Тема 2.3. Визначення масової і об’ємної частки етилового спирту у водно-спиртових розчинах. План

1.Основи спиртометрії.

2. Спиртоміри скляні, їх будова, правила користування ним.

3. Таблиці до спиртомірів.

Питання, що винесені на самостійну роботу.

4. Визначення вмісту етилового спирту у водно-спиртовому розчині пікнометром і рефрактометром.

Етиловий спирт входить до складу пива і квасу. В б/а виробництві широко використовуються спиртовані соки, настої, есенції. Тому в лабораторії при технохімічному контролі необхідно систематично визначати кількісний вміст спирту в продуктах.

Сукупність методів, які служать для визначення кількості безводного спирту у водно-спиртових розчинах , називається спиртометрією.

Вміст спирту у водно-спиртових розчинах виражають в масових, об’ємних і молярних відсотках. Масові проценти – число одиниць маси безводного спирту в 100 вагових одиницях водно-спиртового розчину. Вміст спирту в масових процентах визначається в пиві, квасі ( наприклад 2,8% мас. спирту в пиві означає, що в 100 г пива міститься 2,8 г спирту).Об’ємні проценти – число об’ємних частин безводного спирту в 100 об’ємних частинах водно-спиртового розчину. В об’ємних процентах визначають вміст спирту в соковому, спиртовому і лікеро-горілчаному виробництвах. Наприклад, міцність лимонного соку 65 % об. означає, що в 100 см³ настою міститься 65 см³ б/в спирту. Молярні проценти являють собою число кіломолей спирту в 100 кмоль водно-спиртового розчину.

Існують спеціальні таблиці для перерахунку одних одиниць в інші.

Між концентрацією водно-спиртового розчину, тобто між вмістом спирту в розчинах та їх густиною існує обернено-пропорційна залежність – чим більше спирту, тим менша густина розчину). Вміст спирту в чистих водно-спиртових розчинах визначають ареометричним, пікнометричним, рефрактометричним способами.

Ареометричний спосіб заснований на вимірюванні густини водно-спиртових розчинів. З збільшенням кількості спирту зменшується густина водно-спиртового розчину.

Пікнометричний спосіб заснований на залежності між густиною і вмістом спирту в розчині. Обчисливши відносну густину, по таблицям знаходять вміст спирту.

Рефрактометричний спосіб полягає в тому, що між коефіцієнтом заломлення водно-спиртового розчину і вмістом в ньому спирту існує залежність.

Таблиці залежності між концентрацією спирту і фізичними константами(густиною, показником заломлення) складені для чистих водно-спиртових розчинів. Присутність в розчинах крім спирту інших речовин підвищує їх густину і, тому показники заломлення змінюються. Тому такі розчини ( пиво, квас, соки) піддаються перегонці і в отриманому дистиляті, доведеному до початкового об’єму чи маси , визначають вміст спирту вище вказаними методами

При незначній кількості спирту у водно-спиртових розчинах вміст його визначають хімічним методом ( в парах барди, в лютерній воді – у спиртовому виробництві).

Найбільш розповсюдженим методом визначення вмісту спирту в водно-спиртових розчинах являється визначення спеціальними ареометрами-спиртомірами. Цей метод визначення заснований на тому, що між густиною водно-спиртового розчину і вмістом в ньому спирту існує суворо обернена залежність: з зміною вмісту спирту у водно-спиртовому розчині змінюється густина – зменшується з збільшенням вмісту спирту.

В даний час для вимірювання вмісту спирту в різних водно-спиртових розчинах використовують два типи спиртомірів: металевий з гирьками ( 8 шт.) і набір з одинадцяти скляних спиртомірів класу точності 0,1.

Металевий спиртомір являє собою ареометр змінної маси, градуйований в умовних одиницях. Він складається з латунного шарика, до верхньої і нижньої частин якого припаяні стержні: верхній – з шкалою, нижній – з невеликим потовщенням на кінці для навішування гирьок.

