2015 wykład VI a cd V od osmozy


2015-04-11
Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego
p1 p2
Wydział Nauk o Żywności
1. gdy p1 = p2 rozpuszczalnik
przechodzi do roztworu
Wykład VI.
powodując przesunięcie tłoka
rozpuszczalnik
roztwór
Cd. PRZEMIANY I RÓWNOWAGI FAZOWE
2. aby zapobiec podnoszeniu się
UKAADY JEDNO - I
tłoka w lewej części, na tłok
trzeba wywrzeć dodatkowe
WIELOSKAADNIKOWE  WIELOFAZOWE
ciśnienie
błona półprzepuszczalna
Dr Ewa Więckowska-Bryłka
osmoza
Katedra Chemii WNoŻ
p. 2036
Konsultacje:
Ciśnienie osmotyczne  dodatkowe ciśnienie, jakie trzeba wywrzeć na
" Środa godz. 10-11
roztwór w celu osiągnięcia równowagi położenia tłoków; inaczej:
" Pon 11-12
ciśnienie, którym należy podziałać na roztwór aby powstrzymać przepływ
" Wtorek (sala 2065)
rozpuszczalnika przez półprzepuszczalną membranę
3
Osmoza
Reguła van t Hoffa:
" zjawisko związane z istnieniem błon półprzepuszczalnych (przepuszczalnych
Ciśnienie osmotyczne spowodowane obecnością substancji
dla jednego składnika roztworu, nieprzepuszczalnych dla innych)
rozpuszczonej w danej objętości roztworu, w określonej
" spontaniczny proces wyrównywania ilości rozpuszczalnika (cząsteczki
temperaturze, jest równe ciśnieniu jakie posiadałby gaz, gdyby
rozpuszczalnika wędrują poprzez błonę półprzepuszczalną z roztworu o
zajmował taką samą objętość w tej samej temperaturze.
większej jego zawartości do roztworu o mniejszej)
ĄV = nR T
cząstki substancji rozpuszczonej
(nie przechodzą przez membranę)
Ą  ciśnienie osmotyczne, V  objętość roztworu, n  liczba
moli substancji rozpuszczonej, R  stała gazowa, T 
kierunek ruchu cząsteczek
temperatura.
rozpuszczalnika
n
c =
Ą = c R T
V
 spełniany w przypadku roztworów rozcieńczonych
nieelektrolitów (c < 0,1 mol/dm3)
stężenie substancji
c1 < c2
2 4
1
2015-04-11
gdy ciśn. zewnętrzne = ciśnieniu wewnątrz komórki  roztwór zewnętrzny
Ciśnienie osmotyczne zmierzone Ąz zależy od liczby
izotoniczny z płynem komórkowym
roztwory wprowadzane do krwiobiegu muszą być izotoniczne (o tym samym
cząstek w roztworze:
ciśnieniu osmotycznym co ciecze w organizmie, z którymi się mieszają np. z
krwią); np. leki podawane dożylnie lub domięśniowo; podawanie soli
 w przypadku roztworów elektrolitów  zachodzi
fizjologicznej (wodny roztwór NaCl o stęż. 0,9 %  izotoniczny z płynami
dysocjacja elektrolityczna:
komórkowymi) przy znacznym ubytku krwi w organizmie
w przypadku chorych z nadciśnieniem tętniczym niewskazane jest spożywanie
Ąz Ąz elektrolitów > Ą nieelektrolitów (o
potraw słonych, gdyż powoduje to przenikanie wody z naczyń krwionośnych
= i
na zewnątrz i tym samym dalszy wzrost ciśnienia (korzystniejszy dodatek
tym samym c)
Ą
pieprzu lub papryki  to samo stężenie soli kuchennej wywołuje dwa razy
większe ciśnienie osmotyczne)
ciśnienie osmotyczne w organizmie ludzkim 780 000 Pa (w roślinach
Ąz = i cR T
pustynnych 17,2 MPa)
 regulacją ciśnienia zajmują się osmoreceptory (komórki w okolicy jądra
nadwzrokowego podwzgórza mózgu wrażliwe na zmiany ciśnienia
osmotycznego)
i  współczynnik osmotyczny van t Hoffa, równy jest
 gdy wzrost ciśnienia osmotycznego  osmoreceptory wpływają na wydzielanie
liczbie jonów powstających z dysocjacji
