Значение изучения среды раствора при профессиональной подготовке студентов направления «Пищевая технология»

АННОТАЦИЯ

В данной статье описываются математические методы определения рН растворов образованной химическими веществами и важность среды при приготовлении пищи.

ABSTRACT

This article describes mathematical methods for determining the pH of solutions formed by chemicals and the importance of the environment in food preparation.

Ключевые слова: раствор, среда, безопасность пищевых продуктов, растворимость, ионный множитель, водородный показатель, кислотность, щелочность.

Keywords: solution, environment, food safety, solubility, ionic factor, pH, acidity, alkalinity.

Актуальность. Сегодня, когда продовольственная безопасность становится глобальной проблемой, ее рН среда является важным фактором в обеспечении качества продуктов питания, и имеет большое значение научить студентов определять среду пищевых продуктов для их профессиональной деятельности [1].

Курс «Химия», который преподается в технических вузах, является одной из общепрофессиональных дисциплин, которая служит для развития будущих конкурентоспособных инженеров и технологов пищевых продуктов. Дидактический потенциал направляет студентов к содержанию этого предмета и деятельности будущих профессий для успешного выполнения этой задачи. Программа курса химии помимо изучения химических свойств многих неорганических и органических веществ [2], также этот предмет предназначен для изучения определения среды растворов, образованных из химических веществ.

Для студентов направления «Технология пищевых продуктов» умение определения среды растворов играет важную роль в производстве качественных пищевых продуктов, развитии профессиональных навыков, а также в решении вопросов безопасности пищевых продуктов.

Поэтому в рамках изучениях курса «Общая и неорганическая химия», преподаваемого в технических вузах, студенты «Технологии пищевых продуктов» изучают эффективные лабораторные и практические методы определения среды  и концентрации Н⁺  и ОН^- ионов (моль / л) в растворах, развивая навыки и компетенции.

Раствор - это однородная гомогенная система, образованная растворением вещества в воде или в другом растворителе. Раствор имеет следующие параметры:

1. Концентрация;

2. Плотность (г/мл);

3. Обёъм (мл);

4. Давление;

5. Растворимость;

6. Температура кипения и замерзания.

Концентрация Н⁺ и ОН^-ионов определяет рН среду раствора.

В результате растворения вещества в воде молекулы растворенного вещества взаимодействуют с молекулами растворителя, при этом изменяется концентрация ионов Н⁺ и OН^-в молекуле растворителя. Также в свою очередь, среда раствора меняется. В зависимости от концентрации ионов Н⁺ и OН, среда раствора бывает трех типов:

1.Кислотный(рН<7)

2.Щелочная (рН>7)

3.Нейтральная(рН=7)

Основные вопросы исследования:

Пресная вода частично проводит электричество. Электропроводность воды составляет 3,83 * 10^-8 Ом^-1 см^-1 Это указывает на наличие свободных ионов в воде. Итак, вода - слабый электролит. Таким образом, вода диссоциирует хотя и в небольших количествах на ионы Н⁺  и OН^-:

[Н2О]<->[H+]+[OH-]

Степень диссоциации, определенная на основе электропроводности воды, составляет 1,8 * 10^-9.

Поскольку вода - очень слабый электролит, ее константу равновесия можно рассчитать:

К = Сα²= 55,56*(1,8*10^-9)²= 1,8*10^-16

где 55,56 )г-моль

Поскольку диссоциирует только небольшая часть воды, предполагается, что ее концентрация постоянна и умножена на ее константу равновесия, что приводит к умножению ионов Н⁺  и OН^-:

Сн⁺ * Сон^-= К _вода = 55,56* 1,8*10^-16= 1,4*10^-14

Поскольку по одному иону Н⁺ и OН⁺ образуется из каждой молекулы воды, количество ионов Н⁺ и OН^- равно в чистой воде и нейтральных растворах. Следовательно:

Сн⁺ * Сон^-=

Концентрация ионов Н⁺ в растворе (моль / л) определяет среду раствора, общее количество выражается в единицах водорода (pH).

Научные исследования:

В век современных технологий разработано множество современных электронных устройств, которые определяет среду раствора очень легко. Следующие результаты значений рН были получены путем определения  некоторых известных растворов с помощью  специальных электронных устройств:

- pH =1,7 в желудочном соке (сильно кислая среда),

-рН =6 в дождевой воде (слабокислой),

- pH =7,5 водопроводной воды (слабощелочная среда),

-pH =7,4 в крови (слабощелочная),

-pH =6,9 в слюне (слабокислый),

- pH =7в слезах (нейтральный).

