Лекция: Полимеры. Набухание и растворение полимеров. Студни.

Лабораторная работа

 

Тема: «Изучение процессов набухания и студнеобразования желатина, крахмала различных видов».
Цель: изучить процессы набухания и студнеобразования и их зависимость от различных факторов.
Задание лабораторной работы: изучить процессы набухание желатина, крахмала и влияние на них различных факторов.
Оборудование и реактивы: стеклянные стаканы, пробирки, термометры, золь и нити желатина, золь крахмала, дистиллированная вода, бензин, 0,1н растворы соляной кислоты и гидроксида натрия, водяная баня.
Перечень справочной литературы: Балезин С.А. Практикум по физической и коллоидной химии. М., Просвещение, 1972; Шарп Дж., Роули А. Практикум по органической химии. М., Мир, 1993;
Краткие теоретические сведения: Кроме жидких коллоидных систем, существуют дисперсные системы, которые при определённых условиях могут терять текучесть и приобретать свойства твёрдого тела. Такие структурированные коллоидные системы получили название гелей, а сам процесс получения гелей из коллоидных растворов – процесс застудневания, желатинирования, гелеобразования. Процессы гелеобразования протекают не мгновенно, а во времени. Время застудневания для различных систем различно: здесь влияют концентрация, природа вещества, условия гелеобразования. Поглощение растворителя эластичными гелями связано с увеличением объема или набуханием. Набухают только лиофильные к данной жидкости вещества, например, желатин набухает в воде, но не в бензине, а каучук, наоборот, хорошо набухает в жидкостях с малой диэлектрической постоянной. О набухании крахмала можно судить по весу поглощенной жидкости. Вес жидкости (ж), поглощенной при набухании 1 г сухого вещества (в), называется степенью набухания. Она равна 1= ж/в
Порядок проведения лабораторной работы.
I. Организационный момент.
II. Инструктаж по технике безопасности и выполнению лабораторного занятия.
III. Выполнение лабораторного занятия.
1. Набухание желатина и крахмала. Нити или прямоугольные пластинки желатина длиной 5 см, шириной 0,2 - 0,3 см и толщиной 0,1 см помещают в узкие пробирки с дистиллированной водой, а 2 другие такие же пластинки желатина - в пробирки с бензином. Все пробирки плотно закрывают и кладут горизонтально. Через 1-2 часа накладывают пробирки на полоску миллиметровой бумаги и измеряют длину пластинок, а вычитая первоначальную длину их, определяют удлинение пластинок вследствие набухания.
2. Выделение тепла при набухании. В стаканчике или тигле размешивают 5 (10) г предварительно хорошо высушенной при 105° и охлажденной до комнатной температуры картофельной муки (или крахмала) с 5 (10) мл воды. В смесь погружают термометр и наблюдают повышение температуры, делают вывод.
3. Влияние кислот и щелочей на желатинирование. В три пробирки наливают по 5 мл теплого 3% золя желатины, затем в одну - 1 мл дистиллированной воды, в другую - 1 мл 0,1н.раствора НCl и в третью - 1 мл 0,1 н.раствора NaOH. Перемешивают, ставят на 10 минут на водяную баню с температурой 40°, затем охлаждают до 10°, отмечают время. Периодически наклоняя пробирки, устанавливают время желатинирования, по прошествии которого в отдельных пробирках образуется невытекающий гель. Кислота и щелочь задерживают желатинирование, хотя и повышают вязкость золя. Сравните свои результаты с теоретическим материалом.
4. Зависимость времени желатинирования от температуры и концентрации золя (При наличии времени). Приготовляют 8% золь желатины или крахмала и разбавлением его водой получают 8%, 4% и 2% золи. В одинаковые пробирки наливают по 5 мл каждого золя в от-дельности и помещают в большой сосуд с холодной водой известной и постоянной температуры (удобнее 10°), заметив время. Периодически наклоняя пробирки, устанавливают время желатинирования, по прошествии которого в отдельных пробирках образуется невытекающий гель. По окончании эксперимента студенты строят график зависимости времени желатинирования от концентрации золя.
IV. Итог практической работы.

Контрольные вопросы по данной работе.
1. Какие дисперсные системы называются гелями?
2.Какие факторы влияют на процесс гелеобразования?
3. Какие правила техники безопасности нужно соблюдать в работе?
4. Что такое теплота набухания и что она характеризует?
5.Что такое синерезис? Приведите примеры этого явления.
6.Приведите примеры биологического значения гелей.
Список литературы: 1.Белик В.В., Киенская К.И. Физическая и коллоидная химия. – М.: Академия, 2005 2.Лукьянов А.Б. Физическая и коллоидная химия. М.: Высшая школа, 1988 3.Рыбаков Ю.С. Лабораторные работы по физической и коллоидной химии. М. Высшая школа, 1988

 

 

Задания по химии для ПКД2.9. Ознакомиться и ответить на вопросы в тетрадь.

