документ

Ачинский торгово-экономический техникум
Методические указания к выполнению
лабораторных работ
Дисциплина: Химия
Раздел: Физическая и коллоидная химия
Специальность: Технология продукции общественного питания
Методические указания разработаны на основе
Федерального
государственного
образовательного стандарта по специальности
среднего профессионального образования
260807
Технология
продукции
общественного питания укрупненной группы
специальностей СПО 260000 Технология
продовольственных
продуктов
и
потребительских товаров.
Составитель: Гоголь Елена Артуровна –
преподаватель цикла естественнонаучных
дисциплин.
Ачинск – 2013 г
Лабораторная работа №1.
Тема: Определение вязкости жидкостей.
Цель: Ознакомиться с вискозиметрическим методом определения вязкости.
Экспериментально определить относительную вязкость глицерина.
Должны знать: вязкость жидкостей, ее зависимость от различных факторов; приемы
безопасной работы в химической лаборатории.
Должны уметь: определять вязкость жидкостей вискозиметрическим методом, на
основании
опытных данных рассчитывать относительную вязкость; соблюдать
правила техники безопасности при работе в химической лаборатории; использовать
лабораторную посуду и оборудование.
Реактивы и оборудование: вискозиметр, секундомер, мерный цилиндр, химические
стаканчики на 50 мл, дистиллированная вода, глицерин.
Литература: Физическая и коллоидная химия (в общественном питании): учебное
пособие /С.В. Горбунцова – М.: Альфа-М; 2006/ гл.1, п 1.4 – 1.6.
Теоретическое пояснение.
Вязкостью, или внутренним трением, называется сопротивление, возникающее при
движении одних слоев жидкости относительно других. Величина сопротивления для
разных жидкостей различна и зависит от химической природы жидкостей, т. е. от
сил межмолекулярного взаимодействия.
Определение вязкости имеет большое значение при изучении свойств растворов
белков, углеводов и жиров. От вязкости зависит скорость диффузии веществ в
жидких средах, а следовательно, и скорость химических реакций в растворах.
Вязкость
количественно
характеризуется
коэффициентом
вязкости ђ. Под
коэффициентом вязкости понимают силу, необходимую для перемещения слоя
жидкости площадью 1 см2(м2) со скоростью в 1 см/сек (м/сек) по отношению к
другому слою, расположенному на расстоянии 1 см (м) от первого. Вязкость
измеряется в пуазах (ньютон . секунда/м2).
На практике обычно определяют относительную вязкость, т. е. отношение вязкости
исследуемой жидкости к вязкости воды, принимая вязкость воды равной одному
сантипуазу (спз).
Один из методов измерения вязкости основан на определении времени истечения
жидкости из капиллярной трубки вискозиметра. Время истечения равных объемов
воды и исследуемой жидкости определяется в секундах. На основании опытных
данных рассчитывают относительную вязкость по формуле
ђж(H О) = ђH О . pж . tж / pH О . tH О
2
ђж(H О) - относительная
где
2
2
2
2
вязкость исследуемой жидкости по воде;
ђH О – коэффициент вязкости воды, равный 1 спз;
pж и pH О – плотность исследуемой жидкости и воды;
tж и tH О – время истечения исследуемой жидкости и воды.
2
2
2
Ход работы.
1. Заполнить вискозиметр водой.
Определить время истечения воды, объемом 5 мл.
Определение повторить 3 раза и найти средний результат, данные записать в таблицу.
Время
t1
Вода
Глицерин
t2
t3
t ср
2. Заполнить вискозиметр глицерином.
Определить время истечения глицерина, объемом 5 мл.
Определение повторить 3 раза и найти средний результат, данные записать в таблицу.
3. Вычислить относительную вязкость глицерина по формуле:
ђж(H О) = ђH О . pж . tж / pH О . tH О
2
2
2
2
p глицерина – 1,26 г/см3
p воды – 1 г/см3
Контрольные вопросы.
1. Что такое вязкость?
2. Как количественно характеризуют вязкость?
3. Что понимают под коэффициентом вязкости, в каких единицах он измеряется?
4. Как определяют относительную вязкость?
5. Что влияет на величину вязкости?
6. Почему с увеличением температуры вязкость жидкости уменьшается?
7. Почему в пищевых производствах необходимо учитывать такую физикохимическую характеристику жидкости, как вязкость?
Лабораторная работа № 2.
Тема: Определение относительного поверхностного натяжения жидкости.
Цель: Ознакомление со сталагмометрическим методом определения величины
поверхностного натяжения жидкостей.
Должны знать: механизм возникновения поверхностного натяжения; факторы,
влияющие на величину поверхностного натяжения; приемы безопасной работы в
химической лаборатории.
Должны уметь: определять опытным путем поверхностное натяжение жидкостей;
соблюдать правила техники безопасности при работе в химической лаборатории;
использовать лабораторную посуду и оборудование.
Реактивы и оборудование: бюретка, химические стаканчики на 50 мл, мерные
цилиндры, NaOH р-р.
Литература: Физическая и коллоидная химия (в общественном питании): учебное
пособие /С.В. Горбунцова – М.: Альфа-М; 2006/ гл.1, п 1.4 – 1.5.
Теоретическое пояснение.
Свободная энергия поверхности жидкости называется поверхностным натяжением и
обозначается δ (сигма). Поверхностное натяжение может быть измерено той работой,
которую нужно затратить на преодоление сил сцепления между молекулами для
создания новой единицы поверхности.
δ = A / S ( Дж/м2, эрг/см²)
где А – сила действующая на единицу длины поверхности S.
Поверхностное натяжение жидкостей может резко изменяться при растворении в них
различных веществ.
Вещества,
значительно
снижающие
поверхностное
натяжение,
называются
поверхностно-активными.
Вещества, повышающие поверхностное натяжении жидкости, называются поверхностнонеактивными.
