Растворы насыщенные: Насыщенные, ненасыщенные, пересыщенные растворы — урок. Химия, 8–9 класс.

Таблица 8. Эквивалентный вес кислот / КонсультантПлюс

Таблица 8

Эквивалентный вес кислот

Кислота	Эквивалентный вес
Соляная (HCl)	36,47
Азотная (HNO3)	63,02
Серная (H2SO4)	49,04

Определив нормальность кислоты, рассчитывают количество ее, необходимое для приготовления нужного раствора.

Пример: Необходимо приготовить 500 мл 0,5 н HNO₃.

Сначала определяют удельный вес исходной кислоты (d = 1,40), затем по справочнику находят, что в азотной кислоте, удельный вес которой 1,40, процентное содержание HNO₃ — 67%. Рассчитывают нормальность имеющейся кислоты:

Определяют, во сколько раз имеющаяся кислота концентрированнее приготовляемой: 14,9 : 0,5 = 29,8.

На основании этого устанавливают, что для приготовления 1,0 л 0,5 н HNO

3 необходимо разбавить дистиллированной водой до 1,0 л 33,6 мл (1000 мл : 29,8 мл = 33,6 мл) азотной кислоты плотностью d = 1,40.

2. Натрий углекислый, 5% раствор: 50 г соли растворяют при нагревании в 950 см³ дистиллированной воды. Срок хранения 1 год.

3. Лимонная кислота, 1% раствор: 1 г кислоты растворяют в 99 мл дистиллированной воды. Срок хранения 1 год.

4. Аммоний хлористый, 25% раствор: 25 г соли NH₄Cl растворяют в 75 см³ дистиллированной воды. Срок хранения не ограничен.

5. Аммоний щавелевокислый, насыщенный раствор: 12 г соли (NH₄)₂C₂O₄·H₂O растворяют в 100 см³ дистиллированной воды. Срок хранения не ограничен.

6. Щавелевая кислота, насыщенный раствор: 10 г H₂C₂O₄·2H₂O растворяют в 100 см³ дистиллированной воды. Срок хранения не ограничен.

7. Серная кислота, 10% раствор: приготовляют по объему растворением 100 мл концентрированной H

2SO₄ в 900 мл дистиллированной воды. Срок хранения не ограничен.

8. Аммоний углекислый, 15% раствор: 15 г (NH₄)₂CO₃·H₂O растворяют в 85 см³ дистиллированной воды. Срок хранения не ограничен.

9. Аммоний углекислый, 10% раствор: 10 г (NH₄)₂CO₃·H₂O растворяют в 90 см³ дистиллированной воды. Срок хранения не ограничен.

10. Аммоний углекислый, 2% раствор: 2 г (NH₄)₂CO₃·H₂O растворяют в 98 см³ дистиллированной воды. Срок хранения не ограничен.

11. Никель азотнокислый, 10% раствор: 50 г соли растворяют в 450 см³ дистиллированной воды. Срок хранения не ограничен.

12. Натрий железистосинеродистый, 10% раствор: 50 г соли растворяют в 450 см³ дистиллированной воды. Срок хранения не ограничен.

13. Треххлористая сурьма, раствор: 6,9 г SbCl₃ растворяют в 100 мл 4 н HCl (или 4,4 г Sb₂O₃ растворяют в 100 мл 4 н HCl). Срок хранения 1 год.

14. Йодистый аммоний, насыщенный раствор: 170 г соли растворяют в 100 см³ дистиллированной воды. Срок хранения 1 месяц.

15. Оксалатно-аммиачно-хлоридный буферный раствор: 1,26 г оксалата аммония и 53,5 г хлорида аммония растворяют в 1 л дистиллированной воды. Срок хранения не ограничен.

16. Аммиак водный безугольный, раствор: получают перегонкой NH₄OH в аппарате, собранном из перегонной колбы, холодильника (ловушки) и приемной колбы. Для связывания CO₂ в перегонную колбу добавляют (OH)₂ из расчета 5 — 10 г/л. Срок хранения 1 месяц.

Открыть полный текст документа

Химия — 7

при растворении 10-0,01 г — малорастворимыми, меньше 0,01 г — практически нерастворимыми веществами.

Если в определенном объеме раствора при комнатной температуре растворенное вещество содержится в малом количестве, то такой раствор называют разбавленным, а при большом количестве — концентрированным. Например, полученный при растворении в 1 стакане (170 г) воды 1—2 кусков сахара (10—20 г) раствор называют разбавленным, а при растворении 4—5 кусков сахара (40—50 г) и более — концентрированным.

Для выражения количества растворимого вещества также пользуются понятиями насыщенного и ненасыщенного растворов.

Раствор, в котором при определенной температуре растворяемое вещество более не способно растворяться, называют насыщенным раствором.

Раствор же, в котором при определенной температуре еще какая-то часть растворяемого вещества способна растворяться, называют ненасыщенным раствором.

Растворяемое вещество добавляется постепенно путем нагревания насыщенного вещества. После этого, при охлаждении полученного раствора до температуры исходного раствора, получается перенасыщенный раствор.

Количество растворяемого вещества в перенасыщенных растворах бывает больше, чем в насыщенных растворах. Но перенасыщенные растворы очень неустойчивы. Такие растворы тут же разрушаются от внешнего воздействия, превращаясь в насыщенный раствор.

Если в стакане воды при комнатной температуре (20°C) растворяются 1, 2, 3 куска сахара и есть возможность растворить в ней еще какое-то количество сахара, значит — это ненасыщенный раствор. Увеличивая число кусков сахара и перемешивая их, мы продолжаем растворять их. Если, наконец, на дне стакана даже при перемешивании остается нерастворенный сахар, то полученный раствор называют насыщенным.

Нельзя смешивать понятия «насыщенный раствор» и «концентрированный раствор». Насыщенным можно назвать раствор, разбавленный с небольшим количеством малорастворимого вещества.

Насыщенные растворы малорастворимых в воде веществ (осадков) называют разбавленным, а насыщенные растворы хорошо растворимых в воде веществ — концентрированным раствором.

Готовить растворы веществ, вступающих в реакцию с водой и образующих новое вещество, а также осадков невозможно. Однако готовить растворы хорошо растворимых в воде веществ возможно.

Коэффициент растворимости. Способность веществ растворяться выражают коэффициентом растворимости.

Максимальное количество растворенного вещества в граммах, в 1000 мл (1л) растворителя при определенной температуре, называют коэффициентом растворимости.

Коэффициент растворимости обозначается знаком Kp, единица его измерения г/л. Если в 1 л воды при комнатной температуре (20°С) растворя-

Исследование процесса конверсии насыщенных растворов хлорида натрия из низкосортных сильвинита с углеаммонийными солями

 

АННОТАЦИЯ

Приводятся результаты исследований по одновременной аммонизации и карбонизации очищенных растворов, насыщенные хлоридом натрия, полученные из низкосортных сильвинитов месторождения Тюбегатан. Показано, что с увеличением соотношения Na₂O:NH₃:CO₂ с 1:1,12:0,80 до 1:2,11:1,50 содержание продукта Na₂СO₃ снижается с 99,74% до 99,61%. Также повышаются степень конверсии с 71,19% до 81,76% и выход Na₂СO₃ с 67,71% до 76,55% соответственно.

При достижении продолжительности процесса 60 минут и больше степень конверсии и выход Na₂СO₃ практически не изменяется. Получены образцы бикарбоната натрия с промывкой насыщенным раствором бикарбоната натрия. Установлены оптимальные нормы технологического режима процесса кальцинации. Степень конверсии для очищенных растворов при соотношении Na₂O:NH₃:CO₂ = 1:1,47:1,05 в зависимости от количества KCl в растворе через 60 минут  79,94% до 81,66%, также выход Na

2СO₃ от 75,84% до 76,36% достигает и полученный продукт содержит 99,60% Na₂СO₃.

ABSTRACT

The results of studies on the simultaneous ammonization and carbonization of purified solutions saturated with sodium chloride obtained from low-grade sylvinites of the Tyubegatan deposit are presented. It was shown that with an increase in the ratio Na₂O:NH₃:CO₂ from 1:1.12:0.80 to 1:2.11:1.50, the content of the product Na₂CO₃ decreases from 99.74% to 99.61%. The degree of conversion also increases from 71.19% to 81.76% and the yield of Na₂CO₃ from 67.71% to 76.55%, respectively.

Upon reaching the process duration of 60 minutes or more, the degree of conversion rate and the yield of Na₂CO₃ practically do not change. Samples of sodium bicarbonate were obtained by washing with saturated sodium bicarbonate solution. The optimal norms of the technological regime of the calcination process have been established. The degree of conversion rate for purified solutions at the ratio Na

2O: NH₃: CO₂ = 1: 1.47: 1.05 depending on the amount of KCl in the solution after 60 minutes 79.94% to 81.66%, also the yield of Na₂CO₃ from reaches 75.84% to 76.36%  and the resulting product contains 99.60% Na₂CO₃.

 

Ключевые слова: низкосортный сильвинит, хлорид натрия, хлорид калия, насыщенный растворов, аммонизация, карбонизация, карбонат, бикарбонат натрия.

Keywords: low-grade sylvinite, sodium chloride, potassium chloride, saturated solutions, ammonization, carbonization, carbonate, sodium bicarbonate.

 

Кальцинированная сода является одним из самых крупнотоннажных продуктов химической промышленности в мире. Промышленные предприятия Узбекистана испытывают острый дефицит в этой продукции. В 2016 году выпущено 124,88 тыс. т кальцинированной соды. Концепцией развития химической промышленности Республики Узбекистан на 2017-2021 годы предусмотрено увеличения мощности УП «Кунградский садовый завод» до 200 тыс. т. в год. Для этого необходимо увеличить добычу и поставку на предприятие хлористого натрия [7, 11].

На ООО «Дехканабадский калийный комбинат» ежегодно скапливаются большие объемы низкосортных сильвинитовых руд и галитовых отходов, содержащие хлористого натрия. Поэтому исследования, направленные по вовлечению в производство кальцинированной соды низкосортных сильвинитовых руд и галитовых отходов калийного производства, очень актуальны [7, 11].

Проведенные исследования показали возможность получения насыщенных растворов хлорида натрия из низкосортных сильвинитовых руд и технического хлорида натрия, полученного из галитовых отходов, путем очистки их от кальция и магния с помощью известково-содового метода [6, 8-10].

Для исследования были использованы образцы низкосортного сильвинита, непригодного для получения хлорида калия флотационным методом. Образцы низкосортного сильвинита растворяли в воде в оптимальном соотношении Т:Ж и готовили насыщенные и очищенные растворы хлорида натрия. После фильтрации нерастворимого остатка химический состав раствора определяли [8-9]. Углеаамонийную соль использовали состава (масс. %): СО₂ – 46,95%; N – 21,00% [11]. Дальнейшие исследования были направлены на получение бикарбоната натрия из очищенных растворов путем карбонизации углеаммонийными солями [8-10].

Процесс конверсии очищенных от ионов магния и кальция насыщенных растворов сильвинита углеаммонийными солями проводили на модельной, лабораторной установке, состоящей из термостата, стеклянного реактора, снабженного мешалкой. Процесс конверсии проводили при температуре 25°С, постоянном числе оборотов мешалки, в течении 60 минут. Соотношение хлорида натрия к аммиаку и диоксиду углерода варьировали от 1:1,12:0,80 до 1:2,11:1,50 [11].

Химический анализ сырья, промежуточных и конечных продуктов проводили по известным методикам [1-5].

Результаты влияния мольного соотношения Na₂O:NH₃:CO₂ на степень конверсии и выход карбоната натрия приведены в таблице 1.

Как видно из таблицы с повышением мольного отношения Na₂O: NH₃:CO₂ с 1:1,12:0,8 до 1:2,11:1,50 степень конверсии хлорида натрия смесью карбоната и бикарбоната аммония для образца № 8 увеличивается с 68,20 до 76,60%. Степень конверсии 81,66% достигается при соотношении Na₂O:NH₃:CO₂ 1:1,47:1,05.

Дальнейшее повышение мольного соотношения практически не влияет на степень конверсии.

Содержание карбоната натрия в твердой фазе составляет более 99,62% и с повышением мольного соотношения незначительно снижается.

Это объясняется повышением содержания хлоридов калия и натрия.

Так, если при соотношении 1:1,12:0,8 содержание хлорида калия в готовом продукте составляет 0,040%, то при соотношении 1:2,11:1,50 этот показатель составляет 0,063%. Аналогично показатели для хлорида натрия составляют 0,20 и 0,27%, соответственно.

Таблица 1.

Влияние мольного соотношения Na₂O:NH₃:CO₂ на состав Na₂CO₃ и степень конверсии из насыщенных растворов при температуре 25°С

№	Соотношение Na2O:NH3:CO2	Состав твердой фазы, масс., %.				Степень конверсии, %	Выход Na2CO3, %
		Na2CO3	KCI	NaCI	н.о.
Образец №1
1	1:1,12:0,80	99,74	0,012	0,22	0,033	71,19	67,711
2	1:1,26:0,90	99,67	0,014	0,28	0,038	76,83	72,430
3	1:1,41:1,00	99,64	0,018	0,30	0,041	79,46	74,985
4	1:1,47:1,05	99,64	0,021	0,30	0,042	79,94	75,840
5	1:1,55:1,10	99,63	0,021	0,30	0,042	80,04	76,029
6	1:2,11:1,50	99,63	0,021	0,31	0,042	80,04	76,053
Образец №2
1	1:1,12:0,80	99,74	0,018	0,21	0,032	71,83	68,050
2	1:1,26:0,90	99,67	0,019	0,27	0,038	77,52	72,293
3	1:1,41:1,00	99,64	0,026	0,29	0,041	80,17	75,361
4	1:1,47:1,05	99,64	0,029	0,29	0,042	80,66	76,220
5	1:1,55:1,10	99,63	0,030	0,30	0,042	80,76	76,409
6	1:2,11:1,50	99,63	0,030	0,30	0,042	80,76	76,433
Образец №5
1	1:1,12:0,80	99,73	0,030	0,21	0,031	72,33	68,166
2	1:1,26:0,90	99,66	0,033	0,27	0,037	78,06	72,917
3	1:1,41:1,00	99,63	0,045	0,28	0,040	80,73	75,489
4	1:1,47:1,05	99,62	0,050	0,29	0,042	81,22	76,350
5	1:1,55:1,10	99,62	0,050	0,29	0,042	81,32	76,540
6	1:2,11:1,50	99,62	0,051	0,29	0,042	81,32	76,564
Образец №8
1	1:1,12:0,80	99,72	0,039	0,20	0,031	72,72	68,176
2	1:1,26:0,90	99,65	0,043	0,26	0,037	78,48	72,926
3	1:1,41:1,00	99,62	0,060	0,27	0,040	81,17	75,499
4	1:1,47:1,05	99,62	0,063	0,27	0,042	81,66	76,360
5	1:1,55:1,10	99,61	0,063	0,27	0,042	81,76	76,550
6	1:2,11:1,50	99,61	0,063	0,27	0,042	81,76	76,574

 

В таблицах 2 и 3 приведены химические составы твердых фаз, полученных при мольном соотношении Na₂O:NH₃:CO₂ 1:1,47:1,05.

В таблице 2 приведен состав влажного, а в таблице 3 – высушенного осадка при температуре 100-105°С до постоянного веса.

Таблица 2.

