Производство алкоголя

Определение кислотности титрованием

КисХотность (щелочность) раствора можно точно определить с по­мощью титрования, в основе которого лежит правило, согласно ко­торому равные объемы растворов одинаковой нормальности содержат равные эквивалентные количества растворенных веществ.

Титрование — это метод определения кислотности (щелочности) раствора путем смешивания определенной порции раствора, эквивален­тная концентрация (Спэк) вещества в котором известна, с определенной порцией раствора, эквивалентная концентрация (Схэк) вещества в котором неизвестна и ее необходимо определить, и выполнения соот­ветствующих расчетов. Раствор, Схэк вещества которого необходимо определить, называется титруемым, а раствор, значение Спэк которого известно, называют титрантом.

Как правило, титрование осуществляется следующим образом (рис.1). К определенному объему титруемого раствора, влитого в чашку (г) с помощью пипетки (в), при его постоянном перемешивании добав­ляют из бюретки (б) по каплям титрант до тех пор, пока в результате смешивания двух растворов не получится нейтральный раствор, у которого рН = 7. Конечный момент титрования, называемый точкой

Эквивалентности, то есть момент, когда получившийся в результате смешивания двух растворов раствор становится нейтральным, определяют с Помощью кислотно-щелочных индикаторов.

Смешивание титруемого раствора с индикатором осуществляют различным образом, в зависимости от исходного цвета титруемого раствора. В случае, если на титрование поступает бесцветный раствор, то часто к нему сразу прибавляют определенное количество раствора индикатора. Если же на титрование поступает окрашенный раствор, то его сначала разбавляют определенным объемом нейтральной дистил­лированной воды и по мере прибавления к нему титранта периодически 1 — 2 капли раствора переносят на белую фарфоровую пластинку, смешивают их с одной каплей индикатора и рассматривают окраску. Часто вместо индикатора в виде раствора используют индикаторную бумагу и тогда 1 — 2 капли раствора переносят на нее. Иногда к окрашенному изначально и разбавленному титруемому раствору сразу добавляют определенный объем раствора индикатора, а за изменением окраски следят по окраске тонкого слоя жидкости на белой фарфо­ровой палочке, называемой титровальной, которую периодически погружают в раствор. Во всех случаях исходят из того, что в тонком слое жидкости в сравнении с толстым слоем легче заметить изменение окраски, особенно если его рассматривать на фоне белой бумаги.

Ранее мы отмечали (и об этом свидетельствуют данные табл.1), что с использованием кислотно-щелочных индикаторов можно только оце­нить кислотность (щелочность) раствора, но не определить ее точное значение. Поэтому у читателей может возникнуть естественный вопрос: почему при титровании, в процессе которого используются кислотно-щелочные индикаторы, позволяющие получать только ориентировочные значения кислотности (щелочности) среды, можно точно определить кислотность (щелочность) раствора? Для понимания этого рассмотрим, что происходит при постепенном добавлении, напри­мер, NaOH к определенному объему одномолярного раствора НС1. Происходящие при этом количественные изменения концентрации НС1 и NaOH с учетом того, что кислотность раствора НС1 определяют ионы Н+, а щелочность NaOH ионы ОН-, представлены в табл. 2.

Из представленной таблицы видно, что вблизи эквивалентной точки при незначительном изменении концентрации ионов ОН - от 0,99 до 1,01 моль/л за счет добавления NaOH количество ионов Н+ уменьша­ется от 1,0 х 10—2 до і о х 10—12, то есть в огромное число раз, равное 101 Также в 101" раз, но только увеличивается, и число ионов ОН-. Таким образом, вблизи эквивалентной точки при незначительном до­бавлении титранта концентрации ионов, определяющих кислотность или щелочность раствора, изменяются в огромное число раз и поэтому достаточно капли титранта, чтобы перевести раствор из кислого в щелочной или наоборот.

Чаще всего эквивалентную точку определяют с помощью бромтимолового синего или лакмуса. Цвет бромтимолового синего в кислой среде желтый, щелочной — синий; лакмуса — в кислой среде красный, щелочной — синий. Поэтому, например, если в качестве индикатора использовать лакмус и титруемый раствор также является кислым, то небольшое прибавление к нему раствора лакмуса окрасит этот раствор в красный цвет, который будет сохраняться до тех пор, пока в результате прибавления щелочи не будет достигнута эквивален­тная точка. После этого прибавление к титруемому раствору самого

Рис.1. Устройство для титрования [8]: а — колба с титрантом, б — бюретка, в — пипетка, г — чашка,

Д — зажим.