Метод сталагмометрии (греч.''stalagma''- капля) (метод счета капель) основан на
зависимости между числом капель, получаемых из данного объёма жидкости и
поверхностным натяжением. Жидкость вытекает из сталагмометра по каплям. Каждая
капля отрывается от нижнего конца трубки только тогда, когда масса ее преодолеет
силу поверхностного натяжения, удерживающую каплю на конце трубки. Чем больше
поверхностное натяжение, тем больше капля, следовательно, тем меньше капель
получится из этого объема жидкости.
Ход работы.
1)
Бюретку заполнить водой и выпустить 10 мл. воды, считая капли. Определение
повторить 3 раза. Данные записать в таблицу, найти средний результат.
Число капель(n)
n1
n2
n3
n ср.
H2 О
1H NaОH
2) Бюретку заполнить 1H раствором NaОH и выпустить 10 мл. раствора, считая капли.
Определение повторить 3 раза. Данные записать в таблицу, найти средний результат.
3) Обработку результатов провести по формуле.
δNaOH = δH О . pNaOH . nср (H О) / pH О nср( NaOH)
2
где p – плотность
δH О = 72,75 эрг/см²
2
p
NaОH =
2
0,87 г/см³
2
.
p H2О = 1 г/см3
4) Сделать вывод о влиянии щелочи на величину поверхностного натяжения воды.
Контрольные вопросы.
1. Что называют поверхностным натяжением?
2. Объяснить механизм возникновения поверхностного натяжения.
3. В чем суть сталагмометрического метода определения поверхностного натяжения?
4. От чего зависит поверхностное натяжение чистых жидкостей, растворов?
5. Какие вещества по отношению
поверхностно-неактивными?
к
воде
являются
поверхностно-активными,
Лабораторная работа № 3
Тема: Определение зависимости скорости химической реакции от концентрации и
величины поверхности соприкосновения реагирующих веществ.
Цель: установить зависимость скорости реакции
 от концентрации реагирующих веществ
 от величины поверхности соприкосновения реагирующих веществ.
Должны знать: основные законы кинетики химических реакций, факторы, влияющие
на
скорость
химической
реакции; приемы безопасной работы в химической
лаборатории.
Должны уметь: экспериментально определять зависимость скорости химических
реакций от различных факторов; соблюдать правила техники безопасности при работе в
химической лаборатории; использовать лабораторную посуду и оборудование.
Реактивы и оборудование: растворы тиосульфата натрия, серной кислоты, соляной
кислоты, карбонат кальция, технохимические весы, секундомер.
Литература: Физическая и коллоидная химия (в общественном питании): учебное
пособие /С.В. Горбунцова – М.: Альфа-М; 2006/ гл.4, п 4.1 – 4.3
Теоретическое пояснение
Скорость химической реакции определяется изменением концентраций реагирующих
веществ в единицу времени.
Зависимость между скоростью и концентрацией реагирующих веществ определяется
законом действующих масс: скорость реакции прямо пропорциональна произведению
молярных концентраций реагирующих веществ в степенях их стехеометрических
коэффициентов. Математически эта зависимость выражается кинетическим уравнением.
Для реакции nА+ mВ=dС+ fД , оно имеет вид U = k [А]n·[В]m
Скорость гетерогенных реакций зависит от величины поверхности соприкосновения
реагирующих веществ.
Ход работы
Опыт №1. Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ.
1. В пять пробирок наливают равное количество раствора тиосульфата натрия Na2S2O3
(по 2мл.) разных концентраций, поочерёдно добавляют в каждую пробирку такое же
количество серной кислоты.
2. Отсчитывают время от момента сливания веществ до выделения серы в каждой
пробирке. Тиосульфат натрия разлагается в растворе серной кислоты по уравнению
Na2S2O3 + H2SО4 = S + Nа2 SО4 + SО2 + H2О
3. Результат опытов записывать в таблицу.
Концентрация
Na2S2O3 в моль/л.
Время (Т) до начала Скорость
реакции
выпадения S
условных единицах
Uусл = 1/Т
в
1. 0,01
2. 0,02
3. 0,03
4. 0,04
5. 0,05
4.Изобразить в виде графика (по оси ординат -условную скорость реакции Uусл по оси
абцисс-концентрацию Na2S2O3) зависимость скорости реакции разложения тиосульфата
от его концентрации в растворе.
5.На основании проведённых опытов сделать вывод о влиянии концентрации
реагирующих веществ на скорость химических реакций.
Опыт №2. Влияние поверхности соприкосновения реагирующих веществ на скорость
гетерогенной реакции.
1. На технохимических весах взвешивают две навески по 0,5 г карбоната кальция
( можно взять кусочки мела ).
2. Одну навеску тщательно измельчают в ступке и переносят в сухую пробирку;
вторую опускают в другую пробирку.
3. В обе пробирки одновременно вливают по 10 мл 2М соляной кислоты и
включают секундомер. Отмечают время растворения карбоната кальция в
каждом случае. Из-за вспенивания смеси кислоту следует вливать порциями.
4. Сделать вывод о влиянии величины поверхности соприкосновения реагирующих
веществ на скорость реакции.
Контрольные вопросы
1. Как называется раздел химии, изучающий скорость и механизм химических
реакций?
2. Что такое скорость химической реакции и в каких единицах она измеряется?
3. От каких факторов зависит скорость химической реакции?
4. Как зависит скорость химической реакции от концентрации реагирующих
веществ? Напишите математические выражения для скоростей реакций,
протекающих по уравнениям:


4 NH3 + 5 O2 = 4 NO + 6 H2O
2 H2S + SO2 = 3 S + 2 H2O
Лабораторная работа № 4
Тема: Тепловые явления при растворении.
Цель: Определить энтальпию растворения /знак теплового эффекта/ выданных веществ.
Должны знать: механизм растворения, гидратную теорию растворов Д.И. Менделеева;
приемы безопасной работы в химической лаборатории.
