Báo cáo môn học tiểu luận cấu trúc và tính chất của nước đá

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM NGÀNH CÔNG NGHỆ HÓA THỰC PHẨM  GVCN: Tôn Nữ Minh Nguyệt Họ vàTên:  Phạm Thị Phương Thảo_60402378  Nguyễn Thị Thanh Nga_60401621 CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT CỦA NƯỚC ĐÁ    I CẤU TẠO PHÂN TỬ NƯỚC 1.DẠNG ĐƠN PHÂN 2.DẠNG LIÊN HP 3.TRẠNG THÁI TỒN TẠI CỦA NƯỚC II CẤU TẠO PHÂN TỬ NƯỚC ĐÁ III TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA NƯỚC ĐÁ IV ĐẶC ĐIỂM CỦA NƯỚC ĐÁ: 1.ĐẶC TÍNH 2.CHẾ TẠO ĐÁ V.PHÂN LOẠI I CẤU TẠO PHÂN TỬ NƯỚC: 1-DẠNG ĐƠN PHÂN: Nước có công thức phân tư ûlà H20 (M=18) ,nguyên tử Oxy nguyên tử Hydro tạo thành tam giác cân có đỉnh O Sáu điện tử linh động oxy phân tử nước tạo thành bốn đám mây điện tử sp³ hướng bốn đỉnh tứ diện Hai bốn đám mây điện tử xen lẫn với đám mây điện tử nguyên tử tạo thành liên kết đồng hoá trị O-H với góc đỉnh H-O-H 104,5º ,khoảng cách liên kết O-H 0,96Aº đám mây lại chứa điện tử chưa cặp đôi Do độ âm điện cao oxy nên liên kết đồng hoá trị O-H có phần tính chất ion Liên kết hydro liên kết yếu tồn với số lượng lớn liên kết hydro làm cho có vai trò quan trọng trình chế biến bảo quản thực phẩm Năng lượng cắt đứt liên kết hydro 25Kj/mol.Liên kết hydro liên kết phân tử qua nguyên tử H Mỗi phân tử nước chất khác phần lớn điểm đặc biệt cấu tạo Một điểm khác biệt tồn trạng thái liên hợp phân tử nước Công thức chung liên hợp nước [H2O]n ,với n=1,2,3,4,… 2- LIÊN HP NƯỚC Được tạo thành liên kết hydro phân tử nước, số lượng phân tử nước tham gia vào liên hợp nước khác nhau.Qúa trình tạo liên hợp nước gọi trình hydrat hoá nước, ngược lại, trình phân ly liên hợp nước thành phân tử nước đơn phân gọi trình dehydrat hoá nước Hai trình xảy đồng thời tuỳ thuộc trạng thái nước mà lúc hay lúc khác hai trình chiếâm ưu n H2O↔ [H2 O]n Như trình bày, cấu tạo có vị trí cho hay nhận điện tử để tạo liên kết hydro mà phân tử nước gắn với tối đa phân tử nước khác tạo nên cấu trúc tứ diện ,phân tử tâm phân tử lại tạo thành bốn đỉnh Nếu số phân tử nước tăng lên ,thì cấu trúc liên hợp nước mạng không gian chiều tạo thành từ liên kết hydro 3- TRẠNG THÁI TỒN TẠI CỦA NƯỚC: Cũng hợp chất hoá học khác ,nước tự nhiên tồn dạng :rắn ,lỏng hơi.Nước trạng thái lỏng khoảng nhiệt độ từ 0ºC đến 100ºC Ở trạbg thái ,cả trình hydrat hoá dehydrat hoá nước diễn đồng thời.Nhiệt độ thấp ,nhiệt cung cấp Phân tử chuyển động chậm nên mức độ hydrat hoá cao Khi nhiệt độ hạ thấp dần ,dao động nhiệt phân tử nước giảm dần, tạo điều kiện cho trinh hydrat hoá nước sảy ra, liên hợp nước lớn Tại điểm đông đặc (0ºC) nước đông đặc lại ,chuyển sang trạng thái rắn gọi nước đá Lúc ,dao đông nhiệt giảm tối đa nên mức