wymagania� bmp

Zależność rozpuszczalności gazu w cieczy od ciśnienia tego gazu nad cieczą opisuje prawo Henry’ego:

m = k- p

(3.2)

m - masa gazu rozpuszczonego w danej objętości cieczy, p - ciśnienie cząstkowe gazu nad roztworem,

k - współczynnik proporcjonalności charakterystyczny dla poszczególnych gazów, zależny od temperatury.

Prawo Hemy’ego jest spełnione tylko w przypadku gazów nie ulegających dy-socjacji, asocjacji czy solwatacji w danym rozpuszczalniku. Ponadto stosuje się do roztworów doskonałych i rzeczywistych bardzo rozcieńczonych. Przyjmuje wówczas postać:

x = k' ■ p

(3.3)

x - ułamek molowy gazu w roztworze, k' - współczynnikproporcjonalności.

W przypadku mieszaniny gazów, np. powietrza rozpuszczonego w wodzie, prawo Henry'ego stosuje się dla każdego gazu oddzielnie. Masy poszczególnych gazów rozpuszczonych w cieczy są proporcjonalne do ich ciśnień cząstkowych nad roztworem.

3.3.3. Dyfuzja

Z punktu widzenia termodynamiki dyfuzją nazywamy procesy związane z wyrównywaniem potencjału chemicznego poszczególnych składników układu.

Jeżeli w warunkach stałego ciśnienia i w stałej temperaturze wyobrazimy sobie hipotetyczną granicę między dwoma roztworami tej samej substancji różniącymi się stężeniem, to nastąpi proces samorzutnego kinetycznego ruchu cząsteczek związany z przenikaniem cząsteczek substancji z jednego roztworu pomiędzy cząsteczki substancji w drogim roztworze. W tym przypadku dyfuzja sprowadza się do zjawiska wyrównywania stężeń związanego ze wzrostem entropii. Szybkość przenikania wzajemnego cząsteczek zależy od temperatury i od różnicy stężeń między roztworami. Prawa rządzące tym zjawiskiem zostały sformułowane przez Ficka.

I prawo dyfuzji:

(3.4)

gdzie:

v - szybkość dyfuzji, [mol s^- ],

dn/dt — liczba moli substancji dn, przechodząca w czasie dr przez powierzchnię S prostopadłą do kierunku dyfuzji, [mols"¹],

dc/djr - gradient stężenia - zmiana stężenia dc na odcinku długości dr, (mol _-3

•m -m J,

S — powierzchnia dyfuzji, [m²J,

D - współczynnik proporcjonalności zwany współczynnikiem dyfuzji, [m²s^_l ].

Jedyną wielkością charakterystyczną dla danej substancji w ostatnim równaniu jest współczynnik dyfuzji D, określający ilość substancji, która przechodzi przez powierzchnię 1 m² w ciągu 1 sekundy pod wpływem gradientu stężenia równego mol-nT^m^-1.

IX prawo dyfuzji:    A    |

I

JJ.a    • Irj-t

dc_ - dfc *“ d?

"    ror/. (3.5)

Y ~ UYUU''

Wyraża ono zależność zmian stężenia od czasu dla dowolnego kśztałtu powierzchni, przez którą zachodzi dyfuzja i dowolnego rozkładu stężeń początkowych. Po scaikowaniu równania (3.5) można wyznaczyć wartość stężenia w dowolnej chwili w różnych punktach słupa cieczy oraz w dowolnym punkcie po upływie różnych okresów czasu.

Proces dyfuzji wody zachodzi podczas suszenia żywności w podwyższonej temperaturze. Woda dyfunduje z głębszych warstw materiału suszonego do powierzchni i wyparowuje do otoczenia. Więdnięcie roślin wskutek utraty części wilgoci polega na dyfuzji wody z komórek rośliny żyjącej.

3.3.4. Osmoza

Zjawisko osmozy związane jest z istnieniem błon półprzepuszczalnych. Błony takie są zawsze przepuszczalne dla jednego składnika roztworu, a nieprzepuszczalne dla drugiego. Występuje ono m.in. w błonach zwierzęcych i roślinnych przepuszczających wodę, a nie przepuszczających związków wielkocząsteczkowych. Cząsteczki rozpuszczalnika dyfundują z roztwom o mniejszym stężeniu substancji (a więc większym stężeniu rozpuszczalnika) do roztworu o większym stężeniu substancji (mniejszym rozpuszczalnika). Następuje proces wyrównywania ilości rozpuszczalnika, spowodowany tendencją do wyrównania potencjału chemicznego, nazywany osmozą. To samo zjawisko obserwuje się w przypadku zetknięcia czystego rozpuszczalnika z roztworem substancji poprzez błonę półprzepuszczalną (układ taki przedstawiono schematycznie na rys. 3.8).

Naturalna tendencja rozpuszczalnika do przenikania przez błonę półprzepuszczalną do roztwom (rys. 3.8) może być zrównoważona przez wywarcie na roztwór ciśnienia. Dodatkowe ciśnienie, które należy wywrzeć na roztwór w celu osiągnięcia stanu równowagi, nazywamy ciśnieniem osmotycznym. Van’t Hoff podał regułę: ciśnienie osmotyczne spowodowane obecnością substancji rozpuszczonej w danej objętości roztworu, w określonej temperaturze jest równe ciśnieniu, jakie