Должны уметь: определять энтальпию растворения опытным путем и объяснять ее
результаты; соблюдать правила техники безопасности при работе в химической
лаборатории; использовать лабораторную посуду и оборудование.
Реактивы и оборудование: химические стаканы (или колбы) на 50-100 мл,
термометр, мерные цилиндры, весы, стеклянные трубочки, Na CL, NaNO3, C12H22O11,
CuSO4 (безводный), H2SO4 (раствор).
Литература: Физическая и коллоидная химия (в общественном питании): учебное
пособие /С.В. Горбунцова – М.: Альфа-М; 2006/ гл.2, п 2.1 – 2.4
Теоретическое пояснение
Растворение различных веществ всегда сопровождается тепловыми эффектами. Под
теплотой (энтальпией) растворения понимают количество тепла, которое выделяется или
поглощается при растворении 1 моля вещества в таком объеме растворителя,
дальнейшее прибавление которого не вызывает изменения теплового эффекта.
Тепловой эффект растворения твердых веществ состоит в основном из двух
слагаемых:
∆ H раств.= ∆H1 + (-∆H2)
где ∆H1 – теплота, затрачиваемая на разрушение кристаллической решётки; ∆H2 – теплота
гидратации,
т. е. теплота, которая выделяется при химическом взаимодействии
растворяемого вещества с растворителем. Следовательно, в зависимости от величины
этих слагаемых тепловой эффект растворения может быть положительным и
отрицательным.
∆ H раств. < 0 – растворение сопровождается повышением температуры раствора.
∆ H раств. > 0 – растворение сопровождается охлаждением системы.
Ход работы.
1. Налейте в 5 колб по 25 мл. воды. Измерьте температуру воды.
2. В первую колбу добавьте 5 г хлорида натрия, во вторую – 5 г нитрата натрия
(или нитрата аммония), в третью – 5 г сульфата меди, в четвертую – 5 г
сахарозы, в пятую – 5 мл серной кислоты.
3. Навески веществ энергично размешайте в воде и отметьте температуру полученных
растворов.
4. Результаты измерений запишите в таблицу. Температура растворов будет
изменяться по- разному. Объясните наблюдаемые явления.
Исследуемое вещество
1
2.
навеска, г.
t0 растворителя
t0 раствора
∆H раств.
3.
4.
5.
5. Уберите рабочее место, растворы слейте в специальные емкости – приемники.
Контрольные вопросы.
1. Что называют энтальпией растворения?
2. От чего зависит теплота (энтальпия) растворения?
3. В каком случае тепловой эффект растворения положительный, а в каком
отрицательный?
4. Что такое криогидратная смесь и где она используется?
5. Гидратная теория растворов Д.И. Менделеева.
Лабораторная работа № 5.
Тема: Определение pH среды.
Цель: Ознакомление с колориметрическим методом определения pH среды.
Должны знать: диссоциация воды; нейтральная, кислая, щелочная среда; водородный
показатель; способы определения pH среды; приемы безопасной работы в химической
лаборатории.
Должны уметь: определять кислотно-щелочные свойства растворов опытным путем;
соблюдать правила техники безопасности при работе в химической лаборатории;
использовать лабораторную посуду и оборудование.
Реактивы и оборудование: набор индикаторов: метиловый фиолетовый, метиловый
оранжевый, метиловый красный, бромкрезоловый пурпуровый, феноловый красный,
фенолфталеин, тимолфталеин, трепеолин 0, универсальная индикаторная бумага,
исследуемые растворы, пробирки.
Литература: Физическая и коллоидная химия (в общественном питании): учебное
пособие /С.В. Горбунцова – М.: Альфа-М; 2006/ гл.3, п 3.1.
Теоретическое пояснение
Водородные ионы занимают особое положение среди других ионов вследствие их
влияния на ход многих реакций, протекающих в растворе. Для характеристики
среды пользуются водородным показателем (pH), который вычисляют по формуле
pH = - lg (H+)
Для нейтральной среды (Н+) = (ОН-) = 10-7 моль/л, pH = 7
В кислых средах (Н+) (ОН-) pH 7
В щелочных средах (Н+) (ОН-) pH 7
Один из способов определения pH основан на использовании веществ-индикаторов,
изменяющих свою окраску в зависимости от степени активной кислотности или
щелочности. Метод определения концентрации ионов водорода, основанный на
изменении цвета индикаторов, называется колориметрическим.
Ход работы
Опыт № 1. Определение pH прозрачных бесцветных жидкостей.
Получите у преподавателя 30 мл исследуемого раствора и определите его pH.
Пользуясь набором индикаторов, приведенным в табл. 1, можно определить pH
раствора с точностью до 1.
Изменение цвета индикатора при различных значениях pH
Индикатор
Метиловый фиолетовый
pH
0,5 – 1 – 2 - 3
метиловый оранжевый
3-4-5
метиловый красный
бромкрезоловый
пурпуровый
феноловый красный
фенолфталеин
4,4 - 6,2
5,2 -6,8
6,8 - 8
8 – 9 - 10
тимолфталеин
ализарин желтый
9,3 – 10,5
10 – 11 - 12
трепеолин 0
11 – 12 - 13
(табл. 1)
Цвет индикатора
желтый-зеленый-голубойфиолетовый
красный-оранжевыйжелтый
красный-желтый
желтый-пурпуровофиолетовый
желтый – красный
бесцветный-бледнорозовый-малиновый
бесцветный – синий
желтый-оранжевыйлиловый
желтый-оранжевыйкоричневый.
Для работы используйте тщательно вымытые пробирки. Налейте в пробирку 1 мл
исследуемого раствора и добавьте 1-2 капли фенолового красного. Если раствор
окрасился в желтый цвет, то pH
6,8. Если же раствор красный, то pH
8.
Появление красной окраски раствора свидетельствует о том, что среда щелочная.
