Процесс замораживания тканей – это прежде всего замерзание тканевой жидкости, т.е. раствора небольшой концентрации. Поскольку в воде продукта растворены минеральные и органические вещества, фазовое превращение начинается при отводе теплоты в момент нарушения состояния переохлаждения. При этом понижение температуры сопровождается соответствующим изменением концентрации жидкого раствора.
Криоскопическая температура – температура начала льдообразования. Она зависит от конц. раствора, степени диссоциации растворенных веществ и свойств растворения. Для продуктов животн. происхождения она ниже 0°С: мясного сока -1. -1,5°С, крови -0,55. -0,56°С, яичного белка -0,45 °С, яичного желтка -0,65 °С.
При замораживании разбавленных растворов вначале вымерзает чистая вода.
Количество воды в мясе убойных животных составляет 53-75%, а в рыбе — 55-80%. Пo существующей классификации в пищевых продуктах различают связанную (гидратационную) и свободную воду. Содержание связанной воды почти постоянно и составляет около 10% ее общего количества в продукте. Дипольные час-тицы воды посредством адсорбции прочно связаны c ионами и полимерными группами белков. При замораживании продуктов связанная вода не участвует в фазовых превращениях.
Что такое жидкие кристаллы и как из них делают экраны?
Свободная вода находится в межклеточном пространстве продукта и является растворителем минеральных веществ. При температуре ниже кpиоскопической она превращается в лед. Пo мере вымораживания свободной воды увеличивается концентрация солей в незамерзшем межклеточном растворе, что приводит к смещению криоскопической температуры в область более низких температур. При этом вымораживание воды происходит постепенно, с повышением концентрации оставшегося раствора. При достижении концентрации, определенной для данного раствора (тканевого сока), он застывает в сплошную твердую массу, назы-ваемую эвтектикой; температура ее образования называется эвтектической.
В холодильной технологии воду, перешедшую в твердое состояние, принято называть вымороженной.
Количество вымороженной воды ? опр. отношением влаги, превращенной в лед, к общему ее количеству:
где Gл, Gв — количество соответственно льда и влаги при данной температуре, доли единицы.
Экспериментально установлено, что примерно З/4 воды, содержащейся в мясе, птице, рыбе и яйцах, и до половины в картофеле вымораживается при температуре до -4°С. Считается, что полное вымораживание свободной воды продовольственных продуктов происходит при снижении их температуры до -30°С.
На качество замороженных продуктов большое влияние оказывают размер, форма и распределение кристаллов льда, образующихся в продукте при замораживании. Характер кристаллообразования зависит от состояния клеточных оболочек, концентрации растворенных веществ в клетках, степени гидратации белков, других свойств продукта. Большое значение имеет также скорость замораживания, зависящая от температуры, толщины продукта и способа замораживания.
По скорости замораживание подразделяют на медленное (до 0,01 м/ч), ускоренное (от 0,01 до 0,05 м/ч), быстрое (от 0,05 до 0,1м/ч) и ультрабыстрое (более 0,1 м/ч).
Учимся выращивать красивые кристаллы из солей! (химия)
При медленном замораживании процесс кристаллообразования начинается при определенной температуре (ниже криоскопической) прежде всего в межклеточных и межволоконных пространствах, жидкость в которых имеет более высокую криоскопическую точку из-за меньшей концентрации солей и органических веществ и слабее связана с гидрофильными коллоидами продукта. При этом сначала образуются кристаллы — затравки льда из межклеточного (межволоконного) тканевого сока относительно невысокой концентрации. Повышенное давление пара над переохлажденной, но еще не затвердевшей жидкостью внутри клетки вызывает диффузию водяного пара через стенки клеток, что приводит к конденсации его на поверхности кристаллов-затравок и образованию крупных кристаллов льда вне клеток, травмирующих ткани. Медленное замораживание приводит к полной потере свободной воды внутри клеток (процесс криоосмоса, или криоконцентрации). В замороженной таким образом ткани внутри клеток, потерявших упругость, находится незамерзший раствор, а весь образовавшийся лед — вне клеток. При этом количество поврежденных клеток превышает 70 %.
