hatÁrfelÜleti jelensÉgek
DESCRIPTION
HATÁRFELÜLETI JELENSÉGEK. Készítette Varga István. VEGYÉSZETI-ÉLELMISZERIPARI KÖZÉPISKOLA CSÓKA. Két egymással érintkező fázis között határfelület található , amelynek energiatartalma , fizikai-kémiai tulajdonságai különböznek az egyes fázisok energiatartalmától és tulajdonságaitól. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
![Page 1: HATÁRFELÜLETI JELENSÉGEK](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022103101/56814326550346895daf90f0/html5/thumbnails/1.jpg)
Készítette
Varga István
HATÁRFELÜLETI JELENSÉGEK
VEGYÉSZETI-ÉLELMISZERIPARI KÖZÉPISKOLA CSÓKA
![Page 2: HATÁRFELÜLETI JELENSÉGEK](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022103101/56814326550346895daf90f0/html5/thumbnails/2.jpg)
Két egymással érintkező fázis között határfelület található, amelynek energiatartalma, fizikai-kémiai tulajdonságai különböznek az egyes fázisok energiatartalmától és tulajdonságaitól.
A határfelület a szemlélt fázis azon rétege, amely érintkezik a másik fázis utolsó rétegével.
Határfelületnek mindig annak a fázisnak a felületét vesszük, amelynél a molekulák közötti vonzóerők erősebbek.
Határfelület kialakulhat:ha folyadék érintkezik gázzal,
ha két egymással nem vagy részben elegyedő folyadék érintkezik,
ha szilárd anyag érintkezik valamilyen folyadékkal és
ha szilárd anyag érintkezik gázzal.
![Page 3: HATÁRFELÜLETI JELENSÉGEK](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022103101/56814326550346895daf90f0/html5/thumbnails/3.jpg)
FELÜLETI FESZÜLTSÉG
![Page 4: HATÁRFELÜLETI JELENSÉGEK](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022103101/56814326550346895daf90f0/html5/thumbnails/4.jpg)
Ha folyadék érintkezik gázzal (vagy gőzzel) vagy másik nem elegyedő folyadékkal, az érintkezési
felületek a felületi feszültség következtében, minimális értéket igyekeznek felvenni (gömb alakúak lesznek).
Ez azzal magyarázható, hogy a folyadék belsejében azonos molekulák közötti kölcsönhatások
érvényesülnek, míg azokra a molekulákra, amelyek közvetlenül a fázisfelületnél helyezkednek el nagyobb
vonzás érvényesül a belső folyadékréteg irányába, mint a környező anyag molekuláihoz.
![Page 5: HATÁRFELÜLETI JELENSÉGEK](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022103101/56814326550346895daf90f0/html5/thumbnails/5.jpg)
![Page 6: HATÁRFELÜLETI JELENSÉGEK](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022103101/56814326550346895daf90f0/html5/thumbnails/6.jpg)
Ennek eredményeképpen a folyadékfelszínen a felszínre merőleges irányú, a folyadék belseje felé
mutató nyomás hat, amely ezt a felületet minimálisra igyekszik csökkenteni. Tehát, ha a felületet növelni
akarjuk, akkor ehhez energiabefektetés szükséges.
Az egységnyi új felület létrehozásához szükséges energiát fázisok közötti vagy felületi feszültségnek nevezzük és σ-val
jelöljük.
2 2
E J N m N
A m m m
![Page 7: HATÁRFELÜLETI JELENSÉGEK](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022103101/56814326550346895daf90f0/html5/thumbnails/7.jpg)
A felületi feszültség (σ) függ a:
folyadék tulajdonságaitól,
A folyadékkal érintkező anyag tulajdonságaitól,
Hőmérséklettől.
A hőmérséklet növekedésével a felületi feszültség csökken.
![Page 8: HATÁRFELÜLETI JELENSÉGEK](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022103101/56814326550346895daf90f0/html5/thumbnails/8.jpg)
ADSZORPCIÓ
![Page 9: HATÁRFELÜLETI JELENSÉGEK](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022103101/56814326550346895daf90f0/html5/thumbnails/9.jpg)
Definíció:
Adszorpciónak nevezzük azt az anyagátbocsátási műveletet, amely során szilárd anyag felületén gázt,
gőzt, vagy folyadékot kötünk meg.