Для более точного определения возьмите новую порцию раствора добавьте
фенолфталеина. Если раствор слабо-розовый, то pH = 9, при красном цвете pH
10. Чтобы определить его точное значение в последнем случае, налейте опять 1 мл
раствора и добавьте тимолфталеина. При синей окраске раствора pH больше 10,5.
Для уточнения величины pH к новой порции исследуемого раствора добавьте
ализарин. При желтом цвете раствора pH = 10, при оранжевом 11, при лиловом
pH 12. Если pH раствора больше 12, то новую порцию исследуемого раствора
проверьте индикатором тропеолином 0.
Аналогично проводят определение pH раствора, если после добавления фенолового
красного раствор окрасился в желтый цвет. При этом индикаторы берут в иной
последовательности. После фенолового красного к новой порции исследуемого
раствора добавьте бромкрезоловый пурпуровый. Если раствор окрасился в желтый
цвет, то pH 5.2. Затем испытайте раствор метиловым красным, который при pH
4,4 меняет свой цвет на красный. Новое определение pH можно провести
метиловым оранжевым, который при pH = 5 окрашивает раствор в желтый цвет,
при pH = 4 - в оранжевый, а при pH
3 – в красный. В последнем случае к
исследуемому раствору добавьте метиловый фиолетовый; фиолетовый цвет
соответствует pH = 3, голубой – pH = 2, зеленый - pH = 1 и желтый
pH = 0,5.
Опыт № 2. Определение pH раствора с помощью универсального индикатора.
На универсальную индикаторную бумажку наносят 2 -3 капли исследуемого
раствора. Сравнивают окраску индикатора с цветной шкалой на бумаге
универсального индикатора.
Этот метод грубый (точность 0,5 pH), но довольно быстрый.
Контрольные вопросы
1. Что характеризует водородный показатель?
2. Для чего нужны индикаторы?
3. Какой метод определения pH называют колометрическим?
4. Какие растворы называются буферными?
5. Почему необходимо учитывать значение pH в кулинарных процессах
Лабораторная работа № 6.
Тема: Определение величины адсорбции на поверхности активированного угля.
Цель: Определить зависимость адсорбции от различных факторов.
Должны знать: определение и виды сорбции; зависимость адсорбции от величины
площади поверхности адсорбента, от температуры, его природы и природы
растворителя; гидрофильные и гидрофобные поверхности; приемы безопасной работы в
химической лаборатории.
Должны уметь: проводить эксперименты по исследованию зависимости адсорбции от
различных факторов; соблюдать правила техники безопасности при работе в химической
лаборатории; использовать лабораторную посуду и оборудование.
Реактивы и оборудование: растворы CH3COOH, NaOH, активированный уголь,
фенолфталеин, бюретка, пипетка, колбы, воронка, фильтры, мерный цилиндр, водяная
баня.
Литература: Физическая и коллоидная химия (в общественном питании): учебное
пособие /С.В. Горбунцова – М.: Альфа-М; 2006/ гл.6, п 6.1 – 6.6
Теоретическое пояснение.
Явление самопроизвольного поглощения вещества на поверхности раздела называется
адсорбцией. Вещество, на поверхности которого происходит адсорбция, называется
адсорбентом, а вещество, которое поглощается, адсорбируется – адсорбтивом. В
процессе адсорбции на границе твердое тело – раствор участвуют не только внешняя,
но и внутренняя поверхность адсорбентов.
Адсорбцию обозначают буквой Г, а ее величину принято выражать количеством
вещества (x) на единицу массы (m) адсорбента.
Г = х/m (моль/кг)
Ход работы
Опыт №1.
Определение концентрации уксусной кислоты до начала опыта.
Для этого в колбу отбирают 10 мл. раствора уксусной кислоты, прибавляют 2 капли
фенолфталеина и титруют 0,1 н раствором NaOH до изменения окраски.
Вычисляют концентрацию уксусной кислоты по формуле:
СCH COOH = C NaOH ·
3
/
V NaOH VCH3СООH
Опыт №2.
Затем в колбу помещают 30 мл. раствора уксусной кислоты, одну таблетку
активированного угля и нагревают при температуре не выше 50º 5 минут. После
нагревания раствор отфильтровывают, отбирают 10 мл. раствора пипеткой ( или мерным
цилиндром) и определяют его концентрацию как описано выше.
Количество адсорбированного вещества вычисляют по формуле:
Х = (Со-С) · V
m 1000
(моль / г)
Со – концентрация уксусной кислоты до начала опыта
С – концентрация уксусной кислоты после опыта
V - объём уксусной кислоты, взятой для адсорбции
Х
m –количество адсорбированного вещества.
Опыт №3.
В колбу помещают 40 мл. уксусной кислоты, одну таблетку угля и кипятят содержимое
колбы 10 мин. Затем отфильтровывают, определяют концентрацию раствора как описано
выше. Вычисляют количество адсорбированного вещества.
Опыт №4.
В колбу отбирают 40 мл. уксусной кислоты, одну таблетку угля и кипятят содержимое
колбы 20 мин. Затем отфильтровывают, отбирают 10 мл. раствора и определяют
концентрацию раствора. Вычисляют количество адсорбированного вещества.
На основе данных составляют таблицу
t мин.
tº
Х/m
Анализируя опытные данные, делают вывод о влиянии времени и температуры на
количество адсорбированного вещества.
Контрольные вопросы
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
(с
Что называется адсорбцией, десорбцией?
От каких факторов зависит количество адсорбированного вещества?
Какие вещества можно использовать в качестве адсорбентов?
Почему в ходе опыта изменяется концентрация уксусной кислоты?
Какими свойствами обладает актированный уголь?
Что изменится, если вместо угля взять каолин?
Как зависит количество адсорбированного вещества от температуры, времени?
Почему при тушении пожара нельзя пользоваться обычным противогазом
активированным углем)?
Лабораторная работа №7
Тема: Получение коллоидных растворов различными методами.