При быстром замораживании образуются мелкие кристаллы льда, которые равномерно распределены по всей толще замораживаемого продукта. Вода почти без перемещения переходит в лед по месту ее нахождения до замораживания. При этом травмирующее действие кристаллов на клетки и ткани минимально.
При ультрабыстром замораживании 90 % всех кристаллов льда формируется внутри клеток при минимальном повреждении ткани.
Существует несколько теорий, объясняющих механизм повреждения клеток и тканей при замораживании различными факторами:
- механическим — давление образующихся кристаллов льда на строение тканей;
- осмотическим — чрезмерная дегидратация клеток;
- химическим — гиперконцентрация солей как вне, так и внутри клеток.
Все эти факторы – результат кристаллизации воды и перехода ее в лед.
Появление кристаллов льда приводит к увеличению концентрации веществ в слое раствора, прилегающем к поверхности кристаллов. Вследствие разности концентраций раствора внутри и вне клеток возникают отток влаги из волокон и клеток и намораживание ее на поверхности кристаллов.
Расширение воды при превращении ее в лед приводит к сдавливанию волокон и клеток, что вызывает дополнительный отток воды из них. Этот процесс продолжается до тех пор, пока температура не станет достаочно низкой, чтобы началось кристаллообразование внутри волокон и клеток, где остается уже небольшое количество влаги в концентрированном растворе.
При быстром замораживании теплота отводится более интенсивно. Прежде чем успеет активно развиться миграционный процесс, температура внутри волокон и клеток становится достаточно низкой, чтобы в соответствии с концентрацией раствора началось кристаллообразование. Таким образом, быстрое замораживание приводит к затвердеванию влаги без значительного ее перераспределения.
Повышение скорости замораживания сокращает миграцию влаги, вызывает образование большого количества мельчайших кристаллов, равномерно размещенных как в межклеточном пространстве, так и в клетках.
Если температуру понижать очень быстро (V = 100°С/мин) до -120. -160°С и ниже, кристаллизация почти не происходит. Вода переходит в стекловидное состояние. Температура, при которой скорость роста кристаллов уменьшается, равна приблизительно -90°С.
Стекловидное состояние отличается от кристаллического тем, что молекулы вещества распределяются хаотически, а не по определенному стереометрическому плану, как это происходит при кристаллизации.
Источник: allrefrs.ru
Серебро и человек
Во многих домах есть серебряные (или посеребренные) изделия – старые монеты, ложки, вилки, подстаканники, кольца, цепочки, другие украшения. Они значительно дешевле золотых. Ведь серебра в земной коре намного больше золота (по современным данным – примерно в 30 раз).
Серебро встречается как в чистом виде (самородки), так и в соединениях с серой, чаще всего в виде минерала аргентита Ag2S. Серебряные самородки находили во многих горных местностях. В Европе это были Рудные горы, Гарц, горы Богемии, Саксонии.
Легенда приписывает открытие серебряных рудников в 968 г. германскому императору Оттону I. Он послал своего егеря в лесистые горы для ловли диких зверей. Когда егерь заметил, что его коню стало тяжело подниматься вверх, он привязал его к дереву и охотился пешим. Вернувшись к коню, он увидел, что тот разрыл копытами землю и обнажил тяжелые камни. Оказалось, что это серебряная руда. Император повелел учредить в горах рудники.
В течение многих столетий в германских рудниках добывали серебро, а также другие полезные ископаемые. Однако почти все большие серебряные самородки уже были найдены в XIV–XVI вв. Из серебра, добывавшегося близ города Иоахимсталя (ныне Яхимов в Чехии), были отчеканены миллионы монет.
