Kryštalizácia fyzikálny princíp

Σχετικά έγγραφα
Kontrolné otázky na kvíz z jednotiek fyzikálnych veličín. Upozornenie: Umiestnenie správnej a nesprávnych odpovedí sa môže v teste meniť.

CHÉMIA Ing. Iveta Bruončová

Matematika Funkcia viac premenných, Parciálne derivácie

Obvod a obsah štvoruholníka

Matematika 2. časť: Analytická geometria

1. písomná práca z matematiky Skupina A

Ekvačná a kvantifikačná logika

"Stratégia" pri analýze a riešení príkladov z materiálových bilancií

Motivácia Denícia determinantu Výpo et determinantov Determinant sú inu matíc Vyuºitie determinantov. Determinanty. 14. decembra 2010.

Termodynamika. Doplnkové materiály k prednáškam z Fyziky I pre SjF Dušan PUDIŠ (2008)

HASLIM112V, HASLIM123V, HASLIM136V HASLIM112Z, HASLIM123Z, HASLIM136Z HASLIM112S, HASLIM123S, HASLIM136S

3. Striedavé prúdy. Sínusoida

Cvičenie č. 4,5 Limita funkcie

Základné poznatky molekulovej fyziky a termodynamiky

7. FUNKCIE POJEM FUNKCIE

1. Limita, spojitost a diferenciálny počet funkcie jednej premennej

M6: Model Hydraulický systém dvoch zásobníkov kvapaliny s interakciou

KATEDRA DOPRAVNEJ A MANIPULAČNEJ TECHNIKY Strojnícka fakulta, Žilinská Univerzita

Start. Vstup r. O = 2*π*r S = π*r*r. Vystup O, S. Stop. Start. Vstup P, C V = P*C*1,19. Vystup V. Stop

Komplexné čísla, Diskrétna Fourierova transformácia 1

Kontrolné otázky z jednotiek fyzikálnych veličín

,Zohrievanie vody indukčným varičom bez pokrievky,

ARMA modely čast 2: moving average modely (MA)

Priamkové plochy. Ak každým bodom plochy Φ prechádza aspoň jedna priamka, ktorá (celá) na nej leží potom plocha Φ je priamková. Santiago Calatrava

Prechod z 2D do 3D. Martin Florek 3. marca 2009

PRIEMER DROTU d = 0,4-6,3 mm

C. Kontaktný fasádny zatepľovací systém

Klasifikácia látok LÁTKY. Zmesi. Chemické látky. rovnorodé (homogénne) rôznorodé (heterogénne)

STAVEBNÁ CHÉMIA Prednášky: informačné listy P-3

α i = m i /m o, m o κανονική Μοριακότητα (standard molality) 1 mol Kg -1.

1. Komplexné čísla. Doteraz ste pracovali s číslami, ktoré pochádzali z nasledovných množín:

Odporníky. 1. Príklad1. TESLA TR

PDF created with pdffactory Pro trial version

Goniometrické rovnice a nerovnice. Základné goniometrické rovnice

2. Χρόνοι παραμονής χημικών στοιχείων σε «ταμιευτήρες»

(... )..!, ".. (! ) # - $ % % $ & % 2007

ΜΑΞΙΜΟΣ ΚΟΤΕΛΙΔΑΣ. β) Να βρεθεί σε ποια οµάδα και σε ποια περίοδο του Περιοδικού Πίνακα ανήκουν.

