Система: известь + сахар + вода

25-04-2017, 11:51

Необходимо рассмотреть то физико-химическое равновесие, в котором находится наш реагент — известь — с водой и сахаром; следовательно, надо рассмотреть систему СаО + Н2О + сахар в зависимости от температуры и количественных соотношений. При этом надо выяснить количество при различных условиях основных реагентов, производящих реакции на дефекации: иона кальция и иона гидроксила. Все это рассмотрим пока независимо от присутствия несахаров, которые мало влияют на состояние равновесия.
Схема химического равновесия в нашей системе такова:
Система: известь + сахар + вода

Количество извести, прибавляемой к диффузионному соку на дефекации, значительно больше того, какое может раствориться. Мы берем около 2—2,5% извести, но растворяется фактически при температуре 80° С в 14%-ном растворе сахара только 0,25%, т. е. лишь 1/8, а 7/8 взятой извести остается в осадке.
Однако в нашем растворе сахара все-таки гораздо больше извести, чем могло бы ее раствориться при той же температуре в чистой воде: там было бы в растворе не 0,25%, а лишь 0,072%. Повышенная растворимость извести в сахарном растворе объясняется образованием сахарата кальция. Сахароза действует как очень слабая кислота (постоянная электролитической диссоциации при 20° С около 3*10в-13):

При температуре 85° С и той незначительной концентрации извести (0,25%), какая при этих условиях имеется в растворе, можно полагать, что лишь один водород сахарозы проявляет кислотные свойства, т. е. образуется даже не моносахарат (С12Н22О11*СаО), а «полусахарат», где на одну молекулу двухвалентной извести приходятся две молекулы сахарозы (это и изображено в нашем уравнении). Если бы весь сахар полностью вступил в реакцию образования «полусахарата», то при молекулярной массе сахара 342, эквивалентной массе СаО 56/2 = 28 в 13%-ном сахарном растворе растворилось бы 13*28/342 = 1,06% извести, а не 0,25%, т. е. в 4 раза больше.
Этот расчет достаточно ясно показывает, что реакция образования сахарата идет неполно, так как она обратима; образовавшийся сахарат как соль очень слабой кислоты гидролизуется и дает вновь сахарозу и известь:

Таким образом, идут одновременно обе реакции (1) и (2), что может быть изображено одним уравнением обратимой реакции

Следовательно, мы всегда имеем смесь извести, сахара и сахарата. Количество какого из этих веществ будет больше, зависит от соотношения скоростей реакции (1) и (2), а они зависят в свою очередь от соотношения действующих масс и от температуры.
При повышении температуры усиливается реакция гидролиза; сахарат гидролизуется, давая известь, которая оказывается уже в чрезмерном количестве в растворе и начинает выпадать в осадок; следовательно, растворимость извести при повышении температуры падает.
Итак, мы имеем две равновесные системы: 1) равновесие между известью в осадке и в растворе; 2) равновесие между сахаратом кальция и продуктами его гидролиза — сахаром и известью.