Цель: Ознакомление с методами конденсации и пептизации.
Должны знать: методы
получения
коллоидных
растворов: диспергирование,
конденсация, пептизация; приемы безопасной работы в химической лаборатории.
Должны уметь: получать коллоидные растворы различными методами; составлять
схемы строения и формулы мицелл; соблюдать правила техники безопасности при
работе в химической лаборатории; использовать лабораторную посуду и оборудование.
Реактивы и оборудование: 0,1 н р-р HCI, 2% р-р FeCL3, 0,1 % р-р K4 (Fe(CN)6 ),
1% р-р CuSO4, 1 % р-р KMnO4 , 1 % р-р Na2S2O3, р-р NН4ОН, 0,002 и 0,01 н р-ры
AgNO3 0,01 и 0,002 н р-ры KI, 5% cnupm. р-р канифоли или парафина, спиртовка,
мерный цилиндр, фильтры бум., колбы на 50мл, пробирки, держатель.
Литература: Физическая и коллоидная химия (в общественном питании): учебное
пособие /С.В. Горбунцова – М.: Альфа-М; 2006/ гл.7, п 7.2, гл. 8, п.8.1 – 8.9
Теоретическое пояснение.
Коллоидные растворы (золи) можно получить как из неорганических веществ, так и
органических веществ, если эти вещества практически нерастворимы в жидкости,
служащей дисперсионной средой. Все методы получения коллоидных растворов делят на
две основные группы:
1) диспергирование - дробление крупных частиц до коллоидной дисперсности;
2) конденсация - соединение атомов, ионов или молекул в более крупные частицы
коллоидных размеров.
В коллоидном растворе частицы имеют размеры от 107 до 105 см.
Условно к методам диспергирования относят метод пептизации.
Он заключается в том, что к рыхлому свежеприготовленному осадку прибавляют
раствор электролита (стабилизатора), под действием которого частицы осадка отделяются
друг от друга и переходят во взвешенное состояние, образуя золь.
Пептизировать можно далеко не все осадки; плотные, тяжелые осадки не поддаются
пентизации, наоборот, рыхлые, студенистые осадки, особенно свежеприготовленные,
легко пептизируются.
К группе методов конденсации относят получения золей:
а) конденсацией паров,
б) заменой растворителя,
в) с помощью различных химических реакций.
Метод замены растворителя состоит в том, что к истинному раствору какого-либо
вещества добавляют в большом объеме другую жидкость, которая является для этого
вещества плохим растворителем, но хорошо смешивается с исходным растворителем.
Золи можно получить в результате химических реакций почти всех типов: обмена,
окислительно-восстановительных, гидролиза и других. Например, золь хлорида серебра
можно получить в ходе реакции обмена, смешивая очень разбавленные растворы хлорида
натрия и нитрата серебра: NaCl + AgNO3 = AgCL + NaNO3
При этом одно из исходных веществ должно быть взято в избытке, чтобы служить
стабилизатором получаемого гидрозоля. Если вещества будут взяты в эквивалентных
количествах, то золь не получится и хлорид серебра выпадет в виде осадка.
Ход работы.
Опыт №1. Получение золя гидроксида железа (III) методом пептизации.
Возьмите 25мл 2%-него раствора хлорида железа (III) и прибавьте раствор аммиака по
каплям до полного выпадения осадка гидроксида железа. Полученный осадок промойте
декантацией дистиллированной водой, для чего осадок взболтайте с большим
количеством воды, а после отстаивания прозрачную жидкость над осадком осторожно
слейте. О конце отмывания судят по отсутствию запаха аммиака.
Промытый осадок разделите поровну в три колбы. В первую прибавьте в качестве
пептизатора 1-2 мл 0,1 н. раствора соляной кислоты, во вторую 2 мл 2% раствора FeCL3,
третью оставьте для сравнения. Содержимое первой и второй колб нагревают на
водяной бане при 40-50 0 С 15-20 мин, периодически взбалтывая. При наступлении
пептизации получается красно-коричневый золь гидроксида железа (III) .
Напишите уравнение происходящей реакции и формулу мицеллы (стабилизатор
FeCL3)
Опыт №2. Получение золя канифоли или парафина.
Налейте в пробирку 10мл дистиллированной воды и добавьте в нее несколько капель
(не более 0,5 мл) 5% спиртового раствора канифоли или парафина. Полученный раствор
энергично перемешивают. Образуется белый опалесцирующий золь канифоли.
Укажите, каким способом получен золь канифоли. Почему в спирте канифоль образует
истинный раствор, а в воде - коллоидный?
Опыт №3. Получение золя гидроксида железа (III) реакцией гидролиза.
Приготовьте 50мл кипящей дистиллированной воды и влейте в неё 3-5мл 2% раствора
хлорида железа(III). Получается коллоидный раствор красно-коричневого цвета,
стабилизированный хлоридом железа. Сравните цвет золя с цветом исходного раствора
хлорида железа.
Напишите уравнение реакции гидролиза хлорида железа и формулу мицеллы.
Опыт №4. Получение золя железисто-синеродной меди – гексацианоферрат (II)
меди (реакция обмена).
К 20 мл 0,1 % раствора K4 (Fe(CN)6 ) приливают 1 мл 1% раствора CuSO4.
Полученный золь имеет коричнево-красный цвет.
Напишите формулы мицелл, если в избытке CuSO4 и K4 (Fe(CN)6 )
Опыт №5. Получение золя диоксида марганца (реакция восстановления)
Перманганат калия восстанавливается тиосульфатом натрия до диоксида марганца:
8 KMnO4 + 3 Na2S2O3 + H2O = 8 MnO2 + 3 K2SO4 + 2 KOH + 3 Na2SO4
В коническую колбу вносят 5 мл 1 % раствора перманганата калия и разбавляют
дистиллированной водой до 50 мл. Затем в колбу добавляют по каплям 2 мл 1 %
раствора тиосульфата натрия. Получается вишнево-красный золь диоксида марганца.