Они вначале так и назывались – «иоахимсталеры»; затем это название укоротилось до талера (в России же эти монеты называли по первой части слова – ефимками). Талеры были в ходу по всей Европе. От талера произошло и название доллара. Серебряные рудники в Центральной Европе были настолько богаты, что из добывавшегося в них серебра делали огромные вазы, столовые сервизы на сотни персон, на каждый из которых расходовали тонны серебра! Сейчас эти рудники уже сильно истощены.
После открытия и завоевания Америки множество самородков серебра было найдено на территории современных Перу, Чили, Мексики, Боливии. Так, в Чили был обнаружен самородок в виде пластины массой 1420 кг. Последние из самых крупных самородков серебра найдены уже в ХХ в. в Канаде (провинция Онтарио). Один из них, названный «серебряный тротуар», имел длину 30 м и уходил в глубь земли на 18 м. Когда из него было выплавлено чистое серебро, его оказалось 20 т!
Вплоть до 1930‑х гг. 75 % добывавшегося серебра шло на изготовление монет. Сейчас серебряные монеты практически нигде не чеканятся (за исключением юбилейных и памятных). Этот ценный металл очень нужен в других областях. Довольно много серебра требуется для изготовления светочувствительных материалов: фото– и кинопленки, пленки для рентгеновских снимков.
Серебро – самый лучший в мире проводник электричества. Кроме того, оно химически очень устойчиво. Из серебра делают электрические контакты, устойчивые к коррозии. Им серебрят детали в радиоэлектронике. Много серебра расходуется для изготовления мощных аккумуляторов, которые используются на подводных лодках, в космосе.
Еще не так давно во всем мире добывалось в год примерно 9000 т серебра, а расходовалось 10 000 т. «Недостача» покрывалась за счет старых запасов. Сейчас расходы серебра удалось значительно снизить: для цветной кино– и фотопленки, для цветных снимков его нужно намного меньше, чем для черно‑белых, а цифровая съемка вовсе обходится без серебра.
Иногда серебряные предметы чернеют. Это верный признак того, что в воздухе есть примеси сероводорода: серебро «боится» этого газа. Источником сероводорода может быть резина, некоторые пластмассы, разлагающиеся белки (тухлые яйца, например).
В присутствии влаги и кислорода серебро легко реагирует с сероводородом с образованием на поверхности тончайшей плёнки сульфида: 4Ag + 2H2S + O2 = 2Ag2S + 2H2O. Из‑за неровностей поверхности и игры света такая плёнка иногда кажется радужной. Постепенно пленка утолщается, темнеет, становится коричневой, а потом черной.
Сульфид серебра выдерживает довольно сильный нагрев, не растворяется в кислотах и щелочах, не берет его и раствор аммиака – нашатырный спирт. Не очень толстую пленку можно удалить механически, отполировав предмет зубной пастой или зубным порошком с мыльной водой. Чтобы защитить поверхность серебра от потемнения, ее пассивируют – покрывают защитной плёнкой. Для этого хорошо очищенное изделие погружают при комнатной температуре на 20 минут в слегка подкисленный 1%‑ный раствор дихромата калия K2Cr2O7. Образовавшаяся тонкая пленка Ag2Cr2O7 защищает поверхность.
Иногда серебряные предметы не чернеют, а зеленеют. Это верный признак того, что сплав содержит кроме серебра значительные количества меди. Такой сплав часто называют низкопробным серебром. Зеленый налет содержит основной карбонат меди (CuOH)2CO3. Он образуется из меди под действием углекислого газа, паров воды и кислорода.
Некоторые сплавы, внешне очень похожие на серебро, могут вовсе не содержать драгоценного металла. Из таких сплавов наиболее известны нейзильбер – сплав меди, никеля и цинка (название происходит от немецкого Neusilber – «новое серебро»).
Чтобы отличить серебряные изделия от сплавов, похожих на серебро, используют разные способы. Самый простой – реакция с так называемой пробирной кислотой для серебра, которая представляет собой раствор 3 мл концентрированной серной кислоты и 3 г дихромата калия в 32 мл воды. Каплю раствора наносят на поверхность изделия в незаметном месте.
