Изучение процесса кристаллизации некоторых растворов Автор: Гизатуллина Дария, Уваров Владислав, Корнеев Александр МБОУ «Лицей 13» г.Троицк руководитель: профессор Горелик О. В., ст. преподаватель Сухова О. С. ФГБОУ ВПО Уральская Государственная Академия Ветеринарной Медицины.

ГОСТ «Молоко натуральное коровье-сырье. Технические условия» ГОСТ Метод определения точки замерзания молока ГОСТ Молоко. Определение точки замерзания. Термисторный криоскопический метод

Выяснить зависимость: температуры кристаллизации растворов от концентрации точки замерзания молока от количества добавленной воды Основные задачи экспериментально измерить температуру кристаллизации дистиллированной воды, разбавленных растворов хлористого натрия с массовой долей растворенного вещества 0,7%, 1%, а также разбавленных раствора тростникового сахара с массовой долей растворенного вещества 1% и 2% экспериментально измерить точки замерзания молока жирностью 3,2% без разбавления водой, с добавлением 10% и 20% массовой доли воды

Гипотезы Снижение температуры кристаллизации раствора по сравнению с температурой кристаллизации растворителя тем больше, чем больше концентрация растворенного вещества Точка замерзания неразбавленного молока будет находиться в пределах от -0,52 до -0,56 ºС С помощью одновременного использования четырёх цифровых датчиков температуры можно определить результат по точке замерзания с точностью до сотых долей градуса

Дистиллированная вода Ттеор= 0°С

Раствор хлористого натрия (NaCl) 0,7% Ттеор= -0,42°С (вырезанные данные)

Рис.3. Раствор хлористого натрия (NaCl) 1% Ттеор= -0,62 ° С

Раствор сахара (C 12 H 22 O 11 ) 2%

Второй закон Рауля: Понижение температуры кристаллизации бесконечно разбавленных растворов ( прямо пропорционально процентной концентрации раствора и обратно пропорционально молярной массе растворенного вещества ( Понижение температуры кристаллизации бесконечно разбавленных растворов (ΔTкр) прямо пропорционально процентной концентрации раствора (ω) и обратно пропорционально молярной массе растворенного вещества (Mв) Kкр=R*Tпл 2 /λ А R универсальная газовая постоянная =8,3 Дж/моль*К, R универсальная газовая постоянная =8,3 Дж/моль*К, Tпл – температура плавления/кристаллизации растворителя, выраженная в Кельвинах, Tпл – температура плавления/кристаллизации растворителя, выраженная в Кельвинах, λ А – удельная теплота плавления растворителя. λ А – удельная теплота плавления растворителя. К криоскопическая=1,85 (К*моль*кг) для воды К криоскопическая=1,85 (К*моль*кг) для воды ΔTкр = К· ω / Mв

Сравнение экспериментальных и расчётных значений, калибровочная поправка 0,09ºС веществоW %Мв г/моль Ткр эксп ±Т,С Т гост Ткр эксп Трасч С 1Нет 000,13±0, ,04±0,060 2NaCl0, 758,5-0,34±0,06 -0,42 -0,43±0,06-0,42 31,0-0,57±0,06 -0,62 -0,66±0,06-0,62 4C 12 H 22 O 11 1,0342+0,16±0,06+0,07±0,06-0,05 52,0-0,02±0,06-0,11±0,06-0,11

Точка замерзания молока жирностью 3,2%, Ткрист = -0,55±0,03º С

Точка замерзания молока при 10% разведении водой, Ткрист = -0,50±0,03ºС

Точки замерзания объект Добавлен ная вода, массовая доля, % Т, ºС Т теор по ГОСТ Молоко 3,2% --0,55±0,03- 0, ,50±0,03- 0, ,46 ±0,03- 0,440

Погрешность при добавлении кристалликов льда в пробу как ядер кристаллизации (красная линия), температура замерзания молока при добавлении 20% воды Ткрист = - 0,46 ±0,03 ºС (синяя линия) º Неточность методики ГОСТ