 

Для ПКД2.9

Прочитайте материал

Выпишите основные моменты.

Типы титрования

Различают прямое, обратное титрование и титрование заместителя.. При прямом титровании к раствору определяемого вещества (аликвоте или навеске, титруемому веществу) добавляют небольшими порциями раствор титранта (рабочий раствор). При обратном титровании к раствору определяемого вещества добавляют сначала заведомый избыток специального реагента и затем титруют его остаток, не вступивший в реакцию.. При заместительном титровании к раствору определяемого вещества добавляют сначала заведомый избыток специального реагента и затем титруют один из продуктов реакции между анализируемым веществом и добавленным реагентом.

  2.Сущность метода комплексонометрического титрования

 В.В. Чупак-Белоусов указывает, что «комплексонометрическое титрование основано на реакции комплексообразования катионов металлов с комплексонами - аминополикарбоновыми кислотами и их солями, образующиеся комплексные соединения называют комплексонатами». Другими словами, комплексономeтрия (хелатометрия), титриметрический метод анализа, основанный на образовании прочных внутрикомплексных соединений (хелатов) между катионами металлов и комплексонами.

Комплексоны - неизбирательные реагенты. Селективность повышают различными приемами: уменьшением рН среды, выделением (осаждением, экстракцией) определяемого иона, маскированием, изменением степени окисления катиона и т.д.

Принцип комплексометрического титрования сводится к следующему. «К исследуемому раствору, содержаще­му определяемый катион при строго определенном значении рН прибавляют небольшое количество соответствующего индикато­ра, при этом образуется хорошо растворимое в воде окрашен­ное комплексное соединение индикатора с ионом определяемого металла. При титровании трилоном Б комплекс «разру­шается и образуется более прочный, бесцветный, комплекс иона металла с трилоном Б; выделяется анион индикатора, который окрашивает раствор в другой цвет, присущий свободному индикатору при данном значении рН».

Комплексометрическое титрование осуществляется двумя способами: методом прямого титрования и обратного. Большинство катионов определяется в щелочной среде ме­тодом прямого титрования. Метод обратного титрования применяется в тех случаях, ког­да «определяемые катионы осаждаются аммиаком

В эквивалентной точке цвет раствора изменяется от цвета свободного индикатора до цвета его комплекса с катионом ме­талла той соли, раствором которой оттитровывается избыток трилона Б. При комплексометрическом титровании должны соблюдать­ся следующие условия: «В точке эквивалентности катион металла практически должен быть полностью связан в комплекс с трилоном Б; Комплекс трилона Б с определяемым катионом должен быть прочнее комплекса индикатора с этим же катионом».

Комплексонометрию используют для количественного определения неорганических фармакопейных препаратов магния (магния оксид, магния сульфат, магния карбонат основной); цинка (цинка оксид, цинка сульфат); свинца (свинца оксид); кальция (кальция хлорид); висмута (висмута нитрат основной). Кальциевые соли органических кислот, растворимые в воде (кальция лактат, кальция глюконат, каль­ция пангамат, кальция пантотенат), определяют так же, как и кальция хлорид.

Комплексонометрию применяют и для количественного анализа органических и элементорганических соединений, в том числе и ле­карственных веществ. Ряд методик основан на образовании комплексных соединений с ионами меди (II), цинка, свинца и др. (избыток которых титруют трилоном Б). Аналогичным образом выполняют определение после осаждения препарата в виде соли. Индикаторы В качестве индикаторов для комплексонометрических титрований были предложены и использовались многие другие вещества, однако в этой работе приводятся лишь те индикаторы, которые имеют потенциальную ценность для фармацевтического анализа. К индикаторам, применяемых в комплексонометрии, относятся: Кальконкарбоновая кислота; Хромовый темно-синий (кислотный хром темно - синий); Эриохром черный Т (протравной черный II); Ксиленоловый оранжевый;

Комплексоны широко применяются в аналитической практике, а так­же в технике и медицине. Способность комплексонов образовывать комплек­сы с ионами металлов используется для выведения из организма токсических ионов металлов, в том числе радиоактивных.