przez przysadkę mózgową wazopresyny wzmagającej pragnienie i wzmożone
elektrolitycznej jednej cząsteczki, c  stężenie molowe
picie
[mol/m3]
 przy nadmiernej ilości płynów  zmniejsza się wydzielanie wazopresyny
(wzrost diurezy nerkowej) i przywrócenie normalnego ciśnienia osmotycznego
5
krwi (i innych płynów)
7
Rola ciśnienia osmotycznego w procesach biologicznych i w
Zastosowanie osmozy w procesach suszenia i utrwalania (konserwacji)
życiu człowieka:
żywności  wykorzystanie roztworów hipertonicznych
tkanki i błony organizmów żywych są błonami półprzepuszczalnymi
suszenie owoców metodą osmotycznego odwadniania za pomocą stężonego roztworu
komórka roślinna lub zwierzęca zachowuje się jak osmometr
glukozy (woda z owoców przechodzi do roztworu; bakterie tracą wodę i giną)
gdy ciśn. osmotyczne zewnętrzne większe (roztwór hipertoniczny względem
konserwacja mięsa  stężone roztwory soli (i =2), woda z mięsa przechodzi do
roztworu w komórce) niż w komórce  woda z komórki przechodzi do otoczenia i
roztworu (jednocześnie zamieranie bakterii)
następuje jej kurczenie (plazmoliza) i wysuszenie  rys . (a)
roztwór wodny soli ma 2 razy większe ciśnienie osmotyczne niż roztwór cukru (stąd
gdy ciśnienie osmotyczne zewnętrzne niższe (roztwór hipotoniczny względem
stosowane roztwory cukru muszą być bardziej stężone niż roztwory soli)
roztworu w komórce)  woda z zewnątrz przenika do komórki, powoduje jej
Metoda odwróconej osmozy:
pęcznienie (deplazmoliza) i może nastąpić jej rozerwanie  rys. (b)
% wymuszona dyfuzja rozpuszczalnika przez błonę półprzepuszczalną rozdzielającą
dwa roztwory o różnym stężeniu;
% zachodzi od roztworu o wyższym stężeniu substancji rozpuszczonej do roztworu o
stężeniu niższym, czyli prowadzi do zwiększenia różnicy stężeń obu roztworów
% musi zostać wywołana przyłożeniem do membrany ciśnienia o większej wartości i
skierowanego przeciwnie niż ciśnienie osmotyczne naturalnie występujące w
układzie
% 1949 Uniwersytet Kalifornijski, po raz pierwszy odsalanie wody morskiej, obecnie
ponad 15 000 zakładów odsalania wody morskiej na świecie
% oczyszczanie i zatężanie ścieków przemysłowych, szczególnie pochodzących z
przemysłu spożywczego, papierniczego i galwanicznego
6
8
2
2015-04-11
UKAADY DWUSKAADNIKOWE JEDNOFAZOWE Ponieważ xA + xB =1
roztwór substancji nielotnej (np. roztwór B w A) pA = xA po = (1- xB) po
A A
Układ B + A
A
po - pA = xB po po - pA = xB
A A
ciekły rozpuszczalnik
po
A
rozpuszczona substancja nielotna (pB = 0)
Sumaryczne ciśnienie: p = pA + pB (prawo Daltona)
obniżenie prężności pary nad roztworem spowodowane
obecnością substancji nielotnej B zależy jedynie od ułamka
Ponieważ pB = 0 otrzymujemy:
molowego tej substancji
sumaryczne ciśnienie p = pA
Dp = xB po dla nieelektrolitów
A
prężność pary
prężność pary nad
Dp = i xB po dla elektrolitów
A
rozpuszczalnika A nad
roztworem
roztworem
9 11
Prawo Raoulta:
Podwyższenie temperatury wrzenia roztworu 
ebuliometria
temperatura wrzenia gdy p pary cieczy = ciśnieniu zewnętrznemu
xA  ułamek molowy rozpuszczalnika w roztworze ,
pA = x A po
A
wprowadzenie nielotnej substancji B  obniżenie prężności pary
po  prężność pary nad czystym rozpuszczalnikiem
