Cykle rytm i czas Czynniki wpywajce na szybko
Cykle, rytm i czas - Czynniki wpływające na szybkość reakcji chemicznych Procesy korozji materiałów Przemiany żywności Starzenie się skóry
Czynniki wpływające na szybkość reakcji chem. v Reakcje chemiczne (przemiany chemiczne) przebiegają z różną szybkością, ogólne można je podzielić na dwie grupy: Ø reakcje przebiegające z dużą lub bardzo dużą szybkością, np. : ü spalanie wodoru: 2 H 2 + O 2 2 H 2 O ü spalanie metanu: CH 4 + 2 O 2 CO 2 + 2 H 2 O ü reakcja potasu z wodą: 2 K + 2 H 2 O 2 KOH + H 2 Ø reakcje przebiegające powoli lub bardzo powoli, np. : ü erozja chemiczne skał (zjawisko krasu): Ca. CO 3 + CO 2 + H 2 O Ca 2+ + 2 HCO 3 - ü korozja chemiczna metali: 4 Fe + 3 O 2 2 Fe 2 O 3 4 Al + 3 O 2 3 Al 2 O 3 ü fermentacja alkoholowa cukrów: C 6 H 12 O 6 2 C 2 H 5 -OH + CO 2 ü reakcja wapnia z wodą: Ca + 2 H 2 O Ca(OH)2 + H 2
Czynniki wpływające na szybkość reakcji chemicznych – rodzaj substratów v Rodzaj reagujących substancji (substratów) – doświadczenie (reakcja potasu, sodu i wapnia z wodą) Ø 2 K + 2 H 2 O 2 KOH + H 2 Ø 2 Na + 2 H 2 O 2 Na. OH + H 2 Ø Ca + 2 H 2 O Ca(OH)2 + H 2 Szereg aktywności metali: - metale znajdujące się w szeregu aktywności przed wodorem wypierają wodór z kwasów Ø litowce i magnezowce wypierają wodór również z wody) v Ø K > Na > > Ca > Mg > Al > Zn >Fe >Ni >Sn > Pb > H > Bi > Cu > Hg > Ag > Pt > Au
Czynniki wpływające na szybkość reakcji chemicznych – stopień rozdrobnienia substratów oraz stężenie substratów v Doświadczenie: reakcja kwasu chlorowodorowego z granulatem i pyłem cynkowym Ø Zn + 2 HCl Zn. Cl 2 + H 2 Ø Obserwacje i wniosek: wraz ze wzrostem stopnia rozdrobnienia substratów szybkość reakcji wzrasta v Doświadczenie: reakcja stężonego i rozcieńczonego kwasu chlorowodorowego granulatem cynku Ø Zn + 2 HCl Zn. Cl 2 + H 2 Ø Obserwacje i wniosek: wraz ze wzrostem stężenia substratów szybkość reakcji wzrasta.
Czynniki wpływające na szybkość reakcji chemicznych – temperatura v Doświadczenie: reakcja żelaza z kwasem chlorowodorowym o różnej temperaturze Ø Fe + 2 HCl Fe. Cl 2 + H 2 Ø Obserwacje i wniosek: wraz ze wzrostem temperatury reagentów szybkość reakcji wzrasta, Ø zgodnie z regułą van`t Hoffa wzrost temp. o 10 o. C powoduje wzrost szybkości reakcji 2 – 4 krotnie
Katalizatory reakcji – katalizatory dodatnie v Katalizatory (katalizatory dodatnie) i biokatalizatory (np. enzymy) – substancje, które dodane do mieszaniny reakcyjnej powodują wzrost szybkości reakcji, ich rola polega na obniżeniu energii aktywacji reakcji Ø Katalizator bierze udział w reakcji, ale nie jest w niej zużywany, tj. w ostatnim etapie jest on odtwarzany: ü r. bez katalizatora: A + B AB ü r. z katalizatorem : A + B + K AB + K Ø Przykłady: metale bloku d (Pt, Ni, Pd), tlenki metali, woda.