Расчет осмотического давления молока через уравнение Вант- Гоффа и 2 ой закон Рауля объект Добавленная вода, массовая доля, % Р осм 10^5 Па Молоко 3,2% -6,6 106,0 205,5 Росм=(ω *ρ А *R*T)/Мв = (Ткр *Т*R*ρ А )/K ρ А =1000 кг/м 3- плотность воды Ткр-точка замерзания молока Т-температура кристаллизации молока в Кельвинах

Составные части молока Размеры частиц в 10^-9 м Вода……………………………………0, 15-0, 20 Жир…………………………………… 3000 Казеин………………………………… Альбумин…………………………… Глобулин…………………………… Лактоза………..……………………… 1,0-1,5 Зола и соли молока..………………… 0,2-2,0

Выводы Зависимость снижения температуры растворов от концентрации подчиняется 2 ому закону Рауля, если полученный раствор-электролит, то в закон вводится изотоническая поправка. Экспериментальные данные с учетом погрешности совпадают с расчетными. Гипотеза о том, что снижение температуры кристаллизации раствора по сравнению с температурой кристаллизации растворителя тем больше, чем больше концентрация растворенного вещества подтвердилась. Использование четырех датчиков температуры позволило ввести калибровочную поправку для данного регистратора и повысить точность измерений до сотых

Температура замерзания молока зависит от наличия в нем компонентов молока, а именно истинных растворов солей и молочного сахара, чем их больше, тем температура замерзания ниже. При добавлении в молоко воды наблюдается повышение температуры замерзания, а осмотическое давление, наоборот, понижается. Пронаблюдали в 90% случаев переохлаждение растворов, которое будет являться предметом наших дальнейших исследований. При замерзании молока отмечается его более устойчивое, по сравнению с калибровочными растворами, переохлаждение. Это связано с замерзанием суспензии и коллоидных растворов. Разработанная методика (определение точки замерзания молока) является более простой, наглядной, быстрой по сравнению с методиками ГОСТ Она позволяет выявить неточности в методике ГОСТ (введение ядер кристаллизации меняет точку замерзания). В дальнейшем планируем повышать точность разработанной методики для ее сертифицирования.

Список литературы 1. Беляев,А.П. Физическая химия. Коллигативные свойства растворов твердых нелетучих веществ в жидкости. [Электронный ресурс].- Режим доступа: Загл. с экрана. 2. ГОСТ Молоко натуральное коровье-сырье. Технические условия. [Электронный ресурс]. Режим доступа: 3. ГОСТ Метод определения точки замерзания молока. [Электронный ресурс]. Режим доступа: 4. ГОСТ Молоко. Определение точки замерзания. Термисторный криоскопический метод. [Текст]. 5. Инихов, Г. С. Биохимия молока и молочных продуктов. [Текст] / Г. С. Инихов; Пищепромиздат. Москва с экз. 6. Крусь, Г. Н., Шалыгина, А. М., Волоткина, З. В. Методы исследования молока и молочных продуктов. [Текст] -М.:Колос, с экз. ISBN – – Ландсберг, Г. С. Элементарный учебник физики. В 3 ч. Ч. 2. [Текст] Механика. Теплота. Молекулярная физика. – М. : Наука. 608 [1] с. : ил.; экз. 8. О термодинамике [Электронный ресурс].- Режим доступа: html - Загл. с экрана. html 9. Физическая химия. Термодинамика растворов: материалы к лекциям для студентов/ Кафедра физической и коллоидной химии ЮФУ[Электронный ресурс].- Режим доступа: htm -Загл. с экрана. htm 10. Шалыгина, А. М., Калинина, Л. В. Общая технология молока и молочных продуктов. [Текст] - М.:Колос, с. ISBN 5 – – Юрова, Е.А., Кирсанов, В.И. Температура замерзания молока. [Электронный ресурс].- Режим доступа: Загл. с экрана.