  Наиболее широкое распростра­нение получили «этилендиаминотетрауксусная кислота (трилон А) и динатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты (трилон Б)». Трилон А при­меняется для устранения жесткости воды, так как связывает Са2+ в растворимый комплекс. Трилон Б используется в медицине для «выведения ионов кальция при патологическом отложении его в организме» [4, С.96]. Применяется трилон Б как средство, «предохраняющее кровь от свертывания при ее кон­сервировании» [4, С.96]. В медицине применяется также кальциевая соль трилона Б или динатриево-кальциевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты, называемая тетацин-кальций. 10% раствор этой соли является фармакопейным препаратом.
Резюмируя вышесказанное, нами сделаны следующий вывод: к простейшим комплексонам относятся трехосновная нитрилотриуксусная кислота, этилендиаминтетрауксусная кислота, динатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты, используемые в качестве титрантов в количественном анализе солей тяжелых металлов.

 

Для студентов ПКД 2.9.

Изучить, кратко законспектировать и ответить на вопросы.

Готовые работы прислать на мою почту или в контакт.

№3 Теория электролитической диссоциации.

Растворы всех веществ можно разделить на две группы: электролиты- проводят электрический ток, неэлектролиты - проводниками не являются. Это деление является условным, потому что все растворы веществ проводят электрический ток, все они в той или иной мере растворяются в воде и распадаются на катионы (положительно заряженные ионы) и анионы (отрицательно заряженные ионы). Диссоциация кислот, оснований и солей в водных растворах

С помощью теории электролитической диссоциации дают определения и описывают свойства кислот, оснований и солей.

Кислотами называются электролиты, при диссоциации которых в качестве катионов образуются только катионы водорода

 

Основаниями называются электролиты, при диссоциации которых в качестве анионов образуются только гидроксид-ионы. Например:

 

Солями называются электролиты, при диссоциации которых образуются катионы металлов а также катион аммония (NH+ 4) и анионы кислотных остатков.

 

Так диссоциируют средние соли. Кислые же и основные соли диссоцируют ступенчато. У кислых солей вначале отщепляются ионы металлов, а затем катионы водорода. Например:

 

У основных солей вначале отщепляются кислотные остатки, а затем гидроксидионы.

 

Различают сильные и слабые электролиты. Сильные электролиты при растворении в воде диссоциируют на ионы.

1) почти все соли;

2) многие минеральные кислоты, например Н2SO4, HNO3, НСl, HBr, HI, НМnО4, НСlО3, НСlО4;

3) основания щелочных и щелочноземельных металлов.

Слабые электролиты при растворении в воде лишь частично диссоциируют на ионы. К ним относятся:

1) почти все органические кислоты;

2) некоторые минеральные кислоты, например H2СО3, Н2S, НNO2, HClO, H2SiO3;

3) многие основания металлов (кроме оснований щелочных и щелочноземельных металлов), а также NH4OH, который можно изображать как гидрат аммиака NH3•H2O.

К слабым электролитам относится вода.

Слабые электролиты не могут дать большой концентрации ионов в растворе.

Качественный анализ.

С помощью групповых реактивов (определенных химических веществ) из общей смеси катионов можно выделить отдельные группы катионов со сходными аналитическими свойствами – аналитические группы.

При систематическом анализе принято деление катионов и анионов на аналитические группы. В настоящее время принята классификация катионов, разработанная Н.А. Меншуткиным в 1871 г. Все существующие ныне классификации предусматривают разделение катионов на 5 или 6 аналитических групп на основании следующих их свойств:

1. На различии растворимости хлоридов, карбонатов, сульфатов или гидроксидов.

2. На амфотерных свойствах некоторых гидроксидов.

3. На способности ряда гидроксидов образовывать комплексные аммиакаты.

Вопросы для самопроверки:

Лекция: Полимеры. Набухание и растворение полимеров. Студни.

Полимеры или высокомолекулярные соединения (ВМС). Полимерами называются вещества, молекулы которых состоят из сотен, тысяч и десятков тысяч атомов, с молекулярной массой от нескольких тысяч до нескольких миллионов. По происхождению полимеры подразделяют на природные и химические. К числу природных важнейших полимеров относятся белки (альбумин, желатин и пр.), жиры, углеводы (полисахариды - крахмал, целлюлоза, пектин, агар- агар и др). Глюкоза- основа многих углеводов (сахароза, лактоза, мальтоза, крахмал, гликоген и др.), образуется в зеленых частях растений при фотосинтезе 6СО2+6Н2О= С6Н12О6+ 6О2; содержится в крови челове-ка и млекопитающих (0,01%), является источником энергии клетки.

