1.3 Експериментальні методи дослідження будови речовин

Якість харчової продукції значною мірою залежить від вмісту, стану і будови поживних речовин, що входять до її складу. Властивості, склад і будову речовин, а також їх сумішей і розчинів, визначають експериментальними фізико-хімічними методами, яких на цей час існує декілька десятків. Найбільше практичне значення знайшли такі групи методів:

– спектральні (емісійна і атомно-адсорбційна спектроскопія, мас-спектрометрія, фотометрія полум’я, ядерний магнітний резонанс та ін.);

– оптичні (рефрактометричний, поляриметричний, нефелометричний, фотоколориметричний, а також різноманітні мікроскопічні методи та ін.);

–електрохімічні (потенціометричний, кулонометричний, а також кондуктометрія, полярографія, вольтамперометрія та ін.);

– хроматографічні (газоадсорбційна і газорідинна хроматографія, тонкошарова і паперова хроматографія, іонообмінна хроматографія та ін.).

Спектральні методи ґрунтуються на взаємодії електромагнітного випромінювання з аналізованою речовиною. Так, емісійна спектроскопія базується на дослідженні спектрів випромінювання, які називають спектрами випускання. Спектри випускання виникають при збудженні атомів речовини під дією високої температури. При передачі високої енергії атомам у них відбувається переміщення електронів на незаповнені, віддалені від ядер енергетичні рівні. Збуджений атом миттєво віддає надлишкову енергію і повертається в незбуджений стан. Енергія, що виділяється при цьому у вигляді кванту світла, спостерігається як спектральна лінія з певною довжиною хвилі. Число спектральних ліній визначається будовою електронних рівнів атомів. Спектр – це набір довжин хвиль, розташованих у певній послідовності (рис.1.1). Він є чіткою характеристикою конкретного елементу. Інтенсивність спектральних ліній залежить від кількості атомів, що беруть участь в здійсненні енергетичних переходів. Спектральний аналіз дозволяє ідентифікувати атоми, що входять до складу досліджуваної речовини та визначати їх вміст у речовині.

Рисунок 1.1 – Одна з серій спектру Гідрогену

Зоптичних методів для точного визначення будови або хімічного складу речовин часто застосовуютьрефрактометричний метод, який ґрунтується на вимірюванні показників заломлення. Показник заломлення – це величина, що характеризує зміну напрямку руху променів світла на межі поділу двох середовищ з різною оптичною густиною. Чисельно показник заломлення дорівнює відношенню синуса кута падіння  до синуса кута заломлення  (рис. 1.2). Показники заломлення вимірюють за допомогою рефрактометрів.

Рисунок 1.2 – Явище заломлення променів світла

Оптична поляризація (зміщення) електронів під дією променів видимого світла називається рефракцією. Залежність між рефракцією речовини та її показником заломлення характеризується рівнянням Лоренца–Лорентца:

, (1.1)

де R – мольна рефракція, см³/моль; n – показник заломлення; ρ – густина (г/см³); М – молярна маса речовини (г/моль).

Величини мольної рефракції визначаються хімічною природою і будовою речовин. Рефракція молекул є сумою рефракцій окремих атомів та зв’язків, що входять до її складу. Її можна розрахувати за формулою:

, (1.2)

де R_ат – рефракція атомів; R_зв – рефракція зв'язків (подвійних або потрійних); R_цик – рефракція циклів; n – відповідне число атомів, зв'язків і циклів у молекулі.

Значення рефракцій атомів містяться в довідниках фізико-хімічних величин. Збіг значень рефракцій, що були одержані за формулами 1.1 та 1.2, однозначно свідчить про точність складу і правильність структурної формули досліджуваної речовини.

Загальна характеристика електрохімічних та хроматографічних методів дослідження надається у відповідних розділах даного курсу.

Лекція № 2. Перший закон термодинаміки

План лекції

1. Основні поняття хімічної термодинаміки.

2. Перший закон термодинаміки.

3. Термохімія. Закон Гесса. Рівняння Кірхгофа.

4. Калориметрія. Визначення калорійності харчових продуктів.

Рекомендована література: [1] С.7-14, [2] С.24-31, [3] С.175-201, [4] С.5-18.