Щоб не було окислення спиртомір і гирьки до нього позолочені. На верхньому стержні нанесено 10 великих рівних поділок, в яких знизу вверх стоять цифри 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10. Внизу під нульовою поділкою стоїть цифра 100. Кожна велика поділка шкали в свою чергу підрозділена на п’ять малих. Всі поділки рахують знизу вгору. До спиртоміра додається 8 круглих гирьок, які позначають цифри 20,30,40,50,60,70,80,90; чим вище порядковий номер гирьки, тим вона легша.

При визначенні гирьки навішують по мірі н еоб-хідності на нижній стержень спиртоміра за допомогою вирізу.

Навішувати гирьки потрібно обережно, щоб не подряпати позолоту стержня. Гирьки одного металічного спиртоміру неможна використовувати для роботи з іншим спиртоміром.

Металевий спиртомір

з гирьками

С кляний спиртомір. Він являється ареометром постійної маси. Він являє собою поплавок правильної циліндричної форми, який складається з двох частин: нижньої великого діаметра, куди поміщається металічна дробина, і верхньої меншого діаметра з вимірювальною шкалою.

Поділки шкали при температурі 20°С показують вміст спирту в розчині в об’ємних процентах.

До комплекту скляних спиртомірів входить 11 спиртомірів з наступними межами шкал в % об.:0-10, 10-20, 20-30, 30-40, 40-50, 50-60, 60-70, 70-80, 90-100, 95-105. Спиртомір з шкалою 95-105 використовують для аналізу розчинів високої міцності при температурах вище 20°С.

Скляний спиртомір

Шкала скляного спиртоміру проградуйована в процентах об’ємних при температурі 20°С. Якщо температура розчину відрізняється від 20°С, то користуються таблицями для скляного спиртоміру.

Хід роботи. Для роботи з спиртоміром необхідний скляний циліндр такого діаметра, щоб він вільно опускався в циліндр, не торкаючись стінок. Перед визначенням циліндр повинен бути ретельно вимитий, витертий і ополощений досліджуваним спиртом. Показники спиртоміра залежать від відносної густини водно-спиртового розчину і його температури. Температура вимірюється спеціальним ртутним термометром зі шкалою від -25 до +30°С, який занурюють в розчин. Перед визначенням в/с розчин ретельно перемішують і наливають в циліндр. Видалення бульбашок повітря проводиться помішуванням термометра, тому що бульбашки виштовхують спиртомір нагору і можуть бути причиною не правильних показів спиртоміра. Після видалення всіх бульбашок повітря, не виймаючи термометра, в циліндр обережно опускаємо спиртомір. Спиртомір не повинен торкатися стінок циліндру, а ні термометра. Спиртомір повинен бути чистим.

Витримавши в рідині спиртомір і термометр 3-5 хв, проводять одночасно відлік зануреного спиртоміру і показів термометра. Око повинне знаходитися трішки нижче рівня рідини, тому що так краще видно межу рівня рідини з шкалою.

Відлік проводять після того, як він повністю зупинився в рідині. Скляні спиртоміри показують вміст спирту в % об. при температурі розчину 20°С. При температурі відмінній від 20°С використовують таблиці для скляного спиртоміра. Після запису показів термометр і спиртомір виймають з рідини, обережно витирають рушником і поміщають в спеціально призначений для зберігання футляр.

Відлік показів металевого спиртоміра.

Опустивши спиртомір в рідину з гирькою або без гирьки, дивляться на скільки він занурився; якщо нижня ( нульова) поділка на шкалі знаходиться над рідиною, то спиртомір виймають і заміняють гирьку більш важкою; якщо ж рівень рідини вище верхньої поділки шкали, гирьку замінюють більш легшою. Підібравши гирька проводять відлік наступним чином. Якщо спиртомір занурився без гирьки до рівня М-Н , покази спиртоміра будуть 9,6, то додають 100= 109, 6. Якщо спиртомір з гирькою 50 занурився до рівня М-Н, покази його були б рівні 59,6.

