6 Вязкость жидкостей ее зависимость от различных факторов

6. Вязкость жидкостей, ее зависимость от различных факторов. Метод определения относительной вязкости. Влияние вязкости на качество /в том числе консистенцию/ пищевых продуктов: супов, студней, желированных блюд, каш, пюре, изделий из теста.
Вычислите вязкость оливкового масла при 20ºС, если оно протекает через вискозиметр за 5 минут 49 секунд, а для того же объема воды при тех же условиях требуется 4 секунды. Плотность оливкового масла 914,18 кг/м3 , вязкость воды 0,01 Пз [1 ∙ 10-3 кг/м∙с].
Решение:
Вязкостью жидкости называется сопротивление передвижению одного слоя жидкости относительно другого слоя. Единицей вязкости, или пуазом, характеризуется вязкость жидкости, в которой слои в 1 см находящиеся на расстоянии 1 см, движутся относительно друг друга со скоростью 1 см/сек под действием силы в 1 дан.
При достаточно высоких скоростях течения слоистое, или ламинарное, течение жидкости сменяется вихревым, или турбулентным.
Вязкость обычно измеряют в пределах ламинарного течения. Если при изменении скорости течения в пределах ламинарности вязкость жидкости остается постоянной, т. е. скорость течения прямо пропорциональна приложенной силе, жидкость называется ньютоновской, если же вязкость при этом изменяется и скорость течения жидкости не пропорциональна приложенной силе, Жидкость называется неньютоновской. Чистые жидкости и разбавленные растворы коллоидов со сферическими частицами характеризуются ньютоновской вязкостью.
Вязкость обычно измеряют в капиллярных вискозиметрах, в которых точно фиксируется время истечения объема жидкости  между метками вискозиметра под действием собственного веса столба жидкости или приложенного к одному из колен прибора определенного давления Р; измерения производят при строго постоянной температуре HYPERLINK «http://yurii.ru/ref/ref-32999.htm» l «_ftn2» o «» [2].
Истечение в капиллярных вискозиметрах подчиняется закону Пуазейля
η = π r4 P t / 8 v l
где l – длина капилляра и r – радиус капилляра.
Иногда исследуют движение жидкости в зазоре между двумя вложенными вдруг в друга цилиндрами (коаксиальные вискозиметры).
При высокой вязкости жидкости (касторовое масло, глицерин) ее измеряют по скорости падения шарика выбранного размера на определенном отрезке пути в жидкости (шариковые вискозиметры).
Оседание круглых пигментных включений в протоплазме и центрифуге используется для определения вязкости протоплазмы.
Основы теории вязкости разбавленных лиозолей (суспензий) были заложены Эйнштейном. Он исходил из гидродинамических уравнений для макроскопических твердых сферических частиц, которые при сдвиге приобретают дополнительное, вращательное движение. Рассеяние энергии при этом является причиной возрастания вязкости Эйнштейном была установлена связь между вязкостью дисперсной системы η и объемной долей, дисперсной фазы φ:
η = η0 (1+ 2,5 φ )                                                                                        (1)
где η0 — вязкость дисперсионной среды.
При выводе этого уравнения предполагалось, что система несжимаема, отсутствуют скольжение между частицами и жидкостью, турбулентность и взаимодействие между частицами. Неоднократные экспериментальные проверки уравнения Эйнштейна в основном подтвердили его справедливость. Было установлено, что коэффициент при φ  зависит от формы частиц. Поэтому уравнению Эйнштейна можно придать более общий вид:
η = η0 (1+ αφ )
где —  α — коэффициент зависящий от формы частиц дисперсной фазы.
Для относительной и удельной вязкости дисперсной системы уравнение переходит в следующие соотношения;
ηотн = η / η0  = 1+ αφ
ηуд = (η — η0 ) / η0  = ηотн  — 1 =  αφ
Из теории Эйнштейна следует, что разбавленные и устойчивые дисперсные системы являются ньютоновским жидкостями, что их вязкость линейно связана с объемной долей дисперсной фазы и не зависит от дисперсности.