Химической состав влажной твердой фазы, выделенной при мольном соотношении Na₂O:NH₃:CO₂ = 1:1,47:1,05

№	Образец	Состав влажной твердой фазы, масс., %.
		NaНCO3	KCI	NaCI	NН4НCO3	NН3	н.о.	Н2O
1	1	74,83	0,010	0,14	7,28	0,45	0,020	17,27
2	2	75,09	0,014	0,14	6,53	0,42	0,020	17,79
3	5	75,38	0,024	0,14	5,85	0,39	0,020	18,20
4	8	75,65	0,030	0,13	5,25	0,36	0,020	18,56

 

Таблица 3.

Химической состав высушенной твердой фазы, выделенной при мольном соотношении Na₂O:NH₃:CO₂=1:1,47:1,05

№	Образец	Состав твердой фазы, масс., %.				Степень конверсии, %.
		NaНCO3	KCI	NaCI	н.о.
1	1	99,77	0,013	0,191	0,027	79,94
2	2	99,78	0,019	0,186	0,027	80,66
3	5	99,76	0,032	0,180	0,026	81,22
4	8	99,76	0,040	0,171	0,026	81,66

 

Как видно из таблицы 3 полученный бикарбонат натрия имеет чистоту не менее 99,7% при степени конверсии 79,94-81,66%.

Исследования показали, что увеличение содержания хлорида калия в насыщенных очищенных растворах, полученных из образцов сильвинита, влияет на степень конверсии и увеличивает выход продукта.

Это состояние объясняется увеличением количества хлорида калия в растворе и увеличением количества соли в растворе и уменьшением количества воды.

Это связано с тем, что чем более насыщенный раствор по отношению к соли, тем выше осаждение продукта во время процесса превращения, т.е. чем меньше количество воды в растворе, тем ниже растворимость продукта. Влияние содержания хлорида калия в образцах сильвинита на степени конверсии и выход продукта показано на рисунке 1.

 

Рисунок. 1. Влияние содержания хлорида калия в образцах сильвинита на конверсию и выход продукта

1-степень конверсии, %; 2-выход Na₂CO₃, %.

 

Составы маточных растворов после конверсии для образцов низкосортных сильвинитов, полученных при соотношении 1:1,47:1,05 приведены в таблице 4.

Таблица 4.

Химический состав маточных растворов конверсии при соотношении Na₂O:NH₃:CO₂=1:1,47:1,05

№	Образец	Химический состав, масс., %.
		KCI	NaCI	NaНCO3	NН4CI	NН4НCO3	NН3	Н2O
1	1	3,01	4,63	1,46	17,05	5,42	2,72	65,71
2	2	4,28	4,31	1,50	16,56	5,27	2,63	65,46
3	5	7,34	3,95	1,57	15,77	5,02	2,50	63,85
4	8	10,60	3,45	1,60	14,38	4,54	2,27	63,12

 

С уменьшением содержания хлорида калия в исходных сильвинитах и содержание хлорида калия в маточнике снижается, тогда как содержание хлорида натрия остается на одном уровне.

В растворе присутствуют гидрокарбонаты натрия и аммония, аммиак, гидроксид натрия.

Содержание хлорида аммония изменяется в пределах 17,05-14,38%.

В таблицах 5 и 6 приводятся результаты влияния продолжительности процесса на состав карбоната натрия и выход из неочищенных и очищенных насыщенных растворов сильвинита для образца № 8. Из таблиц видно, что степень конверсии 81,66% для очищенных и неочищенных растворов достигается через 60 минут. При этом выход карбоната натрия из растворов составляет 76,36% от общей массы и отличается по качеству.

Таблица 5.

Влияние продолжительности процесса на состав и  выход Na₂CO₃ из неочищенного насыщенного раствора сильвинита при 25°С и мольном соотношении Na₂O:NH₃:CO₂=1:1,47:1,05 для образца № 8

№	Время, мин	Состав твердой фазы, масс., %.				Выход Na2CO3, %.
		Na2CO3	KCI	NaCI	н.о.
1	5	55,89	0,13	37,15	6,84	52,21
2	10	56,78	0,13	36,19	6,90	52,60
3	20	59,95	0,13	32,88	7,04	54,44
4	30	71,49	0,14	21,22	7,15	63,91
5	40	82,86	0,16	9,68	7,31	72,50
6	50	88,02	0,17	4,37	7,43	75,71
7	60	90,56	0,18	1,67	7,58	76,36
8	80	90,82	0,19	1,39	7,60	76,36
9	120	90,91	0,19	1,30	7,61	76,40
10	180	90,91	0,19	1,30	7,61	76,40

 

Из неочищенного раствора получается продукт с чистотой 90,56%, а из очищенного – 99,62%. Увеличение продолжительности процесса до 180 минут не приводит к существенным изменениям ни степени конверсии, ни выхода продукта, ни качества карбоната натрия.

Оптимальным мольным соотношением при конверсии насыщенного растворов сильвинита Тюбегатанского месторождения углеаммонийными солями является соотношение Na₂O:NH₃:CO₂=1:1,47:1,05 и продолжительность процесса 60 минут. При этом степень конверсии составляет 79,94-81,66%, а выход карбоната натрия 75,84-76,36%.

Таблица 6.

Влияние продолжительности процесса на состав и выход  Na₂CO₃ из очищенного раствора сильвинита при 25°С и мольном соотношении Na₂O:NH₃:CO₂=1:1,47:1,05 для образца № 8

№	Время, мин.	Состав твердой фазы, масс., %.				Выход Na2CO3, %.
		Na2CO3	KCI	NaCI	Н.о.
1	5	61,00	0,032	38,936	0,032	52,21
2	10	62,00	0,033	37,935	0,032	52,60
3	20	65,50	0,036	34,432	0,032	54,44
4	30	78,00	0,041	21,926	0,033	63,91
5	40	90,40	0,050	9,515	0,035	72,50
6	50	97,13	0,060	2,540	0,038	75,71
7	60	99,62	0,063	0,271	0,042	76,36
8	80	99,62	0,063	0,271	0,042	76,36
9	120	99,70	0,064	0,193	0,042	76,42
10	180	99,70	0,064	0,193	0,042	76,42

 

Таким образом, проведенные исследования показывают о возможности конверсии насыщенных растворов сильвинитов, полученных из низкосортного сырья, углеаммонийными солями. Для этого лучше использовать очищенные растворы сильвинитов при мольном соотношении Na₂O:NH₃:CO₂=1:(1,41-1,47):(1-1,05), время конверсии не менее 60 минут.

При этом можно достичь степень конверсии не менее 79,94% и чистоту бикарбоната натрия не менее 99,6%. Однако было обнаружено, что количество хлорида калия в образцах сильвинита влияет на степень конверсии и выход продукта.

 

 

Список литературы:

1. Бурриель – Марти Ф., Рамирес – Муньос Х. Фотометрия пламени. М., «Мир», 1972, 520 с.
2. ГОСТ 5100-85. Сода кальцинированная техническая. — М.: ИПК Издательство стандартов, 2002. — 27 с.
3. ГОСТ 20851.3-93. Удобрения минеральные. Метод определения массовой доли калия. — Минск: Издательство стандартов, 1995.- 44с.
4. ГОСТ 13685-84. Соль поваренная. М.: ИПК Издательство стандартов, 1997. -32 с. СТАНДАРТИНФОРМ, 2010.
5. ГОСТ 30181.6-94. Удобрения минеральные. Метод определения массовой доли азота в солях аммония (в аммонийной форме формальдегидным методом). Минск: ИПК Издательство стандартов, 1996. — 8 с.
6. Зайцев И.Д., Ткач Г.А., Стоев Н.Д., Производства соды. – М.: Химия, 1986. – 312 с.
7. Постановление президента Республики Узбекистан № ПП-3236 от 23 августа 2017 года «О программе развития химической промышленности на 2017 — 2021 годы». Собрание законодательства Республики Узбекистан. – Ташкент, 2017 г. – № 35. – С. 921.
8. Соддиков Ф.Б., Усманов И. И., Набиев А.А., Мирзакулов Х.Ч., Меликулова Г.Э. Исследование процесса получения насыщенных растворов из низкосортных сильвинитов Тюбегатана. // Химия и химическая технология. – Ташкент, 2016. – № 3. – С. 67-73.
9. Соддиков Ф.Б., Усманов И.И., Мирзакулов Х.Ч. Исследование процессов получения и очистки насыщенных растворов из сильвинитов Тюбегатанского месторождения. // Химия и химическая технология. – Ташкент, 2017. – № 2. – С. 16-20.
10. Соддиков Ф.Б., Зулярова Н.Ш., Мирзакулов Х.Ч. Исследования по получению рассолов для производства кальцинированной соды из галитовых отходов калийного производства. Universum: // Технические науки: электрон научн. журн. Соддиков Ф.Б. [и др.]. 2016 № 9 (30). URL: http://7universum.com/ru/tech/archive/item/3641.
11. Соддиков Ф.Б., Мавлянова М.Н., Мирзакулов Х.Ч. Исследование процесса конверсии насыщенных растворов хлорида натрия углеаммонийными солями. Universum: // Технические науки: электрон научн. журн. Соддиков Ф.Б. [и др.]. 2018. № 7(52). URL: http://7universum.com/ru/tech/archive/item/6130

Растворимость, ее зависимость от разных факторов. Насыщенные и ненасыщенные растворы. Физико-химическая сущность растворения

1. Тема урока: Растворимость, ее зависимость от разных факторов. Насыщенные и ненасыщенные растворы. Физико-химическая сущность

Тема урока:
Растворимость, ее зависимость от
разных факторов. Насыщенные и
ненасыщенные растворы. Физикохимическая сущность процесса
растворения. Тепловые явления,
сопровождающие растворение
веществ.

2. Цель урока: развивать знания учеников про растворы на примере понятия «растворимость»; формировать умение развязывать расчетные

задачи с использованием
понятия «растворимость»; выяснить факторы, которые
влияют на растворимость веществ, на внутреннюю
сущность процесса растворения; ознакомить учеников с
классификацией растворов по растворимости веществ.
Формировать знания учеников про физико-химическую
природу процесса растворения; показать, что процесс
растворения сопровождается не только физическими
явлениями,
но
и
химическим
взаимодействием
растворителя с растворенным веществом; дать
представление про тепловые явления, которые
сопровождают процесс растворения.
Растворимость, ее зависимость от
разных факторов. Насыщенные и
ненасыщенные растворы

4. Ответим на вопросы:

1. Что такое истинный раствор?
2. Почему вода является универсальным растворителем?
3. Назовите другие известные вам растворители.
4. Можно ли утверждать, что вещества, которые хорошо
5.
6.
7.
8.
растворяются в воде, будут хорошо растворятся в спирте?
Какую связь называют водородной?
Из каких компонентов состоит раствор?
Что означают понятия «малорастворимое вещество»,
«практически нерастворимое вещество»?
Назовите известные вам вещества, которые практически
не растворяются в воде.

5. Растворимость – это физическая величина, которая показывает, какую массу определенного вещества можно растворить в 1 л

растворителя при
определенных температуре и давлении.

6. Влияние температуры на растворимость веществ

Для большинства веществ
растворимость увеличивается
с повышением температуры.
Также на растворимость
влияют природа растворителя
и растворенного вещества.

7. Насыщенный раствор – это раствор, в котором определенное вещество при определенных температуре и давлении не растворяется.

8. Ненасыщенный раствор – это раствор, в котором содержание растворенного вещества меньше растворимости при определенной

температуре.

9. Физико-химическая сущность процесса растворения

10. Какие явления сопровождают процесс растворения?

Происходит разрушение кристаллической решётки твердых
веществ до молекул.
Происходит процесс распределения молекул растворенного
вещества между молекулами растворителя (диффузия).

11. Тепловые явления во время растворения

Растворение вещества сопровождается образованием
соединений между молекулами растворенного вещества и
растворителя. Этот процесс называется сольватацией,
если растворителем является вода – гидратацией.
Образованные соединения называются сольватами
(гидратами).

12. Обобщим:

1. Можно ли утверждать, что растворение
является
лишь
физическим
или
химическим процессом?
2. Какие
факты
доказывают,
что
растворение
–
сложный
физикохимический процесс?
3. Много безводных солей со временем
увеличиваются в массе. Почему?
4. Можно
ли
использовать
кристаллогидраты для приготовления
растворов?

Пересыщенные растворы сахарозы

ТЕХНОЛОГИЯ КОНДИТЕРСКОГО ПРОИЗВОДСТВА

В зависимости от концентрации сахарозы (при постоянной температу­ре) растворы могут быть ненасыщенными, насыщенными и пересыщенны­ми. Они представляют собой однофазное вещество, отличающееся по кон­центрации и структуре. В ненасыщенном растворе молекулы сахарозы наиболее полно гидратированы и удалены друг от друга. В пересыщенном степень гидратации снижается, молекулы сахарозы более тесно располо­жены друг к другу, поэтому под действием сил межмолекулярного взаимо­действия возможно образование ассоциатов из многих молекул.

Если в ненасыщенный раствор добавлять кристаллы сахарозы, то они будут растворяться. В насыщенном растворе между твердой и жидкой фа­зами устанавливается динамическое равновесие. В таком растворе про­цессы растворения и кристаллизации протекают с одинаковыми скоростя­ми, поэтому количество растворенного вещества остается при данной тем­пературе постоянным.

Раствор, содержащий растворенного вещества больше, чем в насы­щенном, называется пересыщенным. Последний можно получить несколь­кими способами. Наиболее часто используют выпаривание при постоян­ной температуре растворителя или охлаждение насыщенного раствора. Так как при понижении температуры растворимость многих веществ, в том числе и сахарозы, снижается, то раствор из ненасыщенного переходит в пересыщенное состояние. И наконец, в насыщенный раствор можно до­бавить вещество, снижающее растворимость сахарозы, например, спирт, который связывает молекулы воды, вытесняя при этом молекулы сахаро­зы из раствора.

Степень пересыщения измеряется коэффициентом пересыщения, под которым понимается число, показывающее, во сколько раз в данном ра­створе на единицу массы’воды приходится растворенного вещества боль­ше, чем в насыщенном при той же температуре:

а = Н / Н,, (IV-1)

где а — коэффициент пересыщения; Н — количество растворенного ве­щества на единицу массы воды в исследуемом растворе; Hj — количество растворенного вещества на единицу массы воды в насыщенном растворе при той же температуре.

Для пересыщенных растворов, очевидно, будем иметь а> 1, для насы­щенных — а= 1, для ненасыщенных — а< 1. Для растворов чистой сахарозы Н,=Н0, т. е. растворимости при данной температуре. Если в растворе саха­розы присутствуют другие растворенные вещества, то Н1=Н0 а’. Тогда коэффициент пересыщения определяется по формуле

а = Н / Н0 а’, (IV-2)

где а’ — коэффициент насыщения.

Расчет коэффициента пересыщения ведется следующим образом. Пред­положим, что в помадном сахаро-паточном сиропе, охлажденном до 70°С, содержание сухих веществ по рефрактометру равно 88%, а содержание сахарозы С, определенное методом инверсионной поляризации, равно 72%. Находим содержание несахаров Н =88-72=16% и содержание воды В= 100- 88=12%. Тогда отношение Нс/В=1,3. Пользуясь графической зависимос­тью а’ от Нс/В, из литературных источников находим значение а’-0,12. По таблице растворимости сахарозы при 70°С Н0=3,205; определяем Н:

Н = Сх / (100-СВ) = 12112 = 6,00.

Тогда

а = 6,00/3,205-0,72 = 2,61.

В теории кристаллизации степень пересыщения раствора может ха­рактеризоваться величиной абсолютного пересыщения:

а,=С-С, (IV-3)

где С — концентрация растворенного вещества; С _ — концентрация насы­щенного раствора при той же температуре.