Az adszorpcióval ellentétes irányú folyamatot deszorpciónak nevezük.
A szilárd anyagot, amely a megkötést végzi, adszorbensnek, míg a megkötött anyagot
adszorptívumnak, vagy adszorbátumnak nevezzük.
![Page 10: HATÁRFELÜLETI JELENSÉGEK](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022103101/56814326550346895daf90f0/html5/thumbnails/10.jpg)
Az adszorpció mechanizmusa
Az adszorpció az adszorbens szemcséi, valamint az adszorptívum részecskéi között fennálló tömegvonzáson alapszik.
Az adszorbens belsejében ható kochéziós erők egymást kiegyenlítik.
A felületen azonban a vonzóerők egy része csak az adszorbens belseje felé van lekötve, a környezeti fázis irányában szabadon hatnak,
és így képesek az ott levő idegen részecskéket odavonzani és megkötni.
![Page 11: HATÁRFELÜLETI JELENSÉGEK](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022103101/56814326550346895daf90f0/html5/thumbnails/11.jpg)
Adszorbens szemcse
Adszorptívum részecske
Kifelé ható adhéziós erőkLekötött kochéziós erők
![Page 12: HATÁRFELÜLETI JELENSÉGEK](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022103101/56814326550346895daf90f0/html5/thumbnails/12.jpg)
A kifelé ható erők nagysága arányos a felülettel, azért az adszorbensnek minél nagyobb felületűnek kell lennie.
Az adszorpció kezdeti szakaszában az adszorbens részecskéi nagy szabad felülettel rendelkeznek, így
időegység alatt sok adszorptívum részecske kötődhet meg: az adszorpció sebessége is nagy.
Egy idő után a deszorpció sebessége eléri az adszorpcióét, és beáll a dinamikus egyensúly: ahány részecske megkötődik
időegység alatt, ugyanannyi deszorbeálódik.
![Page 13: HATÁRFELÜLETI JELENSÉGEK](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022103101/56814326550346895daf90f0/html5/thumbnails/13.jpg)
Egyensúlyi állapotban az egységnyi adszorbens tömegén (mad) megkötött anyag tömege (m), egyenesen arányos a megkötött anyag folyadék illetve gázfázisbeli koncentrációjával (x illetve p).
1
n
ad
ma x
m
1
m
ad
mb p
m
Folyadékok esetében
Gázok esetében
a, b, m és n – állandók, amelyek az adszorbens és adszorptívum tulajdonságaitól függenek.
![Page 14: HATÁRFELÜLETI JELENSÉGEK](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022103101/56814326550346895daf90f0/html5/thumbnails/14.jpg)
ADSZORPCIÓS IZOTERMÁK
Folyadékok esetében Gázok esetében
ad
mc
m
![Page 15: HATÁRFELÜLETI JELENSÉGEK](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022103101/56814326550346895daf90f0/html5/thumbnails/15.jpg)
A diagramokon azt látjuk, hogy állandó hőmérsékleten, minél nagyobb az adszorptívum koncentrációja a
folyadékban illetve parciális nyomása a gázban, annál nagyobb mennyiségben kötődik meg az adszorbens
felületén.
Az adszorbens és az adszorptívumot hordozó fázis érintkezési felülete is kihatással van a megkötött
anyag mennyiségére.
![Page 16: HATÁRFELÜLETI JELENSÉGEK](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022103101/56814326550346895daf90f0/html5/thumbnails/16.jpg)
Az adszorpció sebessége
Az egységnyi idő alatt megkötött anyag tömege egyértelműen utal az adszorpció sebességére.
Ez egyenesen arányos a hajtóerővel, illetve az adszorptívum koncentrációkülönbségével, ami a
hordozófázisban és a határrétegben uralkodik: Δx = x - xh , továbbá az érintkezési felülettel ( A ) és a határréteg
anyagátadási tényezőjével (βh ).
Képletbe foglalva:h
m kgA x
s
![Page 17: HATÁRFELÜLETI JELENSÉGEK](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022103101/56814326550346895daf90f0/html5/thumbnails/17.jpg)
Az adszorpció fajtái
Megkülönböztetünk:Fizikai, és Kémiai adszorpciót (kemoszorpció).
