61.07 Колоїдна хімія

плинність системи зростає і характер кривої в‟язкості системи різко змінюється (рис. 1.2, крива 2в). При охолодженні цієї системи утворюються драглі.

2.Температура клейстеризації залежить від виду крохмалю (походження)

іколивається в межах 58...80 С. Встановлено, що на температуру початку клейстеризації впливає вміст амілози і тип кристалічності крохмалю. Кристалічність крохмалю пов‟язана з умовами формування крохмальних зерен та різниться кількістю зв‟язаної води в молекулах. Крохмаль коренебульбоплодів (картопляний) характеризується типом кристалічної структури В і відносно меншим вмістом амілози (21 %), його температура

клейстеризації коливається в межах 60-65 С. Зерновий крохмаль (кукурудзяний, пшеничний) має тип кристалічності А та приблизний вміст амілозної фракції 26 28 %. Температура клейстеризації цих видів крохмалю коливається в межах 68-80 С.

3. В‟язкість суспензії залежить від концентрації крохмалю і описується

де φ – об‟ємна частка дисперсної фази в системі; Vk – об‟єм часток дисперсної фази; Vs – загальний об‟єм системи.

Рівняння Ейнштейна стверджується тільки для розбавлених суспензій.

Питання для самоперевірки

1.Що вивчає реологія?

2.Поняття про в‟язкість.

3.Які види в‟язкості вам відомі?

4.Методи вимірювання в‟язкості.

5.Закон Ньютона і межі його застосування.

6.Закони плинності істинно в‟язких рідин.

7.Закони плинності структурованих систем.

8.Як розрахувати в‟язкість суспензії за експериментальними даними, одержаними на віскозиметрі Оствальда?

9.Поясніть залежність в‟язкості від температури та концентрації.

10.Поясніть явище клейстеризації крохмалю. Температура клейстеризації різних видів крохмалю.

Лабораторна робота № 8

ДОСЛІДЖЕННЯ РЕОЛОГІЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ СТРУКТУРОВАНИХ ХАРЧОВИХ МАС НА ВІСКОЗИМЕТРІ

ТИПУ «РЕОТЕСТ-2»

41

Мета роботи – встановити залежність реологічних параметрів структурованих систем від природи структури, навантаження і наповнення системи дисперсною фазою.

Завдання для виконання роботи

1.За допомогою приладу „Реотест-2” дослідити реологічні властивості структурованих систем.

2.Зняти показання потенціометра для кожної з досліджуваних систем при різних (дванадцяти) швидкостях деформації та сталому напруженні зсуву Р=const.

3.Опрацювати експериментальні дані.

4.Побудувати повні реологічні криві в„язкості та плинності.

5.Визначити реологічні параметри в„язкості та міцності системи.

Прилади, лабораторний посуд та реактиви

Віскозиметр «Реотест-2», колби місткістю 100 см3, термометр, шпатель, електрична плитка, водяна баня, 3-4 структуровані харчові маси (тісто, крем, крохмальний клейстер, сметана) різної концентрації (3-4 концентрації кожного зразку).

Порядок виконання роботи

1.Готують 100 см3 заданої системи певної концентрації (за завданням

викладача).

2.Перемішують систему і витримують 20-30 хв. при кімнатній температурі.

3.Прилад „Реотест-2” (рис. 8.1.) готують до роботи.

4.У нерухомий зовнішній циліндр приладу (1) (рис. 8.1.) заливають 30-40 см3 досліджуваної системи.

5.Одягають внутрішній циліндр (2) на вісь (3), що з„єднана з електричним двигуном.

6.Зовнішній циліндр (1) із структурованою системою одягають на зафіксований внутрішній циліндр (2) і піднімають до упору. Фіксують положення зовнішнього циліндра за допомогою гайки. Досліджувана система рівномірно розподіляється в зазорі (4) між коаксиальними циліндрами (зовнішнім (1) і внутрішнім (2)). При необхідності систему витримують в термостаті (5) за певної температури (рис. 8.1.)

7.За умови сталого напруження зсуву Р=const внутрішньому циліндру надають певну сталу швидкість деформації (їх дванадцять, або двадцять чотири), при

42

цьому зовнішній циліндр залишається нерухомим.

8. Реєструють швидкість обертання рухомого циліндра (2) за допомогою потенціометра. Швидкість обертання циліндра пропорційна швидкості деформації досліджуваної системи. Результати відліку заносять до табл.8.1.

Рис. 8.1. Схема приладу „Реотест

– 2”

Опрацювання результатів

1. Розраховують напруження зсуву Р, яке виникає в системі, за рівнянням:

де Z – стала внутрішнього циліндра (наведена в паспорті приладу, наприклад, для циліндра S1 – Z=5,79; для S2 – Z=7,59; S3 – Z =13,82 Па); – значення шкали на індикаторному приладі (потенціометрі);

Отримані дані для Р заносять в табл. 8.1

2.Значення градієнтів деформації έ для кожної швидкості обертання (12 значень) беруть із паспортних даних і заносять у табл. 8.1.