О степени пересыщения можно судить также по величине относитель­ного пересыщения:

а2 = (С-С)/С =а,/С, (IV-4)

или по величине пересыщения, выраженного отношением

а = С/С =а,+ 1 =а./С + 1. (IV-5)

3 н 2 1 н v 7

259

Пересыщенные растворы сахарозы неустойчивы, однако при неболь­шом пересыщении они могут оставаться без изменений в течение того или иного промежутка времени. Как долго может продолжаться это состояние, зависит от степени отклонения раствора от состояния равновесия и от при­роды и свойств веществ, образующих раствор. Переход из неравновесно­го состояния в равновесное сопровождается кристаллизацией избытка ра­створенного вещества.

Для выяснения пределов ус­тойчивости пересыщенного ра­створа рассмотрим диаграмму его состояния в координатах концен — трация-температура (рис. IV-1).

Пусть в выбранной системе координат точка а характеризует концентрацию и температуру не­насыщенного раствора.

Рис. IV-1. Диаграмма состояния растворов сахарозы

Такой раствор будет оста­ваться однофазным неопределен­но длительное время, но он неус­тойчив. При добавлении в такой раствор кристаллов сахара они быстро растворяются. Раствор с параметрами в точке а можно перевести в равновесное насыщенное состо­яние двумя способами: понижением температуры до состояния в точке b или испаряя при постоянной температуре воду до концентрации в точке с. Точки Ьис находятся на кривой растворимости 1-1.

При дальнейшем изменении концентрации выше точки с или понижении температуры ниже точки b образуется пересыщенный раствор, и теоретичес­ки в нем должна начаться кристаллизация. В действительности же в раство­рах этот процесс при небольших пересыщениях самопроизвольно не протека­ет. Однако, если в такой раствор внести кристаллы, то они будут расти. Об­ласть пересыщений, в которой не происходит самопроизвольно (спонтанно) процесс кристаллизации, принято называть метастабилыюй областью.

Продолжая повышать концентрацию до точки сх или понижать темпе­ратуру до точки bv мы достигнем максимального или предельного пересы­щения, при котором самопроизвольно начинается процесс кристаллизации.

Совокупность концентраций раствора, полученных при различных тем­пературах, при достижении которых сразу же начинается спонтанная кри­сталлизация, является границей метастабильности (кривая 2-2). Она как бы делит области пересыщенных растворов на две части. Растворы кон­центрацией вещества выше предельной кристаллизуются моментально. Эту область пересыщений называют лабильной.

Процесс кристаллизации. Образование центров кристаллизации

В производстве сахарных кондитерских изделий кристаллизация са­харозы наиболее выражена при получении помадных масс. Кроме того, этот процесс продолжается при формовании помадных конфет. За счет ро­ста кристаллов в них формируется определенная структура.

Процесс кристаллизации является основополагающим при формова­нии молочных и ликерных корпусов конфет, а также в образовании струк­туры тиражированного ириса. Кроме того, этот процесс наблюдается при хранении карамели, ириса, пастилы и зефира.

Кристаллизация сахарозы, как и любого другого вещества, возможна только из пересыщенного раствора или переохлажденного расплава.

Процесс кристаллизации протекает в две стадии: вначале в пересы­щенном растворе (расплаве) образуются центры кристаллизации, которые затем вырастают до видимых кристаллов.

Движущей силой любого процесса (растворения, кристаллизации) яв­ляется величина отклонения системы от состояния равновесия, а направ­ление процесса определяется изменением избыточной свободной энергии Е, которой обладает раствор или его отдельные компоненты. Свободную энергию, отнесенную к 1 молю химически индивидуального вещества, вво­димого в систему или выводимого из нее, называют химическим потенци­алом ц.Е/<Эпс)р, т,пв

цв = (ЭЕ/Эпв)р т Пс

Тогда для раствора сахарозы

Е = и п + и п,

“с С fB В 9

а для одного моля раствора

(IV-9)

Рис. 1V-2. Изменение границы метастабильной области в зависимости от температуры: 1 — чистого раствора сахарозы; 2 — при добавлении 5% патоки; 3 — при добавлении 10% патоки

где хс и хв — мольные доли сахара и воды.

Движущей силой процесса кристаллизации является разность хими­ческих потенциалов молекул сахарозы в пересыщенном цс» и насыщенном цс» растворах:

Ац=цсп-цс». (IV-10)

Химический потенциал сахара в растворе зависит от концентрации. Для насыщенного раствора

Мс» = Mi» + RT 1пСп, (IV-11)

где цс° — стандартный химический потенциал при концентрации веще­ства в растворе, равной 1 молю/л.

Для пересыщенного раствора

(хсп = M. c° + R.с»» Мс» = RT 1п(С/Ся). (IV-13)

Согласно общим принципам статистической механики даже в термо­динамически устойчивой системе тепловое движение частиц раствора при­водит к постоянному возникновению и исчезновению отклонений от их среднего распределения в единице объема. Эти отклонения называются флуктуациями. В растворах различают флуктуации плотности, ориента­ции молекул и концентрации. Размер, т. е. число молекул, принимающих участие в флуктуации, и степени отклонения от среднего распределения могут быть самыми различными.

Флуктуации концентрации способствуют образованию ассоциатов, состоящих из п=2 до п=пк-1 молекул растворенного вещества. Подобные образования называются зародышами новой фазы. Они могут возникать в насыщенных и даже ненасыщенных растворах, однако достигают незна­чительных размеров и быстро растворяются.

Возможность образования ассоциатов зависит от концентрации, тем­пературы и природы растворенных веществ. С ростом концентрации и тем­пературы ассоциация усиливается, так как эти факторы способствуют де­гидратации молекул растворенного вещества. по уравнению

ДЕ= — ДЕу + ДЕ,. = -(ц, — ц,) n +aF, (IV-14)

где рц и ц — химические потенциалы исходной и образующей фазы; о — поверхностное натяжение на границе зародыш-раствор; F = 4лг2 — повер­хность зародыша новой фазы радиусом г.

Рнс. IV-3. Изменение свободной энергии системы при образовании

Как видно из рис. IV-3, функция ДЕ = f(r) проходит через максимум, ко­торый отвечает определенному ради­усу г частицы. Зародыши новой фазы размерами г < г. могут расти и раство­ряться, а частицы размерами г > гк бу­дут только расти, т. е. становятся цент­рами кристаллизации. Зародышам ра­диусом гк соответствует изменение из­быточной энергии системы ДЕк, экви­валентное работе ДФк изотермическо­го образования центра новой фазы, которая по Гиббсу выражается урав­нением

зародышей новой фазы

ДФк = 1 / 3 о F. (IV-15)

Находясь в равновесии с жидкой фазой, кристаллический зародыш при данном его объеме V2 должен обладать минимальной свободной повер­хностной энергией. Это условие определяет кристаллическую форму заро­дыша. Если допустить, что форма зародыша сферическая, для п получим выражение

n = 4jtr3/3V2. (IV-16)

Подставляя значения п и F в уравнение (IV-14), получим

ДЕ = 4 л г3 / 3V2 (р., — ц2) + 4лг2 о. (IV-17)

Приравнивая производную от ДЕ по г к нулю и определяя гк для цент­ра кристаллизации в пересыщенном растворе, получим

где V, = M / p; M — масса, p — плотность кристаллического зародыша. Подставляя значение г. из формулы (IV-18) в уравнение (IV-15), получим для образования центра новой фазы выражение

ДФК = 16яо3М2 /3p2R2T2 ln(C/.CH)2 (IV-19)

Из уравнений (IV-18) и (IV-19) видно, что с увеличением пересыщения и температуры раствора гк и ДФк уменьшаются, что облегчает образование центров кристаллизации. Чем выше коэффициент пересыщения, тем меньшие по величине зародыши становятся центрами новой фазы.

Согласно теории флуктуаций, развитой Эйнштейном, вероятность обра­зования зародышей новой фазы W зависит от величины работы по уравнению

W = |/ ехр(-ДФ / RT), (IV-20)

где |/ — предэкспоненциальный множитель.

Если допустить, что скорость образования центров кристаллизации про­порциональна вероятности их возникновения, то

I = лг ехр(-ДФк / RT). (IV-21)

После подстановки значения ДФк из уравнения (IV-19) получим

I = Ч» ехр(-16тш3М2 /3p2R3T3 1п(С /,СН )2 (IV-22)

Пересьпценные растворы обладают определенной вязкостью, что замед­ляет обмен молекулами растворенного вещества на поверхности зародышей и, следовательно, уменьшает скорость образования центров кристаллизации. По Я. И. Френкелю, вероятность перехода молекул в кристаллический заро­дыш пропорциональна выражению exp(-AU/RT), в котором AU — некоторая энергия активации, являющаяся функцией вязкости раствора по уравнению

тр А ели, кт. (IV-23)

Тогда коэффициенту в уравнении (IV-20)

\г = у, exp(-AU/RT), а уравнение для скорости образования центров кристаллизации примет

Образование зародышей новой фазы протекает по времени и является нестационарным процессом. Под действием тепловых флуктуаций в каж­дый момент времени распределение зародышей изменяется по размерам. Поэтому не все зародыши, достигшие величины пк-1, станут центрами кри — сталлизации. Часть из них, потеряв по одной или две молекулы, перейдут в более низкий класс пк-2, пк-3 и т. д. Поэтому фактическая скорость образо­вания центров новой фазы будет меньше, чем вычисленная по уравнению (IV-24). Для учета нестационарного режима возникновения центров новой фазы коэффициент \г, в уравнении (IV-24), по Я. Б. Зельдовичу, примет вид

V, = |Д, ехр(-тр/т), (IV-25)

где тр — время релаксации, т. е. время, в течение которого скорость процесса уменьшается в е раз.

Тогда, обозначая

В = 16nM2/3p2R3,

окончательно для скорости образования центров кристаллизации за­пишем

I = Ч’2е“ли/кт • e~VT • е-Вп’,/т’,|п(с/сн)2 _ (IV-26)

Рост кристаллов

Образовавшиеся центры кристаллизации продолжают расти за счет присоединения к решетке новых молекул. Этот процесс протекает само­произвольно, так как сопровождается уменьшением избыточной свобод­ной энергии системы (см. рис. IV-3). Скорость присоединения молекул про­порциональна энергии их осаждения. Присоединение в первую очередь произойдет там, где при осаждении молекулы выделится максимум энер­гии. Поэтому при росте кристалла прежде всего должно быть закончено построение уже имеющегося нарастающего слоя до ребра, ограничиваю­щего данную грань. Затем возникает и до конца достраивается ближай­ший параллельный монослой. Скорость роста кристаллов выражается ско­ростью линейного перемещения грани в направлении, перпендикулярном поверхности растущей грани, или приростом массы кристаллов на едини­цу поверхности за единицу времени.

Рис. IV-4. Схема кристалла сахарозы Рис. IV-5. Зависимость скорости роста в пересыщенном растворе при его росте кристалла от частоты перемешивания его

в пересыщенном растворе

Сложная зависимость скорости роста кристаллов от различных фак­торов привела к разработке большого числа теорий роста: диффузионной, физико-химической, кинетической и флуктуационной. Рассмотрим наибо­лее простую, диффузионную теорию, разработанную А. Нойесом, Ф. Уит­ни и И. И. Андреевым.

Согласно этой теории растущий кристалл окружен неподвижным сло­ем прилипшего к нему раствора толщиной h (рис. IV-4). Непосредственно у самой грани кристалла концентрация раствора равна концентрации на­сыщения С. На расстоянии h от граней кристалла раствор пересыщен, его концентрация С. Вследствие разности концентраций (С-Сн) молекулы са­хара диффундируют через неподвижный слой раствора h и, достигнув гра­ней кристалла, выкристаллизовываются на них.

Таким образом, у граней кристалла концентрация раствора не изме­няется и остается равной Сп. Следовательно, скорость кристаллизации оп­ределяется скоростью диффузии молекул сахара и подчиняется уравнению Фика, решение которого в данном случае имеет вид

G = D (С-Сн) F т / h, (IV-27)

где G — количество продиффундировавшего сахара; D — коэффициент диффузии.

Скоростью кристаллизации v называется количество вещества, кото­рое выкристаллизовывалось на 1 м2 поверхности F кристаллов за 1 мин. Подставляя значения F и т в уравнение (IV-27), получим

v = D (С-С,) / h. (IV-28)

Коэффициент диффузии, по Эйнштейну, зависит от термодинамичес­кой температуры Т и вязкости среды Г):

где к,- постоянная величина.

Подставляя значение D из уравнения (IV-29) в формулу (IV-28), полу­чим

v = к, Т (С-Си)/ hr).

Уравнение (IV-30) дает возможность установить влияние ряда факто­ров на скорость роста кристаллов.

Однако диффузионная теория не смогла полностью объяснить сложно­го процесса роста кристаллов. Было установлено, что при интенсивном перемешивании растущих кристаллов в пересыщенном растворе скорость кристаллизации резко увеличивается, достигает некоторого максималь­ного значения и при дальнейшем повышении частоты перемешивания ос­тается постоянной. Величина максимальной скорости кристаллизации при зтих условиях пропорциональна не (С-См), а (С-Си)2 (рис. IV-5). Очевидно, при энергичном перемешивании неподвижная пленка раствора вокруг кри­сталла утончается (h ~ 0), и явлением диффузии здесь можно пренебречь.

Видимо, процесс кристаллизации в действительности протекает в две стадии: первая — диффузия молекул сахара из окружающей среды к граням кристалла через неподвижный слой раствора толщиной h; вторая — пере­ход молекул сахара, достигших граней кристалла, из растворенного в кри­сталлическое состояние.

Чтобы вызвать переход вещества из одного агрегатного состояния в другое, требуется некоторая движущая сила. Такой движущей силой мо­жет быть разность концентраций. Поэтому необходимо допустить, что у самих граней кристалла раствор должен быть несколько пересыщен и иметь концентрацию С {. Тогда скорость перехода молекул сахара будет пропор­циональна (Cj-CJ2.

Следовательно, скорость первой стадии кристаллизации (диффузия мо­лекул через неподвижный слой раствора) может быть выражена уже изве­стным уравнением

v, = D(C-C,)/h,

а скорость перехода вещества из жидкого состояния в твердое

где а — постоянный коэффициент.

Для установившегося процесса роста кристаллов эти скорости долж­ны быть равны, т. е. v: = v2 = v. Если из двух последних уравнений исклю­чить неизвестную нам концентрацию С,, а (С-С ) обозначить через ДС, то получим

v = D/h[AC + D/2a — -/D/ah(AC + D/4ah)]. (IV-33)

В сильно вязких растворах коэффициент D — очень малая величина, поэтому D/a—>0. Подставляя D/a=0 в уравнение (IV-33), получим

v = D ДС / h

шш

v = D(C-C)/h.

‘ v

Кинетика процесса кристаллизации

При получении помадных масс в пересыщенном сахаро-паточном си­ропе протекает во времени суммарный процесс кристаллизации — образо­вание центров новой фазы и их рост до видимых кристаллов. Поэтому концентрация сахарозы С в сиропе постепенно уменьшается и к концу про­цесса приближается к равновесной при данной температуре концентрации Сп. Кинетика такого процесса выражается S-образной кривой, типичной для других автокаталитических процессов.

Рнс. IV-6. Изменение концентрации раствора во времени

Кривая С(т) имеет три участка (рис. IV-6), на которых характер зави­симости С от т резко отличен. Первый участок представляет собой линию, параллельную оси абсцисс. Некоторое время концентрация пересыщенно­го раствора (при а<1,3) не изменяется. Сле­довательно, кристаллизация начинается не моментально, а только по истечении неко­торого времени, которое принято называть индукционным или латентным периодом.

