adsorbentu:

θ0 = 1

1 + K_A· p_A

10 / 24

(11)

Anna Ptaszek

θ_A = K_A· p_A· θ₀

θ₀ = 1

1 + KA· p_A

łącząc dwa równania możemy policzyć ułamek powierzchni zajęty przez adsorbent:

θ_A = K_A· p_A 1 + K_A· p_A

Podobieństwo do równania Michealisa-Menten :) - zajmowanie centrum aktywnego enzymu...

(12)

Zjawiska powierzchniowe gaz (ciecz) - ciało stałe

Izoterma Freundlicha

ułamek powierzchni zajęty przez adsorbat

pi

1

12 / 24

(13)

powierzchnia zewn trzna

powierzchnia wewn trzna centrum

aktywne

(14)

Kataliza heterogeniczna - etapy

1 2

3-5 7 6

14 / 24

(15)

Anna Ptaszek

1 2

3-5 7 6

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.

(16)

Kataliza heterogeniczna - enzymy

powierzchnia zewn trzna

powierzchnia wewn trzna centrum

aktywne

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

16 / 24

(17)

Wikipedia: Karol Głąb pl.wiki

(18)

Zjawiska powierzchniowe gaz (ciecz) - ciało stałe

Izoterma adsorpcji w przypadku skraplania powierzchniowego - wielowarstwowość - kondensacja

pi Pin

kondensacja na powierzchni

18 / 24

(19)

Izoterma adsorpcji w przypadku skraplania powierzchniowego - wielowarstwowość - kondensacja

pi Pin

kondensacja na powierzchni

p

T

ciecz

para

T1 T2

P1ⁿ P₂ⁿ