Коэффициент  α для частиц, форма которых отличается от сферической, как правило, больше 2,5. Это объясняют  тем, что объем вращения частицы несферической формы больше объема самой частицы, а также больше сопротивление ее движению, что должно увеличивать вязкость системы в большей степени, чем это следует из уравнения (1). При значительных отклонениях от сферичности частиц система может превратиться в неньютоновскую кость, вязкость которой зависит от напряжения сдвига (и скорости течения). Например, частицы в виде вытянутых палочек ориентируются в потоке, и поэтому вязкость системы уменьшается с увеличением скорости течения.
Формула Эйнштейна не учитывает наличия у частиц поврхностных слоев, таких, как адсорбционные, сольватные и двойные электрические. Увеличение вязкости, обусловленное наличием слоев, называют адсорбционным, сольватным и электровязкостным эффектами. Так как поверхностные слои не изменяют частиц, то их влияние можно учесть, увеличив объемной долю на объем слоев. Такой подход иногда используют для определении  толщины поверхностных слоев. Если объемную долю слоев обозначить через φδ, а φδ/ φ = К, то
ηуд = 2,5 (1+ К) φ
Так как объем поверхностных слоев линейно связан с удельной поверхностью дисперсной системы, то вязкость в системе должна расти с увеличением удельной поверхности дисперсной фазы с дисперсностью (при постоянной объемной доле дисперсной фазы). При наличии двойных электрических слоев их объемная доля зависит от электрокинетического потенциала. Электровязкостный эффект можно уменьшить введением в систему электролитов: они уменьшают толщину двойного электрического слоя.
Теория Эйнштейна была использована Штаудингером для  установления формулы вязкости разбавленных растворов полимеров. По Штаудингеру для растворов, содержащих палочкообразные макромолекулы, должно соблюдаться соотношение
ηуд = К М с                                                                                             (6)
где К —  константа,  характерная для данного  полимергомологического ряда в данном растворителе; М — молекулярная масса полимера; С — массовая концентрация полимера.
По представлениям Штаудингера, чем больше длина молекулы полимера, тем больший объем вращения она имеет и тем больше вязкость раствора (при одной и  той же концентрации с). Из уравнения (6) следует, что удельная вязкость, отнесенная к единице концентрации (приведенная вязкость), не зависит от концентрации раствора полимера с и пропорциональна его молекулярной  массе:
ηуд / с = К М 
Уравнение Штаудингера справедливо только для растворов полимеров с короткими и жесткими цепями, которые могут сохранять палочкообразную форму.
Вязкость  находится по формуле:
η = π r4 P t / 8 v l
Для воды уравнение вязкости будет иметь вид:
0,01 =  4 π r4 P / 8 v l, откуда
v = 4 π r4 P / 0,08 l
Так как по условию задачи объемы масла  и воды равны, то
349    π r4 P / 8 η l = 4 π r4 P / 0,08 l
Тогда η = 349 * 0,08 / 8 * 4 = 0,8725 Пз
Ответ: вязкость масла равна 0,8725 Пз
12. Кислоты, основания и соли в свете теории электролитической диссоциации. Составьте уравнения диссоциации следующих электролитов:
а) сульфата аммония
б) бромоводородной кислоты
в) гидроксида кальция
г) гидрокарбоната натрия
Решение:
Основания. Название «основание» первоначально было отнесено к веществам, которые в реакциях с кислотами образуют соли. К основаниям принадлежат гидроксиды многих металлов.Примеры: NaOH — гидроксид натрия (едкий натр), KOH — гидроксид калия (едкое кали), Ca(OH)2 — гидроксид кальция (гашёная известь).Основания, которые хорошо растворяются в воде, называются щелочами, К ним относятся гидроксиды щелочных и щелочно-земельных металлов. С точки зрения теории электролитической диссоциации основания-это вещества, диссоциирующие в водном растворе с образованием анионов одного вида — гидроксид — ионов ОН-. В общем виде уравнение электролитической диссоциации основания имеет вид:Основание -> Катион основания + Гидроксид — ион
NaOH  Na++ OH- Ba(OH)2  Ba2++ 2OH-NH3·H2O  NH4++ OH-
Кислоты.Кислоты исторически получили своё название из-за кислого вкуса водных растворов тактх веществ, как хлороводород или уксусная кислота. С точки зрения теории электролитической диссоциации кислоты-это вещества, диссоциирующие в водном растворе с образованием катионов одного вида — катионов водорода Н+.В общем виде уравнение электролитической диссоциации кислоты имеет вид:Кислота -> Катион водорода + Анион кислотного остатка
H2SO4  2H+ + SO42-CH3COOH  H+ = CH3COO-
Соли. С точки зрения теории электролитической реакции соли — это вещества, которые в водном растворе диссоциируют с образованием катионов основания и анионов кислотного остатка.В общем виде уравнение электролитической диссоциации солей имеет следующий вид:Соль -> Катион основания + Анион кислотного остатка
BaCl2 Ba2+ + 2Cl- K2CO3  K+ + CO32-
а) (NH4)2SO4 ↔ 2NH4+ + SO42-
б) HBr ↔ H+ + Br-
в) Ca(OH)2 ↔ Ca2+ + 2OH-
г) NaHCO3 ↔ Na+ + HCO3-
HCO3- ↔ H+ + CO32-
22. Какая реакция среды а)кислая, б)щелочная или в)нейтральная лежит в основе количественных определений методом Мора и почему?