Второй участок кривой С(х) характе­ризуется резким падением концентрации раствора, а третий — асимптотически при­ближается к равновесной концентрации Сн.

Многочисленные результаты опытов показали, что с изменением концентрации раствора изменяется и величина латентно­го периода кристаллизации. Из уравнения (IV-26) следует, что с увеличением пересы­щения раствора скорость образования цен­тров новой фазы резко возрастает. Поэтому латентный период можно рас­сматривать как промежуток времени, в течение которого образуются и достигают критического размера кристаллические зародыши.

Резкий спад концентрации раствора во времени на втором участке кинетической кривой С(х) происходит в результате интенсивного роста образовавшихся центров кристаллизации при одновременном возникно­вении новых. Этот участок кривой удовлетворительно описывается урав­нением первого порядка

Ст = С0[1-е_к(т“тл)], (IV-34)

где Ст — текущая концентрация; Со — начальная концентрация; к — констан­та скорости процесса; т — продолжительность латентного периода.

Определяя по кинетическим кривым С(т) значение констант скорости процесса при различных условиях кристаллизации, можно изучить влия­ние ряда факторов на этот процесс.

Величина латентного периода, зависящая от таких факторов, как пе­ресыщение, температура, вязкость раствора, частота перемешивания и дру­гих, определяет кинетические параметры всего процесса кристаллизации.

Чем меньше продолжительность латентного периода, тем больше ско­рость образования центров кристаллизации, тем меньше угол наклона нис­падающей части кривой С(т) и тем быстрее заканчивается процесс крис­таллизации.

Кинетику суммарного процесса кристаллизации в растворах можно описать уравнением Геллера-Закса:

т

G(t) = J 1(©)т(т — ©)d©, (IV-35)

О

где G(t) — масса кристаллов, образовавшихся ко времени т; 1(©) — скорость образования центров кристаллизации как функция времени ©; ш(т-©) — масса одиночного зародыша после достижения им критического размера; © — время достижения зародышем критического размера.

Зная коэффициент пересыщения а0, а также зависимость а(т) по кине­тическим кривым, можно вычислить массу кристаллов G(t):

G(t) / Gc-[а0-а(х)]/0,-1, (IV-36)

где Goq — масса кристаллов в конце процесса.

Факторы, влияющие на кинетику кристаллизации сахарозы

На кинетику кристаллизации сахарозы оказывают влияние начальная концентрация, температура, частота перемешивания, вязкость раствора и др.

С увеличением начальной концентрации С0, при постоянной темпера­туре, растет пересыщение раствора. Из уравнения (IV-18) следует, что с увеличением пересыщения критический размер зародыша уменьшается. Поэтому в концентрированных растворах центры кристаллизации обра­зуются более легко и в большем количестве, резко увеличивая суммарную поверхность кристаллов, на которых откладываются молекулы раство­ренной сахарозы.

Влияние начальной концентрации на кинетику кристаллизации показано на рис. IV-7. С повышением С0 величи­на латентного периода резко сокраща­ется, происходит более быстрый спад концентрации, в результате чего про­цесс кристаллизации заканчивается за меньший отрезок времени.

Движущей силой процесса крис­таллизации является избыточное пере­сыщение (С0-Си), поэтому скорость кри­сталлизации будет увеличиваться про­порционально (С0- Сн). Этот фактор не­обходимо использовать при получении помадных масс и регулировании их качества.

Значительное влияние на кинетику кристаллизации сахарозы оказы­вает температура. Если сахаро-паточный сироп уварен до постоянной кон­центрации С0, а охлаждается в помадосбивальной машине при разных тем­пературах, то кинетика кристаллизации будет выражаться следующими зависимостями С0(т) (рис. IV-8).

С повышением температуры раствора число активных молекул воз­растает в геометрической прогрессии, уменьшается работа образования центров новой фазы, снижается вязкость. Следовательно, скорость воз­никновения центров кристаллизации и их последующий рост должны воз­растать. Как видно на рис. IV-8, с повышением температуры раствора продолжительность латентного периода сокращается, уменьшается наклон кинетических кривых С0(т), а процесс кристаллизации заканчивается при значительно больших равновесных концентрациях Си.

Рис. 1V-7. Изменение концентрации растворов во времени при постоянной температуре

Следовательно, чем выше температура помадного сиропа в машине при начальной концентрации С0, тем быстрее образуются центры кристал-

72 I I і I » ‘ 9 10 20 ЗО 40т, мин Рис. IV-9. Изменение концентрации раствора сахарозы во времени при 50”С и частоте перемешивания (в об/мии) : I — 200; 2 — 400; 3 — 600; 4 — 800; 5 — 1000

Рис. IV-8. Изменение концентрации раствора во времени при разных температурах

лизации, больше скорость их роста. Увеличивается концентрация сахаро­зы в жидкой фазе и уменьшается содержание твердой фазы помады.

В технологии кондитерского производства перемешивание среды часто используют для интенсификации технологических процессов. С уве­личением частоты перемешивания N сахарных сиропов происходит сдвиг кинетической кривой С(т) в сторону сокращения латентного периода (рис. IV-9). Процесс кристаллизации заканчивается за меньший промежуток времени. Следовательно, перемешивание надо рассматривать как фактор, ускоряющий образование центров кристаллизации.

Этот вывод имеет практическое значение для получения помадных масс, так как их структура и качество во многом зависят от количества и размеров кристаллов сахарозы.

Значительное влияние на кинетику кристаллизации сахарозы оказы­вает вязкость растворов. Она зависит от степени пересыщения, температу­ры раствора, концентрации несахаров и их состава. Основными добавка­ми в растворах сахарозы являются крахмальная патока и как ее замени­тель — инвертный сироп. Помимо влияния на растворимость сахарозы со­ставные части патоки и инвертного сиропа по-разному влияют на вязкость ее растворов, а следовательно, и на кристаллизацию сахарозы из этих ра­створов.

Влияние вязкости растворов на скорость образования центров новой фазы учитывается экспоненциальным членом exp(-AU/RT) в уравнении (IV — 26), а скорость роста кристаллов обратно пропорциональна вязкости [урав­нение (IV-30)].

Зависимость энергии активации AU от вязкости растворов показана в табл. IV-1.

Таблица IV-1. Значение вязкости и энергии активации для сахароглюкозных растворов при температуре 40…60°С Состав раствора Вязкость Па*с при Т (в °К) ди, кДж/моль 313 318 323 | 328 | 333 Чистая сахароза, масс, доля 81,0 % — 1,67 1,20 0,80 0,55 63,69 5 г глюкозы/100 г сахарозы 3.46 2,15 1,44 0,96 0,66 71,56 10 г глюкозы/100 г сахарозы 4.20 2,50 1,67 1,14 0,76 76,97

Из табл. IV-1 видно, что при добавлении в раствор сахарозы неболь­ших количеств глюкозы повышается вязкость раствора и энергия активи­зации вязкости. Энергию активизации необходимо связать с величиной и характером межмолекулярных сил. Величина Ли зависит от концентрации и температуры раствора. Для растворов с разными С и Т энергию активи­зации вязкости можно определить по уравнению

Au = R[dnri/d{/T).

0 10 го 10 W 5В S0 70 SO gOZjMUH Рис. IV-10. Изменение коэффициента пересыщения во-времени при кристаллизации сахарозы при 50°С из растворов с добавлением (в г/100 г сахарозы): 1 — чистой сахарозы; 2 — 5 г глюкозы; 3 — 5 г мальтозы; 4 — 10 г глюкозы; 5 — 10 г мальтозы

В присутствии глюкозы, мальтозы, крахмальной патоки, инвертного сиро­па кинетика кристаллизации сахарозы значительно отличается от кинетики процесса в чистых растворах (рис. IV — 10). Латентный период кристаллизации увеличивается, уменьшается наклон кривых С/Сн от х.

При добавлении в раствор сахаро­зы крахмальной патоки уменьшается скорость образования и рост кристал­лов. Компоненты патоки, видимо, сни­жают скорость обмена молекул сахаро­зы на границе зародыш-раствор за счет повышения энергии активизации вязко­сти. Возможна адсорбция молекул глю­козы или мальтозы на пиранозной час­ти молекул сахарозы, что тормозит ско­рость их обмена с молекулами сахарозы, вошедшими в кристаллическую решетку зародыша, также повышается время релаксации процесса и сни­жается скорость образования центров кристаллизации.

Значительная часть мучных кондитерских изделий после охлаждения и выстойки подвергается внешней отделке кремами, цукатами, начинка­ми, сиропами и т. п. Поверхность некоторых изделий покрывают шоколад­ной глазурью. При отделке преследуют цель не …

Приготовление начинок для вафель Вафли — это кондитерские изделия, состоящие из трех (или более) ва­фельных листов, прослоенных начинкой. Для прослойки используются жировые, фруктово-ягодные, пралиновые, помадные и другие начинки. Вкусовые достоинства …

Выпечка изделий Выпечка мучных кондитерских изделий является сложным и ответ­ственным этапом технологического процесса. При выпечке тестовых за­готовок происходят физико-химические и коллоидные изменения в тесте, предопределяющие качество готовых изделий. Поэтому для …

Разница между насыщенным и концентрированным раствором (Наука и природа)

Основная разница — насыщенный

против Concentrated Решение
 

Раствор представляет собой жидкую фазу вещества, которая образуется при растворении растворенного вещества в растворителе. Раствор можно превратить в насыщенный раствор путем добавления большего количества растворенных веществ до тех пор, пока растворенные вещества не перестанут растворяться. Концентрированный раствор содержит значительно большее количество растворенных веществ, но это количество не является максимальным. ключевое отличие между насыщенным и концентрированным раствором дополнительные растворенные вещества не могут быть растворены в насыщенном растворе, поскольку он содержит максимальное количество растворенных веществ, тогда как дополнительные растворенные вещества могут быть растворены в концентрированном растворе, поскольку он не содержит максимальное количество растворенных веществ (не насыщенное растворенным веществом).

СОДЕРЖАНИЕ

1. Обзор и основные отличия
2. Что такое насыщенный раствор
3. Что такое концентрированный раствор
4. Сходство между насыщенным и концентрированным раствором
5. Сравнение бок о бок — насыщенный и концентрированный раствор в форме таблицы
6. Резюме

Что такое насыщенный раствор?

Насыщенный раствор — это химический раствор, содержащий максимальную концентрацию растворенного вещества в растворителе. Дополнительные растворенные вещества нельзя растворить в насыщенном растворе, поскольку он содержит максимальное количество растворенных веществ. Противоположной формой насыщенного раствора является ненасыщенный раствор. Ненасыщенный раствор не насыщен растворенным веществом. Ненасыщенный раствор может быть либо концентрированным, либо разбавленным раствором..

Есть несколько факторов, которые влияют на насыщенность раствора. Эти факторы влияют на растворение растворенных веществ в растворителе.

1. Температура — растворимость твердых соединений увеличивается с увеличением температуры растворителя. Следовательно, больше растворенных веществ может быть растворено в горячем растворителе, чем в холодном растворителе..
2. Давление — большее количество растворенных веществ может быть вызвано растворением в растворителе при приложении давления. Следовательно, растворение растворенных веществ может быть увеличено путем увеличения давления в системе. Пример: газы.
3. Химический состав — если некоторые другие растворенные вещества уже присутствуют в растворе, это влияет на растворимость растворенных веществ..

Насыщенный раствор может быть получен путем добавления растворенного вещества в растворитель до тех пор, пока растворенные вещества не перестанут растворяться. Или же, это может быть сделано путем выпаривания растворителя из раствора, пока растворенное вещество не начнет образовывать кристаллы. Другой метод, хотя и не столь распространенный, заключается в добавлении затравочных кристаллов в пересыщенный раствор. Пересыщенный раствор содержит много растворенных веществ, которые остаются растворенными, даже если раствор охлажден. Когда семена кристаллов добавляются в этот пересыщенный раствор, растворенные вещества начинают кристаллизоваться, давая насыщенный раствор.

Рисунок 01: Газированные соки — это насыщенные растворы

Некоторые примеры насыщенных растворов включают газированную воду (насыщенную углеродом), насыщенные растворы сахара (больше сахара не растворяется), пиво или газированные соки насыщаются углекислым газом и т. Д..

Что такое концентрированный раствор?

Концентрированный раствор представляет собой химический раствор, содержащий большое количество растворенного вещества, растворенного в растворителе. Дополнительные растворенные вещества могут быть растворены в концентрированном растворе, поскольку он не содержит максимальное количество растворенных веществ (не насыщенное растворенным веществом). Противоположной формой концентрированного раствора является разбавленный раствор. Разбавленный раствор содержит относительно небольшое количество растворенных в растворителе растворенных веществ..

Рисунок 02: концентрированный раствор (справа) имеет более сильный цвет по сравнению с разбавленным раствором (слева)

Концентрированные растворы кислот или оснований распознаются как сильные кислоты или сильные основания. Напротив, разбавленные кислоты или основания являются слабыми кислотами или основаниями. Термин концентрированный используется, чтобы дать количественное представление о решении. Концентрированный раствор может быть получен путем растворения большего количества растворенных веществ в растворе или путем выпаривания раствора до тех пор, пока значительное количество растворителя не испарится, оставляя растворенные вещества в растворе. Концентрация раствора может быть дана как ниже. Там концентрация дается в единицах моль / л..

Концентрация = количество молей растворенных веществ / объем раствора

Каковы сходства между насыщенным и концентрированным раствором?

• Как насыщенный, так и концентрированный раствор представляют собой растворы, содержащие большое количество растворенных веществ.
• Термины как насыщенный, так и концентрированный раствор выражают количественное представление о решениях..

В чем разница между насыщенным и концентрированным раствором?

Насыщенный против концентрированного раствора
Насыщенный раствор — это химический раствор, содержащий максимальную концентрацию растворенного вещества в растворителе..	Концентрированный раствор представляет собой химический раствор, содержащий большое количество растворенного в растворителе растворенного вещества..
Количество растворенных веществ
Насыщенный раствор содержит максимальное количество растворенных веществ, которые он может содержать.	Концентрированный раствор содержит достаточно большое количество растворенных веществ.
Добавление большего количества растворенных веществ
Дополнительные растворенные вещества не могут быть растворены в насыщенном растворе, так как он содержит максимум.	Дополнительные растворенные вещества могут быть растворены в концентрированном растворе, поскольку он не содержит максимальное количество растворенных веществ (не насыщенное растворенным веществом).
Противоположная форма
Противоположной формой насыщенного раствора является ненасыщенный раствор.	Противоположной формой концентрированного раствора является разбавленный раствор.
Примеры
Некоторые примеры насыщенных растворов включают газированную воду, насыщенные растворы сахара, пиво или газированные соки, насыщенные диоксидом углерода и т.д..	Некоторые примеры концентрированных растворов включают концентрированные кислоты и концентрированные основания, используемые в лабораториях..

Резюме — Насыщенный

 против Concentrated Решение

Насыщенный раствор представляет собой форму концентрированного раствора, но он содержит максимальное количество растворенных веществ, которые могут удерживаться. Разница между насыщенным и концентрированным раствором заключается в том, что дополнительные растворенные вещества не могут быть растворены в насыщенном растворе, поскольку он содержит максимальное количество растворенных веществ, тогда как дополнительные растворенные вещества могут быть растворены в концентрированном растворе, поскольку он не содержит максимальное количество растворенных веществ (не насыщенное растворенный).