độ hydrat hoá đạt đến tối đa.Mỗi phân tử nước liên kết với phân tử nước khác tạo nên cấu trúc tinh thể đặc biệt nước đá:tứ diện cấu trúc rỗng Thực nghiệm cho thấy 0ºC có khoảng 50% tổng số phân tử nước tham gia liên hợp nước, 183ºCtất phân tử nước tham gia liên hợp nước I.CẤU TẠO PHÂN TỬ NƯỚC ĐÁ: Trong nước đá, toàn liên kết mạch cực đại phân tử phân bố cấu trúc mạng lưới chuẩn Sự xếp ngẫu nhiên phân tử H2O tự nước lỏng làm cho chúng xếp gần so với cấu trúc mạng Do nước đá có cấu trúc thưa mặt nước lỏng.Hay tỉ trọng nước đá nhỏ nước - Tỉ trọng nước lỏng 0ºC : 0,9998 g/ml -Tỉ trọng nước đá 0ºC : 0,9168 g/ml Hình 1: Cấu trúc nước đá II.TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA NƯỚC ĐÁ - Ở áp suất thường,nước có tỉ trọng lớn 4C Trong trình hạ nhiệt độ từ 4C 0C tỉ trọng giảm từ 1000  999,9kg/m³ biến thành nước đá tỉ trọng tiếp tục giảm tới 916,8 kg/m³ Tỉ trọng nước đá fđ có quan hệ với nhiệt độ sau: fđ = 917(1-0,00015t) để cân hệ pha nước_đá, áp suất P liên quan với nhiệt độ nóng chảy đá theo phương trình Klapeuron-Kleuzysac: dp r dr = T(vl-vđ) Trong đó: r: ẩn nhiệt đóng băng R= 334KJ/Kg Khi nhiệt độ hạ 1C thí v tăng 2,12KJ/Kg vl,vđ: thể tích riêng pha lỏng pha đá(rắn) Bởi vl,vđ nên dp/dt  Khi tăng áp suất nhiệt độ nóng chảy giảm _Tỉ nhiệt nước đá: Cđ= 2,12KJ/(Kg.K) Hệ số dẫn nhiệt: λđ=2,22w/m.K có quan hệ với nhiệt đô sau: Cđ≈ 2,12+0,00779t λđ≈ 2,22(1-0,0015t) _Một số đặc trưng nước đá : 0ºC -20ºC Tỷ trọng [g/ml] 0,9193 p suất [kPa] 0,103 Nhiệt dung riêng [J/g độ K] 1,9544 Độ dẫn nhiệt [W/m.độ K] 2,433 0,9168 0,6113 2,1009 2,240 Nhiệt khuếch tán[m²/s] 11,8.10‾7 Hằng số điện môi -98 11,7.10‾ -90 Hình vẽ: Cấu trúc đá áp suất nhiệt dộ khác -p suất 2,7 atm đá suốt pha lê gọi đá I ,nhưng 2,7atm sơ đồ có 13 loại tinh thể khác (được kí hiệu từ số II đến XIV) Đá I tồn dạng tinh thể :đá cạnh đá lập phương Đá lâp phương tạo thành ngưng tụ nước bề mặt chất rắn nhiệt độ khoảng từ -140ºC đến -120ºC Đá cạnh không thay đổi sang đá lập phương hay dạng không kết tinh bị lạnh Do đó, áp suất khí có đá cạnh tồn thích hợp III._ĐẶC ĐIỂM CỦA NƯỚC ĐÁ: 1_ĐẶC TÍNH : Nước trạng thái rắn gọi nước đá.Khi tan thành nước hấp thụ nhiệt lượng lớn từ môi trường xung quanh Lượng nhiệt cần thiết để làm tan 1g nước đá thành nước tương dương với nhiệt lượng tiêu tôn để đố tnóng 1g nước lên 80C từ nhiệt dô ban đầu là20C Do nước đá làm hạ nhiệt môi trường xung quanh dùng làm chất tải lạnh thông dụng Khi nước đá nóng chảy,khoảng 15% số liên kết hydro bị phá vỡ nghóa số phần tử nước bị liên kết với phân tử bên cạnh Những phân tử tự chui vào lỗ hổng cấu trúc rỗn,điều cho phép phân tử xếp khít hơn,kết thể tích đa ùgiảm nóng chảy *Nước đá thiên nhiên nước đá có sẵn