Inhibitory reakcji -katalizatory ujemne v Inhibitory (katalizatory ujemne) – substancje, które dodane do mieszaniny reakcyjnej powodują zmniejszenie szybkości reakcji, ich rola polega na podwyższeniu energii aktywacji Ø Inhibitor bierze udział w reakcji, ale nie jest w niej zużywany, tj. w ostatnim etapie jest on odtwarzany Ø Przykłady: dodatki do żywności (konserwanty), substancje opóźniające korozję metali, utlenianie olejów i smarów oraz innych substancji wrażliwych na działanie tlenu i światła
Korozja v Korozja (mechaniczna, chemiczna, biologiczna) – proces niszczenia danego materiału lub tworzywa (szczególnie metali i ich stopów) pod wpływem czynników środowiska. v Metale i ich stopy narażone są na działanie następujących czynników środowiska wchodzących w skład powietrza atmosferycznego: NO, NO 2, SO 2, H 2 S, O 2, O 3, H 2 O, HCl, Cl 2, CO 2, gazy spalinowe.
Korozja chemiczna v. Korozja chemiczna – zachodzi z reguły w środowisku suchym (bez dostępu wody w niej rozpuszczonych elektrolitów) i bez przepływu prądu elektrycznego. Ø 2 Fe + O 2 2 Fe. O; 4 Fe. O + O 2 2 Fe 2 O 3 Ø 4 Al + 3 O 2 2 Al 2 O 3 Ø Cu + S Cu. S Ø 2 Ag + S Ag 2 S Ø Ca. CO 3 + CO 2 + H 2 O Ca 2+ + 2 HCO 3 -
Korozja elektrochemiczna żelaza v Węglowe elektrody w ogniwie pełnią rolę obojętnej fazy metalicznej w tlenowym półogniwie redox v Żelazo w mikoroogniwie jest zawsze anodą (elektrodą ujemną) natomiast grafit lub cementyt, które mają wyższe potencjał niż żelazo są katodami (elektrodami dodatnimi) Ø Na A (-): Fe - utlenieniu ulega Fe: (-)M 1: Fe 2+ + 2 eØ Na K (+): C/Fe 3 C - redukcji ulega tlen rozpuszczony w wodzie: (+)M 2: 2 H 2 O + O 2 + 4 e- 4 OHü Sumarycznie: 2 Fe + 2 H 2 O + O 2 2 Fe(OH)2 Ø Powstający początkowo wodorotlenek żelaza(II) ulega utlenieniu pod wpływem tlenu atmosferycznego: 4 Fe(OH)2 + O 2 2 Fe 2 O 3·H 2 O + 2 H 2 O
Korozja elektrochemiczna żelaza v Schemat korozji
Wpływ czynników na szybkość korozji v Korozja stali przebiega szybciej w roztworach o odczynie kwasowym a wolniej w roztworach o odczynie zasadowym (kwaśne deszcze przyspieszają korodowanie konstrukcji stalowych, odczyn zasadowy płynów chłodnicowych spowalnia procesy korozji) v Korozja szybciej przebiega w roztworach soli (solanka stosowna od odśnieżania i odladzania dróg przyspiesz korowanie pojazdów) , wolnej przebiega w wodzie destylowanej v Procesy korozji elektrochemicznej i chemicznej przebiegają równocześnie, a zmiany szybkości korozji chemicznej można przewidzieć na podstawie reguły Le Chateliera i zapisu równowagi procesu korozji chemicznej: Ø 2 Fe + O 2 + 2 H 2 O ↔ 2 Fe 2+ + 4 OH- ↔ 2 Fe(OH)2↓ Ø Czynnikami przyspieszającymi korozję chemiczne są: ü Wzrost stężenia tlenu (przesunięcie w prawo) ü Wzrost ilości wody (przesunięcie w prawo) ü Obniżenie stężenia (OH-) prze wprowadzenie kationów H+ (przesunięcie w prawo)
Metody ochrony przed korozją v Izolacja wyrobów od elektrolitu i dostępu tlenu oraz wody: smary, oleje (głównie na powierzchniach trących) powłoki malarskie, powlekanie PCV, PE, emaliowanie (powlekanie spiekanymi minerałami: Si. O 2, Ca. CO 3, glinki oraz topniki – powstaje powierzchnia odporna na czynniki chemiczne z wyjątkiem kwasu HF i stężonego H 3 PO 4). v Pokrywanie powierzchni (galwanizacja) metalu cienką warstwą innego metalu (cynkowanie, miedziowanie, niklowanie, chromowanie, srebrzenie, złocenie) powłoki metaliczne pełnią dwojaką funkcje: izolacyjne oraz dwa rodzaje procesów elektrochemicznych.
