Wykład 7. Anna Ptaszek. 13 września Katedra Inżynierii i Aparatury Przemysłu Spożywczego. Fizykochemia biopolimerów - wykład 7.

Podobne dokumenty
Wykład 2. Anna Ptaszek. 7 października Katedra Inżynierii i Aparatury Przemysłu Spożywczego. Chemia fizyczna - wykład 2. Anna Ptaszek 1 / 1

Wykład 7. Podstawy termodynamiki i kinetyki procesowej - wykład 7. Anna Ptaszek. 21 maja Katedra Inżynierii i Aparatury Przemysłu Spożywczego

Ćwiczenie 2: Właściwości osmotyczne koloidalnych roztworów biopolimerów.

Wykład 1-4. Anna Ptaszek. 6 września Katedra Inżynierii i Aparatury Przemysłu Spożywczego. Fizykochemia biopolimerów - wykład 1-4.

Wykład 1. Anna Ptaszek. 5 października Katedra Inżynierii i Aparatury Przemysłu Spożywczego. Chemia fizyczna - wykład 1. Anna Ptaszek 1 / 36

Wykład 3. Fizykochemia biopolimerów- wykład 3. Anna Ptaszek. 30 października Katedra Inżynierii i Aparatury Przemysłu Spożywczego

Właściwości koligatywne

WYKŁAD 7. Diagramy fazowe Dwuskładnikowe układy doskonałe

dr hab. inż. Józef Haponiuk Katedra Technologii Polimerów Wydział Chemiczny PG

Spis treści. Ciśnienie osmotyczne. Mechanizm powstawania ciśnienia osmotycznego

Wykład 2. Termodynamika i kinetyka procesowa- wykład. Anna Ptaszek. 13 marca Katedra Inżynierii i Aparatury Przemysłu Spożywczego

Wykład 4. Fizykochemia biopolimerów- wykład 4. Anna Ptaszek. 5 listopada Katedra Inżynierii i Aparatury Przemysłu Spożywczego

Wykład 3. Termodynamika i kinetyka procesowa - wykład 2. Anna Ptaszek. 24 kwietnia Katedra Inżynierii i Aparatury Przemysłu Spożywczego

Wykład 12. Anna Ptaszek. 16 września Katedra Inżynierii i Aparatury Przemysłu Spożywczego. Fizykochemia biopolimerów - wykład 12.

Wykład 6. Anna Ptaszek. 8 września Katedra Inżynierii i Aparatury Przemysłu Spożywczego. Fizykochemia biopolimerów - wykład 6.

Seminarium 4 Obliczenia z wykorzystaniem przekształcania wzorów fizykochemicznych

prof. dr hab. Małgorzata Jóźwiak

chemia wykład 3 Przemiany fazowe

Czy równowaga jest procesem korzystnym? dr hab. prof. nadzw. Małgorzata Jóźwiak

Roztwory rzeczywiste (1)

Roztwory. Homogeniczne jednorodne (jedno-fazowe) mieszaniny dwóch lub więcej składników.

Wykład 5. przemysłu spożywczego- wykład 5

Osmometria. Ćwiczenie laboratoryjne nr 2

ZAMRAŻANIE PODSTAWY CZ.1

Wykład 6. Klasyfikacja przemian fazowych

WYKAZ NAJWAŻNIEJSZYCH SYMBOLI

Cechy koligatywności Obniżenie prężności pary nad roztworem Ciśnienie osmotyczne, osmoza

Fazy i ich przemiany

Woda w organizmie człowieka. Właściwości koligatywne roztworów. Zakład Chemii Medycznej Pomorskiego Uniwersytetu Medycznego

Równowagi fazowe. Zakład Chemii Medycznej Pomorski Uniwersytet Medyczny

Podstawowe pojęcia Masa atomowa (cząsteczkowa) - to stosunek masy atomu danego pierwiastka chemicznego (cząsteczki związku chemicznego) do masy 1/12

Roztwory rzeczywiste (1)

GAZ DOSKONAŁY. Brak oddziaływań między cząsteczkami z wyjątkiem zderzeń idealnie sprężystych.

Kalorymetria. 1. I zasada termodynamiki, Prawo Hessa, Prawo Kirchhoffa (graficzna interpretacja), ciepło właściwe, termodynamiczne funkcje stanu.

Fazy i ich przemiany

Wykład 4. Przypomnienie z poprzedniego wykładu

Fazy i ich przemiany

K02 Instrukcja wykonania ćwiczenia

POLITECHNIKA POZNAŃSKA ZAKŁAD CHEMII FIZYCZNEJ ĆWICZENIA PRACOWNI CHEMII FIZYCZNEJ

Laboratorium z chemii fizycznej. Zakres zagadnień na kolokwia

Przemiany energii w zjawiskach cieplnych. 1/18

Podstawowe definicje

1. Stechiometria 1.1. Obliczenia składu substancji na podstawie wzoru

Instytut Fizyki Doświadczalnej Wydział Matematyki, Fizyki i Informatyki UNIWERSYTET GDAŃSKI

Badanie zależności temperatury wrzenia wody od ciśnienia

Podstawowe prawa opisujące właściwości gazów zostały wyprowadzone dla gazu modelowego, nazywanego gazem doskonałym (idealnym).