В различных явлениях и процессах в природе и  в технике - роль pH очень велика. Большинство реакции производственных процессов в химической, пищевой, текстильной и других отраслях промышленности происходят только в определенных  средах. Определенная реакция почвенного раствора так же необходима для нормального роста сельскохозяйственных культур и получения высоких урожаев.[1]. В зависимости от значения pH почвенного раствора почва делится на несколько групп:

-сильно кислый pH (3-4);

-кислотный рН(4-5);

-слабокислый pH (5-6);

-нейтральный рН( 7);

-слабый щелочной pH (7-8);

-сильный щелочной pH (8-9);

Однако при преподавании курса «Химия» на практических занятиях определение среды раствора по математическим значениям имеет большое значение для закрепления теоретических знаний. Так студент понимает содержание и суть знаний о среде раствора. Практически определяя концентрацию ионов Н⁺ в растворе (моль / л)  мы находим среду раствора. [3-2].Среда раствора выражается в единицах pH (pH - единица концентрации ионов Н⁺  моль / л в растворе).

Задачиы и пути их решения:

1-пример. За счет добавления щелочи в чистую воду концентрация ОН^-ионов в растворе (моль / л) была увеличена до 1*10^-6. Определите концентрацию ионов Н⁺ в растворе.

[Н₂О] ↔ [Н⁺] + [ОН^-]

=моль/л

рН = 8

следовательно, среда полученного раствора имеет слабощелочную среду.

2-Пример. Концентрация ионов водорода в водном растворе кислоты составляет 2*10^-5г-ион / л. Найдите концентрацию гидроксид-ионов. Из ионного продукта воды мы находим концентрацию OН^- ионов (моль / л):

С = моль/л

Отсюда рассчитываем концентрацию Н⁺ионов (моль / л):

Смоль/л

Очень неудобно характеризовать степень кислотности или щелочности раствора маленькими цифрами со знаком минус.

Реакционная среда обычно представляет собой отрицательный десятичный логарифм который показывает концентрации ионов водорода и поэтому находится водородный показатель. При этом десятичный логарифм числа на уровне не получается, определяется только логарифм оснований. Логарифмические значения числа экспоненты вычисляются вычитанием:

рН = -lg [H⁺] = 5 –lg ₂ = 5 – 0,3 = 4,7

следовательно, мы можем узнать, что среда раствора кислая.

Давайте посмотрим ещё один другой пример.

3-Пример. Если концентрация гидроксильных ионов (моль / л) в томатном соке равна 1 *10^-10, определите среду этого томатного сока (pH).

[Н₂О] ↔ [Н⁺]+ [ОН^-]

[Н₂О] =

[ОН^-] =

[Н⁺]  = X

[Н⁺] =  = 1* моль/л

Из этого можно  увидеть, что pH = 4 это означает, что среда томатного сока является слабокислой.

Выводы и предложения:

Среда каждого пищевого (химического) продукта имеет свои особенности.[5]. В то время как глобальная проблема отсутствия продовольственной безопасности нарастает из-за стремительного роста населения, для современных людей обеспечение того, чтобы еда была качественной и вкусной, является одной из важнейших задач. [5]. 

Пренебрежение средой при приготовлении одного лишь сока может не только привести к низкому качеству продукта, но и привести к очень большим экономическим потерям. И наоборот, если будущие инженеры-технологи будут сформированы как квалифицированные профессионалы в процессе обучения, для такой проблемы не будет места. 

При этом следует учитывать, что на уровень пригодности, получившийся продукта, стоит обратить внимание не только специалисту, но и каждому потребителю. Для будущих профессионалов важно понимать, что среда, в которой производятся пищевые продукты, находится в пределах установленных норм, что в этой среде не развиваются микроорганизмы, и что качество этих продуктов одинаковое и позволяет им сохранять свои свойства. Не секрет, что употребление испорченных продуктов вызывает различные инфекционные заболевания. 

Однако одной из важнейших задач является поддержание экологичности выпускаемой продукции в установленном государственном стандарте.

Список литературы:

1. Абсарова Д. К. и др. Каталитическая полимеризация фурано-эпоксидных олигомеров //Главный редактор: Ахметов Сайранбек Махсутович, д-р техн. наук; Заместитель главного редактора: Ахмеднабиев Расул Магомедович, канд. техн. наук; Члены редакционной коллегии. – 2019. – С. 51.
2. Бейтс Р. Определение рН: Теория и практика. Л.: Химия, 1972. 398 с.
3. Кузнецов В. В. Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва. Соросовский образовательный журнал, Том 7, №4, 2001
4. Номенклатурные правила ИЮПАК по химии. М.: ВИНИТИ, 1979. Т. 1, п/т. 2: Рекомендации по терминологии и обозначениям аналитической химии. 660 с.
5. Подлепецкий Б.И., Фоменко С.В., Шальнов А.В. Исследование микроэлектродных первичных преобразователей концентрации ионов водорода. Препр. МИФИ. М., 1986.
6. Хамракулова М. Х. и др. Использование газохроматографического метода для контроля качества мяса курицы //Universum: технические науки. – 2019. – №. 12-2 (69).
7. Marcus Y. Single Ion Gibbs Free Energies of Transfer from Water to Organic and Mixed Solvents // Rev. Anal. Chem. 1980. Vol. 5, № 1/2. P. 53–137.