Под действием серной кислоты в присутствии сильного окислителя (дихромата) медь и серебро переходят в сульфаты CuSO4 и Ag2SO4, а сульфат серебра быстро превращается в нерастворимый осадок дихромата серебра Ag2Cr2O7 красного цвета. Если каплю реактива осторожно смыть водой, на поверхности останется хорошо заметное на светлом фоне красное пятнышко. Его легко удалить механически; при этом на месте красного останется чуть заметное светлое пятнышко.
Этот метод не дает положительного результата, если в сплаве меньше 25 % серебра (т. е. проба меньше 250). Такие бедные серебром сплавы встречаются довольно редко. В этом случае серебро можно обнаружить, если капнуть на поверхность азотной кислотой, а затем на то же место – раствором поваренной соли. Если в сплаве присутствует серебро, появится молочное помутнение: кислота растворяет небольшое количество металла, а хлорид‑ионы дают с ионами серебра белый осадок нерастворимого хлорида AgCl.
Неожиданное применение нашел йодид серебра: с его помощью можно вызвать искусственный дождь. Дождь, как и снег, начинается с образования в облаках из паров воды зародышей – мельчайших кристалликов льда. Далее эти кристаллики быстро растут, становятся тяжелыми и выпадают в виде осадков, превращаясь, в зависимости от погодных условий, в снег, дождь или град.
Если воздух абсолютно чистый, зародыши льда могут образоваться только при очень низкой температуре (ниже –30 °С). В присутствии же некоторых веществ‑затравок эти зародыши образуются при значительно более высокой температуре. Так можно вызвать искусственный снегопад или дождь.
Одна из лучших затравок – йодид серебра; в его присутствии кристаллы льда начинают расти уже при –9 °С. Существенно, что активность проявляют даже очень маленькие частицы AgI размером всего 10 нм (для сравнения – радиусы ионов Ag+ и I– составляют соответственно 0,15 и 0,22 нм). Теоретически из кубического кристалла AgI размером всего 1 см можно получить 1018 таких мельчайших кубиков.
Теперь не покажется удивительным, что для выпадения искусственного дождя требуется исключительно мало иодида серебра. Всего 5 кг этого вещества достаточно для «затравки» огромной территории площадью 1 млн кв. км! При этом в 1 м3 воздуха образуется свыше 3,5 млн центров кристаллизации льда. А чтобы поддерживать образование ледяных зародышей на всей этой площади, достаточно расходовать всего 50 г AgI в час. Поэтому, несмотря на сравнительно высокую стоимость солей серебра, применение AgI с целью вызвать искусственный дождь оказывается практически выгодным.
Иногда требуется выполнить прямо противоположное задание: «разогнать» тучи, не дать пролиться дождю при проведении какого‑либо важного мероприятия (например, Олимпийских игр). В этом случае йодид серебра нужно распылять в облаках заблаговременно, за десятки километров от места проведения торжества. Тогда дождь прольется на леса и поля, а в городе будет солнечная сухая погода (для той же цели используют и твердый диоксид углерода – сухой лед, который также служит хорошей затравкой для роста кристаллов льда).
Препараты серебра с давних времен применяют в медицине. Так, нитрат серебра в небольших концентрациях оказывает вяжущее и противовоспалительное действие, а в более крепких растворах прижигает ткани. Чаще всего его применяют наружно в виде водных растворов (1–2 %) для лечения глазных и кожных заболеваний.
Для профилактики бленнореи новорожденных раньше широко применяли закапывание в глаза сразу после рождения 2 %‑ного раствора AgNO3 (в последние годы для этой цели обычно применяют раствор сульфацил‑натрия). Иногда 0,06 %‑ный раствор AgNO3 назначают внутрь – в качестве противовоспалительного средства при хроническом гастрите и язве желудка (в желудке нитрат серебра под действием соляной кислоты желудочного сока быстро превращается в хлорид серебра). Сплав 1 части нитрата серебра и 2 частей нитрата калия под названием «ляпис» применяют для наружного прижигания.