Wykład 8. Równowaga fazowa Roztwory rzeczywiste

Warunki izochoryczno-izotermiczne

POLITECHNIKA GDAŃSKA

Równowagi w roztworach wodnych

Podstawy termodynamiki

WYZNACZANIE ŚREDNIEJ MASY MOLOWEJ POLIMERU METODĄ WISKOZYMETRYCZNĄ

A4.06 Instrukcja wykonania ćwiczenia

1. Od czego i w jaki sposób zależy szybkość reakcji chemicznej?

OZNACZANIE MASY MOLOWEJ SUBSTANCJI NIELOTNYCH METODĄ KRIOMETRYCZNĄ

11) Stan energetyczny elektronu w atomie kwantowanym jest zespołem : a dwóch liczb kwantowych b + czterech liczb kwantowych c nie jest kwantowany

Termodynamika techniczna i chemiczna, 2015/16, zadania do kol. 1, zadanie nr 1 1

WYZNACZANIE ROZMIARÓW

Ćwiczenie 2 WYZNACZANIE MASY MOLOWEJ I WSPÓŁCZYNNIKA IZOTONICZNEGO VAN T HOFFA METODĄ POMIARU CIŚNIENIA OSMOTYCZNEGO

PODSTAWY CHEMII INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA. Wykład 2

Analiza strukturalna materiałów Ćwiczenie 13

Temperatura jest wspólną własnością dwóch ciał, które pozostają ze sobą w równowadze termicznej.

DRUGA ZASADA TERMODYNAMIKI

Projekt Inżynier mechanik zawód z przyszłością współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

DRUGA ZASADA TERMODYNAMIKI

Termodynamika fazy powierzchniowej Zjawisko sorpcji Adsorpcja fizyczna: izoterma Langmuira oraz BET Zjawiska przylegania

CHEMIA FIZYCZNA ZTiM

Seria 2, ćwiczenia do wykładu Od eksperymentu do poznania materii

Podstawowe definicje

Termodynamika Termodynamika

Ćwiczenie 17. Waldemar Nowicki, Grażyna Nowicka WYZNACZANIE MASY MOLOWEJ METODĄ KRIOSKOPOWĄ

ĆWICZENIA LABORATORYJNE Z CHEMII FIZYCZNEJ

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego

ROZTWORY. Podział rozpuszczalników 1) nieorganiczne 2) organiczne ze względu na względną stałą dielektryczną (ε) 1) polarne 2) niepolarne 4,72 CN

Chemia fizyczna. Równowagi fazowe. Zakład Chemii Medycznej Pomorski Uniwersytet Medyczny

K05 Instrukcja wykonania ćwiczenia

WYBRANE ZAGADNIENIA Z TERMODYNAMIKI TECHNICZNEJ

Wykład 6: Przekazywanie energii elementy termodynamiki

KRYTERIA OCEN Z FIZYKI DLA KLASY I GIMNAZJUM

ODWRÓCONA OSMOZA. Separacja laktozy z permeatu mikrofiltracyjnego serwatki

Wykład 6: Przekazywanie energii elementy termodynamiki

Stany równowagi i zjawiska transportu w układach termodynamicznych

Obliczenia chemiczne. Zakład Chemii Medycznej Pomorski Uniwersytet Medyczny

Ćwiczenie 2. Charakteryzacja niskotemperaturowego czujnika tlenu. (na prawach rękopisu)

Chemia fizyczna/ termodynamika, 2015/16, zadania do kol. 1, zadanie nr 1 1

Układ Otoczenie Faza układu Składnik układu Układ dyspersyjny

Prężność pary nad roztworem

Katedra Chemii Fizycznej Uniwersytetu Łódzkiego

Kierunek i poziom studiów: chemia poziom pierwszy Sylabus modułu: Podstawy Chemii B 0310-CH-S1-010

Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć

Prowadzący. telefon PK: Pokój 210A (Katedra Biotechnologii i Chemii Fizycznej C-5)

3. Przejścia fazowe pomiędzy trzema stanami skupienia materii:

Termodynamika. Energia wewnętrzna ciał

Ćwiczenie 2: Wyznaczanie gęstości i lepkości płynów nieniutonowskich

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

WYKŁAD 2 TERMODYNAMIKA. Termodynamika opiera się na czterech obserwacjach fenomenologicznych zwanych zasadami

Prędkości cieczy w rurce są odwrotnie proporcjonalne do powierzchni przekrojów rurki.