Напишите формулу мицеллы (стабилизатор KMnO4)
Опыт №6. Изменение знака заряда коллоида в зависимости от способа получении.
Возьмите 10 мл 0,002 н. раствора нитрата серебра и добавьте из бюретки по каплям 1мл
0,01н. раствора иодида калия. Образуется золь иодида серебра с положительно
заряженными частицами. В другую пробирку возьмите 10 мл 0,002 н. раствора иодида
калия и добавьте по каплям из бюретки 1мл 0,01н. раствора нитрата серебра. Образуется
золь с отрицательно заряженными частицами.
Напишите уравнение реакции получения иодида серебра и строение мицелл в обоих
случаях.
Контрольные вопросы
1. Какими методами можно получить золи?
2. Что такое пептизация?
3. Строение мицеллы гидрозоля.
4. Общие условия получения коллоидных растворов.
5. В ходе каких (типы) химических реакций можно получить коллоидные растворы?
6. Какие пищевые продукты получают методом механического диспергирования?
7. Чем объясняется помутнение одеколона /духов/ при введении в них воды?
Лабораторная работа № 8
Тема: Свойства коллоидных растворов.
Задачи работы: провести опыт по коагуляции золя под действием электролита;
определить порог коагуляции для золя Fe(OH)3; получить положительно и отрицательно
заряженные золи йодида серебра и наблюдать их взаимную коагуляцию; очистить воду
коагуляцией.
Должны знать: устойчивость и коагуляция золей; факторы, вызывающие коагуляцию;
приемы безопасной работы в химической лаборатории.
Должны уметь: получать коллоидные растворы и исследовать их свойства; соблюдать
правила техники безопасности при работе в химической лаборатории; использовать
лабораторную посуду и оборудование.
Реактивы и оборудование: Fe(ОН)3 — золь, Na2SO4 — 0,002 М р-р, Na3PO4 — 0,002 М
р-р, золи AgJ, взвесь глины, пробирки, бюретка, мерный цилиндр.
Литература: Физическая и коллоидная химия (в общественном питании): учебное
пособие /С.В. Горбунцова – М.: Альфа-М; 2006/ гл.8, п 8.5 – 8.9
Теоретическое пояснение
По самой своей природе коллоидные системы агрегативно неустойчивы. Потеря
агрегативой устойчивости выражается в укрупнении частиц путем коагуляции, т. е.
слипания их между собой с образованием крупных агрегатов. Далеко зашедшая
коагуляция приводит к потери кинетической устойчивости, т. е. неспособности
укрупнившихся коллоидных частиц равномерно распределяться по всему объему;
эти частицы либо будут всплывать, либо оседать (седиментация).
Факторы, вызывающие коагуляцию, могут быть самыми разнообразными:
изменение температуры, механическое воздействие, облучение, добавление различных
электролитов. При коагуляции электролитов существует ряд общих правил.
1.
Коагулирующим действием обладает не весь электролит, а только тот ион,
который имеет заряд, противоположный заряду коллоидной частицы.
Например, на положительно заряженные частицы золя гидроксида железа
коагулирующее действие оказывают анионы.
2.
Коагулирующая способность иона тем больше, чем выше его валентность.
3.
Для ионов одинаковой валентности коагулирующая способность возрастает с
увеличением радиуса иона.
Cs+ > Rb+ > K+ > Na+ > Li+
Различие в действии этих ионов объясняется их гидратационной
способностью.
4.
Наименьшая концентрация электролита, вызывающая коагуляцию за
определенный промежуток времени, называется порогом коагуляции (моль/л).
Внешне явление коагуляции выражается в том, что гидрозоль мутнеет, появляются
видимые невооруженным глазом хлопья, постепенно система начинает
расслаиваться на два слоя: жидкость и рыхлый осадок.
Коагуляцию можно наблюдать и в том случае, если к одному золю добавить другой золь с
противоположным зарядом (взаимная коагуляция). В этом случае каждый золь по
отношению к другому выполняет роль электролита-коагулятора. При взаимной
коагуляции в осадок выпадают частицы обоих золей.
Ход работы.
Опыт №1. Очистка воды коагуляцией.
Возьмите шесть пробирок. В пять пробирок налейте по 10 мл мутной воды,
содержащей взвешенные частицы глины, а в шестую — 5 мл, затем прибавьте различные
количества золя гидроксида железа; в первую — 1 мл, во вторую — 2 мл, в третью — 4 мл,
в четвертую — 6 мл и в шестую — 8 мл.
Мутная вода без золя гидроксида железа в пятой пробирке служит контрольным
образцом. Содержимое пробирок перемешайте и оставьте стоять некоторое время.
Наблюдайте, в какой пробирке быстрее происходит очистка воды.
Результаты опыта запишите в таблицу через 20; 40; 60; и 80 минут.
Время
№1
№2
№3
№4
№5
№6
20 мин
40 мин
60 мин
80 мин
Объясните, почему происходит очистка воды?
Опыт №2. Коагуляция золей электролитами и определение порога коагуляции.
Налейте в пробирку 5 мл и золя гидроксида железа, а в бюретку — 0,002 М раствор
сульфата натрия. Из бюретки следует медленно приливать раствор сульфата натрия в
пробирку с золем гидроксида железа при тщательном перемешивании. Признаком начала
коагуляции считается помутнение золя по всему объему раствора. Запишите объем
израсходованного раствора сульфата натрия и вычислите порог коагуляции (ПК) по
формуле: ПК = cv/5*1000, где с — концентрация электролита, моль/л; v — объем
израсходованного электролита, мл; ПК — порог коагуляции, ммоль/л.
Налейте в пробирку 5 мл золя гидроксида железа и повторите опыт, взяв в качестве
коагулирующего электролита 0,002 М раствора Na3PO4.