A kémiai adszorpció általában nem megfordítható folyamat, vagyis a deszorpciót nem lehet
végrehajtani.
![Page 18: HATÁRFELÜLETI JELENSÉGEK](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022103101/56814326550346895daf90f0/html5/thumbnails/18.jpg)
Az adszorbensek jellemzői és fajtái
Adszorbensként pórusos szilárd, nagy fajlagos felületű anyagok használatosak.
A fajlagos felületet általában egységnyi tömegre vonatkoztatják.
Az iparban adszorbensként főleg:
- aktív szenet,
- ásványi adszorbenseket (szilikagél, zeolit),
- szintetikus ioncserélő gyantákat (ionitokat) használnak.
![Page 19: HATÁRFELÜLETI JELENSÉGEK](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022103101/56814326550346895daf90f0/html5/thumbnails/19.jpg)
AZ ADSZORBENSEK IRÁNTI KÖVETELMÉNYEK
Nagy legyen az aktivitásuk (nagy adszorpciós képesség kis adszorptívum koncentráció esetén is);
Nagy szilárdság a gyakori hőfokváltozás miatt;
Kémiai ellenállóképesség az alkalmazandó gázokkal, gőzökkel, folyadékokkal szemben;
Jó elválasztó képesség a kívánt alkotórészre vonatkoztatva, vagyis az adszorbeált anyag könnyű deszorpciója.
![Page 20: HATÁRFELÜLETI JELENSÉGEK](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022103101/56814326550346895daf90f0/html5/thumbnails/20.jpg)
Gázok tisztítására és szárítására,
Folyadékok tisztítására és derítésére,
Gáz- és gőzelegyek szétválasztására,
llékony oldószergőzök kinyerésére levegőből, vagy más gázokból.
Alkalmazása:
Az adszorpció elsősorban a megkötendő komponens alacsony kiindulási koncentrációja esetén
használatos.
![Page 21: HATÁRFELÜLETI JELENSÉGEK](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022103101/56814326550346895daf90f0/html5/thumbnails/21.jpg)
KROMATOGRÁFIA
![Page 22: HATÁRFELÜLETI JELENSÉGEK](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022103101/56814326550346895daf90f0/html5/thumbnails/22.jpg)
Definíció:A kromatográfia valamely keverék összetevőinek
szétválasztása, amely azon alapszik, hogy a különböző alkotók nem egyenletesen mennek át az
egyik fázisból a másikba, amellyel a keverék érintkezésbe kerül.
Az elválasztás abból ál, hogy a kivizsgálandó keveréket megfelelő oldószerben elkeverve
(mozgófázis) átvezetik az álló fázisba. Eközben a kivizsgált anyagok különbözőképpen oszlanak meg az
álló és a mozgó fázis között.
![Page 23: HATÁRFELÜLETI JELENSÉGEK](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022103101/56814326550346895daf90f0/html5/thumbnails/23.jpg)
Alsó réteg: klorofill-A (kékeszöld)Középső réteg: klorofill-B (sárgászöld)Fölső réteg: karotinoidok (sárga)
![Page 24: HATÁRFELÜLETI JELENSÉGEK](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022103101/56814326550346895daf90f0/html5/thumbnails/24.jpg)
Megoszlási kromatográfia
Az oszlopot szilikagéllel kell megtölteni, amit előtte vízzel nedvesítettünk.
A kivizsgálandó anyagból készült oldatot ezután keresztül engedjük rajta, amely anyag olyan szerves oldószerben van oldva, amely vízzel nem keveredik, és amely előhívószerként is szolgál.
A módszer leginkább az aminosavak szétválasztására szolgál.
![Page 25: HATÁRFELÜLETI JELENSÉGEK](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022103101/56814326550346895daf90f0/html5/thumbnails/25.jpg)
A szétválasztás azért lehetséges, mert a víz, mint poláros oldószer a szilikagélhez kapcsolódik, álló fázist alkotva, míg a szerves oldószer, az oszlopon keresztülhaladva, a rendszer mozgó fázisát adja. Emiatt a kivizsgált keverék megoszlik a két fázis között. Azok az összetevők, amelyek jobban oldódnak a szerves oldószerben, gyorsabban fognak haladni, mint azok az összetevők, amelyek kevésbé oldódnak.
