Обучение студентов направления «Технология пищевых продуктов» по результатам исследований состава воды

АННОТАЦИЯ

В данной статье представлена информация о свойствах питьевой воды и методах определения состава питьевой воды, импортируемой из разных регионов региона, а также о жесткости воды и способах смягчения жесткой воды на практических и лабораторных занятиях студентам специальности «Технология пищевых продуктов».

ABSTRACT

This article provides information on the properties of drinking water and methods for determining the composition of drinking water imported from different regions of the region, as well as on the hardness of water and ways to soften hard water in practical and laboratory classes for students of the specialty "Food Technology"

Ключевые слова: временная, постоянная и общая жесткость воды, кальций и магний, хлорид, сульфат, карбонат-ионы, мягкая вода и методы смягчения воды.

Keywords: temporary, permanent and general water hardness, calcium and magnesium, chloride, sulfate, carbonate ions, soft water and water softening methods.

Актуальность: На аудиторных занятиях научить студентов, изучающих химию, к требованиям питьевой воды и их уровню пригодности к употреблению на основе результатов научных экспериментов является важной задачей.

Введение. Курс «Химия», который преподается в технических вузах, является одной из общепрофессиональных дисциплин, которая служит для развития будущих инженеров и технологов пищевых продуктов в конкурентоспособную во всех отношениях кадров.

Сосредоточение дидактического потенциала этого предмета на содержании и деятельности будущих профессий студентов служит успешному выполнению этой задачи.

Помимо изучения химических свойств многих неорганических и органических веществ, как это определено в программе курса химии, в процессе изучения курса студентам важно обращать внимание на требования к свойствам и качеству воды, то есть  использование и состав воды на лабораторных занятиях и технических процессах для будущих «Инженеров технологов пищевой технологии» имеет большое значение.

Вода - обычное и необычное вещество. Известный академик И.В. Петриянов в своей популярной книге о воде назвал воду самым чудесным веществом в мире. На Земле нет вещества более важного для нас, чем обычная вода, и в ее свойствах столько же противоречивых аномалий, которых нет у других веществ.

Три четверти поверхности планеты покрыто океанами и морями, а 20% суши покрыто жесткой водой - снегом и льдом. Климат планеты зависит от воды. По мнению геофизиков, если бы не было воды, земля остыла бы и превратилась в безжизненный кусок камня.

Причина, по которой мы называем воду жизненно важным веществом, заключается в том, что 63-68% человеческого тела состоит из воды. Почти все биохимические реакции каждой живой клетки - это реакции, протекающие в водных растворах. При водопотреблении растворитель выступает сырьем и энергоносителем для реализации технологических процессов. Учитывая, что вода является очень важным веществом в повседневной жизни, внимание также уделяется физическим свойствам воды.

Наиболее важными свойствами воды являются ее плотность, температура, цвет, прозрачность (пригодность), вкус и запах.

Температура воды зависит от температуры окружающей среды, скорости движения воды и других факторов. Мутность воды измеряется в мг/дм³ и определяется наличием взвешенных частиц в воде. Химические свойства воды определяются реакционной активностью, жесткостью, окислением и составом растворенных солей.

Научные исследования.

На лабораторных занятиях с помощью специального спектрофотометра определялось содержание воды привезенных из разных регионов и определены значения  нормального уровня на 1 литр воды.

Таблица 1.

Результаты

На основании описанных выше экспериментов со студентами изучали уровень питьевой воды в регионах по норме.

Результаты показывают, что в некоторых регионах жесткость воды относительно высока. Поэтому при использовании питьевой воды в этих регионах для технических целей важно с научной точки зрения обратить внимание на способы их смягчения.

Жесткость воды обусловлена ​​растворением в ней различных солей, особенно солей, содержащих ионы кальция и магния. Жесткость воды - это количество солей кальция/магния, растворенных в 1 литре (1000 мл) воды, и рассчитывается следующим образом.

Жесткость [Са⁺²] +[Мg⁺²]=mCa⁺² +m Mg⁺²   ( гр/экв).

Есть три типа жесткости воды:

1. Временная

2. Постоянная

3. Общая

Временная жесткость вызывается солями, растворенными в воде, и поэтому называется карбонатной жесткостью. Воду с временной жесткостью можно смягчить.

Постоянная жесткость – вызвано растворенными солями в воде. Эта твердость не исчезает при кипячении.

Общая жесткость - это сумма постоянной и временной жесткостей.

Жесткость 4-7 мг/экв (до 40-70) называется мягкой водой. Такая вода пригодна для употребления. К этой воде можно отнести питьевые воды, воды некоторых рек и озер.

Если  жесткость составляет 0-4 мг/экв*л, она называется очень мягкой водой.

Вода с жесткостью 7-14 мг/экв* л - самая жесткая вода

Способы смягчения воды.

1. Кипечение;

2. Используется метод смягчения воды путем добавления в воду соды или золи.