Важнейшими процессами являются виды брожения глюкозы:

а) спиртовое брожение С6Н12О6= 2С2Н5ОН+ 2СО2 (используется при изготовлении теста, кваса, ви-на, спирта);

б)кисломолочное брожение, вызванное деятельностью кисломолочных бактерий, используется при приготовлении кисломолочных продуктов, квашения капусты: С6Н12О6= 2 СН3СН(ОН)СООН;

в) масляно - кислое брожение наблюдается при окислении, прогоркании масла, крахмала с образова-нием масляной кислоты, углекислого газа и водорода: С6Н12О6= С3Н7СООН+ 2СО2+2Н2. Сахароза относится к олигосахаридам, молекула её состоит из остатков молекул глюкозы и фрукто-зы, поэтому при химическом гидролизе в присутствии других веществ происходит разщепление мо-лекулы сахарозы на молекулы глюкозы и фруктозы, и эта смесь носит название инвертный сахар, а процесс – инверсия сахара. Крахмал- полисахарид, состоящий из большого количества остатков глюкозы. При приеме пищи под действием ферментов слюны и желудочного сока происходит расщепление крахмала на декстрины и даже глюкозу. Белки – полимеры, состоящие из остатков 20 аминокислот, 8 из которых считаются незаменимыми, т.е необходимы организму для жизнедеятельности, но им не вырабатываются, поэтому требуется обязательный ежедневный прием белковой пищи. Белки содержат мясные, рыбные, молочные, яичные продукты, а также плоды бобовых растений (горох, соя, чечевица, фасоль, бобы и пр.). Основные свойства белков: гидролиз и денатурацию широко используют в приготовлении пищи: переваривание и усвоение пищи, кулинарная обработка яиц, приготовление творога, сыра и т.д. Набухание полимеров. Процесс растворения полимеров, как указывалось, проходит через стадию их набухания. Внешне процесс набухания выражается в изменении объема и веса образца вследствие поглощения полимером растворителя. Набухание можно рассматривать как одностороннее смешение, т. е. только как проникание растворителя в полимер. Подвижность макромолекул слишком мала, а силы когезии велики, поэтому вначале макромолекулы полимера не переходят в растворитель. Молекулы растворителя, диффундируя в полимер, вначале заполняют в нем межмолекулярные пространства, а затем, по мере увеличения объема растворителя в полимере, начинают раздвигать макромолекулы. Скорость диффузии растворителя в полимер зависит от свойств растворителя и структуры полимера. С увеличением количества продиффундировавшего в полимер растворителя расстояние между макромолекулами постепенно возрастает, что приводит к пропорциональному увеличению размеров набухающего образца. Таким образом, набуханием называют проникание молекул растворителя между макромолекулами полимера, вследствие чего увеличиваются расстояния между отдельными сегментами, а затем и цепями полимера. Студни. Растворы полимеров и некоторых коллоидных систем способны при определенных условиях терять текучесть и застывать, образуя при этом студни. В студнях частицы дисперсной фазы связаны между собой в сетчатый каркас, а жидкая дисперсионная среда заключена между ними. Студни- это структурированная система со свойствами эластичных твердых тел. Студнеобразное состояние вещества можно рассматривать как промежуточное состояние между жидким и твердым состояниями. Студнями являются следующие пищевые продукты: хлеб, мясо, джем, желе, мармелад, кисель, творог, сыр, простокваша и пр. Студни получают методом застудневания растворов полимеров и методом набухания сухих полимеров в соответствующих жидкостях. В кулинарии используют комбинированно оба метода. Свойства студней: сохраняют форму, обладают упругостью и эластичностью, при нагревании плавятся и это свойство многократно повторяется (тиксотропия), диффузия, синерезис (самопроиз-вольный процесс разделения студня на две фазы, сопровождающиеся изменением объема студня). Чаще процессы синерезиса в пищевой промышленности нежелательны: это черствение хлеба, отмокание мармелада, желе, карамели, фруктовых джемов. Примером положительного сине-резиса может служить отделение жидкости в производстве творога, созревания сыра.

Вопросы и задания для самоподготовки:

1. Что такое полимеры, на какие группы по происхождению их можно разделить?

2. Основные характеристики углеводов.

3. Основные характеристики белков.

4. Процессы набухания полимеров.

5. Студни, их сущность. Примеры пищевых студней.

6. Свойства студней. Синерезис, его роль в пищевой промышленности

 

Студенты группы ПКД2.9 изучите материал, в интернете можно найти химические опыты. Напишите основные этапы работы и ответьте на вопросы.