Powlekanie matali wyrobów ze stali v Metal powlekający o potencjale niższym od potencjału żelaza – staje się anodą (-), w przypadku uszkodzenia powłoki ulega utlenieniu, natomiast wyrób stalowy staje się katodą (+), co zapobiega utlenieniu żelaza.
Powlekanie matali wyrobów ze stali v Metal powlekający o potencjale wyższym od potencjału żelaza – staje się katodą (+), w przypadku uszkodzenia powłoki wyrób stalowy staje się anodą (-) i ulega stopniowej korozji – roztworzeniu (utlenienia) żelaza. O 2 H 2 O O 2 2 H 2 O + O 2 + 4 e- 4 OHNi (+) Fe 2 e- Fe (-) 2 Fe 2+ + 4 OH- [2 Fe(OH)2]·2 + O 2 2 Fe 2 O 3·H 2 O + 2 H 2 O Fe 2 e-
Ochrona katodowa v Ochrona katodowa – polega na połączeniu chronionego metalu z ujemnym biegunem prądu stałego i niskim napięciu, natomiast biegun dodatni jest połączony z płytą grafitową lub złomem żelaza umieszczonym w pobliżu konstrukcji stalowej - K + A
Ochrona protektorowa v Ochrona protektorowa – polega na połączeniu konstrukcji stalowej z stosunkowo dużą płytą metalu o niższym potencjale niż żelazo (najczęściej montuje na rurociągach lub kadłubach statków płyty magnezowe). v Metal o niższym potencjale pełni rolę anody i ulega stopniowemu roztworzeniu, a konstrukcja stalowa stanowi katodę i nie ulega utlenieniu. Płyty magnezowe muszą być ciągle uzupełniane. Rurociąg stalowy (+) Płyty magnezu (-)
Oksydowanie i inhibitory v Oksydowanie – polega na wytworzeniu na powierzchni chronionego metalu szczelnej i zwartej powłoki tlenków tych metali (metoda stosowana przy produkcji broni palnej) v W warunkach domowych wyroby stalowe można oksydować przez gotowanie ich w stężonym roztworze Na. NO 2 z dodatkiem Na. OH v Inhibitory – związki obniżające szybkość reakcji chemicznych, po wprowadzeniu ich do elektrolitu, w którym zanurzony jest chroniony wyrób metalowy opóźniają proces utlenienia poprzez absorbowanie się na powierzchni metalu i izolowanie dostępu do niego czynników korodotwórczych.