Wzrost fazy krystalicznej

Wykład 5. Anna Ptaszek. 9 października Katedra Inżynierii i Aparatury Przemysłu Spożywczego. Chemia fizyczna - wykład 5. Anna Ptaszek 1 / 20

Równowagi w roztworach wodnych

Transkrypt:

Wykład 7 Katedra Inżynierii i Aparatury Przemysłu Spożywczego 13 września 2016 1 / 27

Układ wieloskładnikowy dwufazowy P woda 1 atm lód woda ciek a woda + substancja nielotna para wodna 0 0 100 T 2 / 27

Układ wieloskładnikowy dwufazowy Roztwór to układ jednorodny wieloskładnikowy. Rozpuszczenie substancji nielotnej (ciała stałego) w cieczy powoduje obniżenie prężności pary nad tą cieczą. W konsekwencji następuje obniżenie temperatury krzepnięcia i podwyższenie temperatury wrzenia. Zjawiska koligatywne do tej grupy zaliczamy zjawiska będące konsekwencją obniżenia prężności pary czyli: ebulioskopię krioskopię ciśnienie osmotyczne 3 / 27

Zjawiska koligatywne T W = K E m K E - to stała ebuliometryczna: K E = R T 0 2 M 1000 H W M - masa molowa substancji rozpuszczonej T 0 - temperatura wrzenia czystego rozpuszczalnika, H W - molowe ciepło parowania Stała ta podaje podwyższenie temperatury wrzenia dla roztworu 1 molowego i jest charakterystyczna dla rozpuszczalnika. 4 / 27

Zjawiska koligatywne K K - to stała kriometryczna: T K = K K m K = R T 2 0 M 1000 H K M - masa molowa substancji rozpuszczonej T 0 - temperatura krzepnięcia czystego rozpuszczalnika, H K - molowe ciepło krzepnięcia Stała kriometryczna podaje obniżenie temperatury krzepnięcia dla roztworu 1 molowego i jest charakterystyczna dla rozpuszczalnika. 5 / 27

Układ wieloskładnikowy dwufazowy Pojęcie to odnosi się do zjawiska osmozy, jakie zachodzi pomiędzy roztworem a czystym rozpuszczalnikiem przy założeniu, że są one oddzielone membraną czyli przegrodą przepuszczalną 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 wyrównania potencjałów chemicznych zarówno rozpuszczalnika jak i substancji rozpuszczonej po obu stronach przegrody. Objawem zjawiska jest wzrost objętości roztworu, powodujący zmniejszenie stężenia substancji nielotnej. 6 / 27

7 / 27

8 / 27

9 / 27

Osmotyczne równanie stanu równanie van t Hoffa dla układów doskonałych: π c = RT M n Jest ono analogiczne do równania stanu gazu doskonałego (równanie Clausiusa-Clapeyrona): p V = nrt, p V = m M RT p c = RT M 10 / 27

6.00 5.00 4.00 3.00 2.00 1.00 0.00 0.12 0.24 0.36 0.48 11 / 27

Osmotyczne wirialne równanie stanu to równanie opisujące oddziaływania pomiędzy cząsteczkami substancji rozpuszczonej a rozpuszczalnikiem: π c = RT [1 + A 2 (T )c + A 3 (T )c 2 +...] (1) M n W równaniu tym A 2 (T ) oraz A 3 (T ) oznaczą drugi i trzeci współczynnik wirialu, c stężenie substancji rozpuszczonej natomiast M n średnią osmotyczną masę cząsteczkową substancji rozpuszczonej. 12 / 27

Pierwszy współczynnik wirialu czyli odwrotność średniej osmotycznej masy cząsteczkowej. Jej wyznaczenie wymaga ekstrapolacji do zerowej wartości stężenia 6.00 5.00 4.00 3.00 2.00 1.00 0.00 0.12 0.24 0.36 0.48 13 / 27

Drugi współczynnik wirialu A 2 (T ) ujemna wartość wskazuje na niewielkie powinowactwo pomiędzy substancją rozpuszczoną a rozpuszczalnikiem a co za tym idzie możliwość agregacji/asocjacji łańcuchów czy wręcz wytrącanie lub rekrystalizację duże dodatnie wartości tego współczynnika wskazują na pełną kompatybilność rozpuszczalnika i makrocząsteczki. 14 / 27

Drugi współczynnik wirialu A 2 (T ) duże dodatnie wartości tego współczynnika wskazują na pełną kompatybilność rozpuszczalnika i makrocząsteczki. 6.00 5.00 4.00 3.00 2.00 1.00 0.00 0.12 0.24 0.36 0.48 15 / 27

