Követelmények – értékelés módosítás Elérhető 100 pont (51-60 elégséges, 61-75 közepes, 76-85 jó, 86- jeles) Félév során teljesíthető 50 pont (minimum 26!) 2 db ZH: 2 x 15 pont = 30 pont Aktivitás gyakorlatokon 10 pont Labor gyakorlat 10 pont Vizsga során teljesíthető 50 pont 25 pont írásbeli (feladatmegoldás) minimum 13 pont! Kampfl Györgyi által leadott anyagból írásbeli vizsga. 25 pont szóbeli Tolner László által leadott anyagból szóbeli vizsga

Transzportfolyamatok: Anyagáramlás – viszkozítás Diffúzió Hővezetés Letölthető tankönyv (ajánlott) Bárány Sándor…: Fizikai kémia műszakiaknak http://www.tankonyvtar.hu/hu/tartalom/tamop425/0001_1A_A3_02_ebook_fizikai_kemia_muszakiaknak/A3_02_fizikai_kemia_muszakiaknak_1_1.html jobboldalon adatlap- ra kattintva – Letölthető anyagok A3_02_fizikai_kemia_muszakiaknak.pdf Transzportfolyamatok: Anyagáramlás – viszkozítás Diffúzió Hővezetés Kolloidika Egyensúlyok

Viszkozitás x lamináris (réteges) áramlás: minden réteget a falhoz közelebbi szomszédja fékez, a faltól távolabbi szomszédja gyorsít   TV a két szomszédos réteg között fellépő az F erő nagysága egyenesen arányos (1) a rétegek A érintkezési felületével és a (2) dvx /dy sebességgradiens nagyságával DEF  arányossági tényezőt viszkozitásnak nevezzük. SI mértékegysége: Pa s Régi, még használt mértékegysége: 1 poise = 1 g cm‑1 s‑1 = 0,1 Pa s x

Viszkozitás értelmezése „a folyadéknak nagy a sűrűsége” hétköznapi értelmezés: lassú folyású folyadék tudományos szóhasználat: nagy tömeg esik egy térfogategységre (pl. g/cm3) víz sűrűsége  = 1,00 g/cm3 méz sűrűsége  = 1,42 g/cm3 víz viszkozitása  = 8,90 × 10−4 Pa s méz viszkozitása  = 10,0 Pa s A hőmozgás következtében az áramlásra merőleges irányban a szomszédos rétegekből kölcsönösen részecskék lépnek át a másik rétegbe. Ha a kisebb áramlási sebességű rétegbe nagyobb sebességű részecskék kerülnek  a réteg impulzust kap nagy impulzustranszport = nagy viszkozitás   a hőmérséklet növelésével (T ) gázok viszkozitása növekszik folyadékok viszkozitása csökken.

Stokes-féle ellenállástörvény Viszkózus folyadékban mozgó részecskékre közegellenállási erő hat. Gömb alakú részecskék érvényes a Stokes‑féle ellenállástörvény:   F mozgó részecskére ható közegellenállási erő  viszkozitás r gömb sugara v gömb sebessége Sir George Gabriel Stokes (1819 –1903) angol matematikus és fizikus

Diffúzió, konvekció, anyagforrás DEF diffúzió: egy anyag vándorlása a magasabb koncentrációjú helyről az alacsonyabb koncentrációjú hely felé a közeg makroszkopikus áramlása nélkül DEF konvekció: egy anyag vándorlása, mert a közeg makroszkopikus áramlása magával sodorja DEF anyagok forrása és nyelői: anyag megjelenése egy rendszerben, például kémiai reakciók miatt   f(x,c,t) egységnyi térfogatban, időegység keletkező vagy eltűnő anyagmennyiség. A következőkben az egyszerűség kedvéért a folyamatokat csak az x-koordináta mentén vizsgáljuk. Hasonló eredményeket kapnánk 2 illetve 3 térbeli dimenzióban is.

Diffúziós áramsűrűség - Fick I. törvénye DEF diffúziós áramsűrűség az az anyagmennyiség, amely a diffúzió irányára merőleges, egységnyi felületen időegység alatt áthalad [mol m-2 s-1]   TV Fick I. törvénye: a Jd diffúziós áramsűrűség arányos a diffundáló anyag koncentrációjának térbeli gradiensével: DEF a D > 0 arányossági tényező a diffúziós együttható negatív előjelre azért van szükség, mert Jd pozitív, c/x negatív (csökken a koncentráció jobbfelé) D pozitív (így definiáltuk)  a diffúzió a csökkenő koncentráció irányába megy Adolf Eugen Fick (1829-1901) német orvos (nem ő találta fel a kontaktlencsét!)