A
roztwór można doprowadzić do wrzenia przez podwyższenie T
o
podwyższenie temperatury wrzenia roztworu "Tw jest wprost
Ponieważ xA < 1 <
pA pA
proporcjonalne do stężenia molalnego substancji rozpuszczonej C
" E C dla nieelektrolitów
prężność pary nasyconej nad Tw =
roztworem (krzywa II) jest
p
I
I I
zawsze niższa od prężności
dla elektrolitów, i  współczynnik izotoniczny
1013,25 hPa
"Tw = i E C
pary nad czystym
o
T T
rozpuszczalnikiem (krzywa I)
w w
E  stała ebulioskopowa
m
" i E
Tw =
W warunkach tego samego ciśnienia 
M mo
roztwór wrze w wyższej temperaturze
o
T T
T Gdy m/M = n = 1, mo = 1 kg (masa ropzuszczalnika) oraz i = 1,
w
w Tw niż czysty rozpuszczalnik Tw0
12
wówczas E = "Tw
10
3
2015-04-11
E  przyrost temperatury wrzenia roztworu (w stosunku do
temperatury wrzenia czystego rozpuszczalnika) zawierającego 1 mol
obniżenie temperatury krzepnięcia roztworu "Tk jest
substancji rozpuszczonej (nieelektrolitu) w 1 kg rozpuszczalnika 
proporcjonalne do stężenia molalnego substancji
tzw. molalne podwyższenie temperatury wrzenia
rozpuszczonej C
Wartość E zależy od:
rodzaju rozpuszczalnika,
ciśnienia atmosferycznego
dla nieelektrolitów
"Tk = K C
Rozpuszczalnik Temperatura E
dla elektrolitów, i  współczynnik izotoniczny
"Tk = i K C
K kg ł
wrzenia [K]
ę ś
mol

K  stała krioskopowa
m
Woda 373 0,521
" = i K
Tk
M mo
Kwas octowy 391,5 3,07
Benzen 353,2 2,57
Gdy m/M = n = 1, mo = 1 kg oraz i = 1, K = "Tk
Chloroform 334,1 3,80
Kamfora 447 6,09
13 15
K  obniżenie temperatury krzepnięcia roztworu (w stosunku
Obniżenie temperatury krzepnięcia roztworu  kriometria
do temperatury krzepnięcia rozpuszczalnika) zawierającego 1
mol substancji rozpuszczonej (nieelektrolitu) w 1 kg
dodatek substancji nielotnej powoduje obniżenie
rozpuszczalnika  tzw. molalne obniżenie temperatury
temperatury krzepnięcia roztworu w stosunku do
krzepnięcia
temperatury krzepnięcia czystego rozpuszczalnika
Rozpuszczalnik Temperatura
K kgł
K
krzepnięcia, [K]
p, MPa ę ś
mol

200
woda 273 1,86
zależność w obecności kwas octowy 289,7 3,90
substancji nielotnej
lód
benzen 278,5 5,07
woda ciekła
100 chloroform 209,8 4,90
kamfora 452,5 40,0
273 T, K
 dodatek NaCl do lodu (posypywanie jezdni zimą)  obniżenie
temperatury krzepnięcia wody
14 16
4
2015-04-11
UKAADY WIELOSKAADNIKOWE DWUFAZOWE
Mieszaniny cieczy o całkowitej wzajemnej
rozpuszczalności
PRAWO PODZIAAU NERNSTA
prężność par nad mieszaniną Jeżeli do układu zawierającego 2 fazy ciekłe
(praktycznie nie mieszające się ze sobą)
wprowadzimy 3 ci składnik (rozpuszczający się w
A, B  wzajemnie rozpuszczalne; mieszanie
obu cieczach), to w stanie równowagi, stosunek
doskonałe (brak zmiany objętości i efektu cieplnego
stężeń wprowadzonej substancji w tych fazach jest
podczas mieszania) wielkością stałą w danej temperaturze, niezależną od
ilości substancji wprowadzonej:
Prężność pary nad mieszaniną cieczy A i B:
k  stężeniowy współczynnik podziału substancji,
co co  stężenie molowe substancji w 1  ym
p = pA + pB pA  prężność pary składnika A
rozpuszczalniku (organicznym),
k =
pB  prężność pary składnika B
cw  stężenie molowe substancji w 2 gim
cw rozpuszczalniku (najczęściej wodnym).