Незначительного количества щелочи вызывает стремительное уменьше­ние концентрации ионов Н+ (см. табл.2), обусловливающих, как изве­стно, кислый характер титруемого раствора, что приводит к резкому изменению цвета титруемого раствора с красного на синий.

Как отмечалось ранее, при титровании кислотность (щелочность) среды рассчитывают на основании данных об объемах титруемого раствора и титранта и эквивалентной концентрации титранта. Объемы титруемого раствора, титранта и массу растворенного в последнем вещества можно измерить с высокой точностью. Поэтому при разумно подобранных объемах титруемого раствора и титранта объем "послед­ней" капли титранта будет пренебрежимо мал в сравнении *с их объе­мами и не скажется на точности выполняемых измерений и расчетов. Момент же поступления в титруемый раствор "последней" капли титранта точно определяется по резкому изменению цвета индикатора.

"При расчетах по результатам кислотно-щелочного титрования ис­ходят из того, что объемы исследуемого раствора Vp вещества "В" и титранта, содержащего вещество "А", в точке эквивалентности обратно пропорциональны нормальностям этих растворов: Урд/Урд = Ыд/Ng или Урд х NB = VpA х Na.

Используя эти соотношения, находят нормальность исследуемого Вещества. Массу вещества "В", находящегося в заданном объеме исс­ледуемого раствора Vpg, рассчитывают по уравнению

M = М _хС _ х V „,

__ В экВ экВ оВ'

Їде Мэкв — эквивалентная масса вещества В, равная произведению мо­лярной массы Мв на фактор эквивалентности этого вещества

Мд = М х fg

ДлЯ расчета массы вещетвэа 'Ъ удобно Применят соотношение, пол­учаемое из двух предыдущих выражений:

M = М „хС, х V = М. х f хС. х f..

В экВ экЛ рл В экв экА рл

2* 19

Таблица 2. Концентрация ионов Н и ОН" в растворах, содержащих! одновременно постоянное количество HCI и увеличивающееся количество! NaOH, (моль/л), 1421.

Начальная концентрация ионов за счет

Избыточная кон­центрация ионов Н или ОН

Вычисленная концентрация ионов 1

НС1

NaOH

Н+

ОН~

Н+

Он- |

1,0

Нет

1,0(Н+)

1,0

1,0 х Ю-'4

1,0

0,90

O. lOdr1')

1,0 X Ю-1

1,0 х 10~'3

1,0

0,99

0,01 (Н+)

1,0 х Ю-2

1,0 х Ю-12

1,0

1,0

Нет

1,0 х 10-7

1,0 х Ю-7 [

1,0

1,01

0,01 (ОН-)

1,0 х 10~12

1,0 х Ю-2 1

Таким образом, по известной нормальности титранта (раствор ве­щества "А") и использованному объему титранта находят массу растворенного в вещества во взятом объеме исследуемого раствора.

Пример. На титрование 65 мл раствора серной кислоты пошло 16,25 мл 0,1 Н раствора гидроксида натрия. Требуется определить концентрацию и массу серной кислоты в растворе. Нормальность исследуемого раствора серной кислоты составляет

NH2so4 = NNaOH х VpNa0H/VpH2S04 = 0,1Н х 16,25 мл/65 мл = 0,025Н:

Следовательно, эквивалентная концентрация серной кислоты в ис­следуемом растворе равна C3KH2S04 = 0,025 моль/л.

Масса серной кислоты во взятом на титрование объеме раствора равна:

ШН SO = Мн SO X f H, SO X С NaOH X VpNaOH = = (98,08 fг/моль) x 1/2 x (ft (моль/л) эх 16,25 (мл) = 0,0797 г.

Таким образом, был исследован 0,025 Н раствор серной кислоты, в 65 мл которого содержалось 79,7 мг H2S04"[41].

В качестве титранта для титрования кислых растворов обычно используют растворы NaOH или реже КОН; щелочных — растворы H2S04 или реже НС1.