thiên nhiên như: +Tuyết: Tuyết tạo thành khí hạt nước nhỏ lạnh đông kết thành tinh thể băng (12C  -22C) +Tuyết vụn nước đá: Tuyết vụn tuyết nhỏ có dính giọt nước nhỏ lạnh ,khi tinh thể băng hình thành nước kết đọng nhiều lần bề mặt sinh mưa đá *Nước đá nhân tạo : Nước đá nhân tạo dược sản xuất dạng khối(cây20,25,50 Kg),chế tạo thùng nhôm,dạng bẹ (trong hộp), dạng vảy (những mảnh vụn ve chai),dạng viên (đường kính 30 100mm),và dạng bột mịn,…Tùy theo yêu cầu sử dụng 2.CHẾ TẠO ĐÁ: Chế tạo đá theo phương pháp dùng bể nước muối,khuôn đá di động Nước muối lạnh -10C (điểm đóng băng -15C  20C)và NH3 bay khoảng -15C cho nước vào khuôn dến 9/10 khuôn để tránh nước tràn bể nước muối.Làm cho nước muối bên cao mực nước khuôn để làm lạnhh đông nhanh -Nước đá dùng để ướp lạnh thực phẩm dể ăn cần đạt tiêu chuẩn không 100 vi khuẩn/1cm³và vi khuẩn E coli Riêng nước đá dùng để pha trộn vào sản phẩm chế biến xuất phải có pha thêm hóa chất sát trùng như:NaClO , Ca(OCl) , NaNO2,NaNO3 , H2O2 …gọi “đá sát trùng” (nồng độ 50ppm).Nếu vượt nồng độ thuốc cho phép nước đá có mùi ảnh hưởng dến sản phẩm nước đá chế tạo Kéo dài thời gian đông làm hao tổn điện Ngoài nước chế tạo đá có nhiều khí hòa tan( khí Clo,không khí…)thì hạ nhiệt độ,khí tách phần không hòa tan,tập trung thành dạng bọt khíthoát không kịp làm cho đá xốp,trắng đục.Do tác dụng làm lạnh nước đá kém,giảm năngsuất lạnh riêng tan 1dm³ đá IV PHÂN LOẠI: Sự hình thành loại đá phụ thuộc nhiều vào điều kiện áp suất nhiệt độ.psuất va nhiệt độ khác ta có cấu trúc đá khác nhau: Đá loại I, đá loại II, đá loại III, đá loại V, đá loại VI, đá loại VII Hình 2 : Biểu đồ thể phụ thuộc loại đá vào nhiệt độ áp suất Dựa vào biểu đồ ta thấy nhiệt độ áp suất định loại đá hình thành - Đá I : thay đổi sang đá II đá III áp suất khoảng 2kb -Đá II :tỉ trọng 1,17gm/cc -Đá III :hình tứ giác ,tỉ trọng 1,14gm/cc -Đá IV :không tồn -Đá VI :là đá tứ giác, tỉ trọng 1,31g/cc thao Hình 3: Đá loại Hình 4: Đá loại Hình 5: Đá loại Hình 6: Đá loại Hình 7: Đá loại Hình 8: Đá loại Hình 8 :Đá loại VII ...CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT CỦA NƯỚC ĐÁ    I CẤU TẠO PHÂN TỬ NƯỚC 1.DẠNG ĐƠN PHÂN 2.DẠNG LIÊN HP 3.TRẠNG THÁI TỒN TẠI CỦA NƯỚC II CẤU TẠO PHÂN TỬ NƯỚC ĐÁ III TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA NƯỚC ĐÁ IV... với cấu trúc mạng Do nước đá có cấu trúc thưa mặt nước lỏng.Hay tỉ trọng nước đá nhỏ nước - Tỉ trọng nước lỏng 0ºC : 0,9998 g/ml -Tỉ trọng nước đá 0ºC : 0,9168 g/ml Hình 1: Cấu trúc nước đá II.TÍNH... nhiệt độ khác ta có cấu trúc đá khác nhau: Đá loại I, đá loại II, đá loại III, đá loại V, đá loại VI, đá loại VII Hình 2 : Biểu đồ thể phụ thuộc loại đá vào nhiệt độ áp suất Dựa vào biểu đồ ta thấy