Проект "Дисперсные системы в пищевой индустрии."

Слайд 3

Коллоидные системы . Коллоидные системы (от греч. kolla - клей и eidos – вид) aнгл . colloid systems ; нем. Kolloidsysteme ; фр. systemes colloidaux ; исп., ит. sistemas coloidales , sistemas coloideas ), коллоидно-дисперсные системы, коллоиды, - это ультрамикрогетерогенные системы, представляющие собой совокупность множества мелких частиц дисперсной фазы, распределённых в объёме непрерывной дисперсионной среды. Величина частиц дисперсной фазы от 1000 нм – 100 нм до 1 нм. B отличие от частиц грубодисперсных систем (суспензий, эмульсий, пен, различных сыпучих материалов, размер которых обычно превышает 1000 нм), коллоидные частицы в легкоподвижной среде участвуют в интенсивном броуновском движении и противостоят седиментации в поле сил земного притяжения, то есть, обладают высокой кинетической устойчивостью.

Слайд 4

Коллоидные системы ( коллоиды , др.-греч . κόλλα — клей и εἶδος — вид; «клеевидные», золи ) — дисперсные системы, промежуточные между истинными растворами и грубодисперсными системами — взвесями . Размеры коллоидных частиц варьируются в пределах от 1 нм до 100 нм. В свободнодисперсных коллоидных системах (дымы, золи) частицы не выпадают в осадок. Система , в которой дискретные частицы, капли или пузырьки дисперсной фазы, имеющие размер от 1 до 100 нм, распределены в другой фазе, обычно непрерывной, отличающейся от первой по составу или агрегатному состоянию и именуемой дисперсионной средой.

Слайд 5

Основные свойства: Коллоидные частицы не препятствуют прохождению света. В прозрачных коллоидах наблюдается рассеивание светового луча ( эффект Тиндаля ). Дисперсные частицы не выпадают в осадок – Броуновское движение поддерживает их во взвешенном состоянии.

Слайд 8

Основные виды: Гидрозоли – двухфазные микрогетерогенные дисперсные системы, характеризующиеся предельно высокой дисперсностью, в которых дисперсионной средой является вода . Органозоли – дисперсионной средой являются неводные (органические) растворители.

Слайд 9

Образование коллоидных систем: Путем конденсации (при выделении коллоидно-дисперсной фазы из перенасыщенного пара, раствора или расплава). Путем диспергирования.

Слайд 10

Наиболее важны и многообразны коллоидные системы c жидкой дисперсионной средой. Иx делят на: лиофильные (лат. « филео » - «люблю») лиофобные (лат. « фобос » - «страх»). Соли золота

Слайд 11

К оллоидные частицы в легкоподвижной среде участвуют в интенсивном броуновском движении и противостоят седиментации в поле сил земного притяжения, то есть, обладают высокой кинетической устойчивостью. Дисперсные частицы не выпадают в осадок – Броуновское движение поддерживает их во взвешенном состоянии.

Слайд 12

Коллоидные системы необычайно лабильны, т.е. неустойчивы. Для многих из них достаточно прибавления ничтожного количества электролита, чтобы вызвать выпадение осадка. Причина столь легкого изменения состояния коллоидных систем связана с непостоянством степени их дисперсности. Присутствие в жидкой дисперсионной среде адсорбционно-активных веществ – стабилизаторов – обеспечивает агрегативную устойчивость, т.e . длительное постоянство их дисперсного состава. Устойчивость таких систем связана с наличием слоя стабилизатора на поверхности коллоидных частиц. Стабилизаторами коллоидных систем могут быть электролиты или другие вещества, не имеющие электролитной природы, например высокомолекулярные соединения (ВМС) или поверхностно-активные вещества (ПАВ).

Слайд 13

Коллоидные растворы проявляют специфические свойства: коагуляции и адсорбции. Коагуляция (от лат. coagulatio — свертывание, сгущение), также старение – объединение мелких частиц дисперсных систем в более крупные под влиянием сил сцепления с образованием коагуляционных структур . Коагуляция — физико-химический процесс слипания коллоидных частиц, выпадение осадка происходит в результате лишения коллоидных частиц адсорбционной оболочки, нейтрализации заряда или химических превращений.

