1 / 36

Mechanické vlastnosti, koligativní vlastnosti a transportní jevy

Mechanické vlastnosti, koligativní vlastnosti a transportní jevy. Teze přednášky. Mechanika. síla F = m . a [ N ] [ kg m s -2 ] práce W = F . s . cos α [ J ] [ kg m 2 s -2 ] W výkon P = ---- [ W ] [ J s -1 ] [ kg m 2 s -3 ] t.

nomlanga-harper
Download Presentation

Mechanické vlastnosti, koligativní vlastnosti a transportní jevy

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Mechanické vlastnosti, koligativní vlastnosti atransportní jevy Teze přednášky

  2. Mechanika • síla F = m . a [N][kg m s-2] • práce W = F . s . cosα[J][kg m2 s-2] W • výkon P = ---- [W][J s-1][kg m2 s-3] t

  3. Statické vlastnosti tkání a potravin • pevnost – soudržnost proti vnější síle • pružnost (elasticita) schopnost vrátit se po deformaci do původního stavu • roztažlivost (distenzibilita) poddajnost vůči vnější síle • tvárnost (plasticita) schopnost vlivem deformující síly měnit trvale tvar

  4. ELASTICKÉ LÁTKY • HOOKŮV zákon 1 ε = --- . σ E ε deformace E Youngův modul pružnosti σ působící napětí

  5. Prodloužení tyče o délce l a průřezu S v podélné ose silou F 1 l • Δl = --- . --- . F E S Ohyb trubice délky l o vnějším poloměru r1 a vnitřním poloměru r2 (fixované na obou koncích) silou F působící kolmo na střed l3 1 s = ------- . ----------- . F 12π E r14 – r24

  6. PLASTICKÉ LÁTKY • Deformují se až po dosažení určité hodnoty deformující síly nebo napětí (síla/délka). • Deformace je trvalá.

  7. VISKÓZNÍ LÁTKY • tekutiny u nichž rychlost deformace ε je funkcí síly f Δε f = -------- Δt • lineární funkce – NEWTONSKÉ kapaliny (pravé roztoky, čistá rozpouštědla) • nelineární funkce – NENEWTONSKÉ kapaliny (koloidy)

  8. Látky viskózně elastické • deformace je funkcí působící síly i času současně • skokový nástup konstantní síly vede k exponenciálnímu nárůstu i poklesu po ukončení působení síly • k návratu do původního stavu je však potřeba zrušení deformace působením síly opačného směru • tento děj se nazývá RELAXACE • relaxační doba je poměr modulu pružnosti a dynamické viskozity • Maxwellovy tekutiny (krev)

  9. Maxwellův a Voigtův prvek • elastické vlastnosti modelujeme jako pružinu • viskózní vlastnosti modelujeme jako píst ve válci s obsahem tekutiny • sériové zapojení – Maxwellův prvek rychlé působení síly vede možnosti reversibilního návratu, delší působení síly vede k deformaci • paralelní zapojení – Voigtův prvek neumožňuje náhlé protažení • v organizmu kombinace obou prvků (sval a jeho úpony)

  10. V O D A Biofyzikální vlastnosti znamenají možnost života na Zemi. Ztráta 10 % vody u hospodářských zvířat představuje vážné poruchy, ztráta 25 % smrt.

  11. Krev 93 % Ledviny 83 % Srdce, plíce 79 % Svalovina 76 % Mozek 70 % Skelet 22 % Zubní sklovina 0,2 % S věkem obsah vody klesá z 80 % při narození na 50 % ve stáří Voda je nejvíce zastoupenou sloučeninou v organizmu

  12. Parciální náboje Vodíkové vazby (můstky) E ~ 8 – 40 kJ mol-1 asociace (shlukování) molekul Polární rozpouštědlo Silně polární struktura σ + H H 104,5o O - σ

  13. KAPALNÁ VODA • USPOŘÁDÁNÍ DO „CLUSTERS“ • Molekuly vzájemně asociují, střídají se oblasti organizované s neorganizovanými a se samostatnými molekulami • Molekuly se mohou zasouvat do sebe • Různé energie H můstků v závislosti na prostorovém uspořádání jednotlivých clusters • Paměť molekul (transport informace, homeopatika)

  14. L E D „VURTZITOVÁ“ struktura Každá molekula vody přitahuje 4 další molekuly. Molekuly vytvářejí pravidelný tetraedr krystalů ledu. Vodíkové můstky mají stejnou energii v závislosti na teplotě. Pravidelné vzdálenosti vedou k zvětšení objemu Vmax 4 oC - anomálie vody.