Kolloidika Diszperz rendszer, (talaj, köd, füst, csapadék) Κόλλα = enyv valódi oldat – – makroszkopikus részecske 1 nm – kolloid – 500 nm (agyag 2000 nm – lemezkék)) Diszperz rendszer, (talaj, köd, füst, csapadék) Makromolekula, (élőlények, humusz, műanyagok) Molekula asszociátumok (mosószerek, kolloidstabilitás) Felületi jelenségek (nedvesedés, habzás, adszorpció)

A kolloid rendszerek csoportosítása a diszpergált (eloszlatott) fázis és a diszperziós közeg (összefüggő) halmazállapota szerint   A diszpergált fázis halmazállapota Diszperziós közeg Gáz G/ Folyékony L/ Szilárd S/ Aeroszol /G - L/G kolloid köd (pl: légköri köd, felhők) S/G kolloid füst (pl: dohányfüst) Lioszol /L kolloid hab G/L (szappanhab) Emulzió L/L (pl: tej, kenőanyag) S/L szol, szuszpenzió (pl:kolloid kénoldat) Xeroszol /S G/S szilárd hab, pórusrendszer L/S pórus-, kapilláris rendsz. Gélek, adszorbens, talaj szilárd szól S/S (rubinüveg, ötvözetek)

A kolloidok osztályozása az eloszlatott részecskék típusa szerint diszperziós kolloidok (fáziskolloidok): valamely folytonos közegben gáz, folyadék és szilárd mikrofázisok, felülettel határolt részecskék találhatók pl. köd, füst, emulzió (tej, vaj), agyag, szuszpenzió makromolekuláris kolloidok: a folyadékban oldott részecskék mérete eleve a kolloid mérettartományba esik pl. fehérje, ragasztók, lakkok, zselatin, polimer sejtek, mikroszervezetek, testszövetek, vér asszociációs kolloidok: az oldott amfipatikus molekulák micellákká csoportosulnak (felületaktív anyagokat tartalmazó rendszerek) pl. szappanoldat, mosószerek (micellák!)

Gél Szol Kolloid rendszerek átalakulásai szilárd zselatin (xerogél) hűtés, vagy oldószer-elvonás Gél Szol melegítés, vagy oldószer hozzáadás Pl.: szilárd zselatin (xerogél) + oldószer(duzzadt xerogél), majd (liogél), melegítés (lioszol), majd lehűtés (liogél)

A kolloidok osztályozása az eloszlatott részecskék közt ható erő szerint inkoherens rendszerek: a részecskék egymástól függetlenek. A közeg folyékony jellege a mérvadó (aero- és lioszolok, kolloid oldatok) koherens rendszerek: összefüggő szilárd vázat alkotnak (gélek – a részecskék kapcsolódása miatt; xeroszolok – a közeg miatt)

A kolloidok előállítása nagyobb szemcséket aprítunk kolloid méretűre (porlasztással, kolloid malomban, ultrahanggal stb.); vegyi eljárással olyan körülmények között (hőmérséklet, koncentráció, oldószer stb.), hogy a keletkező csapadék szemcséinek mérete kolloid méretű legyen valódi oldatban úgy változtatjuk meg a körülményeket, hogy az oldott anyag (egy része legalább) kolloid méretű szemcsékben váljon ki.

ADSZORBENSEK - KOLLOIDOK A kolloidok tipikus nagy felületű anyagok, melyek felületükön jelentős mennyiségben képesek más anyagokat a felületükön megkötni. Sok apró szemcséből állnak (pl. kolloid oldat) Porózus anyagok (liogél, xerogél) Azokat a kolloidokat, melyek felületükön oldószer molekulákat képesek megkötni, azok a liofil kolloidok, amelyek oldószer molekulákat nem képesek adszorbeálni, azok a liofób kolloidok.

Felületaktív molekulák elhelyezkedése a vizes és olajos fázisok határán poláros csoport olajos fázis apoláros rész vizes fázis

Felületaktív molekulák

Micella Sejtmembrán

CMC Kritikus Micella Koncentráció Egyensúlyi folyamat CMC feletti koncentrációnál nem nő az aktív molekulák koncentrációja

Felületaktív molekulák Detergens (latin:letörlő) hatás- mosás A szennyeződés a textíliákhoz vagy más tárgyakhoz főleg olajos film közvetítésével tapad. Az olajos felületeket a víz nem nedvesíti, a felületaktív anyag azonban közvetíteni tud a két fázis között. A lipofil rész jól adszorbeálódik az olajos felületre, az így kialakult új felület pedig – a hidrofil csoportokon keresztül – jól nedvesíti a víz. A felületaktív molekulák mozgásban lévő víz segítségével fokozatosan behatolnak a szennyezés és a szennyezett anyag közé, majd az így szabaddá vált szennyrészecské-ket emulzió formájában a vizes oldatba viszik.

