Серия «
ПРО Ф Иль»
основана в 2
0
0
5
 г.

Ф И З И Ч ЕС К А Я И  К О Л Л О И Д Н А Я Х И М И Я

в общ ественном питании

УДК 544(075)
ББК 24.5:24.6
Ф50

Р е ц е н з е н т ы:

Д.В. Мельникова, Б.Т. Репников

Физическая и коллоидная химия (в общественном пи
тании) : учебное пособие / С.В. Горбунцова, Э.А. Муллоя
рова, Е.С. Оробейко, Е.В. Федоренко. – М. : АльфаМ :
ИНФРАМ, 2011. – 270 с. : ил. – (ПРОФИль).

ISBN 9785982810939 (АльфаМ)
ISBN 9785160027692 (ИНФРАМ)

В сжатом изложении даны темы «Агрегатные состояния вещества»,
«Основы химической термодинамики», «Растворы». Основное внимание
уделено знакомству с химической кинетикой, поверхностными явления
ми, адсорбцией, дисперсными системами, высокомолекулярными веще
ствами, микрогетерогенными системами, коллоидными поверхност
ноактивными веществами, что обусловлено их важностью для процес
сов пищевой промышленности. Приведены примеры из различных
пищевых производств.
Для студентов ссузов, обучающихся по специальностям «Технология
продукции общественного питания» и «Технология хлеба, кондитерских
и макаронных изделий».

УДК 544(075)
ББК 24.5:24.6

© «АльфаМ»; «ИНФРАМ», 2011

Оформление художника М.Е. Зайцева
Художественный редактор А.В. Антипов
Компьютерная верстка А.В. Антипов
Корректор Ю.В. Жаркова

Подписано в печать 16.12.2010. Формат 6090/16. Бумага
типографская. Печать офсетная. Печ. л. 17,0. Усл. печ. л. 17,0.
Уч.изд. л. 16,56. Тираж 1000 экз. Заказ №

Ф50

ISBN 9785982810939 (АльфаМ)
ISBN 9785160027692 (ИНФРАМ)

ВВЕДЕНИЕ

Первая общая химическая теория (теория флоги
стона) была создана немецким химиком Г.Э. Шталем (1659–1734).
Французский химик А.Л. Лавуазье заменил теорию флогистона бо
лее материалистической теорией теплорода (1789). Он установил
закон сохранения вещества; положил начало работам по термохи
мии; первым сконструировал калориметр для определения тепло
вых эффектов реакций. Хотя Лавуазье считал теплоту одним из хи
мических элементов, результаты его термохимических исследова
ний оказали большое влияние на развитие химической науки.
М.В. Ломоносов дал физической химии определение, близкое
к современному, и указал общее направление физикохимиче
ских исследований: «Физическая химия есть наука, объясняющая
на основании положений и опытов физики то, что происходит в
смешанных телах при химических операциях». В 1752 г. Ломоно
сов написал «Введение в истинную физическую химию» и читал
лекции по этому предмету в Петербургской академии наук.
Физическая химия как наука и как предмет оформилась во
второй половине ХIХ в., а к концу ХIХ в. физическая химия до
полнилась тремя разделами: химическая термодинамика, химиче
ская кинетика и электрохимия.
Физическая химия исследует законы химических процессов,
успешно разрабатывает и применяет теоретические и экспери
ментальные методы для изучения законов протекания химиче
ских реакций во времени и законов химического равновесия.
Трудно назвать область науки и практики, где бы закономерности
физической химии не нашли применения и не получили разви
тия. Так, разработка и внедрение принципиально новых видов
оборудования и прогрессивных технологий для общественного
питания самым тесным образом связаны с исследованием законо
мерностей физикохимических процессов, происходящих в аппа
ратах для переработки пищевых продуктов и в самих продуктах.
Физическая химия изучает связь между составом и свойствами ве
ществ.

Химические процессы, протекающие в повседневной жизни,
на химическом производстве, в организме человека, сопровожда
ются различными физическими явлениями: выделяется или по
глощается теплота; изменяются цвет, запах, объем; возникает
электрический ток и т.д. На химическую реакцию могут оказать
влияние и физические факторы – температура, давление, свет, ра
диация и т.п. Например, электрический ток возникает в гальвани
ческих элементах за счет химических превращений. Горение свечи,
дров или природного газа сопровождается выделением теплоты и
света. Под действием электрического тока протекают реакции
электролиза. Свет инициирует многие превращения. Так, из воды
и диоксида углерода синтезируются углеводы (процесс фотосин
теза). Все это указывает на тесную взаимосвязь физических и хи
мических явлений. Физическая химия призвана установить эту
связь в ходе химических превращений.
В современной физической химии выделяются самостоятель
ные области науки – электрохимия, фотохимия, химическая кине
тика. Теоретическая часть физической химии (законы, понятия)
позволяет понять сущность химических процессов, протекающих
при получении металлов и сплавов, пластмасс, химических воло
кон, лекарственных препаратов, неорганических веществ, пище
вых продуктов, и сориентировать их на более благоприятные
условия проведения.
В различных отраслях пищевой промышленности широко
распространены выпаривание, сепарация, дистилляция, сушка,
экстрагирование, кристаллизация и растворение. Все биохимиче
ские процессы, лежащие в основе многих пищевых производств,
подчиняются законам физической химии. На методах физиче
ской химии основано определение кислотности, влажности, со
держания сахаров, жиров, белков и витаминов.
Основоположником коллоидной химии принято считать анг
лийского химика Т. Грэма, который разработал методы получения
и очистки коллоидных растворов. Коллоиды, по Грэму, – это ве
щества, которые почти лишены способности к диффузии и про
никновению через полупроницаемые перепонки, а также к кри
сталлизации. При осторожном упаривании коллоидных раство
ров остается клееподобная масса. Поэтому Грэм назвал класс
таких веществ, как клей, желатин, гидроксид алюминия, крем
ниевая кислота и им подобные, коллоидами (от греч. colla – клей,