  15. Univerzální rozpouštědlo Prostředí pro fyzikální (osmóza) a chemické (hydrolýza) procesy Strukturální (uspořádání membrán) Transportní (plynů, živin, tepla) Termoregulační Velké specifické teplo 4,2 kJ mol-1 → akumulace tepla Výborná tepelná vodivost Vysoké skupenské teplo výparné 2,4 kJ mol-1 (37oC) Evaporace Anomálie vody FUNKCE VODY

  16. ROZPOUŠTĚNÍ • Kapaliny mají schopnost rozrušovat vzájemné interakce částic pevných látek nebo jiných kapalin a uvolněné částice rovnoměrně rozptylovat (snaha o dosažení rovnovážného stavu). • ROZPUSTNOST je stavová veličina představující kvantitativní míru rozpouštění • NASYCENÝ ROZTOK je rovnovážná soustava, kdy za dané teploty se přidávaná látka přestává rozpouštět a vytváří samostatnou fázi.

  17. DISOCIACE – rozpad na menší části – ionty (disociační konstanta) • ASOCIACE – spojování částic (H můstky) • SOLVATACE (HYDRATACE) obalování částic molekulami rozpouštědla (vody)

  18. ROZDĚLENÍ VODY • Dříve volná x vázaná • Nyní dle aktivity vody aw piw aw = ------------ piwo piw parciálnítenze vodních par nad potravinou piwo parciálnítenze vodních par nad čistou vodou

  19. ROZDĚLENÍ VODY • aw 0,0 - 0,2voda vicinální monomolekulární vrstva, nemá schopnost rozpouštědla, bez možnosti chemických reakcí 2. aw 0,2 - 0,7 voda vícevrstvá fyzikální sorpce na potravinu, převládají vodíkové vazby mezi vrstvami vody 3.aw 0,7 - 1,0 voda kondenzovaná voda volná získá se odpařením voda zachycená získá se lisováním

  20. Všechny interakce vody v potravinách vedou k poklesu entropie, tedy k nárustu organizovanosti představované terciární a kvartérní strukturou koloidů. • aw roste s teplotou 10 oC o 0,03-0,2 • Představuje dostupnost mikroorganismů k vodě z potraviny, tedy vztah ke údržnosti • Čerstvé maso 0,97 uzenina 0,82 – 0,85

  21. KOLIGATIVNÍ VLASTNOSTI SOUVISÍ S POČTEM ČÁSTIC V ROZTOKU, JEJICHŽ VLASTNOSTI SE LIŠÍ OD VLASTNOSTÍ ČISTÝCH SLOŽEK • Raultův zákon: Tenze par rozpouštědla nad roztokem je za stejných podmínek vždy nižší než nad čistým rozpoštědlem (po). Δ p = po . X2 X2 molární zlomek rozpuštěné látky podíl počtu částic rozpuštěné látky vůči součtu počtu částic rozpuštěné látky a počtu částic rozpouštědla

  22. EBULIOSKOPIE • Bod varu roztoku je vždy vyšší než bod varu čistého rozpouštědla ΔTe = Ee . m Ee ebulioskopická konstanta m molární koncentrace [mol . m-3]

  23. KRYOSKOPIE • Bod tuhnutí roztoku je vždy nižší než čistého rozpouštědla ΔTk = Ek . m Ek kryoskopická konstanta m molární koncentrace [mol . m-3]