Коллоидные растворы серебра – колларгол и протаргол в виде растворов и мазей применяют для смазывания слизистых оболочек верхних дыхательных путей, в глазных каплях, для промывания гнойных ран, при рожистых воспалениях и т. д. В этих препаратах серебро находится в виде мельчайших твердых частиц. Чтобы коллоидная система не расслаивалась, ее стабилизируют поверхностно‑активными веществами.
Так, для получения колларгола можно использовать яичный белок – альбумин. Для этого сначала из водного раствора соли серебра с помощью щелочи осаждают оксид серебра, который постепенно добавляют к щелочному раствору альбумина, а затем осаждают колларгол уксусной кислотой. В результате получается синий порошок, содержащий около 75 % серебра. Из этого порошка и готовят водные растворы колларгола. В протарголе серебра меньше – около 8 %.
Хорошо известно бактерицидное действие очень малых концентраций серебра на питьевую воду. При содержании ионов серебра до 50 частей на 1 млрд (т. е. 50 мг в 1 т) вода не изменяет своего вкуса и ее можно пить без вреда для здоровья; в то же время для предотвращения роста бактерий и других микроорганизмов достаточно концентрации серебра в воде всего 10–30 частей на 1 млрд.
Вот почему препараты серебра все шире используют для стерилизации питьевой воды (в бытовые фильтры обычно помещают «посеребренный» активированный уголь, выделяющий в воду очень малые дозы серебра). Однако чистое металлическое серебро в воде практически не растворяется.
Известное подавление роста микроорганизмов в серебряной посуде объясняется скорее тем, что на поверхности серебра уже образовалась тонкая пленка его оксида, растворимость которого (13 мг/л при 20 °С) более чем достаточна для дезинфекции воды. Для обеззараживания воды в бассейнах было предложено насыщать ее бромидом серебра. Насыщенный раствор AgBr содержит 60 мг/м3, что безвредно для здоровья человека, но губительно для микроорганизмов и водорослей. Конечно, для насыщения всей воды в бассейне требуется большая поверхность ее соприкосновения с твердой солью серебра. Ее, например, можно равномерно распределить в массе активированного угля, через который фильтруется вода.
Помимо пассивного растворения серебра в воде используют и его активное растворение путем электролиза. Это позволяет строго дозировать концентрацию ионов серебра в растворе, контролируя время электролиза, напряжение на электродах и протекающий через раствор ток.
Бактерицидное действие ничтожных концентраций ионов серебра объясняется тем, что они вмешиваются в жизнедеятельность микробов на ферментном уровне. Соединяясь с тиольными группами аминокислоты цистеина, ионы серебра образуют меркаптиды: E–SH + Ag+ → E–S–Ag + H+ (здесь Е – белковая молекула фермента). Меркаптиды, располагаясь на активном центре фермента или рядом с ним, нарушают его пространственную конформацию и препятствуют нормальной работе; аналогично дейст вуют и ионы некоторых других тяжелых металлов, например меди или ртути, причем они намного токсичнее серебра.
(Кстати, термин «меркаптан» происходит от английского mer cury capt ure – «связывание ртути».)
Однако, как это часто бывает, то, что полезно в малых дозах, губительно в больших. Не составляет исключение и серебро. Ионы серебра могут окислять биомолекулы. Кроме того, они образуют с белками нерастворимые комплексы, нарушая их структуру. Отравляющее действие крепких растворов растворимых солей серебра связано прежде всего с ожогами пищевода и желудка.
К счастью, в теле человека через одну‑две недели остается всего 0,02–0,1 % введенного серебра, остальное выводится из организма. Однако при многолетней работе с серебром и его солями может развиться необычное заболевание – аргирия (от лат. аrgentum – «серебро»).