AerobTec Altis Micro

ZADANIE 1_ ÚLOHA 3_Všeobecná rovinná silová sústava ZADANIE 1 _ ÚLOHA 3

4.1 MERANIE HUSTOTY A TEPLOTY VARU ROZTOKOV

Matematika prednáška 4 Postupnosti a rady 4.5 Funkcionálne rady - mocninové rady - Taylorov rad, MacLaurinov rad

Motivácia pojmu derivácia

S t r a n a 1. 1.Povezati jonsku jačinu rastvora: a) MgCl 2 b) Al 2 (SO 4 ) 3 sa njihovim molalitetima, m. za so tipa: M p X q. pa je jonska jačina:

Modul pružnosti betónu

Podnikateľ 90 Mobilný telefón Cena 95 % 50 % 25 %

C M. V n: n =, (D): V 0,M : V M P = ρ ρ V V. = ρ

4. ΤΑ ΑΛΑΤΑ. Επιμέλεια παρουσίασης Παναγιώτης Αθανασόπουλος Δρ - Χημικός

KATALÓG KRUHOVÉ POTRUBIE

Ročník: šiesty. 2 hodiny týždenne, spolu 66 vyučovacích hodín

KAGEDA AUTORIZOVANÝ DISTRIBÚTOR PRE SLOVENSKÚ REPUBLIKU

Jednotkový koreň (unit root), diferencovanie časového radu, unit root testy

Obrátený proces: Elektrolýza

ANALYTICKÁ CHÉMIA V PRÍKLADOCH

Vyhlásenie o parametroch stavebného výrobku StoPox GH 205 S

1 Prevod miestneho stredného slnečného času LMT 1 na iný miestny stredný slnečný čas LMT 2

5. ANALÝZA NA ZÁKLADE ACIDOBÁZICKÝCH REAKCIÍ

ŠTRUKTÚRA OCELÍ A LEDEBURITICKÝCH LIATIN

Tomáš Madaras Prvočísla

1 MERANIE VLASTNOSTÍ PARTIKULÁRNYCH LÁTOK

2 Chyby a neistoty merania, zápis výsledku merania

Poznámky k prednáškam z Termodynamiky z Fyziky 1.

Apsolutno neprekidne raspodele Raspodele apsolutno neprekidnih sluqajnih promenljivih nazivaju se apsolutno neprekidnim raspodelama.

DOMÁCE ZADANIE 1 - PRÍKLAD č. 2

YTONG U-profil. YTONG U-profil

Eliminacijski zadatak iz Matematike 1 za kemičare

1.1.a Vzorka vzduchu pri 25 C a 1,00 atm zaberá objem 1,0 L. Aký tlak je potrebný na jeho stlačenie na 100 cm 3 pri tejto teplote?

Chemická väzba 1. R O Č N Í K SŠ

8 VLASTNOSTI VZDUCHU CIEĽ LABORATÓRNEHO CVIČENIA ÚLOHY LABORATÓRNEHO CVIČENIA TEORETICKÝ ÚVOD LABORATÓRNE CVIČENIA Z VLASTNOSTÍ LÁTOK

1. písomná práca z matematiky Skupina A. 1. písomná práca z matematiky Skupina B

#%" )*& ##+," $ -,!./" %#/%0! %,!

Rozsah akreditácie 1/5. Príloha zo dňa k osvedčeniu o akreditácii č. K-003

8 TERMIKA A TEPELNÝ POHYB

Trapézové profily Lindab Coverline

Tematický výchovno - vzdelávací plán

u R Pasívne prvky R, L, C v obvode striedavého prúdu Činný odpor R Napätie zdroja sa rovná úbytku napätia na činnom odpore.

JMAK の式の一般化と粒子サイズ分布の計算 by T.Koyama

Dinamika krutog tijela ( ) Gibanje krutog tijela. Gibanje krutog tijela. Pojmovi: C. Složeno gibanje. A. Translacijsko gibanje krutog tijela. 14.

Metodicko pedagogické centrum. Národný projekt VZDELÁVANÍM PEDAGOGICKÝCH ZAMESTNANCOV K INKLÚZII MARGINALIZOVANÝCH RÓMSKYCH KOMUNÍT

Slovenská komisia ChO RIEŠENIE A HODNOTENIE TEORETICKÝCH ÚLOH CHEMICKEJ OLYMPIÁDY V KATEGÓRII EF

7 Derivácia funkcie. 7.1 Motivácia k derivácii

Funkcie - základné pojmy

Termodynamika a molekulová fyzika

HONDA. Έτος κατασκευής

Harmonizované technické špecifikácie Trieda GP - CS lv EN Pevnosť v tlaku 6 N/mm² EN Prídržnosť

6 Limita funkcie. 6.1 Myšlienka limity, interval bez bodu

SLOVENSKO maloobchodný cenník (bez DPH)

Definícia parciálna derivácia funkcie podľa premennej x. Definícia parciálna derivácia funkcie podľa premennej y. Ak existuje limita.

