Физическая и коллоидная химия (в общественном 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 питании) : учеб. пособие / С.В. Горбунцова, Э.А. Муллоярова,
Е.С. Оробейко, Е.В. Федоренко. – М. : АльфаМ :
ИНФРАМ, 2016. – 270 с. : ил. – (ПРОФИль).

ISBN 9785982810939 (АльфаМ)
ISBN 9785160027692 (ИНФРАМ, print)
ISBN 9785161048313 (ИНФРАМ, online)

В сжатом изложении даны темы «Агрегатные состояния вещества»,

«Основы химической термодинамики», «Растворы». Основное внимание уделено знакомству с химической кинетикой, поверхностными явлениями, адсорбцией, дисперсными системами, высокомолекулярными веществами, микрогетерогенными системами, коллоидными поверхностноактивными веществами, что обусловлено их важностью для
процессов пищевой промышленности. В качестве примеров приведены
описания различных пищевых производств.

Для студентов образовательных учреждений среднего профессионального образования, обучающихся по специальностям 19.02.10 «Технология продукции
общественного питания» и 19.02.03 «Технология

хлеба, кондитерских и макаронных изделий».

УДК 544(075)
ББК 24.5:24.6

© «АльфаМ»: «ИНФРАМ», 2015

Ф50

ISBN 9785982810939 (АльфаМ)
ISBN 9785160027692 (ИНФРАМ, print)
ISBN 9785161048313 (ИНФРАМ, online)

ВВЕДЕНИЕ

Первая общая химическая теория (теория флогистона) была создана немецким химиком Г.Э. Шталем (1659–1734).
Французский химик А.Л. Лавуазье заменил теорию флогистона более материалистической теорией теплорода (1789). Он установил
закон сохранения вещества; положил начало работам по термохимии; первым сконструировал калориметр для определения тепловых эффектов реакций. Хотя Лавуазье считал теплоту одним из химических элементов, результаты его термохимических исследований оказали большое влияние на развитие химической науки.

М.В. Ломоносов дал физической химии определение, близкое

к современному, и указал общее направление физикохимических исследований: «Физическая химия есть наука, объясняющая
на основании положений и опытов физики то, что происходит в
смешанных телах при химических операциях». В 1752 г. Ломоносов 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 дополнилась тремя разделами: химическая термодинамика, химическая кинетика и электрохимия.

Физическая химия исследует законы химических процессов,

успешно разрабатывает и применяет теоретические и экспериментальные методы для изучения законов протекания химических реакций во времени и законов химического равновесия.
Трудно назвать область науки и практики, где бы закономерности
физической химии не нашли применения и не получили развития. Так, разработка и внедрение принципиально новых видов
оборудования и прогрессивных технологий для общественного
питания самым тесным образом связаны с исследованием закономерностей физикохимических процессов, происходящих в аппаратах для переработки пищевых продуктов и в самих продуктах.
Физическая химия изучает связь между составом и свойствами веществ.

Химические процессы, протекающие в повседневной жизни,

на химическом производстве, в организме человека, сопровождаются различными физическими явлениями: выделяется или поглощается теплота; изменяются цвет, запах, объем; возникает
электрический ток и т.д. На химическую реакцию могут оказать
влияние и физические факторы – температура, давление, свет, радиация и т.п. Например, электрический ток возникает в гальванических 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 фотосинтеза). Все это указывает на тесную взаимосвязь физических и химических явлений. Физическая химия призвана установить эту
связь в ходе химических превращений.

В современной физической химии выделяются самостоятельные области науки – электрохимия, фотохимия, химическая кинетика. Теоретическая часть физической химии (законы, понятия)
позволяет понять сущность химических процессов, протекающих
при получении металлов и сплавов, пластмасс, химических волокон, лекарственных препаратов, неорганических веществ, пищевых 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 биохимические процессы, лежащие в основе многих пищевых производств,
подчиняются законам физической химии. На методах физической химии основано определение кислотности, влажности, содержания сахаров, жиров, белков и витаминов.

Основоположником коллоидной химии принято считать английского химика Т. Грэма, который разработал методы получения
и очистки коллоидных растворов. Коллоиды, по Грэму, – это вещества, которые почти лишены способности к диффузии и проникновению через полупроницаемые перепонки, а также к кристаллизации. При осторожном упаривании коллоидных растворов остается клееподобная масса. Поэтому Грэм назвал класс
таких веществ, как клей, желатин, гидроксид алюминия, кремниевая 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 раствор он назвал золем, а коллоидное вещество, выделенное из раствора в виде аморфного осадка, – гелем. Учение о коллоидах ранее
являлось лишь главой физической химии. Со временем коллоидная 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 свойства коллоидных растворов. Природные полимеры – белки, целлюлоза, крахмал, а также синтетические – полиэтилен, поливинилхлорид и др. имеют молекулы, которые по размерам соизмеримы
с коллоидными частицами.

Коллоидная химия изучает такие хорошо знакомые из повседневной жизни объекты, как почва, торф, глина, бактерии, споры,
активированный уголь, волокна, порошки, пыли, туманы. Для
производства многих пищевых продуктов применяют методы дробления, фильтрации и адсорбции. А большинство используемого в
пищевой промышленности сырья, полученных продуктов питания представляет собой или коллоидные системы, или высокомолекулярные 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 свойствами. Сырье, полуфабрикаты и готовая продукция пищевой промышленности представляют собой в основном коллоидные системы. Так, коллоиднохимические процессы лежат в основе производства масла, маргарина, молока, молочных изделий, муки,
теста, хлебопекарных изделий, вина, пива и т.п.

Технология приготовления пищи также основывается на коллоиднохимических процессах. Бльшая часть пищи человека находится 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 вредных веществ, т.е. представляют собой коллоидные системы.

8
Введение

Раздел 1

ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