Слайд 14

Коагуляция представляет собой процесс укрупнения частиц, а седиментация является конечным результатом этого процесса, однако термин «коагуляция» часто используют для обозначения данного явления в целом. Коагуляция ведёт к выпадению из коллоидного раствора хлопьевидного осадка или к застудневанию . Коагуляция – естественный, самопроизвольный процесс расслаивания коллоидного раствора на твёрдую фазу и дисперсионную среду.

Слайд 16

Причины коагуляции: Столкновение коллоидных частиц в результате броуновского движения; Нагревание; Замораживание; Действие электрического поля; Добавление коагулянтов ( электрокоагуляция ); Механическое воздействие на систему.

Слайд 17

Скорость старения (коагуляции) зависит: от напряжения на границе раздела фаз, радиуса частиц, коэффициента диффузии , температуры , растворимости макрофазы .

Слайд 18

Адсорбция. Адсорбция – самопроизвольный процесс увеличения концентрации одного вещества ( адсорбата ) на поверхности другого (адсорбента). Адсорбция происходит на любых межфазовых поверхностях, адсорбироваться могут любые вещества.

Слайд 19

Применение адсорбции: Адсорбция широко применяется в различных отраслях народного хозяйства. В медицинской практике при пищевых отравлениях в качестве адсорбентов используют молоко и активированный уголь. В сельском хозяйстве в качестве “банков” удобрений используют цеолиты. Они выделяют ионы К + , NH -4 , а поглощают и удерживают Са 2+ , Mg 2+ . В химической технологии адсорбцию используют для очистки нефтепродуктов от малых содержаний воды, серы, селена, мышьяка, фосфора. В производстве полимеров адсорбенты используют в качестве активных наполнителей, придающих изделию повышенную прочность. Так, изделия, изготовленные из саженаполненной резины, в 10 раз прочнее, чем изделия, изготовленные из резины, наполненной нейтральными наполнителями. Очистка промышленных газовых выбросов в атмосферу, выхлопных газов, кондиционирование воздуха осуществляются с помощью адсорбентов. Процессы адсорбции лежат в основе разделения трудноразделимых соединений. Этот метод назван хроматографией, он предложен в 1903 г. русским учёным М.С. Цветом. Хроматография широко используется при разделении и очистке лекарственных веществ, витаминов, пигментов, алкалоидов. С помощью этого метода были разделены искусственно приготовленные трансурановые элементы: Es (№99), Fm (№100), Md (101). В горнодобывающей отрасли адсорбенты используют для улавливания ценных элементов из больших объёмов жидкости, из которых выделить эти вещества другими методами нерентабельно. В текстильной и кожевенной промышленности техника адсорбции применяется при крашении волокон, шерсти, кожи. Адсорбция является необходимым условием для катализа.

Слайд 20

Коллоидные системы, состоящие из частиц диспергированного вещества, способных свободно перемещаться в жидкой дисперсионной среде совместно с адсорбированными на их поверхности молекулами или ионами третьего компонента (стабилизатора), называют лиозолями , Сами частицы, обладающие сложным строением - мицеллами.

Слайд 22

Золи. Золь иначе лиозоль ; коллоидный раствор ( англ. sol от лат. Solutio – раствор) – высокодисперсная коллоидная система (коллоидный раствор) с жидкой ( лиозоль ) или газообразной (аэрозоль) дисперсионной средой , в объеме которой распределена другая (дисперсная) фаза в виде капелек жидкости, пузырьков газа или мелких твердых частиц, размер которых лежит в пределе от 1 до 100 нм (10 −9 – 10 −7 м).

Слайд 23

В зависимости от дисперсионной среды золи бывают:

Слайд 24

3оли занимают промежуточное положение между истинными растворами и грубодисперсными системами ( суспензиями , эмульсиями ). Золи диффундируют медленнее, чем неорганические соли. Обладают эффектом светорассеяния ( Эффект Тиндаля ). В противоположность гелям , в золях частицы дисперсной фазы не связаны в пространственную структуру, а свободно участвуют в броуновском движении . Частицы дисперсной фазы лиозоля вместе с окружающей их сольватной оболочкой из молекул (ионов) дисперсионной среды называют мицеллами.

