Осмос

Практич. значение студнеобразного состояния очень велико. Кроме случая формования изделий из р-ров полимеров образование студней играет исключительно важную роль в процессах переработки пищ. продуктов, в частности для придания готовым продуктам конечной формы. В биологии студнеобразное состояние составляет основу процессов превращения в-в в организмах. Мн. составные части организмов находятся в состоянии подвижного равновесия с водной средой, и их поведение в значит. степени подчиняется закономерностям, типичным для студней. В частности, нек-рые патологич. изменения живых организмов сопровождаются явлениями синерезиса.

В последнее время большое внимание уделяют студнеобразным полимерным водным системам (гидрогели), способным к интенсивному набуханию в десятки и сотни раз и коллапсу под действием электролитов, при изменении т-ры и при наложении электрич. полей. Примером таких систем служат слабосшитые студни, получаемые на основе сополимеров акриловой к-ты и акриламида. Они используются, в частности, для создания мембран с регулируемой проницаемостью, депо лек. в-в, в качестве сорбентов, а также как модели при анализе биол. процессов.

Классификация анионов. Действие групповых реактивов. Значение анионов в химико-технологическом контроле пищевых продуктов.

Как  известно из курса неорганической химии, к анионам относятся отрицательно заряженные частицы, состоящие из отдельных" атомов или групп атомов различных элементов. Эти частицы могут нести один или несколько отрицательных зарядов. В отличие от катионов, которые в большинстве своем состоят из одного атома, анионы могут иметь сложный состав, состоящий из нескольких атомов.

Общепринятой классификации анионов не существует. Разными авторами предложены различные системы классификации их.

В настоящем руководстве принята наиболее часто применяемая классификация, по которой все анионы делятся на три аналитические группы в зависимости от растворимости их бариевых и серебряных селей.

В данном случае групповыми реагентами являются растворимые соли бария и серебра (табл. 1).

Таблица № 1

Классификация анионов

Группа                  Анионы                         Групповой реагент                        Характеристика группы

    1                   SO4 2-, SO3 2-,               Хлорид бария ВаСl2 в                       Соли бария практически

                         CO3 2-, PO4 2-,            нейтральном или слабо-                    нерастворимы в воде

                             SiO3 2-                         щелочном растворе

    2               C1-, Br-, I-, S 2-                Нитрат серебра AgNO3 и                    Cоли серебра практически

                                                                  присутствии HNO3                             нерастворимы в воде и

                                                                                                                                  разбавленной кислоте

   3                 NO3-, NO2-,                   Группового реагента                            Соли бария и серебра

                         CH3COO-                                 нет                                                 растворимы в воде

К первой аналитической группе анионов относятся сульфат-ион SO4 2-, сульфит-ион SO32-, корбонат-ион СO32-, фосфат-ион РO43-, силикат-ион SiO3 2-.

Эти анионы образуют с катионом Ва2+ соли, мало растворимые в воде, но, за исключением сульфата бария, хороню растворимые в разбавленных минеральных кислотах. Поэтому выделить анионы этой группы в виде осадка групповым реагентом-хлоридом бария BaCl2 можно только в нейтральной или слабощелочной среде.

Анионы первой группы образуют с катионами серебра Ag+ соли, растворимые в разбавленной азотной кислоте, а сульфат серебра Ag2S04 растворим даже в воде.

Частные реакции анионов первой группы

В качестве примера рассмотрим реакции сульфат-аниона SO4 2-

1. Хлорид бария BaCI2 обрадует с анионом SO4 2- белый осадок BaSO4:

ВаС2 + H2SO4 ® BaSO4 ( + 2НС1

Ва2+ + SO4 2- ® BaSO4

2. Нитрат серебра AgNO3 при взаимодействии с анионом SO4 2- в концентрированных растворах образует белый осадок сульфата серебра Ag2S04, растворимый в азотной кислоте:

Na2SO4 + 2AgNО3 ® Ag2SO4( + 2NaNO3

SO4 2- + 2Ag+- ® Ag2SO4

Ко второй аналитической группе анионов относятся хлорид-ион С1- бромид-ион Вг- , иодид-ион I-, и сульфид-ион S2-.

Эти анионы образуют с катионом Ag+ соли, нерастворимые в воде и разбавленной азотной кислоте. Групповым реагентом на анионы второй группы является нитрат серебра AgN03 в присутствии азотной кислоты HNO3. Хлорид бария BaCl2 с анионами второй группы осадков не образует.

Частные реакции анионов второй группы

В качестве примера рассмотрим реакции хлорид-иона С1- .