Ссылка:

1. «13.2. Насыщенные растворы и растворимость». Химия LibreTexts, Libretexts, 8 октября 2017 года. Доступно здесь  
2. «Как сконцентрировать раствор». Sciencing. Доступна здесь
3. Хельменстин, Анн Мари, Д. «Определение и примеры насыщенных растворов». ThoughtCo, 20 июня 2017 г. Доступно здесь  

Изображение предоставлено:

1.’2980956 ‘от Nicole_80 (Public Domain) через pixabay
2. ‘RiboflavinSolution’ от Sbharris — собственная работа, (CC BY-SA 3.0) с помощью Commons Wikimedia

Растворимость, насыщенные и перенасыщенные растворы

На сайте используются многочисленные термины, связанные с технологией кондитерского производства. По рекомендациям постараемся разъяснить все термины в одной главе, не ограничиваясь имевшимися ссылка­ми к другим источникам.

По этой причине мы расширили часть, в которой рассматриваются вопросы порчи продукции, включив в нее разъяснения специали­зированной терминологии, часто используемой в этой отрасли. Мы надеемся, что в результате вы сможете лучше понять термины, используемые при описании различных технологических процессов.

Кондитерские изделия из сахара

Растворимость, насыщенные и перенасыщенные растворы

Большинство твердых веществ в определенной степени растворяются в воде. Предельное количество вещества, которое можно растворить, определяет его рас­творимость. Поскольку при повышении температуры большинство твердых ве­ществ растворяются в большей степени, при определении растворимости необходи­мо также учитывать температуру.

Пример. Растворимость сахара при 20 °С составляет 67,1%масс. После раство­рения такого количества при данной температуре раствор считается насыщенным, то есть при температуре 20 °С больше сахара растворится не сможет.

Некоторые вещества способны давать перенасыщенные растворы, в том числе и сахар.

Если взять насыщенный раствор сахара, имеющий температуру 20 °С и нагреть его, то в нем можно будет растворить еще некоторое количество сахара, после чего раствор станет насыщенным уже при более высокой температуре.

Если дать такому раствору остыть, не перемешивая его, то сахар останется в рас­творенном состоянии, и такой раствор будет считаться перенасыщенным. Перена­сыщенные растворы неустойчивы, и при перемешивании такого раствора излишек сахара быстро выпадает в осадок. На этом основана технология производства по­мадных конфет и фаджа. Разные виды сахара, обладают разной растворимостью; смесь разных Сахаров растворяется лучше, чем один отдельно взя­тый вид сахара.

Концентрация жидкой фазы сиропа

Во многих видах кондитерских изделий присутствуют различные «фазы». Твердая фаза обычно представлена кристаллами сахара, но может также включать сухой молочный остаток, какао-порошок и тому подобные вещества. Эти твердые вещества диспергированы в жидкой фазе, представляющей собой насыщенный раствор различных Сахаров. В ней также могут, в небольшом количестве, присут­ствовать другие растворимые ингредиенты, например, вещества, полученные из фруктов. Важным фактором является концентрация жидкой фазы; в настоящее время повсеместно признается, что она должна представлять собой раствор Саха­ров с незначительным добавлением других веществ, концентрация которых со­ставляет не менее 75%, что определяется по показаниям рефрактометра при тем­пературе 20 °С. В этом случае создается среда, препятствующая большинству видов микробиологической порчи продуктов, и обеспечивается высокая сохран­ность продукта. Однако некоторые ферменты способны вступать в реакцию даже в таких условиях. В качестве примера можно привести липазу (фермент, расщеп­ляющий жиры), а также некоторые ингредиенты, такие как какао-порошок, орехи и ореховая масса, яичный альбумин, в которых могут содержаться активные фер­менты. При покупке ингредиентов необходимо убедиться, что липаза в них не со­держится либо в том, что она полностью разложилась. При этом следует помнить, что для разрушения присутствующей в сухих порошках липазы требуется высо­кая (до 110 °С) температура. В кондитерских изделиях могут присутствовать жир и воздух. Некоторые виды жиров очень склонны к прогорклости, а воздух, содер­жащийся в продукте в виде мелких пузырьков, может ускорить процесс образова­ния прогорклости, кроме того, в результате окисления появляется нежелательный привкус.

Относительная влажность, температура точки росы, давление насыщенного пара, активность воды, равновесная относительная влажность

Все эти факторы оказывают значительное влияние на то, насколько успешным будет производство и хранение шоколада и кондитерских изделий.

Относительная влажность, температура точки росы

Говоря об относительной влажности, подразумевают сравнение количества водных паров, присутствующих в воздухе, и количества водных паров, необходи­мых для того, чтобы насытить воздух парами при той же температуре. Относитель­ная влажность воздуха, насыщенного водными парами, равна 100%. Если воздух на­сыщен на 60%, то и относительная влажность составляет 60%.

В кондитерском производстве относительная влажность относится к числу важнейших факторов. Необходимо представлять, сколько составляет относитель­ная влажность в помещениях, где осуществляется упаковка и хранение продукции, в горячих цехах и особенно в охлаждающих шкафах для шоколада, и регулировать этот уровень.

При повышении температуры воздуха относительная влажность будет сни­жаться, но воздух при более высокой температуре будет содержать больше влаги.

Следовательно, если сравнить воздух при температуре 20 и 50 °С, относи­тельная влажность которого в каждом случае составляет 70%, то окажется, что количество влаги, которое содержится в воздухе при 50 °С, окажется значитель­но больше.

Теперь рассмотрим обратный процесс: по мере охлаждения воздуха относитель­ная влажность повышается, и в определенный момент достигается температура, при которой она составляет 100%, и тогда влага осаждается. Температура, при которой это происходит, называется точкой росы.

С практической точки зрения это особенно важно учитывать в охлаждающих шкафах для шоколада, поскольку в случае, если шоколад, поступающий из шка­фа, будет охлажден слишком сильно, то его температура окажется ниже темпера­туры точки росы для воздуха в помещении, где шоколад упаковывается. В ре­зультате на шоколаде будет осаждаться влага, а позднее возникнет «сахарное по­седение».

Давление насыщенного пара, равновесная относительная влажность, активность воды

Всем водным растворам, а также самой воде свойственно определенное давле­ние насыщенного пара. Давление насыщенного пара того или иного раствора зави­сит от того, какое вещество в нем растворено и в каком количестве.

Насыщенные растворы различных солей обладают различным давлением насы­щенного пара, то есть в закрытом контейнере относительная влажность над поверх­ностью этих растворов для каждой отдельной соли при определенной температуре будет постоянной.

В кондитерском деле давление насыщенного пара зависит от того, какое количе­ство различных Сахаров содержится в растворе; в определенной степени оно связа­но с концентрацией жидкой фазы сиропа и с содержанием влаги.

Равновесная относительная влажность, активность воды

Эти два термина обозначают одно и то же явление, но активность воды выража­ется в долях от единицы (1,0), а равновесная относительная влажность (РОВ) — в процентах (100%).

Как уже было отмечено выше, растворы сахара обладают определенным давле­нием насыщенного пара, при этом к числу «растворов» мы будем относить и про­дукцию с низким влагосодержанием, например, леденцовую карамель. Если конди­терские изделия поместить в закрытый контейнер, то они, как и растворы солей, создадут в окружающем воздухе некоторый уровень относительной влажности. Че­рез какое-то время будет достигнуто равновесие, при котором кондитерское изде­лие будет находиться в равновесном состоянии по влажности с окружающим возду­хом, и в этом случае относительная влажность и будет равновесной относительной влажностью (РОВ).

Существует и другой способ: в большом количестве небольших закрытых кон­тейнеров с помощью растворов специальных солей создается разная относительная влажность. В контейнер помещают небольшие пробы кондитерских изделий, и вскоре можно определить, какие из них в условиях разной влажности теряют свою массу или увеличивают ее. Построив график, отражающий изменение массы, мож­но рассчитать РОВ.

РОВ кондитерского изделия представляет собой такую относительную влаж­ность, при которой масса продукта не увеличивается и не уменьшается.

Знать эту характеристику необходимо для того, чтобы выбрать наиболее подхо­дящий вид упаковки и определить условия хранения.

РОВ различных продуктов определяет то, насколько приемлемо использовать их в непосредственном контакте друг с другом.

 Во­просы производства кондитерских батончиков с разными наполнителями рассмат­риваются в разделе «Кондитерские изделия». Способы определения РОВ приво­дятся в Приложении.

рН, концентрация водородных ионов

Определение рН многим кажется непонятным. Возможно, наиболее удачным термином для кондитерского производства будет «истинная кислотность»; понима­ние рН очень важно при производстве такой продукции, как пектиновое желе.

Диапазон значений рН охватывает показатели как кислотных, так и щелочных свойств, хотя в кондитерском производстве с щелочными свойствами сталкиваться приходится редко. Исключением является обработанное щелочами какао, а также пористые продукты, в состав которых входит двууглекислая сода, — они обладают слегка щелочными свойствами.

С научной точки зрения значение рН представляет собой отрицательный лога­рифм концентрации водородных ионов. В присутствии кислот вода Н₂0 диссоции­рует на положительные, водородные, и отрицательные, гидроксильные ионы, а про­изведение концентрации ионов Н⁺ и O FT всегда составляет 10«‘».

На этом и основана хорошо известная шкала рН из 14 единиц, где от 0 до 7 пред­ставлены вещества с кислотными свойствами, а от 7 до 14 — с щелочными. рН 7 со­ответствует нейтральным свойствам.

Кислоты существуют сильные и слабые. В кондитерском производстве для аро­матизации продукции используются слабые кислоты, такие как лимонная и винная. Сильные кислоты (например соляная) используются только в особых случаях, на­пример, для инвертирования сахара.

Таблица 20.1. Кислотность различных кондитерских изделий   РН Содержание лимонной кислоты,% Лимонные леденцы 2,2 1,8 Пектиновое желе 3,3 0,8-1,0 Фруктовое желе 4,2 0,5 Масса из тертого ореха, марципан 6,0 —

 

Таблица 20.2. Соотношение между рН и вкусовыми качествами

Весовые части, необходимые для обеспечения

одинакового снижения рН одинаково кислого вкуса Лимонная кислота 1,00 1,00 Винная кислота 0,56 1,00 Яблочная кислота 1,00 0,80 Молочная кислота 1,00 1,25

 

рН и концентрация этих кислот определенным образом взаимосвязаны, и чтобы получить кислый раствор, имеющий рН 2,0, концентрацию лимонной кислоты нуж­но довести до 2,4%, тогда как при использовании соляной кислоты достаточно будет концентрации 0,03%. При использовании естественной кислоты, содержащейся в уксусе (уксусной кислоты, которая относится к слабым кислотам), потребуется концентрация 2,0%. Полезно будет ознакомиться с представленными в табл. 20.1 приблизительными соотношениями, применимыми к кондитерским изделиям.

Помимо фактической кислотности необходимо учитывать вкусовые особенно­сти каждой конкретной кислоты. Если наиболее часто используемую в кондитер­ском производстве лимонную кислоту заменить другой кислотой, то при том же по­казателе рН продукт будет иметь другой оттенок кислого вкуса.

В табл. показано приблизительное соотношение рН и вкуса продукции. На фактор вкуса в определенной степени влияет тип кондитерского изделия.

Измерение рН

Хотя рН возможно измерить с помощью окрашивающейся реактивной бумаги, при работе с сильно окрашенными продуктами или с веществами, обладающими повышенной вязкостью, полагаться на результаты такого теста не следует.

Единственным методом, дающим достоверные результаты, является использо­вание электроизмерительного прибора с погружным электродом. Измерения сле­дует проводить на 50% дисперсии кондитерского изделия, при этом температура всегда должна составлять 20 °С.

Буферные соли

При использовании многих технологий обработки пищевых продуктов необхо­димо выдерживать определенный уровень истинной кислотности (рН), и с этой це­лью используются соли сильных щелочей и слабых кислот, так называемые буфер­ные соли. В кондитерском производстве чаще всего используется лимоннокислый натрий (цитрат натрия), хотя, в достаточно редких случаях, применяются и фосфат­ные соединения.

В качестве наиболее наглядного примера действия буферных солей можно при­вести регулирование скорости застывания пектинового желе. В случае добавления только кислоты застывание происходит так быстро, что это препятствует нормаль­ной отливке в формы. Благодаря добавлению буфера этот процесс замедляется, но характер желе при этом остается тем же.

Редуцирующие сахара

Этот термин применяется при описании состава сахарного сиропа. Так, напри­мер, присутствие инвертного сахара в леденцовой карамели определяется по нали­чию в ней редуцирующих Сахаров. Свое название они получили из-за того, что в ин­дикаторном растворе Фелинга сернокислая медь восстанавливается до закиси меди.

Наиболее распространенными редуцирующими сахарами являются моносаха­риды (инвертный сахар), декстроза и фруктоза, дисахариды, лактоза и мальтоза.

Сахароза, являющаяся дисахаридом, не входит в число редуцирующих Сахаров. В молекуле редуцирующих Сахаров присутствует альдегидная группа. Связанные с этим химические явления подробно рассматриваются в книгах, посвященных ана­лизу состава сахара.

Оптическая активность

Этот термин также связан с методами анализа. Оптической активностью назы­вается присущее многим веществам и растворам (в том числе растворам Сахаров) свойство поворачивать плоскость проходящего через них луча поляризованного
света. На основе этого явления можно определять концентрацию и состав сахарных сиропов, а также чистоту состава эфирных масел. Поляризованным светом называ­ется такой свет, в котором колебания волн происходят в одной плоскости.

Растворы некоторых Сахаров разворачивают плоскость в одном направлении, а других — в противоположном. Например, декстроза является правовращающей, а левулоза (фруктоза) — левовращающей.

Удельное вращение плоскости поляризации — декстрозный эквивалент

Каждому виду сахара присуще определенное вращение плоскости поляризации света, на основе которого, в соотношении с его удельной массой и концентрацией раствора, определяется удельная оптическая активность.

При анализе состава сахарного сиропа количество редуцирующих Сахаров под- считывается как количество декстрозы, хотя в действительности эти сахара могут ею не являться. Такой количественный показатель называют декстрозным эквива­лентом (ДЭ).

Подробные определения этих терминов можно найти в разделе «Кондитерские сахара».

Лабораторные инструменты

Для регулирования производственного процесса на предприятиях все больше используются научные приборы. Их описание приводится в «При­ложении» и в других главах, где дается описание конкретных технологий.

Таблица 20.3. Использование научных средств измерения

Применение

Рефрактометр

Используется для определения сухих веществ сахарных растворов
Вискозиметр
Используется для контроля текучести шоколада и глазури, а также ис­пользуется при производстве некоторых видов сиропов и суспензий (см. раздел «лецитин, эмульгаторы, шоколад») Гигрометр Для измерения относительной влажности на складах, в производст­венных помещениях и в охладителях

Ареометр

Предназначен для измерения плотности сиропов. В настоящее время вместо него часто используется рефрактометр Термометр Традиционный термометр (стеклянная трубочка со ртутью) является надежным инструментом, но дает показания достаточно медленно. В настоящее время используются контактные датчики-термометры для определения температуры как на отдельных стадиях производст­ва, так и в непрерывных технологических потоках Гранулометр Микрометры, микроскопы (визуальные и проекционные), а также

специальные приборы типа счетчика Культера рН          Существует много измерительных средств, в том числе портативных и обеспечивающих непрерывную запись

Проблемы порчи

Большинство пищевых продуктов портятся. Общеизвестно, как недолго могут храниться такие свежие продукты, как мясо или рыба, и при необходимости их хра­нения их приходится консервировать, замораживать или сушить.

