Физические свойства воды и льда

ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВОДЫ И ЛЬДА

ВОДА

Вода, не являясь собственно питательным веществом, жизненно необходима как стабилизатор температуры тела, переносчик нутриентов (питательных веществ) и пищеварительных отходов, реагент и реакционная среда в ряде химических превращений, стабилизатор конформации биополимеров и, наконец, как вещество, облегчающее динамическое поведение макромолекул, включая проявление ими каталитических (энзиматических) свойств.

Вода − важная составляющая пищевых продуктов. Она присутствует в разнообразных растительных и животных продуктах как клеточный и внеклеточный компонент, как диспергирующая среда и растворитель, обусловливая их консистенцию и структуру и влияя на внешний вид, вкус и устойчивость продукта при хранении. Благодаря физическому взаимодействию с белками, полисахаридами, липидами и солями, вода вносит значительный вклад в текстуру пищи.

Содержание влаги (%) в пищевых продуктах изменяется в широких пределах:

Мясо	65−75	Мука	12−14
Молоко		Кофе-зерна (обжаренный)
Фрукты, овощи	70−95	Сухое молоко
Хлеб		Пиво, соки	87−90
Мед		Сьш
Масло, маогаоин	16-18	Джем

Многие виды пищевых продуктов содержат большое количество влаги, что отрицательно сказывается на их стабильности в процессе хранения. Поскольку вода непосредственно участвует в гидролитических процессах, ее удаление или связывание за счет увеличения содержания соли или сахара тормозит многие реакции и ингибирует рост микроорганизмов, таким образом удлиняя сроки хранения продуктов. Важно также отметить, что удаление влаги путем высушивания или замораживания существенно влияет на химический состав и природные свойства продукта. Это определяет интерес исследователей к изучению свойств и особенностей поведения воды и льда в пищевых продуктах.

Вода имеет молекулярную массу примерно равную 18,02 и может существовать в состояниях жидкости, пара и льда, характеризующихся следующими показателями фазовых переходов:

Точка при 101,3 кПа (1 атм), °С замерзания (плавления)	0,00
кипения	100,00
Тройная точка
температура, °С	0,0099
давление, Па (мм рт. ст.)	610,4 (4,579)
Теплота, кДж/моль (ккал/моль)
плавления при 0°С	6,01 (1,435)
парообразования при 100°С	40,63 (9,704)
сублимации при 0°С	50,91 (12,16)

Как видно из этих данных, для воды характерны высокая температура кипения и плавления, высокие значения теплоты фазовых переходов (плавления, парообразования, сублимации). По этим свойствам вода существенно отличается от гидридов некоторых элементов, расположенных близко к кислороду в периодической системе (СН₄, NH₃, HF, H₂S, HC1). Это иллюстрируется некоторыми сведениями, представленными в табл. 10.1.

Вода обладает аномально высокой теплоемкостью. Это имеет большое значение в жизни природы − в ночное время, а также при переходе от лета к зиме вода остывает медленно, а днем или при переходе от зимы к лету так же медленно нагревается, являясь, таким образом, регулятором температуры на земном шаре.

Таблица 10.1. Физические свойства некоторых гидридов

Вещество	Точка плавления, °С	Точка кипения, °С	Теплота парообразования при 100 °С, ккал/моль
CH4	−184	−161	2,20
NH3	−78	−33	5,55
HF	−92	+19	7,22
Н20		+100	9,70

Вода обнаруживает необычное свойство расширяться при замерзании, вследствие чего плотность льда ниже, чем воды при той же температуре (табл. 10.2), что нехарактерно для других веществ при переходе из жидкого состояния в твердое. Среди других аномалий воды следует отметить высокое значение поверхностного натяжения и диэлектрической постоянной и значительную теплопроводность (табл. 10.2). Теплопроводность воды выше, чем других жидкостей, а льда − больше, чем других неметаллических твердых веществ. Следует также отметить, что теплопроводность льда при 0°С приблизительно в четыре раза больше, чем воды при той же температуре, т. е. лед проводит тепло значительно быстрее, чем иммобилизованная (неподвижная) вода, находящаяся в тканях. Если при этом учесть, что температуропроводность льда на порядок выше, чем воды, становится понятным, почему ткани замерзают быстрее, чем оттаивают, если задается одинаковая (но обратная) разность температур.

Таблица 10.2. Влияние температуры на некоторые свойства воды и льда

Показатели	Вода при температуре, °С	Лед при температуре, °С
			-20
Плотность, г/см ^3	0,9982	0,9998	0,9168	0,9193
Давление водяного пара, Па (мм рт. ст.)	2337 (17,53)	610,4 (4,58)	610,4 (4,580)	103,4 (0,77)
Вязкость, Па ∙ с	1,002 ∙ 10^-3	1,787 ∙ 10^-3	−	−
Поверхностное натяжение, Н/мм	72,75 ∙ 10^-3	75,6 ∙ 10 ^-3	−	−
Теплоемкость, Дж/кг ∙ К	4,18	4,22	2,10	1,95
Теплопроводность, Дж/м ∙ с ∙ К	5,98 ∙ 10^2	5,64 ∙10^2	22,40 ∙ 10^2	24,33 ∙ 10^2
Температуропроводность, м^2/с	1,4 ∙ 10^-5	1,3 ∙ 10^-5	1,1 ∙10^-4	1,1 ∙10^-4
Диэлектрическая постоянная	80,36

Дата добавления: 2014-01-07