ELEKTRICKÉ POLE. Elektrický náboj je základná vlastnosť častíc, je viazaný na častice látky a vyjadruje stav elektricky nabitých telies.

Riadenie elektrizačných sústav

Život vedca krajší od vysnívaného... s prírodou na hladine α R-P-R

Ks/paleta Hmotnosť Spotreba tehál v murive. [kg] PENA DRYsystem. Orientačná výdatnosť (l) 5 m 2 /dóza ml m 2 /dóza 2.

SEMINAR IZ KOLEGIJA ANALITIČKA KEMIJA I. Studij Primijenjena kemija

ARMA modely čast 2: moving average modely (MA)

IspitivaƬe funkcija: 1. Oblast definisanosti funkcije (ili domen funkcije) D f

Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť Projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ M A T E M A T I K A

Návrh vzduchotesnosti pre detaily napojení

Staromlynská 29, Bratislava tel: , fax: http: // SLUŽBY s. r. o.

24. Základné spôsoby zobrazovania priestoru do roviny

Διαφορικά Αόριστα Ολοκληρώµατα Κανόνες Ολοκλήρωσης. Γιάννης Σαριδάκης Σχολή Μ.Π.Δ., Πολυτεχνείο Κρήτης

Práca č. 12. Kvapalinová extrakcia

Transcript:

fyzikálny priníp Vznik kryštálov z homogénnej kvapalnej fázy Kryštál hemiké indivíduum s definovaným tvarom (tuhé skupenstvo) Kryštalizáia pravdepodobne jedna z najstaršíh využívanýh separačnýh metód (získavanie kryštálov NaCl z morskej vody odparením vody) Kryštalizáia sa môže uskutočniť: oxid kremičitý výška 21 m inzulín z roztoku: odparením časti rozpúšťadla ohladením roztoku zrážaním z taveniny, jej ohladením na teplotu tuhnutia

z roztokov Súčin rozpustnosti niektorýh anorganikýh zlúčenín vo vode, pri rôznyh teplotáh Kryštalizáia z roztokov odparením časti rozpúšťadla ohladením roztoku zrážaním (ak sa rozpustnosť látky s teplotou dostatočne zvyšuje) kombináiou odparenia časti rozpúšťadla a ohladenia zahusteného roztoku Najčastejšie používanými rozpúšťadlami sú voda etanol, aetón, éter, kyselina otová, atď. Kryštalizáia zrážaním (vznikne veľké množstvo drobnýh kryštálov) zmiešaním dvoh reagentov, ktoré vytvoria produkt s nízkou rozpustnosťou (AgNO 3 + NaCl) zmenou ph roztoku pridaním vody do roztoku tvoreného organikým rozpúšťadlom (watering out) pridaním organikého rozpúšťadla do vodného roztoku (salting out)

z taveniny Zložky zmesi sa v tuhej fáze nemiešajú (miešajú obmedzene) I kvapalný roztok AB II čistá látky A v kvapalnom roztoku AB I III čistá látka B v kvapalnom T a a roztoku AB IV tuhá fáza T b a homogénny roztok AB pri b teplote T a a zložení x Ba T b po ohladení na teplotu T b začne z homogénneho roztoku III AB kryštalizovať čistá látka B ďalším ohladzovním na II teplotu T pribúdajú kryštály T e e čistej látky B, čím sa zníži jej IV obsah v roztoku AB na x B A x Be x B x Ba e ohladením na T e sa roztok Bb B stane nasýteným aj pre látku A (trojfázový systém: roztok AB so zložením x Be, kryštály čistej zložky A a B) Pri ďalšom ohladení elá sústava stuhne

z taveniny Zložky zmesi sa neobmedzene miešajú v oboh fázah Analógia s destiláiou ustaľovanie rovnováhy solidus liquidus oblasť koexistenie tuhej a kvapalnej fázy obohaovanie tuhej fázy o zložku s vyššou teplotou topenia