Другие продукты дольше хранятся, поскольку прошли обработку сахарным си­ропом или солью, либо обладают низкой влажностью. Порча внешнего вида или вкусовых качеств таких продуктов может происходить из-за хранения в неблаго­приятных условиях или из-за каких-либо упущений, допущенных в управлении технологическим процессом.

Поскольку шоколад и кондитерские изделия принято считать продуктами, по­требляемыми ради удовольствия, они должны соответствовать самым высоким стандартам качества.

Поседение шоколада

Причины поседения шоколада, состав, из которого образован этот налет, а так­же пути предотвращения поседения часто становятся предметом полемики. Суще­ствует два типа поседения шоколада: жировое, вызванное изменениями используе­мого в составе шоколада жира, и сахарное, возникающее под воздействием влаги на имеющийся в составе сахар.

Поседение шоколада портит его внешний вид, но на вкусовых качествах оно не сказывается, если не считать тех случаев, когда продукция хранилась в крайне пло­хих условиях. В этих случаях шоколад может иметь затхлый вкус, а если он хранил­ся в слишком влажных условиях, то на поверхности появляется плесень.

Жировое поседение

Жировое поседение проявляется в виде сероватого налета на поверхности шо­колада как молочного, так и темного, хотя на темном шоколаде такой налет замет­нее. По внешнему виду поседение напоминает беловатый налет на кожице некото­рых спелых фруктов, например, слив или винограда; если до налета на шоколаде до­тронуться пальцем, то он приобретает жирный вид; налет легко удаляется с поверхности. Под микроскопом можно разглядеть крошечные кристаллы жира.

Причинами его возникновения являются:

•   плохо проведенное темперирование шоколада на соответствующем этапе тех­нологического процесса;

•   некорректные способы охлаждения, в том числе нанесение шоколадной гла­зури на холодную начинку;

•   наличие в начинке шоколадного изделия жиров с низкой точкой плавления;

•   хранение в теплых помещениях;

•   добавление в шоколад жиров, использование которых в сочетании с какао- маслом недопустимо;

•   царапины и следы от пальцев на шоколаде, что особенно нежелательно в теп­лых условиях.

В литературе проблемам возникновения и предотвращения жирового поседе­ния уделяется значительное внимание. Такое отношение к поседению во многом объясняется тем, что в те времена, когда о полиморфизме какао-масла и о том, какое влияние может оказать включение в состав шоколада других жиров (помимо какао-масла), было почти ничего неизвестно, производители шоколада несли ог­ромные убытки. Даже после того, как стали известны свойства жиров, инженерно- технический персонал зачастую избегал рассмотрения этой проблемы; устанавли­валось оборудование, обеспечивавшее большую скорость, но совершенно не учиты­валась необходимость подготовить какао-масло и дать ему отстояться.

В Англии проблеме поседения уделялось особое внимание, особенно в те годы, когда летом стояла необычно жаркая погода, например, в 1921 г.; в те же самые годы была введена дополнительная механизация производства.

Тогда же в состав шоколада начали, помимо масла какао, включать и другие жиры. Впоследствии оказалось, что многие из этих жиров несовместимы с ка- као-маслом, и в результате их применения возникало жирное поседение и поседе­ние шоколада. При использовании ранее применявшихся технологий ручного про­изводства шоколада, в особенности методов темперирования, в состав шоколада удавалось включить стабильные формы какао-масла, благодаря чему шоколад со­хранялся лучше.

Многие специалисты проводили значительные исследования, посвященные по­седению, его причинам и путям предотвращения.

О выводах, сделанных ими в своих работах, мы расскажем несколько позже.

Образование жирового поседения тесно связано с полиморфизмом какао-мас­ла, о котором шла речь в главе 3.

Существует четыре основных полиморфных формы. Сведения о них, включая температуры плавления, приведены ниже.

у-форма, 17 °С — при любых температурах сохраняется очень недолго;

а-форма, 21-24 °С — при любых температурах сохраняется недолго;

(З’-форма, 27-29 °С — при обычных температурах постепенно переходит в Р-форму (34-35 °С), которая является устойчивой.

Различными исследователями отмечалось, что существуют и другие формы, но повсеместно признается, что с практической точки зрения достаточно учитывать четыре вышеперечисленных.

Поседение возникает из-за перехода полиморфных модификаций, имеющих бо­лее низкие температуры плавления, в устойчивую p-форму. Производство хороше­го шоколада возможно только при таких технологиях, которые обеспечивают отсут­ствие в составе готовой продукции всех полиморфных форм какао-масла, кроме ус­тойчивой.

На практике достаточно редко удается достичь полного перехода всех форм в устойчивую форму, но современные методы темперирования и охлаждения позво­ляют в значительной степени к этому приблизиться.

Подчеркивается, что для производства шоколада особенно важны следующие моменты:

1. Неустойчивые формы какао-масло, обладающие более низкой температурой плавления, образуются при темперировании и охлаждении жидкого шоколада при слишком низких температурах.

2. Затравочные кристаллы устойчивой формы какао-масло должны равномерно распределяться в массе жидкого шоколада. Это способствует образованию устойчи­вой формы жидкого какао-масло, которому еще предстоит перейти в твердое со­стояние в процессе охлаждения, после глазирования изделия шоколадом или от­ливки шоколада в формы.

Следовательно, можно сделать вывод, что в значительной степени помогают предотвратить жирное поседение корректное введение затравочных кристаллов и умеренные темпы охлаждения шоколада.

Во втором издании этой книги приводятся данные, полученные в результате на­учной работы, проводимой автором и его сотрудниками. Мы включили их в текст данной главы, поскольку эти результаты определенным образом сказываются на других исследованиях в этой области, содержание которых изложено ниже.

Рассматриваемые далее публикации включены в список литературы, приводи­мый в конце главы. Основные выводы, которые делают авторы в отношении про­блемы поседения шоколада, выглядят следующим образом:

Тщательное исследование состава жирного поседения показало, что оно состоит из фракций какао-масло с более высокими температурами плавления и более низким йодным числом [5].

Следющие краткие выводы.

1.   Поседение возникает в результате прорастания на поверхности шоколада крупных кристалов какао-масла, происхождение которых связано с тем, что в соста­ве шоколада все еще сохранились неустойчивые формы.

2.  Первым условием, способствующим производству шоколада, устойчивого к поседению, является корректное проведение темперирования. Какао-масло должно кристаллизоваться в устойчивой p-форме. Это может обеспечиваться путем введе­ния в состав шоколадной массы предварительно оттемперированной и заставшей шоколадной стружки, или с помощью специального перемешивания и охлаждения.

3.  Темперирование с помощью перемешивания и охлаждения должно прово­диться с учетом температуры плавления жира. При производстве молочного шоко­лада это должно делаться при более низких температурах, что обусловлено присут­ствием молочного жира. В случае, когда присутствует жир иллипе, требуются более высокие температуры.

4.  В шоколаде, темперированном надлежащим образом, первоначально какао- масло существует в p’-форме, но сразу же начинается его переход в p-форму. Это достаточно противоречивый вывод (замечание автора).

5. Для надлежащим образом темперированного шоколада скорость его охлажде­ния не имеет решающего значения. С этим утверждением можно поспорить. Оказы­вают влияние такие факторы, как сокращение в размере и возможное образование неустойчивых форм; эти вопросы рассматриваются в других источниках.

6.  Предположение, что жировое поседение может образовываться в результате выделения тепла при переходе неустойчивых форм какао-масла в устойчивые вер­но только в тех случаях, когда шоколадные изделия плотно упаковываются в ящики до их окончательного застывания.

7.   Жировому поседению способствует применение чужеродных жиров типа орехового масла, приводящее к понижению диапазона температур плавления какао-масла. Исключением является молочный жир. Как правило, жиры, благодаря которым повышается температура плавления, способствуют предотвращению по­седения. Если жиры не сочетаются, то этого может и не произойти.

Исследования по вопросам полиморфизма какао-масла были продолжены с ис­пользованием дифференциального сканирующего калориметра .

В подобном исследовании, посвященном предотвращению поседения, рассматривается влияние влажности и температурного режима на возникновение поседения. Описываются эксперименты на шоколаде с различными добавками, предотвращающими или задерживающими появление поседения. Одной из эффек­тивных добавок назван молочный жир, который в настоящее время широко приме­няется на производстве. Несмотря на результаты, приводимые в некоторых иссле­дованиях, оказалось, что Span 60, Tween 60 и глицерилмоностеарат желаемого эф­фекта не дают. В этой работе показана также ценность тепловой обработки, описываемой ниже.

Были проведены многочисленные исследования, в которых подробно рассмат­ривались вопросы темперирования шоколада и характеристики какао-масла в ходе этого процесса .

Была также проанализирована ценность некоторых ингредиентов, эквивалент­ных какао-маслу и позволяющих сократить возможное поседение шоколада. Ут­верждается, что эффект замедления, который обеспечивает молочный жир, связан с тем, что этот жир задерживает трансформацию кристаллов какао-масла неустойчи­вой p’-формы в устойчивую р-форму.

Многие из вышеупомянутых наблюдений были подтверждены автором и его со­трудниками. Как уже говорилось, некоторые утверждения вызвали несогласие.

В данную главу мы сочли целесообразным включить и сведения о других экспе­риментах, проводившихся несколько лет назад и посвященных поведению масла какао, масла иллипе и молочного жира. Насколько нам известно, подобные данные ранее нигде представлены не были.

Считается, что возникновение поседения связано с характеристиками этих жи­ров. Эксперименты затрагивали:

1.  Изменения температуры плавления темперированного и нетемперированно­го какао-масла после его хранения при различных температурах сроком до шести месяцев.

2.  Разделение на фракции какао-масла, молочного жира и масла иллипе. Опре­деление фракций и температур их плавления. 

Что такое насыщенный раствор?

В химии часто встречаются растворы жидкостей, твердых тел или газов. Растворитель, такой как вода, растворяет растворенное вещество, например поваренную соль. Когда вы добавляете столько соли, что она не может раствориться, химики называют раствор насыщенным. Причины, по которым одни растворы становятся насыщенными, а другие не связаны с такими факторами, как температура раствора и типы веществ. Продемонстрировать эффекты насыщения с помощью обычных материалов, которые можно найти дома, безопасно, легко и интересно.

TL; DR (слишком долго; не читал)

Насыщенный раствор — это раствор, который больше не может растворить вещество, примешанное к нему.

Под давлением: растворенные газы

Газированные напитки, такие как безалкогольные напитки, являются пузырьками, потому что углекислый газ растворен под давлением в жидкости на заводе по розливу. Если вы посмотрите на прозрачную запечатанную бутылку с газировкой, то увидите, что пузырьки практически отсутствуют, но снимите крышку и сбросьте давление.Бутылка издает короткий шипящий звук, когда выходит выпущенный газ. При нормальном давлении воздуха в помещении сода больше не может удерживать весь растворенный CO2, и газ выходит наружу. Если вы наливаете сахар в открытую бутылку из-под газировки, он вспенивается и бурно пузырится, поскольку лишний сахар растворяется в газировке, вытесняя оставшийся CO2.

Масло и вода: нет решения

Общеизвестно, что кулинарное масло и вода не смешиваются. Если вы наполните стакан на три четверти водой и добавите немного растительного масла, вы увидите два отчетливых слоя — один из воды, а другой из масла.Вы можете перемешать смесь, но когда она осядет, она снова расслоится на слои.

Приготовление насыщенного раствора

Наполните стакан на три четверти водопроводной водой комнатной температуры и отложите небольшую емкость с поваренной солью. Добавьте в воду щепотку соли и перемешайте ложкой несколько секунд, пока соль не растворится. Продолжайте добавлять соль таким же образом, по щепотке за раз, хорошо перемешивая. К тому времени, как вы добавите в воду чуть больше столовой ложки соли, вы заметите, что соль начинает оседать на дно стакана.Соль, которую вы видите, не растворяется, что означает, что жидкость достигла точки насыщения. Соль, которую вы добавляете после этого, оказывается на дне стакана; вода не может больше растворять соль.

Температура, давление и растворимость

Температура и давление влияют на растворимость в воде, но эффект варьируется от одного вещества к другому. Например, вода растворяет меньше газа при повышении температуры и больше газа растворяется при повышении давления. Некоторые соли растворяются в горячей воде больше, чем в холодной, но у других эффект противоположный.

Смешиваемые вещества: без насыщения

Когда вы можете смешать два вещества в любой пропорции, и они никогда не достигают насыщения, химики считают их смешиваемыми. Один пример включает два газа, такие как кислород и азот. Они не образуют две отдельные капли газа; два газа свободно смешиваются. Другой пример — вода и большинство спиртов. При смешивании почти в любом количестве один растворяется в другом.

Что такое насыщенный раствор? | Насыщенный раствор: примеры — видео и стенограмма урока

Определение насыщенного раствора

Что такое насыщенный раствор? Насыщенный раствор представляет собой гомогенную смесь , в которой растворенное вещество ( растворенное вещество ) находится в состоянии динамического равновесия со своей нерастворенной формой.Другими словами, насыщенный раствор содержит максимальную концентрацию растворенного вещества. Эта максимальная концентрация является пределом растворимости растворенного вещества. Термин концентрация относится к массе растворенного вещества (граммы) на объем раствора (литры). Например, представьте, что вы добавляете сахар в чашку чая. Сначала сахар растворяется быстро, но после добавления нескольких сотен граммов его скорость растворения (скорость растворения) замедляется и в конечном итоге останавливается. Фактором, который больше всего влияет на скорость растворения, является концентрация растворенного вещества (т.е.е. количество растворенного вещества на объем раствора). Когда сахар перестает растворяться и начинает накапливаться на дне чашки, вы достигли точки насыщения раствора , он достиг максимальной концентрации (предел растворимости ), и вы сделали пример насыщенного раствора: сахар в горячей воде.

Из насыщенного раствора выпали кристаллы хлорида натрия.

Что такое однородная смесь?

Ключевой частью определения насыщенного раствора является то, что это должна быть гомогенная смесь .Гомогенная смесь представляет собой комбинацию двух или более веществ на молекулярном или атомном уровне в одной фазе (твердой, жидкой или газовой). Растворенные вещества называются растворенными веществами, а основной материал, в котором они растворены, является растворителем. Например, морская вода представляет собой смесь солей, таких как хлорид натрия (поваренная соль), хлорид калия, хлорид магния, сульфат кальция, растворенный в воде. Вода является растворителем, а соли — растворенными веществами. Вода обычно считается универсальным растворителем , потому что она растворяет больше веществ, чем любая другая жидкость.

С другой стороны, гетерогенная смесь состоит из двух или более веществ, смешанных вместе как отдельные фазы. Знакомый пример гетерогенной смеси — масло в воде. Поскольку масло не растворяется в воде, у нас есть две фазы (т.е. две физически разные жидкости). Смесь песка с водой — еще один пример неоднородной смеси. Гетерогенные смеси не образуют насыщенных растворов, потому что они не предполагают растворения одного материала в другом.

Что такое динамическое равновесие?