1. Нитрат серебра AgNO3 образует с анионом С1- белый творожистый осадок хлорида серебра, нерастворимый в воде и кислотах. Осадок растворяется в аммиаке, при этом образуется комплексная соль серебра [Ag (NНз)2]С1. При действии азотной кислоты комплексный ион разрушается и хлорид серебра снова выпадает в осадок. Реакции протекают в такой последовательности:

С1- + Ag+ ® AgCl

AgCl + 2NH40H ® [Ag (NНз)2]С1 + 2H20

[Ag (NНз)2]С1 + 2H+ ® AgCl ( + 2NH4+

К третьей группе анионов относятся нитрат-ион NO3-, нитрит-нон NO2- , ацетат- ион CH3COO- .

Катионы бария Ва+ и серебра Ag+ с аннонами этой группы осадкон кс образуют. Группового реагента на анионы третьей группы нет.

Частные реакции анионов третьей группы

В качестве примера рассмотрим реакции с нитрат-ионом NO3-

1. Дифениламин (C6H5)2NH с нитрат-ионом NO3- образует интенсивно-синее окрашивание.

Опыт. На чистое и сухое часовое стекло поместите 4-5 капель раствора дифениламина в концентрированной серной кислоте. Внесите туда же стеклянной палочкой каплю испытуемого раствора и перемешайте. В присутствии аниона NO3- появляется интенсивно-синяя окраска раствора вследствие окисления дифениламина. Аналогичное окрашивание дает и анион NO2- .

Условия проведения опыта.

1. Окислители и иодид-ион I-, который может окисляться серной кислотой до I2, мешают проведению реакции.

2. Анионы-восстановители S032-, S2- и др. также мешают открытию нитрат-нона NO3- .

3. Для выполнения реакции лучше брать разбавленные растворы испытуемых веществ.

Многие элементы в виде минеральных солей, ионов, комплексных соединений входят в состав живой материи и являются незаменимыми нутриентами, которые должны ежедневно потребляться с пищей.

Роль минеральных веществ в организме человека чрезвычайно разнообразна. Они содержатся в протоплазме и биологических жидкостях, играют основную роль в обеспечении постоянства осмотического давления, что является необходимым условием для нормальной жизнедеятельности клеток и тканей. Минеральные вещества входят в состав сложных органических соединений, например гемоглобина, гормонов, ферментов, являются пластическим материалом для образования костной и зубной ткани. В виде ионов минеральные вещества участвуют в передаче нервных импульсов, обеспечивают свертывание крови и другие физиологические процессы организма.

В зависимости от количества минеральных веществ в организме и пищевых продуктах их подразделяют на макро- и микроэлементы. К макроэлементам относятся кальций, калий, магний, натрий, фосфор, хлор, сера. Они содержатся в количествах, измеряемых сотнями и десятками миллиграммов на 100 г тканей или пищевого продукта. Микроэлементы — это железо, кобальт, цинк, фтор, йод и др. Они входят с состав тканей организма в концентрациях, выражаемых десятыми, сотыми и тысячными долями миллиграмма.

К наиболее дефицитным минеральным веществам в питании современного человека относятся кальций и железо, к избыточным — натрий и фосфор.

В зависимости от преобладания катионов или анионов в пищевых продуктах проявляются их щелочные или кислотные свойства. Молоко, овощи, фрукты, ягоды придают рационам щелочную направленность, а мясо, рыба, яйца, крупы — кислотную. Например, несмотря на кислый вкус многих плодов при их потреблении увеличиваются щелочные резервы организма, так как органические кислоты, входящие в состав этих продуктов (лимонная, яблочная и др.), быстро окисляются до оксида углерода (IV) и вода, а К+, Mg24" и другие катионы остаются в тканях. В мясе, рыбе и других продуктах животного происхождения, богатых белками, фосфором, мало катионов; при окислении протеинов, являющихся источниками серы (метионин, цистин, цистеин), образуются ионы серной кислоты, на нейтрализацию которой расходуются щелочные резервы тканей. Минеральные вещества имеют важное значение в качестве факторов, необходимых для устранения и профилактики ряда заболеваний: эндемического зоба, флюороза, кариеса, стронциевого рахита и др.

Длительный недостаток или избыток в питании каких-либо минеральных веществ приводит к нарушению обмена белков, жиров, углеводов, витаминов, воды и развитию соответствующих заболеваний. Наиболее распространенным следствием несоответствия в рационе количества кальция и фосфора является кариес зубов, разрежение костной ткани. При недостатке фтора в питьевой воде разрушается эмаль зубов; дефицит йода в пище и воде приводит к развитию зоба.