Detergens hatás A felületről a detergens nedvesítő hatása választja le a szennyrészecskéket, és emulgeáló hatása tartja azokat emulzió formájában a vizes oldatban. szenny- részecske H2O

Védőkolloid hatás – elválasztási probléma (csapadék, emulzió) Felület borításához kevés molekula is elég kis mennyiség – nagy hatás Felület megváltoztatása felületi feszültség csökkentése HABKÉPZŐDÉS gyakori feladat: habképződés gátlása Védőkolloid hatás – elválasztási probléma (csapadék, emulzió) Megszüntetés – a detergens elroncsolása (oxidáció, mikrobák) – a detergens kicsapása (Ca-szappan) – felület lefedése (szilikon, olaj, zsirsavak, alkohol) – hab eltávolítás – felületaktív anyag eltávolítás

Szennyezések csapadékképzésen alapuló elválasztása Kolloid szennyezők eltávolítása (koaguláció) Részecskék elektromos töltésének csökkentése pH függvényében – H+ ill OH- ionok megkötődése (izoelektromos pont) Védőkolloidok (szerves makromolekulák, detergensek) elbontás (mikrobiológia – eleven iszap) detergens megkötés polielektrolittal Hídképző flokkuláció polimerrel alacsony koncentrációban (magasabb koncentrációban védőkolloid!)

Polielektrolit/1 Poli-aklrilsav PAA „Gyenge” polielektrolit disszociációja részleges A polimetilmetakrilátot (szerves üveg, „plexi”) metakrilsav-észter polimerizációjával állítják elő. Jó optikai, elektromos és nem utolsó sorban mechanikai tulajdonságai miatt (100- 150 C –fokon már hajlik, de szobahőmérsékleten kemény) gyakran alkalmazzák különböző konstrukciós elemek, optikai alkatrészek, ablakok gyártásához. CH2=CH-COOH akrilsav

Polielektrolit/2 Poli(nátrium-sztirol-szulfonát) PSS „Erős” polielektrolit disszociációja 100%-os A polisztirol mérettartó, rideg, jó szigetelő anyag. Savak lúgok nem károsítják. Habosítva – kemény hab - jó hőszigetelő (Hugarocell). Szerves oldószerek károsítják. Gyenge hőállóság, nehezen éghető. Az anyag nem táptalaja a mikroorganizmusoknak, s a talajbaktériumok sem támadják meg.

Egyensúlyi összefüggések alkalmazása Egyensúlyi folyamatok: pl.: észterképződés Gyenge savak, bázisok disszociációja Víz ionszorzata, pH Oldhatósági szorzat – szennyezők eltávolítása Komplexképződési egyensúlyok

Sav bázis egyensúlyok vizes oldatban 20:58 Sav bázis egyensúlyok vizes oldatban Disszociációs egyensúlyi állandó HAc H+ + Ac- ecetsav disszociációja [H+] [Ac- ] Ksav = ▬▬▬▬▬▬ [HAc] NH4OH NH4+ + OH- Ammóniumhidroxid disszociációja [NH4+] [OH-] Kbázis = ▬▬▬▬▬▬ [ NH4OH] 10:54

Savak disszociációja vizes oldatban 20:58 Savak disszociációja vizes oldatban [H+] [A- ] HA H+ + A- Ks = ▬▬▬▬ [HA] Sav Ks pKs Sósav ∞ Kénsav ∞ Salétromsav ∞ Triklórecetsav 3,0*10-1 0,52 Ecetsav 1,8*10-5 4,75 Kénessav 1,6*10-2 1,79 Szénsav 4,4*10-7 6,37 Erős savak Gyenge savak 10:54

Bázisok disszociációja vizes oldatban 20:58 Bázisok disszociációja vizes oldatban [B+] [OH- ] BOH B+ + OH- Ks = ▬▬▬▬ [BOH] Bázis Kb pKb Nátrium-hidroxid ∞ Lítium-hidroxid ∞ Kálium-hidroxid ∞ Etilamin 6,5*10-4 3,19 Ammónia 1,8*10-5 4,74 Piridin 1,8*10-9 4,75 Erős bázisok Gyenge bázisok 10:54