Металевий спиртомір градуйований в умовних одиницях. Для переведення показів в об’ємні відсотки використовують спеціальні таблиці ( таблиці для металевого спиртоміра). Є також таблиці для визначення вмісту спирту при 20 °С по показам скляного спиртоміра ( таблиці для скляного спиртоміра).

Об’єм водно-спиртового (б/в) розчину виражається в см³ при температурі 20°С. При обліку спирту визначають кількість см³(л) безводного спирту. При температурі 20 °С кількість б/в спирту знаходять множенням об’єму в/с розчину на вміст спирту в об’ємних процентах.

В більшості випадках при обліку водно-спиртових розчинів об’єми їх приходиться вимірювати при температурі відмінній від 20°С, і відповідно, вміст спирту в одиниці об’єму змінюється; з зниженням температури об’єм збільшується, а з підвищенням – зменшується. Тому є таблиця множників, які необхідні для визначення об’єму б/в спирту при 20°С, який заключається в даному об’ємі в/с розчину. Множник знаходять, знаючи вміст спирту в % об. і температуру, при якій вимірювали об’єм в/с розчину. Помноживши об’єм в/с розчину на знайдений множник, отримують об’єм безводного спирту, який міститься в рідині при температурі 20°С.

Пікнометричний метод. Вміст спирту у водно-спиртових розчинах визначають також з допомогою пікнометра. Спочатку визначають відносну густину водно-спиртової рідини, а потім по таблицям додатку знаходять масовий або об’ємний вміст спирту.

Хід роботи: Попередньо підготовлений чистий і сухий пікнометр зважують на аналітичних вагах з точністю до 0,0001 г. Потім його заповнюють двічі перегнаною дистильованою водою трішки вище мітки і ставлять в термостат або водяну баню на 15-20 хв при температурі 20°С. Після цього об’єм води в пікнометрі доводять точно до мітки ( по нижньому меніску) джгутиком з фільтрувального паперу, не виймаючи з термостату. Після доведення рідини до мітки пікнометр закривають пробкою, додатково витримують 5 хв в термостаті, потім виймають його, ретельно витирають внутрішню поверхню шийки джгутиком фільтрувального паперу, не торкаючись меніску, а зовні – рушником, і зважують попередньо витримавши 10 хв. в корпусі аналітичних ваг. По різниці між масою пікнометра з водою і пустого знаходять масу води в об’ємі пікнометра, яка по іншому називається водним числом. Водне число розраховують як середнє арифметичне в результаті 3 паралельних визначень і користуються ним при наступних аналізах на протязі 1 місяця. Потім його перевіряють.

Після визначення водного числа воду виливають, пікнометр ретельно висушують гарячим повітрям, ополіскують декілька раз досліджуваним водно-спиртовим розчином і наповнюють ним пікнометр трошки вище мітки. Всі подальші операції виконують в такій же послідовності і з дотриманням тих же умов, що і при визначенні маси води.

Позначимо масу пікнометра Р, масу пікнометра з водою – Р₂, масу пікнометра з досліджуваним водно-спиртовим розчином –Р₁, густина розчину d. Тоді

По таблиці додатку 2 по вказаній густині знаходять вміст спирту в % мас або % об.

Рефрактометричний метод визначення спирту у водно-спиртових розчинах.

Для цього методу використовують занурювальний рефрактометр ІРФ-1. Він являє собою скляний циліндр, який має внизу похилу плоску заломлюючу поверхню, який нахилений до осі циліндра.

При проведенні аналізу рефрактометр занурюють в невеликі стаканчики з досліджуваними розчинами і витримують в термостаті при 20°С на протязі 15-20 хв. Потім через окуляр спостерігають поле зору. За допомогою компенсатора дисперсії досягають різкої границі розподілу світла і тіні. Шкала поділена на 105 поділок; десяті одиниці відраховують за допомогою мікрометричного гвинта. По таблиці, яка додається до приладу, знаходять процентний вміст спирту у водно-спиртових розчинах.

Література: [1, с.59-60]; [2, с.40-46].