Kryštalografiké sústavy Kryštalizáia Geometria kryštálov geometria kryštálov koková štvorová kosoštvorová hexagonálna ortorombiká jednoklonná trojklonná stavebné prvky (entity) mriežky sú atómy, molekuly, ióny kryštálová mriežka je ih trojrozmerné zoskupenie

Vyjadrovanie veľkosti kryštálov Invariantný kryštál Kryštalizáia geometria kryštálov vznikne, ak je zahovaná geometriká podobnosť kryštálu počas jeho rastu. Mierou veľkosti invariantného kryštálu a súčasne jeho harakteristikým rozmerom je jeho dĺžka, l = 6V p /S p = ΨD p. Miesto zárodku pôvodného kryštálu Častie rôzneho tvaru a veľkosti, ktoré prepadnú ez rovnaké oko v site. Aký je potom ih harakteristiký rozmer? Existujú rôzne experimentálne tehniky určenia harakteristikého rozmeru a distribúie častí podľa veľkosti harakteristikého rozmeru.

kinetika a transport látky Kryštalizáia je komplexný dej, ktorý zahŕňa: nukleáiu (vznik zárodkov kryštálov) } rýhlosť nukleáie a transport látky z roztoku ku povrhu rastúeho kryštálu rýhlosť rastu kryštálov začlenenie stavebnýh entít do kryštálovej mriežky rýhlosť určujúim krokom kryštalizáie je veľkosť kryštalizátora a zdržná presýtenie roztoku kryštalizujúou látkou, doba suspenzie v zariadení t.j. supersaturáia roztoku a roztok pri danej teplote nie je nasýtený, kryštály nie sú prítomné b ak odparíme časť rozpúšťadla, obsah látky zodpovedá konentráia, pri ktorej existuje rovnováha medzi nasýteným roztokom a kryštálmi viditeľnými voľným okom (a 20 μm) metastabilný stav, roztok je presýtený a preto kryštály môžu rásť, ale nedokážu sa vytvoriť (za týhto podmienok ešte neprebieha nukleáia) d dohádza ku spontánnej nukleáii, t.j. vzniku veľmi malýh kryštálov, ktoré nie je vidno voľným okom, tieto kryštály možu ďalej rásť Δ = lim it m s limitné presýtenie (limiting supersaturation) presýtený roztok, > s m s d b limitná konentráia presýtenie, m = f(t) a rozpustosť, s = f(t), konentráia nasýteného roztoku roztok, ktorý nie je nasýtený, < s

Vzťah medzi konentráiou látky v roztoku a veľkosťou jej kryštálov 4V sσ ln = s ν RTD Príklad s,l p Kryštalizáia Kelvinova rovnia S = / s koefiient presýtenia V s /(m 3 mol 1 ) molový objem kryštálov σ s,l /(J m 2 ) povrhové napätie medzi povrhom tuhej a kvapalnej fázy (medzi 0.001 J m 2 a 0.2 J m 2 ) ν počet iónov/častí, ktoré tvoria rozpustenú látku (v prípade KCl je hodnota ν = 2, pretože v roztoku sú ióny K + a Cl ) Vypočítajte konentráiu KCl a koefiient presýtenia tejto látky v roztoku, keď je veľkosť kryštálov KCl 0.1 μm. Tabelovaná hodnota rozpustnosti pri 298 K je 35.5 g KCl v 100 g vody (veľkosť kryštálov viditeľnýh voľným okom je D p 20 μm). Hustota a molová hmotnosť KCl je 1980 kg m 3 a 74 kg kmol 1. Povrhové napätie na fázovom rozhraní pre zvolený systém má hodnotu 0.0028 J m 2. Záznam údajov zo zadania 1 M = 74 kg kmol σ s,l s p KCl = 0.0028J m ρ = 1980 kg m D = 0.1μm 3 2 V M KCl 3 1 6 3 1 s = = = 0.0374 m kmol = 37.4 10 m mol ρs 1980 6 4 37.4 10 0.0028 S = exp 1.00085 6 = 2 8.314 298 0.1 10 = S = 1.00085 35.5 = 35.53g /100 g s 74