Возвращаясь к примеру с сахаром в горячей воде: почему скорость растворения сахара замедляется по мере приближения к точке насыщения? Ответ связан с концепцией динамического равновесия , ключевого принципа науки о химии растворов. Динамическое равновесие устанавливается, когда два противоположных химических процесса протекают с одинаковой скоростью. Итак, в сценарии растворения сахара наша система находится в динамическом равновесии (насыщении), когда скорость, с которой сахар переходит в раствор (растворение), равна скорости, с которой сахар выходит из раствора (кристаллизация).Процесс кристаллизации включает молекулы растворенного вещества, выходящие из раствора и присоединяющиеся к твердым кристаллам сахара на дне чашки. Простое уравнение может представить баланс между скоростью растворения и кристаллизации:

{eq} \ text {Solute} \; + \ text {Solvent} \; \ underset {crystalization} {\ stackrel {disolution} {\ rightleftarrows}} \; \ text {Solution} \; {/ eq}

Растворение соли хлорида натрия (NaCl) — еще один пример из реальной жизни.{-} (растворенный) {/ eq}

Обратите внимание, как растворенный кристалл соли распадается на составляющие его атомы в растворителе. В растворе положительно заряженный натрий и отрицательно заряженный хлор обозначаются как ионы . Когда в растворе присутствует достаточное количество этих ионов, они рекомбинируют с образованием кристаллов соли. Это процесс кристаллизации , который противодействует реакции растворения соли. Когда скорости кристаллизации и растворения равны, раствор и растворенное вещество находятся в динамическом равновесии, что, как мы видели из определения насыщенного раствора, означает, что у нас есть насыщенный раствор хлорида натрия в воде.Динамическое равновесие является ключевым понятием для определения насыщенного раствора, и оно различает насыщенные и ненасыщенные растворы.

Как растворимость связана с насыщением раствора?

Как упоминалось выше, растворимость вещества — это количество этого вещества (на объем раствора), необходимое для получения насыщенного раствора. Например, растворимость сахара (сахарозы) при 25 градусах Цельсия составляет 211 грамм на 100 миллилитров воды. Итак, если мы добавим 211 грамм сахара в 100-миллилитровую чашку чая, мы получим насыщенный раствор.Если мы продолжим добавлять сахар в чай, он не будет растворяться, а будет скапливаться на дне чашки. Это потому, что мы превысили растворимость сахара в чайной воде. Так сказать; наша чайная вода насыщена сахаром. Поэтому растворимость является ключевым понятием для определения насыщенного раствора и позволяет нам различать насыщенные и ненасыщенные растворы. Растворимость веществ зависит от температуры раствора. В большинстве случаев растворимость материала увеличивается с повышением температуры.

Температура (градусы Цельсия)	Растворимость (граммы сахара, растворенные в 100 миллилитрах воды)
0	179
25	211
75	340
100	487

Газообразные и твердые растворы

Вода — не единственный растворитель, и растворы не должны быть только в жидкой фазе.Например, воздух — это раствор азота, кислорода, аргона, диоксида углерода и водяного пара. В воздухе азот считается растворителем, потому что он составляет 78% (по объему) раствора. Кислород, аргон, углекислый газ и водяной пар растворены в воздухе. В зависимости от погодных условий воздух может насыщаться водяным паром. В данном случае условием, определяющим наш насыщенный раствор, является динамическое равновесие между водяным паром, растворенным в воздухе, и водой в его конденсированном состоянии (туман в долине росы на траве).Таким образом, в точке насыщения (или точке росы ) воздух содержит максимально возможное количество водяного пара для определенной температуры воздуха. Если воздух охлаждается ниже температуры точки росы, водяной пар будет конденсироваться, образуя туман или росу. Это происходит потому, что растворимость водяного пара в воздухе зависит от температуры, так же как растворимость сахара в воде зависит от температуры.

Есть также несколько распространенных типов твердотельных решений .Например, некоторые типы стали (особенно углеродистая сталь) представляют собой твердые растворы или сплавы, состоящие из углерода, растворенного в железе. Твердые растворы обычно образуются путем плавления растворенных веществ и растворителя вместе для создания гомогенной смеси на атомном уровне. Если расплавленный раствор становится насыщенным по отношению к одному из растворенных веществ (например, углероду), полученная сталь не будет однородной смесью. В нем будут отдельные зерна с высоким содержанием углерода, которые могут вызвать проблемы со структурой и долговечностью сплава после его затвердевания.

Влияние температуры, давления и кислотности

Растворимость вещества изменяется при изменении химических условий раствора. Химические условия, которые имеют наибольшее влияние на растворимость, — это температура, давление и химический состав растворителя. Как обсуждалось выше, повышение температуры раствора обычно увеличивает растворимость веществ в этом растворе. Итак, химические условия определяют количество растворенного вещества, необходимое для получения насыщенного раствора.Точно так же увеличение давления на раствор увеличивает растворимость газов, а увеличение кислотности растворителя (снижение pH) обычно приводит к более высокой растворимости веществ в растворе.

Насыщенные и ненасыщенные растворы — GeeksforGeeks

Насыщенный раствор — это раствор, который содержит максимальное количество растворенных веществ, способных к растворению, тогда как ненасыщенные растворы содержат меньше, чем максимальное количество растворенных веществ, способных к растворению. Поскольку газированная вода насыщена углеродом, она выделяет углерод через пузырьки.Песок в воде — пример ненасыщенного.

Насыщенные растворы

Насыщенный раствор — это химический раствор, который содержит наибольшее количество растворенных веществ, содержащихся в растворителе. Растворенное вещество больше не может растворяться в насыщенном растворе.

Вниманию читателя! Все, кто говорит, что программирование не для детей, просто еще не встретили подходящих наставников. Присоединяйтесь к демо-классу для курса «Первый шаг к программированию», специально разработан для учащихся 8–12 классов.

Студенты смогут больше узнать о мире программирования в этих бесплатных классах , которые определенно помогут им сделать правильный выбор карьеры в будущем.

Точка насыщения любой жидкости определяется типом материала и температурой. Насыщенный раствор — это раствор, в котором количество растворенного вещества равно точке насыщения растворителя. Растворитель может растворять в нем определенные типы растворенных веществ.

Максимальное количество растворенного вещества, которое может быть растворено в растворителе при указанной температуре, можно обозначить как насыщенный раствор . Раствор не может больше растворять растворенное вещество по достижении насыщения. Нерастворенные вещества остаются внизу. Точка, при которой растворенное вещество перестает растворяться в растворителе, называется точкой насыщения .

Ниже приведены примеры насыщенных растворов:

• Почва — это насыщенная смесь, состоящая из азота.По достижении точки насыщения избыточный азот выбрасывается в воздух в виде газа.
• Напитки, например прохладительные напитки, представляют собой насыщенные растворы растворенного углерода в воде.
• Протеиновые напитки, представляющие собой насыщенный раствор сухого протеина в молоке и т. Д.

Ненасыщенные растворы

Растворенное вещество необходимо добавить в растворитель для образования раствора. Сначала растворенное вещество растворяется в растворителе и образует гомогенный раствор.Раствор, в котором растворяются растворенные вещества, называется ненасыщенным раствором. Раствор состоит из двух типов частиц: растворенных веществ и растворителей. В качестве растворителя обычно используется вода (что является одной из причин, по которой воду также называют универсальным растворителем).

Ненасыщенные растворы обладают способностью растворять дополнительные растворенные вещества до тех пор, пока они не достигнут насыщения. Растворенные вещества больше не будут растворяться в растворителе после достижения порога насыщения, что приведет к образованию ненасыщенных растворов.

В результате все растворы считаются в значительной степени ненасыщенными по своей природе, прежде чем они будут преобразованы в насыщенные растворы путем добавления к ним растворенного вещества. Количество растворенного вещества, которое содержится в меньших количествах, чем максимальное значение, то есть до того, как раствор достигнет уровня насыщения, называется ненасыщенным раствором . На дне не остается никаких оставшихся веществ, то есть все растворенное вещество растворяется в растворителе. Ненасыщенный раствор — это в основном химический раствор, концентрация растворенного вещества которого меньше его соответствующей равновесной растворимости.

Ниже приведены примеры ненасыщенных растворов:

• Соль или сахар, растворенные в воде ниже точки насыщения.
• Воздух или туман.
• Холодный кофе.
• Уксус — раствор уксусной кислоты в воде.

Взаимное превращение насыщенного и ненасыщенного растворов

Насыщенный раствор при нагревании становится ненасыщенным, тогда как ненасыщенный раствор становится насыщенным при охлаждении.При нагревании насыщенного раствора растворимость этого конкретного растворенного вещества увеличивается в данном растворителе. В результате в растворителе может быть растворено больше растворенного вещества. Однако в случае охлаждения раствора частицы растворенного вещества, которые первоначально были растворены в растворителе, отделяются в виде кристаллов.

Растворимость

Количество растворенного вещества, присутствующего в насыщенном растворе при данной температуре, можно назвать растворимостью растворенного вещества в растворителе.

Максимальное количество растворенного вещества, которое может быть растворено в 100 г растворителя. Различные растворенные вещества обладают различной растворимостью. Растворимость увеличивается с повышением температуры. В случае насыщенных растворов концентрация растворенного вещества эквивалентна равновесной растворимости. Растворимость вещества зависит от растворителя. Замечено, что сахар растворяется в воде, но не в масле.

Влияние температуры и давления на растворимость

1. Растворимость твердых веществ в жидкостях обычно увеличивается при повышении температуры и уменьшается при понижении температуры.
2. Растворимость твердых веществ в жидкости не зависит от колебаний давления.
3. Растворимость газов в жидкостях обычно снижается при повышении температуры и повышается при понижении температуры.
4. Растворимость газа в жидкости увеличивается с повышением давления и уменьшается с понижением давления.

Концентрация раствора

Количество растворенного вещества, присутствующего в указанном количестве растворителя, можно назвать концентрацией раствора.Он измеряется как доля количества растворенного вещества, растворенного в данной массе или объеме растворителя.

Раствор, в котором присутствует меньшее количество растворенного вещества, называется разбавленным раствором, тогда как раствор, содержащий большее количество растворенного вещества, называется концентрированным раствором .

Математически,

• Концентрация раствора = количество растворенного вещества / количество растворителя

Также

• Концентрация раствора = количество растворенного вещества / количество решения

Примеры задач

Раствор получают растворением 20 г хлорида натрия в 180 г воды в качестве растворителя.Вычислите концентрацию раствора.

Раствор:

Дано,

Масса хлорида натрия = 20 г

Масса воды = 180 г

Мы знаем,

Масса раствора = Масса растворенного вещества + Масса растворителя

= 20 г + 180 г

= 200 г

Концентрация раствора определяется как,

= [(Масса растворенного вещества) / (Масса раствора)] × 100

= (20/200) × 100

= 10%

Задача 2: Как определить, насыщен ли раствор или нет?

Раствор:

Берем раствор с растворенным веществом, растворенным в растворителе.Если при постоянном перемешивании в растворителе может быть растворено больше растворенного вещества, то раствор ненасыщенный, в противном случае — насыщенный.

Задача 3. Как создать насыщенный раствор?

Раствор:

Ниже приведены шаги для создания насыщенного раствора:

• Добавление растворенного вещества в растворитель сверх точки растворения твердого вещества в растворителе.
• Добавление затравочных кристаллов в перенасыщенный раствор.
• Выпаривание растворителя из раствора до тех пор, пока растворенное вещество в растворе не начнет кристаллизоваться или выпадать в осадок.

Задача 4: Приведите несколько примеров насыщенных решений на открытом воздухе.

Раствор:

Вот некоторые примеры насыщенных растворов вне помещений:

1. Морская вода — насыщенный раствор с солью в качестве растворенного вещества.
2. Почва — насыщенный раствор азотом.
3. Воздух — насыщенный влагой раствор.
4. Пресная вода — Вода, содержащая элементы и металлы, такие как калий, растворенная до насыщения.

Задача 5: Приведите один пример, чтобы показать раствор, который может быть ненасыщенным, насыщенным , и перенасыщенным в разные промежутки времени.

Решение:

Рассмотрение бутылки содовой может показать, что раствор может быть ненасыщенным, насыщенным и перенасыщенным в разные промежутки времени. Перед открытием бутылки с газировкой раствор перенасыщается. При открытии бутылки избыток растворенного углекислого газа улетучивается с поверхности, что приводит к образованию пузырьков.Это насыщенный раствор. Если оставить газировку на длительное время, она станет однородной и превратится в ненасыщенный раствор.

Гиперглоссарий MSDS: Решение

Гиперглоссарий MSDS: Решение

Определение

Раствор — это однородная смесь двух или более веществ. Вещество, которое присутствует в наибольшем количестве, называется растворителем, а вещество, присутствующее в меньшем количестве, называется растворенным веществом.

В растворе может быть только один растворитель, но может быть много растворенных веществ. Хороший пример — газированная вода — растворителем является вода, а растворенные вещества включают двуокись углерода, сахар, ароматизаторы, карамельный краситель и т. Д.

Дополнительная информация

Растворы могут быть твердыми, жидкостями или газами. Конечное состояние раствора при заданном наборе условий зависит от материалов и их физических и химических свойств. Некоторые примеры включают:

Компонент 1	Компонент 2	Раствор	Примеры
Твердый	Твердый	Твердый	Латунь (смесь ~ 70% меди и ~ 30% цинка), «серебряные» зубные пломбы ( твердая смесь олова и ртути в соотношении 8: 1)
Твердое вещество	Жидкое	Жидкое	Сахар, растворенный в воде, соленая вода.
Твердое вещество	Газ	Твердое вещество	Газообразный водород, адсорбированный на металлическом палладии
Жидкость	Газ	Жидкость	Диоксид углерода, растворенный в воде (газированная вода)
Жидкость	Жидкость	Жидкость	Спирт в воде, антифриз (этиленгликоль в воде), бензин (сложная смесь углеводородов)
Газ	Газ	Газ	Воздух, природный газ (в основном метан и этан), синтез-газ (смесь водорода и окиси углерода).

Раствор, в котором присутствует некоторое количество твердого вещества, представляет собой не раствор, а гетерогенную смесь.

Решения делятся на три общих класса:

1. Ненасыщенные растворы способны растворять больше растворенного вещества.
2. Насыщенные растворы растворили максимальное количество растворенного вещества, возможное при данной температуре. Это определяет растворимость растворенного вещества в растворителе.
3. Перенасыщенные растворы содержат больше растворенных веществ, чем их содержится в насыщенном растворе.

Последний предмет звучит подозрительно — как что-то может содержать больше материала, чем может вместить? Лучше всего это проиллюстрировать на примере:

Мы знаем, что горячая вода растворяет больше сахара, чем холодная. Когда мы охлаждаем насыщенный раствор горячей сахарной воды, вода больше не может удерживать весь сахар в растворенном состоянии. Некоторое количество сахара должно кристаллизоваться из раствора. Однако для кристаллизации требуется место зародышеобразования, такое как другой кристалл сахара или пятнышко ворса для роста кристалла.Если наш контейнер будет безупречно чистым, кристаллам негде начать рост! Но если мы добавим кристалл сахара в перенасыщенный раствор, «лишний» сахар будет быстро выпадать из этого метастабильного раствора, пока раствор снова не станет насыщенным. Есть несколько замечательных демонстраций этого принципа по общей химии; см. раздел «Дополнительная литература» ниже.

Когда твердое вещество осаждается из раствора, процесс называется кристаллизацией, если твердое вещество является кристаллическим, и осаждением, если твердое вещество представляет собой порошок или аморфный материал.Образовавшееся твердое вещество называется осадком, а оставшийся жидкий раствор называется супернатантом или «маточным раствором».

Соответствие паспорт безопасности данных

Паспорта безопасности

необходимы для указания физических и химических характеристик материала в Раздел 9 (физические и химические свойства), который включает растворимость (если известна). Кроме того, в паспортах безопасности могут обсуждаться свойства, стабильность или опасности растворов.«Раствор» также может фигурировать в Разделе 4 (меры первой помощи) (например, физиологические растворы) или в Разделе 6 (меры случайного выброса) процедур (например, «используйте раствор XX и YY, чтобы …») .

