Лекція №11. Властивості розбавлених розчинів неелектролітів

Застосування екстракції

Процес екстракції використовується для вилучення цінних речовин, що входять до складу складного твердого тіла найчастіше поруватої структури, а також при приготуванні багатьох напоїв. Так, приготування чаю і кави – типовий процес екстракції з твердих речовин (водою) компонентів, що обумовлюють смак і запах цих напоїв. При цьому для ефективної екстракції цінних компонентів кави попередньо подрібнюють. Установлено, що число екстрактивних речовин, які переходять у воду, збільшується майже у 1,5рази, якщо розмір часточок розмеленої кави дорівнює 200мкм, порівняно з кавою, часточки якої мають розмір 800мкм.

При приготуванні бульйонів м'ясо занурюють у холодну воду, нагрівають до кипіння і варять на слабкому вогні. При цьому способі у рідину переходить більша кількість екстрактивних речовин, а м'ясо стає більш плотним і м’яким. Для виготовлення других страв м'ясо занурюють у гарячу воду, доводять до кипіння і варять, не допускаючи кипіння, при 80 – 90 С. При такому способі у рідину переходить менша кількість білків та екстрактивних речовин. Одержаний бульйони є менш смачним, проте м'ясо – більш ніжним і смачним. Білки м’яса утворюють ніжніші згустки і утримують більшу кількість вологи. Для більшої ефективності процесу екстракції сировину подрібнюють для збільшення питомої активної поверхні (використання м’ясної відтяжки для освітлення кісткових бульйонів).

Основні питання:

1. Ідеальні розчини. Колігативні властивості розчинів.

2. Дифузія.

3. Осмос.

4. Тиск пари над розчинами. І закон Рауля.

5. Замерзання та кипіння розчинів. ІІ закон Рауля.

Розчини, утворення яких з компонентів не супроводжується зміною об’єму системи (∆V=0), тепловими ефектами (∆Н=0), називають ідеальними розчинами.

Причина утворення ідеальних розчинів: зростання ентропії при змішуванні.

До моделі ідеального розчину наближаються безмежно розбавлені розчини (концентрація розчиненої речовини занадто мала, відносно великі відстані між молекулами, тому можна знехтувати силами взаємодії між частинками розчиненої речовини і розчинника).

Властивості ідеальних розчинів не залежать від природи розчиненої речовини, а визначаються лише концентрацією.

Згідно з рекомендацією ІЮПАК, концентрацією розчиненої речовини (не розчину!) називають відношення кількості або маси розчиненої речовини до об’єму розчину; концентрацію виражають у моль на літр або грамах на літр.

Концентрація – це відношення не однотипних величин. Відношення однотипних величин називається часткою, наприклад, відношення маси розчиненої речовини до маси розчину називається масовою часткою розчиненої речовини у розчині.

Властивості розчинів, які не залежать від природи розчиненої речовини, а визначаються кількістю частинок у розчині, називаються колігативні (означає „зв’язані між собою”).

До колігативних властивостей розчинів належать:

³ осмотичний тиск;

³ зниження тиску насиченої пари розчинника над розчином;

³ підвищення температури кипіння розчинів;

³ зниження температури замерзання розчинів.

Дифузія – це довільний процес поступового проникнення частинок однієї речовини (під впливом їх теплового руху) в середовище другої речовини, внаслідок чого концентрації речовин у всіх частинах об’єму системи вирівнюються.

Кількісною мірою дифузії у стандартних умовах є коефіцієнт дифузії (Д) – характеризує здатність речовин до дифузії – вимірюється кількістю речовини, що перенесена за одиницею часу через одиницю площі поверхні (м²/с).

Для інтенсифікації процесу розчинення тверду речовину подрібнюють для збільшення площі поверхні контакту з рідиною (збільшення питомої поверхні твердої речовини).

При виробництві кулінарної продукції процес розчинення є процесом, що супроводжує інші теплові процеси: адсорбцію, ректифікацію, варіння і смаження. Розчинення твердих тіл належить до процесів з фіксованою поверхнею фаз (наявна межа розділу рідина – тверде тіло).

При виготовленні їжі шляхом теплової обробки (варіння, смаження) важливим є масопередача в твердій фазі. В цих процесах крім масовіддачі від поверхні розділу фаз в рідину, пару, жир (фритюр) відбувається переміщення речовини в твердій фазі – масопровідність.

Процес масоперенесення в твердих тілах називають «стиснена дифузія», що пояснюється тим, що основа, скелет матеріалу, з якого складається продукт, здійснює опір дифузійному потоку або навіть перегороджує шлях дифузійному потоку.

Закон кінетики перенесення дифундуючої речовини: кількість речовини, що була переміщена в твердій фазі за рахунок масопровідності, пропорційна коефіцієнту масопровідності D_м, градієнту концентрації С, площі поверхні, перпендикулярної до напряму потоку речовини, і часу τ:

,

де D_м – коефіцієнт масопровідності, м²/с;

– градієнт концентрацій;

dS – площа поверхні, що перпендикулярна напряму потоку речовини, м²;

τ – час, с.

У процесах варіння та смаження різні напрями поширення температури і концентрації речовини, що дифундує.

Температурний градієнт спрямований від периферії продукту до його центру, а градієнт концентрації – від центру до периферії. При цьому важка речовина, що дифундує, переміщується у напрямі градієнта температур, а дифундуюча легка речовина – у напрямі градієнта концентрацій. Таке явище називається термодифузією. При термодифузії процес масообміну може бути утруднений внаслідок протилежних напрямів руху, наприклад, вологи і парів при варінні, смаженні, висушування.

Рух вологи у напрямі градієнта температур (від периферії до центру) називається термовологопровідність.

Переміщення вологи у напрямі градієнта концентрації (від центру до периферії) називається волого провідність (дифузія води).

Якщо в колбу з водою внести розчинну речовину, то молекули цієї речовини будуть спричиняти тиск на стінки колби, який можна виявити за допомогою напівпроникних перетинок (мембран).

Напівпроникна мембрана – мембрана, що пропускає частинки розчинника, але не пропускає частинки розчиненої речовини.

Дата добавления: 2013-12-14