3.За значеннями напруги зсуву Р і градієнта деформації έ розраховують динамічну в„язкість η за рівнянням Ньютона:

де η– динамічна в„язкість, Па·с; Р – напруга зсуву, Па; έ – швидкість зсуву, с-1.

1.За даними табл. 8.1 будують повні реологічні криві в„язкості f (Р) (рис.8.2) та плинності f (Р) ( рис.8.3)

43

Рис. 8.3. Реологічні криві Рис. 8.2. Реологічні криві плинності

в‟язкості

5. З рис. 8.2 визначають параметри, що характеризують зміну в„язкості структурованої системи при руйнуванні її надмолекулярної структури внаслідок навантаження. Визначають значення η0 – найбільшу в„язкість системи з практично не зруйнованою структурою, ηm– найменшу в„язкість системи з практично зруйнованою структурою та їх різницю (η0- ηm), що є на величиною аномалії в„язкості і характеризує міцність утвореної в системі надмолекулярної структури.

6.До прямолінійної частини кривої плинності (рис. 8.3) проводять

дотичну. Точка перетину дотичної з віссю абсцис Рк2 характеризує динамічну межу здатності системи до плинності. А точка перетину кривої плинності з

віссю абсцис Рк1 вказує на характер утвореної системи. Якщо Рк1= 0, то система відноситься до структурованої рідини (рис.8.3 крива 1), а якщо Рк1>0, то система має властивості структурованого твердоподібного тіла (рис.8.3 крива 2). З точки, де дотична відходить від кривої, опускають перпендикуляр на вісь

абсцис і одержують значення Рm, що характеризує міцність утвореного структурного каркасу. Отримані дані заносять до табл.8.2.

7.Розраховують деякі співвідношення реологічних параметрів: Рк1/Рк2 – характеризує міцність структурних зв„язків; Рm/Рк1– характеризує діапазон напружень, в яких відбувається руйнування структури. Отримані значення також заносять до табл.8.2.

1. За характером повних реологічних кривих в„язкості і плинності роблять висновок до якого типу структур відносяться досліджувані системи: коагуляційних чи конденсаційно-кристалізаційних.

Коагуляційні структури утворюються, коли частинки диспергованої фази взаємодіють безпосередньо або через тонкі прошарки рідкого дисперсійного середовища. Внаслідок дії міжмолекулярних сил притягування коагуляційні контакти, як правило, з‟являються на ліофобних ділянках мозаїчної поверхні частинок дисперсної фази, що дає можливість використати поверхнево-активні речовини як для послаблення, так і для підсилення таких контактів. Для коагуляційних структур характерні низька міцність, висока пластичність, здатність до високоеластичних деформацій, яскраво виражена тиксотропія. До них відносяться тісто, шоколадні та цукеркові маси, сметана та ін.

Конденсаційно-кристалізаційні структури утворюються у різноманітних неорганічних та органічних, низькота високомолекулярних кристалічних та аморфних дисперсних системах при спіканні, пресуванні, ізотермічній перегонці, виділенні нової високодисперсної фази з пересичених розчинів та розплавів. Такі структури характеризуються високою міцністю, крихкістю, незворотними деформаціями та відсутністю тиксотропії. До них відносяться такі харчові продукти як галети, крекери, твердий шоколад.

2.Роблять висновок про характер зміни в„язкості системи при збільшенні навантаження на неї (рис.8.2).

3.Визначають вплив концентрації дисперсної фази на реологічні параметри системи (за даними табл. 8.2) і будують залежність Рm від

f (C) .

m

Питання для самоперевірки

1.Які методи вимірювання реологічних властивостей ви знаєте ?

2.Принцип роботи віскозиметра типу «Реотест».

3.Які властивості мають коагуляційні структури ?

4.Охарактеризувати конденсаційно-кристалізаційні структури.

5.Проаналізувати криву в‟язкості для структурованої системи.

6.Навести криві плинності для різних структур і проаналізувати їх.

7.Які механізми керування процесами структуроутворення вам відомі ?

45

ЛІТЕРАТУРА

1.Манк В.В, Мірошников О.М., Подобій О.В., Стеценко Н.О Колоїна хімія: Практикум. –К.:НУХТ, 2008 – 170 с.

2.Воловик Л.С., Ковалевська Є.І., Манк В.В, Мірошников О.М., Федоренко Г.А. Фізична хімія: Підручник – К.: фірма «Інкос» 2007. -191 с.

3.Чумак В.Л., Іванов С.В. Фізична хімія: Підручник – К.: Книжкове вид-во НАУ, 2007. – 648 с.

4.Воловик Л.С., Ковалевська Є.І., Манк В.В. та ін. Колоїдна хімія: Підручник. – К.: НУХТ, 2011. – 247 с.

5.Воловик Л.С., Ковалевська Є.І., Манк В.В. та ін. Колоїдна хімія.

–К.: Вид-цтво “Книголюбів”, 1999. – 238 с.

6.Андреев Н.Р. Основы производства нативных крахмалов (научные аспекты). – М.: «Пищепромиздат», 2001. – 282 с.

7.Основи колоїдної хімії: фізико-хімія поверхневих явищ і дисперсних систем. За ред. М.О.Мчернова-Петросяна. – Х.: ХНУ, 2004

.

46

47