Vznik zárodočnýh kryštálov v roztoku Kryštalizáia nukleáia a rast kryštálov Primárna nukleáia vyžaduje vyšší stupeň presýtenia roztoku (pozorujeme ju predovšetkým pri zrážaní). Sekundárna nukleáia spočíva v pridaní zárodočnýh kryštálov (napr. z predošlej kryštalizáie) do roztoku. Používa sa najmä vtedy, ak heme získať veľké kryštály. Nepravá nukleáia je spôsobená zárodočnými kryštálmi, ktoré vznikajú rozbitím väčšíh kryštálov lopatkami miešadla, alebo oterom kryštálov o steny nádoby a potrubia. Rast kryštálov v roztoku zhluk zárodok jadro kryštál Základná stavebná jednotka ióny, molekuly, atď. tvoriae daný kryštál. Zhluk predstavuje náhodné usporiadanie viaerýh základnýh stavebnýh jednotiek, ktoré sa však ľahko rozpadá späť na základné jednotky. Zárodok pevnejšie zoskupenie základnýh stavebnýh jednotiek, ktoré tvorí základ kryštálovej mriežky príslušného kryštálu. Jadro usporiadanie základnýh jednotiek, ktoré je v termodynamikej rovnováhe so zložením roztoku. Kryštál usporiadanie základnýh stavebnýh jednotiek, pre ktoré dokážeme určiť jeho kryštalografiké parametre.

primárna nukleáia termodynamiká rovnováha základné stavebné jednotky zárodok jadro kryštál zhluk

primárna nukleáia Rýhlosť primárnej nukleáie, B 0 vyjadruje koľko jadier kryštálov vznikne v jednotkovom objeme roztoku za jednotku času, t.j. počet jadier kryštálov v 1 m 3 roztoku za 1 s B 0 2 3 16πVSσs,lN A = Aexp 2 3 2 3 ν ( RT ) ( ln S ) Príklad Zistite ako vplýva hodnota koefiienta presýtenia roztoku na rýhlosť primárnej nukleáie KCl. Použite údaje z predošlého príkladu. B 0 1.E+15 1.E+06 1.E-03 1.E-12 1.E-21 1.E-30 1.004 1.006 1.008 1.01 1.012 1.014 1.016 S S = / s koefiient presýtenia V s /(m 3 mol 1 ) molový objem kryštálov σ s,l /(J m 2 ) povrhové napätie medzi povrhom tuhej a kvapalnej fázy (medzi 0.001 J m 2 a 0.2 J m 2 ) ν počet iónov/častí, ktoré tvoria rozpustenú látku (pre KCl platí ν = 2, pretože v roztoku sú ióny K + a Cl ) N A = 6.022 10 23 mol 1 (častí v jednom mole) Avogadrova konštanta A frekvenčný faktor, teoretiky je jeho hodnota A = 10 30 m 3 s 1 (jadier v 1 m 3 za 1 s), v praxi sa obvykle používa hodnota A =10 25 m 3 s 1

sekundárna nukleáia V prípade látok, ktorýh rozpustnosť je nízka (AgCl, CaSO 4, atď.), sa dá dosiahnuť vysoké presýtenie ih roztoku a preto tieto elektrolyty z presýteného roztoku veľmi ohotne a rýhlo kryštalizujú (zrážajú sa) pričom vzniká veľké množstvo drobnýh kryštálov. Naproti tomu, pri stredne a veľmi dobre rozpustnýh látkah praktiky nie je možné dosiahnuť relatívne presýtenie S > 1.02, preto v takýhto systémoh primárna nukleáia kryštálov nemôže prebehnúť. Kryštalizáia je v takomto prípade iniiovaná sekundárne. Rýhlosť sekundárnej nukleáie empiriká rovnia B 0 = k S M n N b j r T M T /(kg m 3 ) hmotnosť kryštálov v jednotkovom objeme roztoku n/(s 1 ) frekvenia miešania k N, b, j, r parametre modelu, ktoré sa musia získať empiriky pre daný konkrétny systém (kryštalizujúa látka, rozpúšťadlo, zariadenie)