Дополнительная литература

См. Также : Единицы концентрации, моль, растворимость, растворитель, пар.

Дополнительные определения от Google и OneLook.

---

Последнее обновление записи: воскресенье, 11 октября 2020 г.Права на эту страницу принадлежат ILPI, 2000-2021 гг. Несанкционированное копирование или размещение на других веб-сайтах категорически запрещено. Присылайте нам предложения, комментарии и пожелания о новых записях (если возможно, укажите URL-адрес) по электронной почте.

Заявление об ограничении ответственности : Информация, содержащаяся в данном документе, считается правдивой и точной, однако ILPI не дает никаких гарантий относительно правдивости каких-либо утверждений. Читатель использует любую информацию на этой странице на свой страх и риск. ILPI настоятельно рекомендует читателям проконсультироваться с соответствующими местными, государственными и федеральными агентствами по вопросам, обсуждаемым здесь.

Архивы насыщенных растворов — Ева Варга

Когда я преподаю вводную химию, одно из моих любимых занятий — создавать леденцы. Каменный леденец получают путем кристаллизации перенасыщенного раствора сахара и воды на поверхности, подходящей для зарождения кристаллов, такой как нить или палочка.

Ребята из STEM Club были в восторге от того дня, когда я сказал им, что мы готовим леденцы в классе. К сожалению, наш «эксперимент» не удался.

Слова, которые нужно знать

Смесь :: Смесь — это просто комбинация двух или более веществ, которые не вступают в реакцию с образованием чего-то нового. Например, грязь, тесто для торта, молоко, салат, латексная краска, черный верх (асфальт и гравий). Смеси — это комбинации соединений, которые можно разделить механическими или физическими процессами. Если атомы можно разделить только с помощью химических реакций, это сложные молекулы, а не смеси.

Раствор :: Особый вид смеси, называемый раствором . — это смесь, в которой смешивание происходит на молекулярном уровне. Примеры: морская вода, Kool-Aid , антифриз, сельтерская вода и бензин.

В растворе одно или несколько веществ растворяются в другом веществе. В примере Kool-Aid сахар и смесь растворяются в воде. Растворенное вещество называется растворенным веществом . Вещество, растворяющее растворенное вещество, обозначается как растворитель .Растворитель обычно является жидкостью, но также может быть твердым или газообразным. В этом примере растворенным веществом является Kool-Aid , а растворителем — вода.

Все растворы являются смесями, но не все смеси являются растворами. Растворы представляют собой однородные смеси (однородные по составу или характеру).

Насыщенный раствор :: Насыщенный раствор — это раствор, в котором растворенное вещество больше не может быть растворено.

Перенасыщенный раствор :: Физические свойства соединения могут измениться при добавлении других веществ или соединений.Температура плавления или кипения может увеличиваться, а в некоторых случаях снижаться. Повышение температуры соединения (например, воды) позволит вам растворить больше сахара в растворе. Это создает перенасыщенный раствор.

Как приготовить леденцы

Материалы

• 2 стакана воды
• 4 стакана сахара-песка
• 1 / 2-1 чайная ложка ароматизирующего экстракта или масла (по желанию)
• пищевой краситель (по желанию)
• стеклянная банка
• Шампура и прищепка деревянные

Процедура

1.Тщательно промойте стеклянную банку горячей водой, чтобы очистить ее. Смочите шпажку и обваляйте в сахарном песке. Этот базовый слой даст кристаллам сахара возможность «схватиться», когда они начнут формироваться. Отложите шпажку, чтобы она высохла, пока будете готовить сахарный сироп.

2. Налейте воду в кастрюлю среднего размера и доведите ее до кипения. Начните добавлять сахар по одной чашке за раз, помешивая после каждого добавления. Нагревание воды перед добавлением сахара позволяет растворить большее количество сахара, в результате чего образуются более крупные кристаллы.

Вы заметите, что сахар растворяется дольше после каждого добавления. Продолжайте перемешивать и кипятить сироп, пока весь сахар не будет добавлен и весь сахар не растворится. Снимите сковороду с огня.

3. Если вы используете красители или ароматизаторы, добавьте их на этом этапе. Если вы используете экстракт, добавьте 1 чайную ложку экстракта, но если вы используете ароматические масла, добавьте только ½ чайной ложки. Добавьте 2-3 капли пищевого красителя и перемешайте, чтобы добиться равномерного однородного цвета.

4. Дайте сахарному сиропу остыть примерно 10 минут, затем перелейте его в подготовленную банку.Подвесьте шпажку в раствор примерно на 1 дюйм от дна.

5. Осторожно поместите банку в прохладное место, вдали от яркого света, где она может оставаться безмятежной. Слегка накройте верх полиэтиленовой пленкой или бумажным полотенцем.

7. Вы должны увидеть кристаллы сахара, образующиеся в течение 2-4 часов. Если вы не заметили никаких изменений на шпажке или нити через 24 часа, попробуйте снова вскипятить сахарный сироп и растворить в нем еще одну чашку сахара, затем вылейте его обратно в банку и снова вставьте нить или шпажку.

8. Позвольте леденцу вырасти до желаемого размера. Как только он достигнет желаемого размера, снимите его и дайте ему высохнуть в течение нескольких минут, затем наслаждайтесь или заверните в полиэтиленовую пленку, чтобы сохранить его на потом.

Наши результаты и что мы узнали

По ходу дела я подумал: «Я не хочу, чтобы на моем прилавке стояла дюжина банок липкого сахарного сиропа в течение следующей недели или около того. С таким же успехом мы можем положить все шпажки в одну банку — по одной на каждого ученика.”

Я явно не думал об этом. По мере испарения воды кристаллы росли и расширялись. В конце концов, они слились и даже начали расти на стенках банки. Мне не удалось вытащить шпажки, и некоторые даже сломались от натяжения, когда я попытался их вытащить.

Я попытался разбить кристаллы ножом. Я даже поместил банку в водяную баню, чтобы снова нагреть раствор и расплавить кристаллы. Вы можете догадаться, что случилось?

Ага! Баночка сломалась !! Хотя это была консервная банка Керра под давлением.Ой!

Таким образом, мы узнали, что лучше всего подвесить одну шпажку в стакане с сахарным раствором, чтобы избежать скопления кристаллов . Следите за прогрессом — не позволяйте ему становиться слишком большим. Вы не хотите, чтобы кристаллы доходили до дна, иначе вам будет сложно удалить шпажку.

Культурные памятки

Каменные леденцы — распространенный ингредиент в китайской кулинарии, и во многих домах есть леденцы для маринования мяса и добавления в жаркое.Его используют для подслащивания чая из хризантемы и кантонских десертных супов. Это также важная часть чайной культуры Восточной Фризии и тамильской кухни в Индии.

Если вам понравилось это занятие и вы хотите расширить представленные здесь концепции, я рекомендую вам ознакомиться с моей 10-недельной междисциплинарной практической программой по химии, Physics Logic: Cool Chemistry .

Растворимость

— Можно ли растворить другие вещества в насыщенном растворе?

Одна из «причин» растворения чего-либо заключается в том, что раствор имеет термодинамически более высокую энергию (более отрицательную свободную энергию), чем два отдельных соединения.Ионные соединения растворяют в воде на два (или более) отдельных иона, поэтому все немного сложнее, чем молекулярное растворение, как сахар в воде. Самый простой случай — это два химиката, которые можно считать «неполярными». Если вы знакомы с различными силами Ван-дер-Ваальса, то мы можем описать их как те химические вещества, которые имеют только лондонских дисперсионных взаимодействий. Их можно рассматривать как квантово-механически индуцированную переходную (мгновенную) поляризацию электронных облаков двух соседних атомов.Например, это будет верно для двух атомов с одинаковой электроотрицательностью. Насыщенные углеводороды относятся к этой категории (метан, этан, пропан и т. Д.), Поскольку составляющие их атомы H и C имеют почти одинаковую электроотрицательность (но не совсем), что предполагает отсутствие постоянной поляризации. Итак, учитывая два углеводорода, A и B, не будет намного более сильного взаимодействия между молекулой A и другой молекулой A по сравнению с молекулой B (или взаимодействием между двумя B).Это верно только до определенного момента. Углеводороды с высоким молекулярным весом не растворяются в метане бесконечно, например, из-за стерических (геометрических) влияний. Большие молекулы (как правило, полимеры) лучше способны выравниваться с такими же большими молекулами (по сравнению с более мелкими, которые «подпрыгивают» в случайных ориентациях. Таким образом, вы видите (возможно), что даже в простейшем случае нет сложностей. Следующим шагом на пути к полному разделению зарядов являются индуцированные диполи.Ион или даже молекула с полярной группой может изменить распределение заряда вокруг соседней группы, молекулы или атома.Для данного электрического поля индуцированный диполь зависит от того, насколько «свободно» или «плотно» электроны удерживаются этой молекулой (или группой (фрагментом молекулы) или атомом). Я думаю, что объяснять это более подробно — слишком сложно. Следующий шаг (конечно, на самом деле шагов нет, есть всякие «промежуточные» случаи) — постоянные диполи. Теперь, в зависимости от геометрии, два диполя могут «сокращаться», и у молекулы может не быть чистого диполя. CO ₂ является примером. Хотя обе связи C = O полярны, молекула является линейной ← → поэтому, в то время как концевые атомы кислорода более электроотрицательны, чем средний углерод, положительный и отрицательный центр заряда находится посередине (с центром на атоме C), поэтому дипольные эффекты значительно уменьшены по сравнению, скажем, с H ₂ O, где молекула не является линейной, больше имеет V-образную форму, так что частично отрицательный заряд на центральном атоме O отделен от центра частичного положительного заряда (который находится посередине между двумя H атомы, то есть на геометрической биссектрисе центрального угла, но дальше от атома O.(тот факт, что вода имеет постоянный диполь, делает ее отличным материалом для использования в микроволновой печи, микроволны заставляют этих маленьких щенков танцевать как сумасшедшие (нагревают их до чертиков) и, таким образом, делают микроволновые печи эффективными при нагревании продуктов (те, что которые в любом случае содержат воду).) HCl, NH ₃ также имеют постоянные диполи (но аммиак делает некоторые забавные вещи с его геометрией). Материалы с постоянными диполями обычно растворяются в воде, потому что электрическое поле ориентирует полярную молекулу H ₂ O (отрицательное электрическое поле притягивает атомы H больше, чем атом O, а положительное электрическое поле — наоборот).Молекулы воды окружают полярные и ионные химические вещества и сольватируют их. Итак, я уже упоминал «последний» шаг — полное разделение зарядов — ионы. Конечно, на самом деле есть ионы, которые имеют нецелочисленный заряд, помните, что ковалентные связи в основном представляют собой общие электронные пары. Как правило, существует много молекул воды, ориентированных вокруг каждого иона, что означает, что их меньше доступно для окружения других ионов и других полярных групп. Таким образом, это означает, что большее количество одного ионного растворенного вещества будет снижать растворимость другого ионного растворенного вещества.Важным предостережением здесь является предположение, что ионы (как катионы, так и анионы) не увеличивают свободную энергию (в отрицательном направлении). Если по какой-то причине Na ⁺ взаимодействует с -ОН (гидроксильная группа) сахара (а сахара имеют много гидроксильных групп) и улучшают термодинамику, то соль увеличивает растворимость сахара и наоборот. Я не знаю ни одного случая, когда это происходило бы. Фактически, соли часто используются для «высоливания» органических соединений (что означает, что они снижают растворимость), иногда очень резко.Итак, я упомянул все, кроме того, что происходит, когда вы растворяете в воде два полярных химиката. Я довольно сильно предполагал, что они уменьшают растворимость друг друга. (Кстати, вы понимаете, что когда вы насыщаете раствор одним ионным веществом и добавляете другой, некоторые из первых будут выпадать в осадок, как обсуждалось выше, верно?) Что ж, это становится немного мутным, если один или оба из них растворенные вещества присутствуют в достаточно больших концентрациях, чтобы повлиять на то, чем является растворитель. Сахароза растворима в воде из расчета 2100 граммов на литр при 25 ° C.Итак, для насыщенного раствора растворителем является вода или сахароза. Какой растворитель, какое растворенное вещество? Я мог бы поспорить с этим в любом случае, и на самом деле нет однозначного ответа — это зависит от контекста. Итак, если у вас есть такой раствор, что произойдет с растворимостью другого полярного соединения? Оказывается, ответ — «это зависит», есть примеры, когда он снижает растворимость, и примеры, когда он увеличивает растворимость. Нет простого ответа для высококонцентрированных растворов. (соединения, в которых концентрация растворенного вещества приближается к концентрации растворителя).

Эксперимент: приготовление насыщенных и ненасыщенных растворов

Насыщенный раствор — это раствор, в котором растворено столько растворенного вещества, сколько оно способно растворить. При нагревании раствора насыщенный раствор можно превратить в ненасыщенный. Без добавления растворителя его можно превратить в ненасыщенный раствор. Ненасыщенный раствор содержит меньше максимального количества растворенного вещества, которое может быть растворено при этой температуре. Пример: при нагревании насыщенного раствора сахара при высокой температуре он начинает растворяться.

Если добавляется еще растворенное вещество, но оно не растворяется, значит исходный раствор был насыщенным. Если добавленное растворенное вещество растворяется, то исходный раствор был ненасыщенным. Насыщенный раствор не может больше растворять растворенное вещество. Следовательно, размер кристалла останется прежним.

Эксперимент —

Задача: Сделать насыщенные и ненасыщенные растворы. Чтобы узнать, является ли раствор насыщенным или ненасыщенным, нам нужно добавить в раствор кристаллы или растворимое вещество.

Необходимые принадлежности: Один стакан, мерная колба, мешалка, соль и вода.

Процедура: Очистите стакан, промыв его хорошо. Используйте мерную колбу, чтобы налить в стакан 100 миллилитров воды. Теперь продолжайте добавлять в воду небольшими порциями соль и перемешивать. Таким образом продолжайте добавлять соль и перемешивать, пока добавленная соль не перестанет растворяться, несмотря на тщательное перемешивание.

Анализ:

Насыщенный раствор — это раствор, когда растворенное вещество может растворяться в растворителе.Например, если у вас есть бутылка с водой, и вы наливаете в нее кристаллы лимонада, и она растворяется, значит, раствор насыщен. Ненасыщенный раствор — это когда растворенное вещество не может раствориться в растворителе. Например, если у вас есть стакан воды, и вы нальете в него что-то вроде растительного масла, оно не растворится. Это делает раствор ненасыщенным.

Почему при добавлении соли маленькими кусочками на определенной стадии соль не растворяется, несмотря на постоянное перемешивание? Причина в том, что в процессе регулярного добавления соли раствор стал насыщенным.Это состояние, когда растворитель (вода) больше не может растворять растворенное вещество (соль). Таким образом, при определенной температуре, если максимальное количество растворенного вещества, которое может быть растворено определенным количеством растворителя, растворяется растворителем, то полученный раствор называется насыщенным раствором.

С другой стороны, это раствор, если количество растворенного вещества меньше, чем максимальное количество растворенного вещества, которое может растворить растворитель, этот раствор будет ненасыщенным.

В вышеупомянутых случаях раствор, полученный на всех этапах до последней порции добавленной соли, которая осталась нераскрытой, является примерами ненасыщенного раствора.В насыщенном растворе небольшое количество растворенного вещества не растворяется, несмотря на сильное перемешивание.