6
Введение

eidos – подобный). Отсюда и получила свое название коллоидная
химия. Грэм предложил коллоиднохимическую терминологию,
которая используется и в настоящее время. Так, коллоидный рас
твор он назвал золем, а коллоидное вещество, выделенное из рас
твора в виде аморфного осадка, – гелем. Учение о коллоидах ранее
являлось лишь главой физической химии. Со временем коллоид
ная химия выделилась в самостоятельную науку.
Коллоидная химия – один из разделов физической химии,
изучающий физикохимические свойства систем, в которых одно
вещество в виде отдельных частиц с размерами от 10–7 до 10–3 см
распределено в другом веществе. Такие системы характеризуются
большой суммарной поверхностью, что определяет особые свой
ства коллоидных растворов. Природные полимеры – белки, цел
люлоза, крахмал, а также синтетические – полиэтилен, поливи
нилхлорид и др. имеют молекулы, которые по размерам соизмеримы
с коллоидными частицами.
Коллоидная химия изучает такие хорошо знакомые из повсе
дневной жизни объекты, как почва, торф, глина, бактерии, споры,
активированный уголь, волокна, порошки, пыли, туманы. Для
производства многих пищевых продуктов применяют методы дроб
ления, фильтрации и адсорбции. А большинство используемого в
пищевой промышленности сырья, полученных продуктов пита
ния представляет собой или коллоидные системы, или высокомо
лекулярные вещества.
Коллоидные растворы – это гетерогенные системы, в которых
коллоидные частицы имеют высокую степень раздробленности.
Отсюда следует, что их общая поверхность огромна, а поэтому
коллоиды обладают высокой адсорбционной (поглотительной)
способностью. Коллоиды способны к набуханию, при этом они
увеличиваются в объеме, например крахмал. Знание коллоидной
химии позволяет создать материалы с заранее заданными свойст
вами. Сырье, полуфабрикаты и готовая продукция пищевой про
мышленности представляют собой в основном коллоидные сис
темы. Так, коллоиднохимические процессы лежат в основе про
изводства масла, маргарина, молока, молочных изделий, муки,
теста, хлебопекарных изделий, вина, пива и т.п.
Технология приготовления пищи также основывается на кол
лоиднохимических процессах. Бльшая часть пищи человека на
ходится в коллоидном состоянии, следовательно, кулинарные

Введение
7

процессы имеют коллоиднохимический характер: образование
пищевых студней (киселей, желе и проч.); осветление бульонов,
основанное на явлении адсорбции и свертывания (коагуляции –
характерном свойстве коллоидов); взбивание сливок и белков,
связанное с образованием коллоидных систем – пен; получение
соусов – эмульсий (коллоидов) и т.п.
На законах физической и коллоидной химии основываются
методы разрушения загрязнителей окружающей среды: сточных
вод, пыли, дыма, так как они содержат взвешенные частицы вред
ных веществ, т.е. представляют собой коллоидные системы.

8
Введение

Раздел 1

ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

АГРЕГАТНЫЕ СОСТОЯНИЯ.
ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ГАЗОВ,
ЖИДКОСТЕЙ И ТВЕРДЫХ ТЕЛ

1.1. Основные агрегатные состояния

В зависимости от внешних условий (температуры
и давления) вещество может находиться в различных состояни
ях – плазменном, газообразном, жидком, твердом и сверхсжатом.
В трех из них – газообразном, жидком и твердом – сохраняется
атомномолекулярный состав вещества, что особенно важно для
химических превращений. Эти три состояния называются агре
гатными. Переход вещества из одного агрегатного состояния в
другое, называемый фазовым переходом, сопровождается измене
нием энергии системы – поглощением теплоты при плавлении,
испарении и сублимации и выделением теплоты при кристаллиза
ции и конденсации.
Твердое и жидкое состояния называют конденсированными со
стояниями вещества. Переход из твердого состояния в жидкое тре
бует меньше затрат энергии, чем переход из жидкого состояния в
газообразное. Соответственно теплота плавления всегда меньше
теплоты испарения.
Большинство веществ при определенных температуре и давле
нии может одновременно находиться в жидком, твердом и паро
образном состояниях, например вода–лед–пар. Некоторые веще
ства, например нафталин, йод, мышьяк при давлении 1 атм, пере
ходят из твердого состояния непосредственно в пар. Крахмал,
белки нельзя получить в парообразном состоянии.
Возможность существования вещества при данных условиях в
том или ином агрегатном состоянии зависит от строения элек
тронных оболочек составляющих его частиц (атомов, молекул или
ионов) и степени их взаимодействия.