Лабораторная работа

 

Тема: «Изучение процессов набухания и студнеобразования желатина, крахмала различных видов».
Цель: изучить процессы набухания и студнеобразования и их зависимость от различных факторов.
Задание лабораторной работы: изучить процессы набухание желатина, крахмала и влияние на них различных факторов.
Оборудование и реактивы: стеклянные стаканы, пробирки, термометры, золь и нити желатина, золь крахмала, дистиллированная вода, бензин, 0,1н растворы соляной кислоты и гидроксида натрия, водяная баня.
Перечень справочной литературы: Балезин С.А. Практикум по физической и коллоидной химии. М., Просвещение, 1972; Шарп Дж., Роули А. Практикум по органической химии. М., Мир, 1993;
Краткие теоретические сведения: Кроме жидких коллоидных систем, существуют дисперсные системы, которые при определённых условиях могут терять текучесть и приобретать свойства твёрдого тела. Такие структурированные коллоидные системы получили название гелей, а сам процесс получения гелей из коллоидных растворов – процесс застудневания, желатинирования, гелеобразования. Процессы гелеобразования протекают не мгновенно, а во времени. Время застудневания для различных систем различно: здесь влияют концентрация, природа вещества, условия гелеобразования. Поглощение растворителя эластичными гелями связано с увеличением объема или набуханием. Набухают только лиофильные к данной жидкости вещества, например, желатин набухает в воде, но не в бензине, а каучук, наоборот, хорошо набухает в жидкостях с малой диэлектрической постоянной. О набухании крахмала можно судить по весу поглощенной жидкости. Вес жидкости (ж), поглощенной при набухании 1 г сухого вещества (в), называется степенью набухания. Она равна 1= ж/в
Порядок проведения лабораторной работы.
I. Организационный момент.
II. Инструктаж по технике безопасности и выполнению лабораторного занятия.
III. Выполнение лабораторного занятия.
1. Набухание желатина и крахмала. Нити или прямоугольные пластинки желатина длиной 5 см, шириной 0,2 - 0,3 см и толщиной 0,1 см помещают в узкие пробирки с дистиллированной водой, а 2 другие такие же пластинки желатина - в пробирки с бензином. Все пробирки плотно закрывают и кладут горизонтально. Через 1-2 часа накладывают пробирки на полоску миллиметровой бумаги и измеряют длину пластинок, а вычитая первоначальную длину их, определяют удлинение пластинок вследствие набухания.
2. Выделение тепла при набухании. В стаканчике или тигле размешивают 5 (10) г предварительно хорошо высушенной при 105° и охлажденной до комнатной температуры картофельной муки (или крахмала) с 5 (10) мл воды. В смесь погружают термометр и наблюдают повышение температуры, делают вывод.
3. Влияние кислот и щелочей на желатинирование. В три пробирки наливают по 5 мл теплого 3% золя желатины, затем в одну - 1 мл дистиллированной воды, в другую - 1 мл 0,1н.раствора НCl и в третью - 1 мл 0,1 н.раствора NaOH. Перемешивают, ставят на 10 минут на водяную баню с температурой 40°, затем охлаждают до 10°, отмечают время. Периодически наклоняя пробирки, устанавливают время желатинирования, по прошествии которого в отдельных пробирках образуется невытекающий гель. Кислота и щелочь задерживают желатинирование, хотя и повышают вязкость золя. Сравните свои результаты с теоретическим материалом.
4. Зависимость времени желатинирования от температуры и концентрации золя (При наличии времени). Приготовляют 8% золь желатины или крахмала и разбавлением его водой получают 8%, 4% и 2% золи. В одинаковые пробирки наливают по 5 мл каждого золя в от-дельности и помещают в большой сосуд с холодной водой известной и постоянной температуры (удобнее 10°), заметив время. Периодически наклоняя пробирки, устанавливают время желатинирования, по прошествии которого в отдельных пробирках образуется невытекающий гель. По окончании эксперимента студенты строят график зависимости времени желатинирования от концентрации золя.
IV. Итог практической работы.

Контрольные вопросы по данной работе.
1. Какие дисперсные системы называются гелями?
2.Какие факторы влияют на процесс гелеобразования?
3. Какие правила техники безопасности нужно соблюдать в работе?
4. Что такое теплота набухания и что она характеризует?
5.Что такое синерезис? Приведите примеры этого явления.
6.Приведите примеры биологического значения гелей.
Список литературы: 1.Белик В.В., Киенская К.И. Физическая и коллоидная химия. – М.: Академия, 2005 2.Лукьянов А.Б. Физическая и коллоидная химия. М.: Высшая школа, 1988 3.Рыбаков Ю.С. Лабораторные работы по физической и коллоидной химии. М. Высшая школа, 1988

 

 

Задания по химии для ПКД2.9. Ознакомиться и ответить на вопросы в тетрадь.