Ответ:
Метод Мора.
Этот метод заключается в прямом титровании хлоридов и бромидов раствором нитрата серебра в присутствии индикатора хромата калия, с образованием нерастворимых осадков.
Cl- + Ag+ = AgClбелый
Br- + Ag+ = AgBrжелтовато белый
K2CrO4 + Ag+ = Ag2CrO4красный
Растворимость хромата серебра Ag2CrO4 значительно больше растворимости хлорида серебра AgCl или бромида серебра AgBr. Поэтому в данных реакциях сначала образуется осадок AgCl или AgBr. После того, как все галогенид – ионы будут практически осаждены, начнется взаимодействие между ионами и ионами Ag+ . Как только станет ясно заметна перемена лимонно – желтой окраски в слабо розовую, титрование прекращают. Это говорит о достижении точки эквивалентности. Титрование по методу Мора проводят в нейтральных или слабощелочных растворах при ph от 6,5 до 10.
В кислой среде титрование не проводят, так как чувствительность K2CrO4 понижается за счет растворимости Ag2CrO4, конец титрования не четко виден, поэтому нельзя титровать соли алкалоидов.
В сильно щелочной среде образуется гидроокись серебра:
Ag+ + OH- = AgOH
2AgOH = AgO +H2O
Результаты титрования будут завышены.
Ответ: б)щелочная или в)нейтральная
33. Определите концентрацию ионов гидроксида, величину рН и среду раствора, если концентрация ионов водорода равна:
а) 10-9 моль/л, б) 10-2 моль/л.
Решение:
а) [Н+] = 10-9 моль/л,
[ОН-] = 10-14/10-9 = 10-5 моль/л,
рН = -lg[Н+] = -lg10-9 = 9 > 7 (реакция щелочная).
б) [Н+] = 10-2 моль/л,
[ОН-] = 10-14/10-2 = 10-12 моль/л,
рН = -lg[Н+] = -lg10-2 = 2 < 7 (реакция кислая).
41. Применение адсорбции в технологических процессах осветления мясных и рыбных бульонов, фруктово-ягодных сиропов, при использовании пищевых красителей, при производстве сахара, глюкозы, вин, ионитного молока, очистки питьевой воды.
Решение:
Адсорбцией называют концентрирование (сгущение) газообразных или растворенных веществ на поверхности раздела фаз.
Адсорбирующееся вещество является адсорбатом, адсорбирующее вещество — адсорбентом.
Адсорбционный процесс идет самопроизвольно и вызван избытком поверхностной энергии.
При помощи различных твердых адсорбентов производится улавливанье примесей и осветление растворов в производстве сахара, глюкозы.
Ионообменная адсорбция нашла широкие применения в пищевой промышленности. Так, например, в производстве вина с помощью ионитов из него удаляют излишнее количество ионов Fe3+,Cu2+,Ca2+, которые вызывают помутнение вин. Таким же методом изменяют солевой состав молока. Коровье молоко характеризуется повышенным содержанием солей, поэтому отличаются от женского характером створаживания, зависящим от соотношения казеина и солей кальция. Удаляя с помощью ионитов определение» количество солей кальция из коровьего молока, можно так изменить соотношение кальция и казеина, что коровье молоко можно будет применять для питания детей раннего возраста. Полученное таким способом молоко называется ионитным. Иониты применяются для очистки воды и в пивоваренном производстве, могут найти применение для умягчения воды в общественном питании.