Drugi współczynnik wirialu A 2 (T ) ujemna wartość wskazuje na niewielkie powinowactwo pomiędzy substancją rozpuszczoną a rozpuszczalnikiem a co za tym idzie możliwość agregacji/asocjacji łańcuchów czy wręcz wytrącanie lub rekrystalizację c 6.00 5.00 4.00 3.00 2.00 1.00 0.00 0.12 0.24 0.36 0.48 0.60 16 / 27

Osmometria membranowa Tego typu urządzeniami można mierzyć ciśnienia do około 0,1 mmh 2 O co praktycznie pozwala badać roztwory polimerów do masy cząsteczkowej około 2 10 6 g/mol. Dolny zakres pomiarowy zależny jest tylko od porowatości membrany cut-off. 17 / 27

Osmometria parowa W tej metodzie mierzony jest efekt cieplny kondensacji par rozpuszczalnika na kropli czystego rozpuszczalnika i badanego roztworu. Przyrządami tymi można dokonywać pomiarów mas cząsteczkowych w zakresie około 40-40000 g/mol. rozpuszczalnik roztwór 18 / 27

Zależność liniowa Roztwór dekstranu - przykład dobrej rozpuszczalności w wodzie Baseline Drift Slope Intercept R2 Molecular Weight -25 1.291610 4.14 0.97509 62115 g/mole 6.00 /C 5.00 4.00 3.00 2.00 1.00 0.00 [C] 0.00 0.12 0.24 0.36 0.48 0.60 0.72 Gonotec GmbH Berlin 19 / 27

Zależność liniowa Roztwór żelatyny ryb morskich Baseline Drift Slope Intercept R2 Molecular Weight -84 2.337096 3.48 0.82993 73892 g/mole 6.00 /C 5.00 4.00 3.00 2.00 1.00 0.00 [C] 0.00 0.12 0.24 0.36 0.48 0.60 0.72 Gonotec GmbH Berlin 20 / 27

Zależność nieliniowa Kleik skrobi ziemniaczanej woskowej Baseline Drift Slope Intercept R2 Molecular Weight 17 117.382434-8.29 0.89821-31341 g/mole 2.00 /C 0.00-2.00-4.00-6.00-8.00-10.00-12.00 [C] 0.00 0.02 0.03 0.05 0.06 0.08 0.10 Gonotec GmbH Berlin 21 / 27

Zależność liniowa Roztwór WPC koncentratu białka serwatkowego - przykład ograniczonej rozpuszczalności w wodzie Baseline Drift Slope Intercept R2 Molecular Weight -32-2.941084 9.26 0.99484 28054 g/mole 10.80 /C 9.00 7.20 5.40 3.60 1.80 0.00 [C] 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 22 / 27

Zależność nieliniowa Roztwór WPI izolatu białka serwatkowego Baseline Drift Slope Intercept R2 Molecular Weight 48-4.312028 11.38 0.67898 22817 g/mole 16.00 /C 14.00 12.00 10.00 8.00 6.00 4.00 2.00 0.00 [C] -2.00 0.00 0.40 0.80 1.20 1.60 2.00 2.40 2.80 Gonotec GmbH Berlin 23 / 27

Zależności nieliniowe Roztwory popularnych hydrokoloidów CA - karagen, XG - guma ksantanowa, AG - guma arabska π/c, mmh 2 O/(g/100mL) 9 7 5 3 WPC π/c, mmh 2 O/(g/100mL) 24 20 16 12 8 4 CA 1 2 3 4 5 c WPC, g/100ml 0.05 0.15 0.25 0.35 0.45 c CA, g/100ml π/c, mmh 2 O/(g/100mL) 9 8 XG π/c, mmh 2 O/(g/100mL) 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 AG 0.05 0.1 0.15 0.2 c XG, g/100ml 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 c AG, g/100ml 24 / 27

c INU, g/100ml 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 14 12 XG 30 o C XG 40 o C INU 30 o C INU 40 o C model dla XG model dla INU 50 40 XG, π/c, mmh 2 O/(g/100mL) 10 8 6 4 30 20 INU, π/c, mmh 2 O/(g/100mL) 10 2 0 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0.05 0 c XG, g/100ml 25 / 27

/(g/100cm 3 ) WPI, π/c, mmh 2 O 60 50 40 30 20 o WPI 30 C 40 o C o SPI 30 C o 40 C model dla WPI model dla SPI 11 10 9 8 π/c, mmh 2 O/(g/100cm 3 ) SPI, 10 7 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 c, g/100cm 3 26 / 27

Zastosowania pomiar aktywności wodnej wpływ temperatury na oddziaływania - dimeryzacja - zmiana masy cząsteczkowej (laktoferyna) proces retrogradacji - rekrystalizacja amylozy ocena wodochłonności hydrokoloidów 27 / 27