rast kryštálov Rýhlosť rastu kryštálov difúzia kryštalizujúej látky ez laminárny film hrúbky δ v blízkosti povrhu kryštálu s rastúi kryštál i konentráia v hlavnom toku kvapaliny obtekajúej kryštál i konentráia pri rozhraní kryštál kvapalina, pričom platí > i > s δ s nasýtený roztok v kontakte so stenou kryštálu Za ustálenýh podmienok pre rýhlosť rastu kryštálov platí rýhlosť prírastku hmotnosti kryštálu = rýhlosť transportu látky ez laminárny film

rast kryštálov rýhlosť prírastku hmotnosti kryštálu rýhlosť transportu látky ez laminárny film d m = ka i ( i s) dt d m = ka ( i) dt kryštalizáia zabudovanie látky do kryštálovej mriežky (formálne na tento dej hľadíme ako na reakiu, ktorej rýhlostná konštanta k i nezávisí od veľkosti kryštálu) A ploha fázového rozhrania k koefiient prestupu látky závisí od hydrodynamikýh podmienok v zariadení, predovšetkým od harakteru prúdenia roztoku okolo kryštálu k Dl = δ D l efektívny difúzny koefiient kryštalizujúej látky upravme predhádzajúe rovnie tak, že eliminujeme konentráiu na fázovom rozhraní i 1 dm 1 dm ( i s) = ( i) = ka i dt ka dt 1 1 1 dm ( i) + ( i s) = ( s) = + k ki A dt dm A ( s ) = dt 1/ k 1/ k i + s ak použijeme 1 1 1 = + K k k C i platí d m = KA ( ) dt

rast kryštálov koefiient prestupu látky, k : Re = Dwρ p μ S = μ ρd l kd D = laminárne prúdenie p turbulentné prúdenie l 2 kd 2 0.6Re D = + p 0.5 0.33 l S vplyv rastu kryštálu na zmenu jeho harakteristikého rozmeru rast kryštálu spôsobuje nárast jeho hmotnosti, objemu a následne aj zväčšenie jeho harakteristikého rozmeru dl dt 2 Ψ K( s) = ρ s 2 častia tvaru gule má plohu povrhu a objem vyjadrený nasledovne A = π D p a V 3 p = π Dp 6 3 πdpρ s d dm dv ρ 6 π3d ρ dd = = = = = = dt dt dt 6 dt 2 p s p s p 2 KA ( s) KπDp( s), l Ψ Dp

rast kryštálov Rýhlosť určujúi krok ddp 2 KC( s) = dt ρ p 1 1 1 = + KC k ki Transport látky ez laminárny film ddp 2 k( s) KC k dt ρ laminárny tok k 1/D p turbulentný tok k 1/D p 0.5 = KC ki p Povrhová reakia ddp 2 ki( s) = dt ρ Pri konštantnej konentráii kryštalizujúej látky ( s ) je rýhlosť rastu kryštálu v čase lineárna. p Rýhlosť rastu kryštálu sa s rastúim harakteristikým rozmerom spomaľuje, pričom, ak je obtekanie rastúeho kryštálu turbulentnom, tak zníženie rýhlosti rastu je pomalšie, ako pri laminárnom prúdení. V praxi platí, že rýhlosť zabudovávania látky do kryštálovej mriežky (povrhová reakia) je najpomalším dejom pri raste kryštálu. Preto môžeme povrhovú reakiu považovať za rýhlosť určujúi krok rastu kryštálu.