Wykład 13. Anna Ptaszek. 4 stycznia Katedra Inżynierii i Aparatury Przemysłu Spożywczego. Fizykochemia biopolimerów - wykład 13.

Transkrypt

1 Wykład 13 Katedra Inżynierii i Aparatury Przemysłu Spożywczego 4 stycznia / 29

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 / 29

3 Powierzchnia międzyfazowa 3 / 29

4 Powierzchnia międzyfazowa 4 / 29

5 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 5 / 29

6 Zjawiska powierzchniowe ciecz-ciecz emulsje typu O/W oraz W/O PA kwas fosfatydowy jajo soja 6 / 29

7 Zjawiska powierzchniowe ciecz-ciało stałe oddziaływanie cieczy z powierzchnią ciała stałego kąt graniczny kąt graniczny 7 / 29

8 Zjawiska powierzchniowe ciecz-ciało stałe oddziaływanie cieczy z powierzchnią ciała stałego 8 / 29

9 Zjawiska powierzchniowe ciecz-ciało stałe oddziaływanie cieczy z powierzchnią ciała stałego 9 / 29

10 Zjawiska powierzchniowe ciecz-ciało stałe oddziaływanie cieczy z powierzchnią sproszkowanego ciała stałego - kakao 10 / 29

11 Zjawiska powierzchniowe oddziaływanie cieczy z powierzchnią ciała stałego Food Emulsifiers and Their Applications, Hasenhuettl, Gerard L.; Hartel, Richard W (Eds.), 2008, Springer 11 / 29

12 Napięcie powierzchniowe i międzyfazowe σ/γ to praca L potrzebna do zwiększenia powierzchni międzyfazowej S w układzie dwufazowym σ = L S, (1) J m 2 = N m (2) 12 / 29

13 Napięcie powierzchniowe i międzyfazowe 13 / 29

14 Napięcie powierzchniowe i międzyfazowe Metody pomiaru stalagmometryczna 14 / 29

15 Napięcie powierzchniowe i międzyfazowe Metody pomiaru stalagmometryczna tensjometryczna 14 / 29

16 Napięcie powierzchniowe i międzyfazowe stalagmometria opiera się na pomiarze ilości kropel badanej cieczy n w odniesieniu do ilości kropel n 0 cieczy wzorcowej. rys. Wikipedia 15 / 29

17 Napięcie powierzchniowe i międzyfazowe stalagmometria opiera się na pomiarze ilości kropel badanej cieczy n w odniesieniu do ilości kropel n 0 cieczy wzorcowej. σ = n 0 ρ (3) σ 0 n ρ 0 σ - napięcie powierzchniowe cieczy σ 0 - napięcie powierzchniowe cieczy wzorcowej ρ,ρ 0 - gęstości odpowiednio cieczy badanej i wzorcowej 16 / 29

18 Napięcie powierzchniowe i międzyfazowe tensjometria opiera się na pomiarze pozornego wzrostu masy sensora. rys. Sinterface 17 / 29

19 Zjawiska powierzchniowe gaz (ciecz) - ciało stałe 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. 18 / 29

20 Zjawiska powierzchniowe - etapy / 29

21 Zjawiska powierzchniowe gaz (ciecz) - ciało stałe 20 / 29

22 Zjawiska powierzchniowe gaz (ciecz) - ciało stałe Izotermy Freundlicha i BET (Brunauer, Emmet, Teller) rys. Wikipedia 21 / 29

23 Zjawiska powierzchniowe gaz (ciecz) - ciało stałe Izoterma Freundlicha u amek powierzchni adsorbentu zaj ty przez adsorbat st enie adsorbatu ci nienie adsorbatu si pi 22 / 29

24 Zjawiska powierzchniowe gaz (ciecz) - ciało stałe ułamek powierzchni adsorbenta zajętej przez adsorbat A: θ A ułamek wolnej powierzchni adsorbenta: θ 0 θ A + θ 0 = 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. 23 / 29

25 Zjawiska powierzchniowe gaz (ciecz) - ciało stałe szybkość adsorpcji A: r adsa = k ad p A θ 0 szybkość desorpcji A: r desa = k de θ A stała sorpcji K A czyli: K A = k adsa k desa = θ A p A θ 0 θ A = K A p A θ 0 24 / 29

26 Zjawiska powierzchniowe gaz (ciecz) - ciało stałe łącząc dwa równania: θ A + θ 0 = 1 K A p A θ 0 + θ 0 = 1 θ 0 (1 + K A p A ) = 1 możemy policzyć ułamek niezajętej powierzchni adsorbentu: θ 0 = K A p A 25 / 29

27 Zjawiska powierzchniowe gaz (ciecz) - ciało stałe θ A = K A p A θ 0 1 θ 0 = 1 + K A 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 / 29

28 Zjawiska powierzchniowe gaz (ciecz) - ciało stałe Izoterma Freundlicha ułamek powierzchni zajęty przez adsorbat 1 pi 27 / 29

29 Zjawiska powierzchniowe gaz (ciecz) - ciało stałe Izoterma adsorpcji w przypadku skraplania powierzchniowego - wielowarstwowość - kondensacja ułamek powierzchni zajęty przez adsorbat kondensacja na powierzchni Pi n pi 28 / 29

30 Zjawiska powierzchniowe gaz (ciecz) - ciało stałe Izoterma adsorpcji w przypadku skraplania powierzchniowego - wielowarstwowość - kondensacja p ułamek powierzchni zajęty przez adsorbat kondensacja na powierzchni P 2 n ciecz Pi n pi P 1 n para T1 T2 T 29 / 29