Причинами нарушения обмена минеральных веществ даже при их достаточном количестве в пище могут быть следующие: 1) несбалансированное питание (недостаточное или избыточное количество белков, жиров, углеводов и витаминов); 2) применение методов кулинарной обработки пищевых продуктов, обусловливающих потери минеральных веществ, например, при размораживании (в горячей воде) мяса, рыбы, удалении отваров овощей и фруктов, куда переходят растворимые соли;

3) отсутствие своевременной коррекции состава рационов при изменении потребности организма в минеральных веществах, связанной с физиологическими причинами. Так, например, у работающих в условиях повышенной температуры внешней среды увеличивается потребность в калии, натрии, хлоре и других минеральных веществах в связи с большой потерей их с потом;

4) нарушение процессов всасывания минеральных веществ в желудочно-кишечном тракте или повышение потерь жидкости (например, кровопотери).

Сущность гравиметрического метода анализа. Вычисления в весовом анализе и применение в химико-технологическом контроле пищевых продуктов.

Гравиметрический анализ основан на определении массы вещества.

В ходе гравиметрического анализа определяемое вещество или отгоняется в виде какого-либо летучего соединения (метод отгонки), или осаждается из раствора в виде малорастворимого соединения (метод осаждения). Методом отгонки определяют, например, содержание кристаллизационной воды в кристалло­гидратах, если вещество при нагревании не претерпевает других химических изменений, кроме выделения воды:

ВаС12 • 2Н2О (к) = ВаС12 (к) + 2Н2О (г)

Убыль массы исходной навески равна содержанию воды.

Для определения содержания SiO2 часто используют реакцию с фтороводородной (плавиковой) кислотой, в результате которой образуется летучий SiF4:

SiO2 + 4HF = SiF4 + 2Н2О

Метод отгонки применяют также при анализе карбонатов, некоторых нитратов и других соединений, образующих летучие продукты реакции. Содержание анализируемого компонента определяют по уменьшению массы вещества в результате термической обработки или по увеличению массы поглотителя газообразных продуктов реакции.

Методы осаждения применяются более широко, и их практическое значение намного больше, чем методов отгонки.

Рассмотрим методы осаждения более подробно. Вслед за растворением пробы или получением анализируемого раствора выполняются следующие операции (имеется в виду, что осаждается лишь один определяемый компонент):

1) осаждение;

2) фильтрование и промывание осадка;

3) высушивание или прокаливание осадка;

4) взвешивание;

5) расчет результата анализа.

Практическое проведение каждой из этих операций основано на достаточно разработанных теоретических представлениях и многолетнем опыте химиков-аналитиков.

Расчеты в гравиметрическом анализе

Если т — масса гравиметрической формы, например BaSO4, а в результате анализа требуется определить массу серы S, то результат можно рассчитать по простой пропорции. Обозначим молярную массу BaSO4 как М (BaSO4), молярную массу S как М (S). Составим пропорцию:

Отношение молярной массы определяемого компонента к молярной массе гравиметрической формы называют фактором пересчета, или гравиметрическим фактором (множителем), или просто фактором и обозначают буквой F.

z = mF.

Гравиметриче­ский фактор показывает массу определяемого вещества, которое соответствует 1 г гравиметрической формы.

Дифференцирование уравнения и переход к конечным приращениям дает:

dX = dmF + mdF;

АХ = AmF + mAF.

Последнее соотношение показывает, что чем меньше фактор пересчета F, тем меньше погрешность определяемой величины АХ при одной и той же погрешности взвешивания Am. (Погрешность фактора AF пренебрежимо мала, и с ней можно не считаться.) Это, в сущности, вторая формулировка требования большой молярной массы гравиметрической формы.

При вычислении гравиметрического фактора необходимо учитывать стехиометрические коэффициенты в химических формулах определяемого вещества и гравиметрической формы, с тем, чтобы число атомов определяемого компонента в числителе и знаменателе дроби было одинаковым:

Несколько более сложные соотношения получаются при расчете, например, содержания Fe3O4, если гравиметрической формой является Fe2O3. В этом случае пропорция имеет вид

гМ (Fe2O3) - 1М (Fe3O4)

Определяемое вещество может и не входить в состав гравиметрической формы. Например, содержание железа (Ш) в растворе сульфата железа Fe2(SO4)3 можно определить по массе осадка BaSO4, полученного из этого раствора. Один моль Fe2(SO4)3 содержит 2 моль Fe3+ и 3 моль SOf , поэтому фактор пересчета рассчитывается по следующей пропорции:

2М (Fe) - ЗМ (BaSO4)              = 2M(Fe)

F - 1              3M(BaSO4)'