Раствор щелочи готовят следующим образом. Взвесив порцию ще­лочи, необходимую для получения раствора определенной нормальности (обычно для титрования готовят 0,1н растворы), высыпают ее в мерную колбу емкостью 1 л, ранее заполненную приблизительно 0,5 л дистиллированной воды. После растворения щелочи и понижения тем­пературы раствора до комнатной, колбу доливают дистиллированной водой до метки, соответствующей 1 л. Растворы щелочей не подлежат длительному хранению из-за взаимодействия щелочи со стеклом колбы и углекислым газом, поступающим из воздуха.

Растворы кислот готовят аналогичным образом, приливая кислоту в воду, но заменяя взвешивание порций кислоты измерением ее объема.

Особенность получения растворов кислот необходимой нормальности заключается в том, что, в отличие от щелочей, поступа­ющие в торговую сеть кислоты содержат в своем составе значительную долю воды. Например, раствор НС1, называемый соляной кислотой, содержит в своем составе 64 мас.% воды и, соответственно, только 36 мас.% НС1. Поэтому прежде, чем готовить титрант с использованием кислот, необходимо с помощью прилагаемой к ним этикетки устано­вить фактическое содержание в кислоте действующего вещества, ко­торое может быть выражено в единицах плотности или мас.%, пересчитать с учетом этого кислоту на 100%-ную и только после этог j отмерить ее необходимое количество. Соотношение между плотносты ) растворов кислот НС1 и H2S04 и массой находящихся в них НС1 і H2SC>4 приведены в табл. 3 и 4.

Пример. Необходимо приготовить 0,1 н раствор H2SO4 и имеется кислота с плотностью р - 1,82 г/мл. Запись 0,1 н раствор H2SO4 означает, что в 1 л титранта должно содержаться

M = пэ х M3KH2so4 = 0,1 моль х 49,04 г/моль = 4,904г Н S04.

Из табл. эк4 следует, что кислота с плотностью 1,82 г/мл содержит в 1000 мл раствора 1658 г H2SO4. Тогда, составив и решив очевидную пропорцию, получим

1000 мл — 1658 г X мл — 4.904 г и Хмл = 1000 мл х 4,904 г/ 1658 г = 2,9 мл.

Отмерив 2,9 мллкислоты, ее растворяют в воде, как описано ранее.

Пример. Необходимо приготовить 0,1 н раствор НС1 и - имеется раствор НС1 с долей 26,60 мас.% НС1. Запись 0,1 н раствор НС1 означает, что віл титранта должно содержаться

M = n хМ НС1 = ОД моль х 36,46 г/моль = 3,646 г НС1.

Из табл. Зэследует, что кислота с долей 26,60 мас.% содержит в 100 г раствора 26,60 г НС1. Тогда, составив и решив очевидное равенство, получим

100 г — 26,60 г X г — 3,646 г и X = 100 г х 3,646 г/26,60 г = 13,7 г.

Взвешивать кислоту неудобно, лучше измерить ее объем. Исходя из определения плотности вещества Г = m/v и приведенной в табл. 3 величины плотности Г = 1,13 г/ мл получим, что необходимый объем кислоты составляет

V = m/r= 13,7 г/1,13 г/мл = 12,1 мл.

Отмерив из бюретки 12,1 мл кислоты, разбавляют ее до 1л дистил­лированной водой, как это описано ранее. Понятно, что приготовленные 0,1 н раствор H2SO4 и 0,1 н раствор НС1 эквивалентны, несмотря на то, что содержат различные количества и массы НС1 и H2SO4.

Определенную путем титрования кислотность или щелочность раствора выражают в градусах, принимая за 1 градус 1 мл нормального водного раствора серной кислоты (H2SO4) или гидроксида натрия (NaOH) на 100 г раствора.

Пример. На нейтрализацию 20 г раствора пошло 2 мл 0,1 н водного раствора H2SO4. Составив и решив пропорцию, найдем, что на нейтрализацию 100 г раствора необходимо затратить

Хмл= 100 г х 2 мл/ 20 г = 10 мл 0,1 н раствора H2SO4. Щелочность раствора 1,0 градус (или 1°).

Раствор бромтимолового синего можно приготовить следующим образом: 0,4 г индикатора растворяют в 100 мл 70%-ного ректификованного спирта и этот раствор разбавляют дистил­лированной водой до 1000 мл.

