Лекція №10. Розчини. Розчинність газів, рідин і твердих речовин
Основні питання:
Загальна характеристика розчинів. Теорії розчинів.
Розчинність твердих речовин.
Розчинність газів в рідинах. Наукові основи виготовлення і зберігання шипучих напоїв.
Розчинність рідин. Екстракція та її практичне застосування.
Розчини – гомогенні термодинамічно стійкі рівноважні системи змінного складу з двох і більше компонентів.
Розчинник – компонент розчину, що кількісно переважає і зберігає свій агрегатний стан при утворенні розчину.
Розчинена речовина – компонент розчину, що міститься в меншій кількості.
Розчини займають проміжне положення між механічними сумішами та хімічними сполуками.
Спорідненість з механічними сумішами – несталість складу.
Спорідненість з хімічними сполуками – однорідність, значні об’ємні й енергетичні ефекти, неподільність без зміни агрегатного стану.
При виготовленні харчових продуктів процеси розчинення відіграють як основну так і допоміжну роль. Наприклад, приготування цукрових сиропів, розсолів – допоміжний процес. Процес розчинення є основним процесом при виробництві кулінарної продукції на основі сухої сировини. Так, приготування бульйонів, морозива, відновленого молока може бути ефективним за умови раціонального проведення процесу розчинення вихідної сировини. Приготування кулінарних виробів із концентратів також пов’язано з розчиненням окремих компонентів.
Розчини – це фізико-хімічні системи, які знаходяться в стані динамічної рівноваги та дисоціації, утворені частинками розчиненої речовини, розчинника та хімічно нестійких сполук, при цьому діють сили різної інтенсивності, що викликають утворення асоціатів різного ступеня міцності.
К
ласифікація
розчинів
-
За розміром частинок
істинні розчини (10 -8 см);
колоїдні розчини (10 -5 – 10 -7 см) .
За агрегатним станом розчинника і розчиненої речовини:
газові: г/г (повітря), р/г (пара);
рідкі: г/р (газована вода), р/р (горілка, оцет),
тв/р (рідкі розчини, сиропи, розсоли);
тверді: г/тв (розчини водню в платині), р/тв (полімери),
тв/тв (тверді розчини, сплави, мінерали).
(утворюються
при розчиненні газоподібних, рідких і
твердих речовин у рідкому розчиннику)Рідкі розчини
Утворення розчину відбувається спонтанно до стану стійкої рівноваги.
Залежно від розчинності тверді речовини умовно поділяють на:
добре розчинні (в 100г Н2О розчиняється більше 10г речовини);
малорозчинні (в 100г Н2О розчиняється від 0,01 до 1г речовини);
практично нерозчинні (в 100г Н2О розчиняється менше 0,01г речовини).
Процеси, що відбуваються при розчиненні в рідинах твердих речовин:
орієнтація полярних молекул розчинника навколо частинок розчинюваної речовини та утворення нового іон-дипольного зв’язку;
руйнування кристалічної решітки розчинюваної речовини, перехід її у рідкий стан (∆Н>О) та рівномірний розподіл у всьому об’ємі рідкої фази (∆Н>О);
хімічна взаємодія розчинюваної речовини з розчинником, що супроводжується утворенням сольватів (∆Н<О).
Теплота розчинення залежить від природи компонентів системи і концентрації розчину.
При розчиненні у рідинах твердих або рідких речовин, які добре сольватуються, відбувається збільшення ентропії системи, тому що зменшення ентропії при утворенні сольвату перекривається збільшенням ентропії, пов’язаним з розподілом утвореного сольвату в об’ємі системи.
Виняток: розчинення газів в рідинах (∆S<О) – газоподібний стан характеризується більшим безладдям ніж рідина.
Наслідки із закону Генрі:
оскільки тиск газу пропорційний його концентрації в газовій фазі, то відношення концентрації газу, розчиненого у рідині, до концентрації його над розчином при постійній температурі є величиною сталою;
об’єм розчиненого газу не залежить від зовнішнього тиску, оскільки при збільшенні тиску в однакову кількість разів зростають концентрації розчиненого газу і газу над розчином.
При розчиненні суміші розчинність кожного з її компонентів пропорційна його парціальному тиску, тобто закон Генрі справедливий для кожної складової частини газової суміші. При дуже високих тисках розчинність може досягнути максимуму, що обумовлене тим, що зміна об’єму рідини в результаті розчинення в неї газу при дуже високих тисках стає практично однаковим з об’ємом розчиненого газу.