17 19
Zgodnie z prawem Raoulta:
Prawo jest spełnione gdy:
pA = xA po
A
o
pB = xB pB
" roztwory niezbyt stężone
" dla roztworów stężonych, wstawiamy a zamiast c
gdzie:
po , po - prężności par czystych cieczy A i B,
A B
ao
xA , xB  ułamki molowe cieczy odpowiednio A i B w
k =
roztworze
aw
o o
Stąd:
p = pA + x B pB
x
A
" gdy substancja rozpuszczona nie asocjuje, ani nie
Para znajdująca się w stanie równowagi z roztworem, jest zawsze
dysocjuje w żadnej z faz
bogatsza od fazy ciekłej w składnik bardziej lotny o większej
prężności pary, a niższej temperaturze wrzenia - stwierdzenie
wykorzystywane podczas rozdzielania cieczy metodą destylacji
18 20
5
2015-04-11
otrzymujemy równanie izotermy podziału:
Modyfikacja prawa podziału w przypadku asocjacji
substancji w jednej z faz:
k = k1 + 2K2 k12 cw
Np.: dimeryzacja kwasu octowego: (w przypadku substancji ulegającej dimeryzacji w fazie organicznej
współczynnik podziału jest liniową funkcją jej stężenia cw w fazie
wodnej)
O H O
O
C CH3
2 CH3C tg ą = 2 K2 k12
CH3C
k
O H
O H O
(można obliczyć K2)
monomery c1 dimery c2
ą Ćw. 3  1 Wyznaczanie współczynnika
podziału kwasu octowego w układzie dwóch
k1
nie mieszających się cieczy
c2
K2 =
stała dimeryzacji żsporządza się wykres zależności k = f(cw) i
interpretuje;
cw
c12
żpo znalezieniu k1 i K2 podaje się równanie
izotermy podziału
21
23
Stężenie ogólne kwasu np. w benzenie:
2
co = c1 + 2c2 c2 = K2 c1
k  stężeniowy współczynnik podziału:
2
co c1 + 2c2 c1 + 2K2 c1
k = = =
cw cw cw
c1 c12 cw
k = + 2K2
cw
cw 2
c1 k1  współczynnik podziału monomerów,
k1 =
cw tzw. graniczny stężeniowy współczynnik
podziału
22
6


Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
2015 wykład VI b ADSORPCJA
wykład VI zagraniczna polityka handlowa
Wykład VI Przywództwo w zmianach
Czę¶ć ogólna PC wykład 3 i 4 podmioty cd
skrót wykładu VI dla studentów
Ergonomia wykład II cd
Wyklad VI Planowanie finansowe
Wykład VI minimalizacja zespołu funkcji, projektowanie układów kombinacyjnych
Wyklad VI 2008
WYKŁAD podatek dochodowy od osob fizycznych
WYKŁAD podatek dochodowy od osob fizycznych
WYKLAD VI 09
(Wykład VI)
Rachunek kosztów Wykład VI
Wykład VI 2
WYKŁAD V, VI BELKI
Prawo budowlane wykład VI
2015 wykład 5 RÓWNOWAGI I PRZEMIANY FAZOWE

więcej podobnych podstron