Przemiany żywności v Fermentacja – reakcja rozkładu określonych związków organicznych pod wpływem enzymów (biokatalizatorów) wytwarzanych przez drobnoustroje (bakterie, drożdże) Ø Fermentacja alkoholowa: ü C 6 H 12 O 6 2 C 2 H 5 OH + 2 CO 2 (etanol) Ø Fermentacja octowa: ü C 2 H 5 OH + O 2 CH 3 COOH + H 2 O (kwas octowy) Ø Fermentacja mlekowa: ü C 6 H 12 O 6 2 CH 3 CH(OH)COOH (kwas mlekowy) Ø Fermentacja masłowa: ü C 6 H 12 O 6 C 3 H 7 COOH + 2 H 2 + 2 CO 2 (kwas masłowy)
Konserwanty, antyutleniacze i regulatory kwasowości v Antyutleniacze (antyoksdanty) – substancje spowalniające procesy utleniania (E 300 -E 399): Ø witamina C i E v Regulatory kwasowości – substancje utrzymujące właściwy odczyn (p. H): Ø sole kwasu mlekowego, cytrynowego, ortofosforowego(V) v Konserwanty – substancje zapobiegające rozwojowi mikroorganizmów (E 200 – E 299): Ø sole kwasu azotowego(III), siarkowego(IV), mrówkowego, octowego, propionowego
Starzenie się skóry v Naturalny proces biologiczny wynikający z obniżonej aktywności komórek skóry a tym samym zdolności regeneracyjnych, proces ten uwarunkowany jest biologiczne i przez czynniki środowiska: Ø czynniki zewnętrzne: q promieniowanie jonizujące i uv : ü 5% - promieniowanie uvb: opalanie skóry i poparzenia, ü 95% uva: wnikają głęboko w skórę odpowiedzialne są za powstawanie wolnych rodników i starzenie się skóry q skażenia biologiczne i chemiczne (spaliny, ozon, palenie papierosów) Ø czynniki wewnętrzne: zaburzenia hormonalne, przebyte choroby, brak witamin, nieprawidłowe odżywianie się
Wolne rodniki (*R) v Rodnik – atom lub grupa atomów zawierająca niesparowany elektron lub elektrony: *CH 3, *O*, *Cl, *NO 2 v Rodniki są bardzo aktywne chemicznie, Ø np. rodnik tlenowy powstający w trakcie oddychania komórkowego powoduje utlenianie białek, kwasów nukleinowych, tłuszczów i cukrów w komórkach, Ø w/w procesy przyczyniają się do powstania kolejnych rodników i degradacji w/w związków organicznych
Kosmetyki regenerujące skórę v Działanie kosmetyków : wnikanie w głębsze warstwy skóry, regeneracja komórek, ich odżywianie i ochrona przed czynnikami wewnętrznymi i zewnętrznymi: v Składniki kosmetyków i ich działanie: Ø witamina A: wzmaganie procesów regeneracyjnych, Ø filtry ochronne uva i uvb Ø hydroksykwasy: HO – R – COOH, wzmaganie procesów regeneracyjnych Ø antyoksydanty: witamina A i E, wzmaganie procesów ochronnych przed wolnymi rodnikami i regeneracyjnych, Ø substancje hormonopochodne: spowalnianie powstawania zmarszczek Ø kwas hialuronowy: silne działanie nawilżające
Aminokwasy i witaminy w kosmetykach v Alfa – aminokwasy R – CαH(NH 2) – COOH: dwufunkcyjne pochodne węglowodorów, zwierają grupę aminową (- NH 2) i grupę karboksylową (- COOH) połączone z węglem α, Ø Mają one zdolność polikondensacji, produktem tej reakcji są peptydy i białka. Ø Cystyna, cysteina, metionina - odżywanie, regenerowanie i wzmacnianie włosów (w cząsteczce zawierają siarkę). Ø Glicyna – działanie przeciwłupieżowe. Ø Kwas asparaginowy i kwas glutaminowy – regulują odczyn (p. H) skóry, (w cząsteczce zawierają dwie grupy – COOH) Ø Treonina – reguluje złuszczanie zrogowaciałego naskórka v Witaminy: Ø A – jej działanie jest skuteczne po wniknięciu w głąb skóry, pod wpływem światła i powietrza ulega rozkładowi, Ø C - działanie jest skuteczne przy stężeniu powyżej 10% w kosmetyku.
- Slides: 24