Адсорбция широко используется в кулинарной практике, в частности, для осветления мясных и рыбных бульонов. Процесс осветления бульонов основан на том, что белки икры и яиц (при осветлении рыбных бульонов) или специальной «оттяжки» (при осветлении обычных мясных или мясо-костных бульонов) при нагревании свертываются. Образуя пористую массу, которая адсорбирует на своей поверхности взвешенные частицы, придающие бульону мутность. Яичным белком осветляют также мутные фруктово-ягодные сиропы для приготовления желе.
Мясной прозрачный бульон осветляют оттяжкой. С этой целью котлетное мясо измельчают, заливают холодной водой, добавляют соль, настаивают на холоде, затем вводят сырые яичные белки и перемешивают. В охлажденный до +50° бульон добавляют оттяжку и тщательно размешивают. После этого бульон доводится до кипения и выдерживается на слабом огне, пока белок не опустится на дно. Во время варки на поверхности мясной оттяжки оседают взвешенные частицы жира.
Адсорбционное фильтрование широко применяется в винодельческой промышленности. Это один из основных способов осветления виноматериалов.
Движущей силой фильтрования является разность давлений, под действием которой жидкость проходит через поры фильтрующей перегородки, а взвешенные в виноматериале частицы задерживаются на ее поверхности и не проникают в поры. В этом случае на фильтрующей перегородке образуется осадок. Если размеры взвешенных частиц меньше размеров пор, то они могут пройти с виноматериалом или задержаться внутри фильтрующей перегородки в результате адсорбции на стенках пор.
Общее сопротивление фильтрования увеличивается с повышением концентрации взвешенных частиц в виноматериале и разности давлений по обе стороны фильтрующей перегородки, что объясняется увеличением сжимаемости слоя осадка. Фильтрование на современных фильтрах происходит при постоянной скорости и возрастающем давлении до 150-250 кПа и выше. Для фильтрования применяют различные материалы, которые должны отвечать следующим требованиям: быть химически нейтральными, обладать высокой адсорбционной способностью к частицам мути и микроорганизмам, сохранять рыхлую микропористую структуру при повышении давления и иметь достаточную механическую прочность (ткани, асбест, целлюлозу, фильтр-картон, диатомит).
52. Какую окраску имеют индикаторы лакмус, метилоранж и фенолфталеин при рН 3,2; 6; 8? Почему при титровании одного и того же раствора с разными индикаторами результаты титрования получаются различными?
Решение:
рН = 3,2
Лакмус – красный цвет
Метилоранж – розовый цвет
Фенолфталеин – безцветный
рН = 6
Лакмус – феолетовый цвет
Метилоранж – оранжевый цвет
Фенолфталеин – безцветный
рН = 8
Лакмус – синий цвет
Метилоранж – желтый цвет
Фенолфталеин – малиновый цвет
При титровании вещества рН в точке эквивалентности имеет определенной значение. Интервал перехода окраски каждого индикатора различен и может проявится не в точке эквивалентности. В случае перехода окраски до точки эквивалентности раствор будет не дотитрован, а при переходе окраски после точки эквивалентности будет перетитрован. Следовательно результаты титрования будут ошибочными. Поэтому определяют индикатор, чтобы его интервал перехода был максимально приближенный к значению рН в точке эквивалентности.
Список литературы
Химия / Под. ред. В. Шретера . – М.: Химия, 1989. – с.62-63.
Пасынский А.Г. Коллоидная химия. – М.: Высшая школа, 1968. – 231с.
Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии. – М.: Химия, 1982. – 400с.
Фридрихсберг Д.А. Курс коллоидной химии. – Л.: Химия, 1984. — 368 с.
Зимон А.Д. Коллоидная химия. М: ВЛАДМО, 2007-318с.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

девять + 16 =

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.

Adblock detector