Слайд 25

К лиозолям относятся мицеллярные растворы различных типов, водные растворы биополимеров, органо - и гидрозоли металлов, синтетические латексы. Примером аэрозоля на основе жидкости является туман — взвесь капель воды в воздухе; находящийся в воздухе дым или пыль — пример твердотельного аэрозоля.

Слайд 26

Свойства: большая удельная поверхность; адсорбция и плёнкообразование на поверхностях раздела; агрегация, как следствие взаимодействия частиц; частицы на поверхности обладают большей энергией, чем частицы внутри фазы. Получение и применение: Получают золи при помощи диспергаторов и гомогенизаторов. Применяют в химии, фармацевтике, военном деле , т.к. вышеперечисленные свойства позволяют резко улучшить качественные и количественные показатели химических реакций .

Слайд 27

Мицеллярная структура геля

Слайд 28

Гели Ге́ли (ед.ч. гель , от лат. gelo — «застываю») — структурированные дисперсные системы, состоящие из высокомолекулярных и низкомолекулярных веществ. Наличие трёхмерного полимерного каркаса (сетки) сообщает гелям механические свойства твёрдых тел (отсутствие текучести, способность сохранять форму, прочность и способность к деформации ( пластичность и упругость ).

Слайд 1

Слайд 2

Медузы – тип кишечнополостные:

Слайд 8

В результате молекулярного сцепления частиц дисперсной фазы из золей при их коагуляции образуются гели. При этом не происходит разделения фаз, переход золей в гель не является фазовым превращением. При образовании геля вся дисперсионная среда (например, вода в гидрозоле) прочно связывается поверхностью частиц дисперсной фазы в ячейках пространственной структуры геля. Гели способны обратимо восстанавливать свою пространственную структуру , но после высушивания наступает разрушение их структуры и они теряют эту способность.

Слайд 9

Гели состоят, по крайней мере, из двух компонентов, один из которых образует непрерывную трёхмерную макромолекулярную сетку, выступающую в роли каркаса, пустоты в которой заполнены низкомолекулярным растворителем — дисперсионной средой.

Слайд 10

Вещества, способные образовывать макромолекулярную структуру гелей, называются гелеобразователями . К ним относятся как неорганические ( диоксид кремния , оксид алюминия ), так и органические вещества и их смеси ( поливиниловый спирт , полиакриламид , желатина , агар-агар , пектиновые вещества ).

Слайд 11

Образование трёхмерного каркаса гидрогеля SiO 2

Слайд 12

Классификация гелей в зависимости от наполнителя:

Слайд 13

Удалением из лиогелей жидкой среды можно получить тонкопористые тела ( аэрогели или ксерогели ), в которых дисперсная фаза превращается в прочные адгезионные или фазовые ( когезионные ) пористые структуры. Таковы алюмогель и силикагель , получаемые высушиванием гидрогелей гидроксида алюминия и кремниевых кислот .

Слайд 1

Слайд 2

Синерезис

Слайд 3

Применение гелей. Гели широко используются для производства разнообразных косметических, лекарственных препаратов и продукции бытовой химии ( для ухода за волосами , для бритья, для наращивания ногтей и т. п.), а также для лабораторных исследований методом электрофореза и др.

Слайд 5

Синтетический гель Гель для бритья на основе полиэтиленгликоля

Слайд 7

Гелями могут заполняться анатомические имплантаты , применяемые в пластической хирургии . Твердые гели ( алюмогель , силикагель ) широко применяются как адсорбенты .

Слайд 8

В современном русском языке для описания структурированных дисперсных систем, состоящих из высокомолекулярных и низкомолекулярных компонентов, параллельно используются слова «гель» и « желе » (от лат. gelo через англ. gel и фр. gelée ), а также « студень » (русск.). По существу различий между ними нет, но: в химии термин «гели» применяется для характеристики необратимо разрушающихся структурированных дисперсных систем (дисперсная фаза состоит, как правило, из неорганических макромолекул); студнями именуют системы, характеризующиеся обратимостью процесса коагуляции.

Слайд 9

Также сложились следующие области применения терминов: «гель» — химия, химическая технология, косметические и бытовые средства; «желе» — в кулинарии сладкие фруктовые или ягодные студенистые блюда; «студень» — в кулинарии мясное или рыбное блюдо из охлажденного мясного (или рыбного) бульона с кусочками мяса (или рыбы).