Определив порог коагуляции, данные обоих опытов запишите в таблицу.
Электролит
Коагулирующий ион
Порог коагуляции
Относительная
коагулирующая
способность
Относительная коагулирующая способность вычисляется делением более высокого
порога коагуляции на более низкий.
При обсуждении результатов опыта отметьте, почему коагулирующая способность
одного иона выше, чем другого.
Опыт №3. Взаимная коагуляция золей иодида серебра.
Получите положительно и отрицательно заряженные золи йодистого серебра (можно
использовать золи, полученные на предыдущей лаб. работе) Налейте в пробирку 5 мл
отрицательно заряженного золя иодида серебра. Добавьте к нему 5 мл положительно
заряженного золя иодида серебра.
Что при этом наблюдается? Объясните происходящее явление.
Контрольные вопросы.
1. Что такое коагуляция и какие факторы её вызывают?
2. Какой ион электролита обладает коагулирующим действием и как коагулирующая
способность связана с зарядом ионов?
3. Что понимают под порогом коагуляции?
4. Каково практическое значение коагуляционных процессов в пищевой
промышленности?
Лабораторная работа № 9.
Тема: Получение
устойчивых
эмульсий и пен,
выявление
роли
стабилизатора.
Цель: Получить эмульсии, пены и выявить роль стабилизатора в получении
устойчивых эмульсий и пен.
Должны знать: строение, свойства грубодисперсных систем, методы получения
и
стабилизации; приемы безопасной работы в химической лаборатории.
Должны уметь: получать устойчивые эмульсии и пены; соблюдать правила
техники безопасности при работе в химической лаборатории; использовать
лабораторную посуду и оборудование.
Реактивы и оборудование: раствор мыла, раствор белка, растительное масло,
изоамиловый спирт, штатив с пробирками, мерный цилиндр, капиллярная
трубка.
Литература: Физическая и коллоидная химия (в общественном питании): учебное
пособие /С.В. Горбунцова – М.: Альфа-М; 2006/ гл.11, п 11.2 – 11.7.
Теоретическое пояснение.
Эмульсии
представляют собой системы из двух взаимно нерастворимых
жидкостей. Обычно одной из жидкостей является вода, а другой - масло, бензин,
керосин, бензол и т.п.
Эмульсии - неустойчивые системы. В отсутствии стабилизатора капельки
эмульгированного вещества сливаются в сплошной слой жидкости, и система
полностью распадается на две жидкие фазы. Вещества, стабилизирующие эмульсию,
называют стабилизаторами или эмульгаторами. Они обладают способностью
адсорбироваться на поверхности капель эмульсии и препятствовать
их
смешиванию. Эмульгатор должен быть подобен той жидкости, которая образует
дисперсионную среду. Пример, эмульсии м/в - стабилизируются растворимыми в
воде в м.с. - белками, мылами щелочных металлов.
Пены — грубодисперсные системы, в которых дисперсная фаза — газ, а
дисперсионная среда — жидкость в виде тонких пленок. Чистые жидкости не дают
пен. Чтобы получить устойчивые пены, необходимы эффективные стабилизаторыпенообразователи. К типичным пенообразователям водных пен относятся
спирты, мыла, белки.
Ход работы.
Опыт №1 Получение эмульсий.
Приготовьте 3 пробирки и налейте
в 1-ю 5 мл воды,
во 2-ю 5 мл раствора мыла,
в 3-ю 5 мл раствора белка.
Добавьте в каждую пробирку по 5 капель растительного масла и взболтайте
содержимое. Наблюдайте образование и относительную скорость разрушения
эмульсий.
Задание. Дайте объяснение различной устойчивости полученных эмульсий.
Опыт №2 Получение пен.
Налейте в колбу 15 мл воды и через капиллярную трубку продувайте воздух.
Повторите опыт, заменив воду раствором мыла.
 В каком случае образуется пена?
K полученной пене добавке 1-2 капли изоамилового спирта.
 Как это повлияла на устойчивость пены?
Задание. Объясните, почему в чистой воде пена не образуется, а образуется в
растворе мыла? Какова роль изоамилового спирта?
Контрольные вопросы.
1. Какие системы называют эмульсиями, пенами?
2. Как классифицируют эмульсии?
3. Объясните причину неустойчивости эмульсий.
4. Какие требования предъявляют к эмульгатору?
5. К какому виду эмульсий (м/в, в/м) относится молоко, сливочное масло, маргарин
медицинские мази, нефть?
6. Назовите методы определения типа эмульсий.
7. Что называют коалесценцией?
8. Какие эмульсии называют желатинированными? Приведите примеры таких
эмульсий.
9. Какими способами может быть достигнуто деэмульгирование?
10. Чем представлена дисперсионная среда и фаза в эмульсии майонеза, и почему
майонез необходимо хранить в тёмном мести и в герметичной таре?
11. Какие системы относят к собственно пенам?
12. Как получают твердые пены?
13. Приведите примеры пеногасителей и объясните, когда их применяют.
14. Какие пищевые продукты относят к пенам?
Лабораторная работа № 10
Тема: Изучение явлений набухания и студнеобразования крахмала, желатина и
различных видов зерен.
Цель работы: Исследование кинетики ограниченного набухания веществ;
факторов,
влияющих на процессы набухания и студнеобразования.
Должны знать: методы получения и свойства студней, характеристику процессов
набухания и растворения полимеров; приемы безопасной работы в химической
лаборатории.
Должны уметь: исследовать процессы набухания и студнеобразования, выявлять
связь между строением и свойствами органических веществ; соблюдать правила
техники безопасности при работе в химической лаборатории; использовать
лабораторную посуду и оборудование.
Реактивы и оборудование: штатив с пробирками, колбы, мерные цилиндры,
термометр, линейка, водяная баня, химические весы, желатин, крахмал, зерно,
печенье, 0,025 % растворы HCL и NaOH, 0,1 % растворы NaCL, KCL, K2SO4,
KCNS.
