Лабораторна робота № 13 визначеня зв`язаної води індикаторним рефрактометричним методом

Мета роботи – ознайомлення з методикою визначення кількості води, що зв`язується гідрофільними ВМС.

Теоретичні відомості

Зв`язаною вважається вода, розташована на межі поділу фаз і приєднана до макромолекул ВМС за механізмом водневого зв’язку. Гідрофільними називають ВМС, що утворюють водневий зв`язок з водою. З усіх видів міжмолекулярної взаємодії Н-зв`язок є найміцнішим і його енергія досягає 20–30 кДж/моль води. Тому властивості води, зв`язаної ВМС, відрізняються від властивостей вільної води.

Властивості колоїдних систем в значній мірі залежать від вмісту в ньому зв’язаної та вільної води, тобто від наявних форм зв’язку води з полімерами. Вода має різні види зв’язку із високомолекулярними речовинами: від самого міцного, обумовленого молекулярними силами, до чисто механічного утримання вологи на поверхні дисперсних частинок.

Зв’язана вода має наступні відмінні властивості. Вона замерзає при більш низьких температурах, які можуть досягати –15–20 ⁰С. Густина і в’язкість зв’язаної води більші, ніж у вільної води, а діелектрична проникність – менша. Зв’язана вода не може бути розчинником для інших речовин.

Особливою властивістю зв’язаної води є її дуже слабка рухливість, що обумовлює здатність набухлих білкових драглів зберігати форму.

Кількість зв’язаної води визначається гідрофільністю ВМС.

Гідрофільність – це кількість зв’язаної води, що припадає на 100г абсолютно сухої речовини ВМС.

Чим вища спорідненість макромолекули ВМС до води, тим вища їх гідрофільність і тим більше зв’язаної води містить ВМС. Так, в желатині кількість зв’язаної води у два рази вище маси сухої речовини, а в агар-агарі – в чотири рази.

Методи визначення кількості зв`язаної води базуються на використанні її властивостей. Зв`язану воду визначають за теплотою змочування ВМС, за густиною зв`язаної води, за діелектричною проникністю, за зниженням температури замерзання, за властивістю зв’язаної води не бути розчинником для інших речовин.

Найбільш розповсюдженим методом визначення зв’язаної води є індикаторно-рефрактометричний. Суть цього методу полягає в тому, що вода, зв`язана гідрофільними ВМС, не є розчинником для інших речовин. Якщо в розчин цукрози концентрацією С₀ внести наважку сухого крохмалю, концентрація розчину підвищиться до концентрації С_р внаслідок вибіркової адсорбції крохмалю до води. Отже, розчин цукрози показує (індукує) на цю вибірковість. Речовину – ”індикатор” підбирають таким чином, щоб вона слабко взаємодіяла з ВМС.

Початкову і рівноважну концентрації “індикатора” цукру визначають рефрактометром.

Якщо в наважці повітряно-сухого крохмалю m з вологістю А % міститься вода в кількості , г, то у разі занурення наважки в розчин цукрози відбувається додаткове зволоження крохмалю. Маса води, що її вбирає наважка крохмалю з розчину індикатора, становить , г, де В – маса розчину цукрози, доданої до наважки крохмалю. Загальна кількість води х, зв`язаної наважкою крохмалю,

. (13.1)

Мірою гідрофільності називають кількість зв’язаної води, що припадає на одиницю маси абсолютно сухої речовини. Якщо маса сухої речовини, г, n у взятій наважці

, (13.2)

то гідрофільність W, виражена у відсотках до наважки сухої речовини,

(13.3)