Во время кипечения карбонаты находящиеся в составе воды отделяются в виде осадка. Мы можем видеть белые твердые отложения карбоната кальция и магния в виде остатков в контейнерах с водой используемых в быту:

Ca(HCO₃)₂     →    ↓CaCO₃  +  H₂O+CO₂

Mg(HCO₃)₂  →      ↓MgCO₃ +  H₂O +CO₂

При добавлении соды в жесткую воду количество ионов в воде уменьшаются в результате осаждения карбонатов в воде;

1. Ca(HCO₃)₂ + Na₂CO₃ → ↓CaCO₃ + ↓2NaHCO₃

2. Mg(HCO₃)₂ + Na₂CO₃ →↓MgCO₃ +  ↓2NaHCO₃

При содовом методе жесткость воды снижается на 0,5-0,08 мг*экв/л.

Другой способ смягчить воду - это добавить щелочь в жесткую воду, мы также можем увидеть отложение ионов, которые вызывают жесткость воды;

Me (НСО₃)₂+ 2ОН^- →  MeCО₃↓+2H₂О

3. Также можно смягчить воду осаждением ионов путем фосфатирования;

Добавляются соли NaHPO₄ , K₂HPO_{4 ,}NaH₂PO₄ ёки _,KH₂PO_{4 ,}Na₃PO_{4 ,} K₃PO₄;

3Me⁺² + 2H₂PO₄^-2 → Me₃(PO₄)₂ ↓+4H⁺

3Ca⁺³ + 2H₂PO₄^-2→ Me₃(PO₄)₂ ↓+4H⁺  

3Mg⁺² + 2H₂PO₄^-3 → Me₃PO₄↓   +  4Н⁺

Этим способом твердость уменьша ется до 0,1-0,09 мг*экв/л.

При этом методе содержание твердых веществ снижается до 0,1-0,09 мг * экв / л. Из вышеизложенного видно, что получение воды, пригодной для потребления и промышленных нужд, связано с экологическими и экономическими требованиями, которые требуют больших трудовых и финансовых ресурсов.[10]  Поэтому в любом производственном процессе и быту необходимо экономно расходовать воду.  

Задачи и их решения. Чтобы закрепить теоретические знания на занятиях, мы хотели бы показать студентам в качестве примера, как найти расчет жесткости воды с использованием математических значений.[8]

Задача 1.  Вычислите временную жесткость воды, зная, что 300 литров воды содержат 43,8 грамма Mg(HCO₃)₂.

В составе 1 литра воды  Mg(HCO₃)₂ составляет      гр/экв или 2 мг /экв.

1. Жесткость воды, содержащей только гидрокарбонат кальция, составляет 2 мг/экв. Подсчитайте, сколько граммов гидрокарбоната кальция в 100 литрах этой воды.

Если жесткость 1 литра воды составляет 2 мг/экв, жесткость 100 литров воды составляет 200 мг / экв или 16,2 г вещества согласно точному расчету 200 * 81 = 16200 мг.

Мы пришли к выводу, что потребление жесткой воды не оказывает негативного воздействия на организмы, но биологически обосновано что высокая жесткость воды влияет на солевой обмен в организме.

По техническим показателям это вызывает ряд проблем.

Поэтому, употребляя любую воду, обязательно ее рекомендуется кипятить. Научно доказано, что осаждение различных ионов кипячение воды превращает её в чистую дистиллированную воду.

Список литературы:

1. Водоснабжение и канализация Н.Абдуганиев, С.Турсунов, стр. 29-32.
2. Химия. М.М.Абдулхаева, У.М.Мардонов, стр. 250-255.
3. Кунце В «Технология солода и пиво». Изд. Профессия 2002.
4. Қаюмова Л.Х «Озиқ-овқат хомашёси махсулотлари анализи» Тошкент “Ўзбекистон” – 1997 й 121-128б.
5. Назаров И.Н, Гинзбург.А.С «Общая технология пищевых производств». Москва 1981 г.
6.  Ферман Д.Л. Биоxимия. Москва: Висшая школа, 1962.
7. Шевелева С.А, Пробиотики, пребиотики и пробиотические продукти. Современное состояние вопроса Вопроси питания, 1999, № 2- С. 32-39.
8. Хайдаров А. А., Абдуллаева М. А. МАТЕМАТИЧЕСКИЙ ПОДХОД К РЕШЕНИЯМ ЗАДАЧ НА ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЯХ ПО ХИМИИ //Universum: психология и образование. – 2020. – №. 7 (73).
9. Шевченко В.В. Товароведение и экспертиза потребителскиx товаров: учеб пособие - М.: ИНФРА-М, 2007
10. Нишонов М. и др. Инновационный подход к обучению курса «химия» в направлении «технология пищевых продуктов» //Universum: технические науки. – 2019. – №. 12-2 (69).