Литература: Физическая и коллоидная химия (в общественном питании): учебное
пособие /С.В. Горбунцова – М.: Альфа-М; 2006/ гл.10, п 10.1 – 10.5
Теоретическое пояснение
Полимеры подобно низкомолекулярным веществам обладают избирательной
растворимостью. Растворению полимера предшествует набухание. Набухание
зависит, как от природы полимера, так и от природы жидкости. Полярные полимеры
набухают в полярных жидкостях, а неполярные — в неполярных.
С повышением температуры скорость набухания увеличивается. Тепловой эффект,
сопровождающий набухание полимера в жидкости, называется теплотой
набухания.
Растворы высокомолекулярных веществ способны терять текучесть и застудневать,
образуя при этом студни. Студнеобразное состояние вещества можно рассматривать
как промежуточное между жидким и твердым состоянием. Застудневание связано с
увеличением вязкости и замедлением броуновского движения и заключается в
объединении частиц дисперсной фазы в форме сетки или ячеек и связывании при
этом всего растворителя.
С повышением концентрации способность к застудневанию увеличивается, т.к. при
этом уменьшается расстояние между частицами. Процесс застудневания даже при
низкой температуре не происходит мгновенно и нередко требует продолжительного
времени для формирования ячеистой объемной сетки.
Время, необходимое для застудневания, называется периодом созревания.
Продолжительность созревания зависит от природы веществ, концентрации,
температуры.
Ход работы
Опыт №1. Кинетика набухания зерна.
Зерновые культуры (пшено, рис, лучше дробленый) ограниченно набухают в
воде. Зерно насыпают в пробирки (1/3) так, чтобы во всех пробирках было
одинаковое количество зерна по высоте. Наливают дистиллированную воду,
чтобы вместе с зерном пробирки были заполнены на ¾ объема. Наблюдения за
процессом набухания проводят в течение 40-50 минут. Полученные данные
заносят в таблицу по образцу:
Таблица № 1
Зерно
Условный объем набухающего зерна за время, мин.
0
10
20
30
40
50
Пшено
Рис
Рис
дробленый
Опыт №2. Влияние кислоты, щелочи и солей на набухание желатины.
В семь пробирок одинакового диаметра вносят по 0,3 г. порошка желатины. В
каждую пробирку наливают по 5 мл различных растворов (см. табл. № 2).
Пробирки осторожно встряхивают, чтобы частицы желатины опустились на
дно, определяют высоту осадка желатины до набухания. После этого, встряхнув
пробирки несколько раз, оставляют их в покое на 40-50 мин. По истечении
этого времени каждую пробирку еще раз встряхивают, дают осадку осесть,
измеряют высоту набухшего осадка желатины(с каждой пробиркой измерения
повторяют 2 раза). Данные заносят в таблицу.
№
Концентрац
Приливаемый
Таблица № 2
Высота осадка, мм
проб
ирки
ия, моль/л
раствор
1
-
Вода
2
0,025
HCL
3
0,025
NaOH
4
0,1
NaCL
5
0,1
KCL
6
0,1
K2SO4
7
0,1
KCNS
до
набуха
ния
после
набухан
ия
На основании полученных данных делают вывод о влиянии кислоты,
щелочи и солей на процесс набухания, а также о влиянии природы анионов.
Опыт № 3. Определение степени набухания печенья
Степень набухания печенья определяют в специальной рамке с большим
числом отверстий на дне и стенке. Рамку опускают в воду, вынимают,
вытирают фильтровальной бумагой с внешней стороны, взвешивают на
технохимических весах. Закладывают в рамку одно печенье и опускают ее в
сосуд с водой при t = 200 С на 2 мин. Затем вынимают рамку из воды, держат
30 с в наклонном положении для стекания избытка воды, вытирают
фильтровальной бумагой с внешней стороны и взвешивают. Степень набухания
печенья определяют по формуле
А = m – m1 / m2 * 100%
Где m - масса рамки с набухшим печеньем, г;
m1 - масса пустой рамки, г;
m2 - масса сухого печенья, г.
Опыт № 4 Выделение тепла при набухании.
В стакане размешайте 5 мл. воды и 5г. сухого крахмала (температуру воды
предварительно измерьте). Затем в смесь погрузите термометр и измерьте
температуру.
Объясните причину изменения температуры.
Опыт № 5. Влияние кислот и щелочей на студнеобразование.
В три пронумерованные пробирки вносят по 5 мл теплого 3 % раствора
желатины. Затем приливают по 1 мл – в первую пробирку дистиллированную
воду, во
вторую – 0,1 М раствора HCL, в третью – 0,1 М раствора NaOH.
Содержимое пробирок тщательно перемешивают и ставят на 10 мин в водяную
баню с температурой 40 – 50 0 С. После этого пробирки помещают в термостат с
температурой 10 -15 С 0; замечают время начала отсчета.
Периодически вынимая пробирки из термостата, наблюдают за образованием
студня.
Моментом образования студня считают время, начиная с которого раствор
желатины не выливается при переворачивании пробирки.
Данные опыта записывают в таблицу и, вычисляют время застудневания
каждого раствора.
Время начала отсчета
(астрономическое)…………………………………………………………
Таблица № 3
№ пробирки
Объем
раствора
желатины,
мл
Прибавляемый
раствор, мл
1
5
H2 O
2
5
HCL
3
5
NaOH
Время
образования
студня
(астрономическое)
Время
застудневания,
мин.
Делают вывод о влиянии кислот и щелочей на студнеобразование
Контрольные вопросы
1.
Какие вещества относятся к высокомолекулярным соединениям?
2.
Что называется набуханием?
3.
По каким признакам различают ограниченное и неограниченное
набухание?
4.
Что понимают под степенью набухания?
5.
Какие системы называют студнями?
6.
Какие факторы влияют на скорость застудневания?