В большинстве случаев в растворах, используемых в производственных целях, кислотность определяется рядом веществ. Например, в бражке, идущей на получение этилового спирта, это преимущественно уксусная, молочная, масляная, янтарная, соляная или

Таблица 3. Плотность водных растворов соляной кислоты (HCI + ШО) (г/мл) при 20®С, (43].

-----------

Плот­ность

Масса (г) НС] в

Плот­ность

Масса (г) НС1 в

Плот­ность

Масса (г) НС1 в

100 г | 1л

100 г | 1л

100 г | 1 л

- раствора

Раствора

Раствора

1,01

2,40

24,24

1,08

16,64

179,7

1,15

30,54

351,2

1,02

4,44

45,29

1,09

18,65

203,3

1,16

32,54

377,5

1,03

6,48

66,74

1,10

20,65

227,2

1Д7

34,53

404,0

1,04

8,53

88,71

1,11

22,65

251,4

1,18

36,58

431,6

1,05

10,57

110,99

1,12

24,63

275,9

1,19

38,63

459,7

1,06

12,60

133,60

1,13

26,60

300,6

1,07

14,63

156,50

1,14

28,56

325,6

Серная кислоты; коньячного спирта — винная, яблочная, уксусная, янтарная, серная и масляная кислоты. При этом, если в производстве этилового спирта индивидуальность кислот не играет существенного значения (хотя присутствие в избытке той или иной кислоты характеризует характер брожения), то при производстве коньячного спирта играет роль не только общая кислотность, но и присутствие той или иной кислоты. Поэтому для оценки качества растворов спиртового и коньячного производств желательно знать содержание если не каж­дой кислоты, то, по крайней мере, некоторых из них. Однако из-за сложности и дороговизны такие анализы производятся крайне редко. Поэтому в большинстве случаев производят измерение общей (сум­марной) кислотности, обусловленной всеми веществами, дающими кис­лую реакцию, пересчитывая ее зачастую на какую-нибудь одну кислоту. Поэтому цифры, которыми выражается общая кислотность по той или иной кислоте, не свидетельствуют о том, что в данном растворе эта кислота содержится в указанном количестве. Они лишь выражают эквивалентные величины общего содержания свободных кислот в растворе, например, в сусле, спирте или водке, так как измеряются одним и тем же количеством щелочи.

Тем не менее общая кислотность является важнейшей харак­теристикой в спиртовом, коньячном и ликеро-водочном производствах. В частности, успешное проведение таких технологических операций, как размножение дрожжей и брожение, возможно только в среде, обладающей определенной кислотностью. Отступление от необходи­мых значений кислотности приводит к перерасходу сырья, затягиванию длительности технологических процессов, увеличению числа патоген­ных микроорганизмов в бродящей среде, результатом чего является низкое качество получаемого спирта. Вкусовые качества водки также в значительной степени зависят от ее кислотности (щелочности).

Производство алкоголя

Сусло из сахарной свеклы

Сахарная свекла содержит значительное количество пектинов, | из которых в процессе тепловой обработки и брожения образуется | вредный для организма метиловый спирт. Кроме того, в составе I сивушных масел, образующихся …

Контроль и измерения

С целью недопущения излишних расходов сырья и экономии времени в процессе получения сусла, брожения, перегонки и очистки конечного продукта — необходимо контролировать эти процессы путем проведения ряда измерений. К сожалению, …

Размножение спиртовых дрожжей

Питательная среда. Лучшей питательной средой для размно­жения спиртовых дрожжей является среда на основе солода, так как он содержит все необходимые для их жизнедеятельности минеральные вещества и к тому же азот, …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел. +38 05235 7 41 13 Завод
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 067 561 22 71 — гл. менеджер (продажи всего оборудования)
+38 067 2650755 - продажа всего оборудования
+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи всего оборудования
e-mail: msd@inbox.ru
msd@msd.com.ua
Скайп: msd-alexandriya

Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Представительство МСД в Киеве: 044 228 67 86
Дистрибьютор в Турции
и странам Закавказья
линий по производству ПСВ,
термоблоков и легких бетонов
ооо "Компания Интер Кор" Тбилиси
+995 32 230 87 83
Теймураз Микадзе
+90 536 322 1424 Турция
info@intercor.co
+995(570) 10 87 83

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.