Дело в том, что при длительном поступлении в организм серебро способно медленно отлагаться в виде металла в соединительной ткани и стенках капилляров разных органов, в том числе в почках, костном мозге, селезенке. Накапливаясь в коже и слизистых оболочках, серебро придает им серо‑зеленую или голубоватую окраску, особенно сильную на открытых участках тела, подвергающихся действию света.
Изредка окраска может быть настолько интенсивной, что кожа напоминает кожу негров. Развивается аргирия очень медленно, первые ее признаки появляются через два‑четыре года непрерывной работы с серебром, а сильное потемнение кожи наблюдается лишь спустя десятки лет. Раньше всего темнеют губы, виски и конъюнктива глаз, затем веки.
Сильно могут быть окрашены слизистые оболочки рта и десны, а также лунки ногтей. Иногда аргирия проявляется в виде мелких сине‑черных пятен. Отмечено несколько случаев аргирии при длительном лечении нитратом серебра, причем темнели только участки, подвергавшиеся лечению. Коллоидные препараты серебра, содержащие металл в основном в малоактивной нейтральной форме, не дают осложнений такого рода.
Раз появившись, аргирия не исчезает, а вернуть коже ее прежний цвет не удается. Если не считать чисто косметических неудобств, больной аргирией может не испытывать никаких болезненных ощущений или ухудшения самочувствия (если не поражены роговица и хрусталик глаза); в этом отношении аргирию можно назвать болезнью лишь условно. Есть у этой болезни и своя «ложка меда» – при аргирии не бывает инфекционных заболеваний: человек настолько «пропитан» серебром, что оно убивает все болезнетворные бактерии, попадающие в организм.
Источник: studopedia.su
Почему в качестве затравки для образования крупных капель воды и кристаллов используют йодид серебра
Билет №22 1. Испускание и поглощение света атомами. Спектральный анализ. Дисперсия. Типы спектров. 2. Как разгоняют облака? Большое научное и практическое значение имеет проблема активных воздействий на атмосферные процессы с целью изменения погоды.
Наиболее плотные облака, защищающие нас от солнечного света и содержащие много влаги, находятся, как правило, на высоте 2—3 км и содержат много мельчайших капелек (10—100 мкм) переохлажденной воды при температуре ниже — 10°С. Чтобы уничтожить облако, необходимо вызвать появление крупных капель (более 1 мм) и кристаллов льда в тумане, после чего образовавшиеся крупные капли упадут на землю, и облако исчезнет.
Для этого в облаках распыляют микрочастицы, которые служат так называемыми ядрами кристаллизации для образования крупных капель и кристаллов. В качестве таких частиц часто используют йодид серебра, кристаллическая структура которого очень похожа на гексагональную структуру кристаллов льда. Другой способ осаждения облака — его охлаждение.
Для этого над облаком разбрасывают кристаллы «сухого льда» (С02), которые, охлаждая облако, вызывают усиленную конденсацию с образованием крупных капель и кристаллов льда. Можно разбрасывать в облаках микроскопические крупинки гигроскопических солей (NaCl или КС1), которые, попав в облако, будут притягивать к себе влагу и разбухать, становясь зародышами больших капель. Однако этот метод, как и использование цементной пыли для осаждения облаков, считают экологически небезопасным. Вопросы и задания: ⦁ Почему для осаждения облака необходимо получение крупных капель и кристаллов? ⦁ Почему в качестве «затравки» для образования крупных капель воды и кристаллов используют йодид серебра? ⦁ Каким образом кристаллы «сухого льда» усиливают конденсацию? В чём суть этого явления? ⦁ Объясните необходимость разумного влияния человека на атмосферные процессы.
23 
Комментарии (0)
По дате По дате Популярные
Нет комментарий
Войдите, чтобы комментировать
Ответов нет
Знаешь ответ? Добавь его сюда и заработай денег! Ответы проходят модерацию. Минимум 100 символов.
Чтобы добавить ответ — нужно войти или зарегистрироваться
Похожие вопросы
(сайкес ученик ) (Физика)
Источник: teachs.ru