  24. OSMOTICKÝ TLAK π • Je výsledkem snahy koncentrovaného roztoku po zředění (vyrovnání koncentračního gradientu) • Hydrostatický tlak: p = h . ρ . g [Pa] Vańt Hoffův vztah: π = R . T . c . i[Pa] c molární koncentrace[mol . m-3] iVańt Hoffův opravný koeficient Pro neelektrolyty = 1 Pro elektrolyty počtu vzniklých iontů • Osmolarita [mosmol . l-1] • Osmolalita [mosmol . kg-1 rozpouštědla]

  25. OSMÓZA – TOK ROZPOUŠTĚDLA • Představuje transport hmoty látkový tok J = k . S (π1 – π2) k– koeficient propustnosti S– celková plocha rozhraní π1 , π2– osmotické tlaky roztoků oddělených membránou

  26. TYPY ROZTOKŮ izotonický – stejný osmotický tlak hypotonický x hypertonický nižší osmotický tlak vyšší osmotický tlak směr pohybu molekul rozpouštědla

  27. OSMOTICKÝ TLAK • Roztoky hepertonické voda ven z buňky → svrašťování plazmorhyza (u rostlin plazmolýza) • Roztoky hypotonické voda do buňky, zvětšení objemu plazmoptýza, haemolýza • Roztoky isotonické pro krev π = 0,74 MPa 0,9 % NaCl (0,155 mol.l-1) nebo 5 % glukóza (0,31 mol.l-1)

  28. ONKOTICKÝ TLAK • Týká se koloidů má v plazmě menší význam než osmotický tlak solí, působí proti hydrostatickému tlaku krve v končetinách, a proto má význam v tkáňové cirkulaci – zamezuje hromadění vody ve tkáních • Hypoproteinemie plazmy vede k otokům

  29. ONKOTICKÝ TLAK • Schopnost potravin vázat přidanou vodu • 1 g albuminu či globulinu váže 1,3 g vody • 1 g škrobu váže 0,8 g vody (solení, prátování atd.)

  30. Transportní jevy • viskozita transport hybnosti • vedení tepla transport energie • difuze, osmóza transport hmoty Transp.vel. = - K . Plocha . Gradient

  31. Viskozita – transport hybnosti F . t dv F = η . S . ------- dx dv/dx gradient rychlosti podle vzdálenost dvou vrstev η dynamická viskozita [Pa.s] (kcP)

  32. Transport tepla • kondukcí (vedením) dT Q = λ . S . --------- dx λ koeficient přestupu tepla dt/dx gradient teploty podle vzdálenosti S plocha

  33. Transport hmoty DIFUZE • Rotpuštěná látka přechází z místa o vyšší koncentraci na místo o nižší koncentraci • nevyžaduje energii (pasivní transport) • cílem je dosažení rovnovážného stavu • částice se pohybují neuspořádáným tepelným pohybem • v plynech a kapalinách probíhá rychle • v pevných látkách pomalu

  34. dn 1 J = ------ . ------ dt S S – celková plocha rozhraní J[mol . s-1 .m-2] počet molů dn, které projdou za čas dt jednotkovou plochou S= množství látky,vyjádřené počtem molů dn, které projde za sekundu jednotkovou plochou rozhraní HUSTOTA DIFUZNÍHO TOKU [J] dt – časový interval, během kterého projde rozhraním množství látky dn

  35. dc J = - D . ------- dx D – difuzní koeficient [m2 . s-1] c – koncentrace x – souřadnice polohy na ose x mínus – koncentrace ve směru osy x klesá vyrovnává zápornou hodnotu poklesu koncentrace na kladnou hodnotu látkového toku 1. Fickův zákon: Hustota difuzního toku J je přímo úměrná koncentračnímu gradientu dc/dx (platí pro jednosměrnou difuzi ve směru osy x; gradient se nemění v čase/iontová pumpa/) FICKŮV ZÁKONjednosměrná stacionární difuze D nabývá hodnot od 1 . 10-9 po 1 . 10-12 mikromolekuly makromolekuly

  36. Difuze • transport molekul rozpuštěné látky přes semipermeabilní membránu • Pro prostup neelektrolytů platí: J = - P . S . (c1 – c2) J látkový tok P permeabilita membrány c1 – c2 rozdíl koncentrací roztoků po stranách membrány S plocha

More Related