![Page 26: HATÁRFELÜLETI JELENSÉGEK](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022103101/56814326550346895daf90f0/html5/thumbnails/26.jpg)
Papírkromatográfia
Az oszlop töltelékanyaga helyett egyszerű szűrőpapírt használunk (állófázis). A kromatogram előhívása hermetikusan zárt edényben történik, azért, hogy a rendszer telítődjön az oldószer páráival.
A papírkromatográfiához általában erre a célra különösen alkalmas papírfajtából készült 50 cm hosszú és legalább 3 cm széles szűrőpapírcsíkot használnak.
Röviddel a csík vége előtt jelet tesznek (kezdőpont), amelyre a kivizsgálandó oldat cseppjét viszik fel. Ezután a csíkot felakasztják a zárt edényben, úgy, hogy a kezdőpont néhány mm-rel az oldószer nívója felett legyen (azért, hogy a minta nehogy kimosódjon).
![Page 27: HATÁRFELÜLETI JELENSÉGEK](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022103101/56814326550346895daf90f0/html5/thumbnails/27.jpg)
![Page 28: HATÁRFELÜLETI JELENSÉGEK](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022103101/56814326550346895daf90f0/html5/thumbnails/28.jpg)
Az oldószer felszívódik a papírcsíkba, magával víve a keverék komponenseit. Mivel a komponensek különböző sebességgel mozognak, szétválasztódnak.
Színes anyagok esetén világosan látható foltok keletkeznek, amelyek eltérő gyorsasággal vándorolnak. Egy bizonyos idő után a papírcsíkot kivesszük a zárt edényből és megjelöljük azt a szintet, ameddig az oldószer eljutott – oldószer front.
Ezután a kromatogram szárítása következik.
![Page 29: HATÁRFELÜLETI JELENSÉGEK](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022103101/56814326550346895daf90f0/html5/thumbnails/29.jpg)
A kezdőponttól az oldószerig a kiinduló keverék komponensei láthatók.
Ha az anyagok színtelenek, akkor a kromatogramot olyan anyagokkal kell bepermetezni, amely az egyes foltokat láthatóvá teszi (a kromatogram előhívása).
Az összetevők azonosítása a színek vagy az Rf érték alapján történik.
Az Rf érték az oldószerfront valamint az anyagfolt középpontja által megtett út aránya.
![Page 30: HATÁRFELÜLETI JELENSÉGEK](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022103101/56814326550346895daf90f0/html5/thumbnails/30.jpg)
indulási hely – anyagfolt közötti távolság
indulási hely – oldószerfront közötti távolságfR
Az Rf értékek meghatározott feltételek között az anyagra jellemző nagyságok, amelyek értéke 0 és 1 között van.
![Page 31: HATÁRFELÜLETI JELENSÉGEK](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022103101/56814326550346895daf90f0/html5/thumbnails/31.jpg)
Gázkromatográfia
A módszer elve, hogy a kivizsgálandó anyagot, amely gáz halmazállapotú, vele nem reagáló gáz segítségével (mozgófázis) kromatográfia oszlopon vezetjük keresztül.
Az oszlopban a keverék összetevői szétválasztódnak, mert különböző a tartózkodási idejük.
Az összetevők egyesével, meghatározott időközönként hagyják el az oszlopot, megjelenésüket speciális
műszerek segítségével lehet detektálni (kimutatni), automatikusan feljegyezni, miközben sávokat kapunk,
amit kromatogramnak nevezünk.
![Page 32: HATÁRFELÜLETI JELENSÉGEK](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022103101/56814326550346895daf90f0/html5/thumbnails/32.jpg)
Ioncserélő kromatográfia
Az ioncserélők olyan anyagok, amelyek a velük érintkező oldatból ionokat képesek megkötni, miközben ekvivalens mennyiségű saját iont juttatnak az oldatba.
Ilyen tulajdonságokkal rendelkeznek pl. az alumoszilikátok – zeolitok. Ha kemény vizet ioncserélő oszlopon vezetünk
keresztül, amely zeolittal van töltve, a következő cserék játszódnak le: a Na+ ionok a zeolitból ekvivalens
mennyiségű Ca2+ és Mg2+ ionokkal cserélődnek fel a vízből, mindaddig míg be nem áll az egyensúly.