Gyenge bázisok disszociációja vizes oldatban 20:58 Gyenge bázisok disszociációja vizes oldatban [BH+] [OH- ] B + H2O BH+ + OH- Ks = ▬▬▬▬ [B] [H2O] Bázis Kb pKb Etilamin 6,5*10-4 3,19 Ammónia 1,8*10-5 4,74 Piridin 1,8*10-9 4,75 B BH+ NH3 NH4+ B CH3-CH2-NH2 BH+ CH3-CH2-NH3+ B BH+ 10:54

Víz disszociációja és a pH fogalma 20:58 H2O H+ + OH- [H+] [OH-] [H2O] = konstans K = ▬▬▬▬▬▬ [H2O] Mert az elbomlás mértéke elhanyagolható 1000g / 18(g/mol) = 55,6 mol Kv = [H+] [OH-] = 10-14 pH = - lg[H+] és pOH = -lg[OH-] pH + pOH = 14 10:54

20:58 0 ≤ pH < 7 savas tartomány, savas jelleg a pH csökkenésével nő pH = 7 semleges oldat 7 < pH ≤ 14 lúgos tartomány, lúgos jelleg nő a pH növekedésével pKv = pH + pOH = 14,00 10:54

Erős savak és bázisok pH-ja disszociáció – 100% 20:58 Erős savak és bázisok pH-ja disszociáció – 100% pH = - lg[H+] = - lg [sav] [H+] = [sav] [OH-] = [bázis] [H+] [OH-] = 10-14 [H+] = 10-14 / [OH-] = 10-14 / [bázis] pH = - lg[H+] = 14 + lg [bázis] 10:54

Gyenge savak pH-ja [H+] [A- ] HA H+ + A- Ks = ▬▬▬▬ [HA] 20:58 [H+] [A- ] HA H+ + A- Ks = ▬▬▬▬ [HA] x = [H+] = [A- ] << [HA] [HA]egyens. ≈ [HA] kiind. = [sav] [H+] [A- ] [x]2 Ks = ▬▬▬▬ = ▬▬▬▬ x = [H+] ≈ Ks [sav] [HA] [sav] - x x2 - Ks.x + Ks.[sav] =0 x = [H+] = 10:54

Erős sav kiszorítja a gyenge savat sójából 20:58 Erős sav kiszorítja a gyenge savat sójából CH3COONa + HCl → CH3COOH + NaCl Az oldatba kerülő ionok: CH3COO- + Na+ + H+ + Cl- HAc H+ + Ac- ecetsav disszociációja [H+] [Ac- ] Ks = ▬▬▬▬ = 1,8*10-5 [HAc] Az oldat összetétele: Na+ + Cl- + CH3COOH és egy kevés CH3COO- + H+ 1 mólos oldatok esetén ~ gyök(1,8*10-5) = 0,004 mol 10:54

de ugyan a foszforsav erősebb sav mint a kovasav 20:58 Füstgáz tisztítás SO2 + CaCO3 = CaSO3 + CO2 anhidridre is igaz Kénessav 1,6*10-2 Szénsav 4,4*10-7 CaCO3 + H2SO4 = CaSO4 + H2CO3 H2CO3 = H2O + CO2 el is távozik a rendszerből de ugyan a foszforsav erősebb sav mint a kovasav H3PO4 előállítása: - lepárlás 1400 – 1600 0C koksz kemencében 2 Ca5(PO4)3F + 5SiO2 + 15C = 9CaSiO3 + CaF2 +15CO+6P P illékony eltávozik a rendszerből > P2O5 > H3PO4 10:54

Le ChatellierBraun-elv Ha egyensúlyban lévő rendszerre változást kényszerítünk, akkor a rendszer úgy reagál, hogy csökkentse a változás mértékét. exoterm 2 NO2 N2O4 p, T függés endoterm barna színtelen

Szilárd anyagok oldódása folyadékban  

Oldhatóság AgCl 1,77*10-10 AgNO3 220 BaSO4 1,08*10-10 CuSO4 21 CaCO3 Vegyület Oldhatósági szorzat Oldhatóság g/100g víz) AgCl 1,77*10-10 AgNO3 220 BaSO4 1,08*10-10 CuSO4 21 CaCO3 3,36*10-9 FeCl3 92 CaSO4 4,93*10-5 KMnO4 6,5 HgS 2,00*10-54 KNO3 32 PbSO4 1,58*10-8 NH4NO3 192 NaCl 36 NaOH 109 L = 1,58*10-8 = [Pb++]*[SO4--] [Pb++] =~0,0001 mol/dm3 0,0207 g/dm3 Ivóvíz határérték= 0,01 ppm ~ 20 ppm 10:54

Köszönöm a figyelmet