Что такое гидратация и дегидратация

Презентация по химии на тему «Гидратация и дегидратация»

Описание презентации по отдельным слайдам:

Гидратация и дегидратация *

1. Теоретические основы Процессы гидратации и дегидратации применяют в промышленности в широких масштабах * Для получения низших спиртов, альдегидов, простых эфиров и некоторых непредельных соединений

1. Теоретические основы Присоединение воды к олефинам всегда происходит по правилу Марковникова, из этилена образуется этанол, из пропилена– изопропанол, из н-бутена и втор-бутанол, а из изобутена – трет-бутанол: *

* Гидратация по тройным связям ацетилена и нитрилов дает карбонильные соединения – ацетальдегид и амиды: 1. Теоретические основы

Все реакции обратимы. Отщепление Н2О происходит с.о.: * 1. Теоретические основы внутримолекулярная дегидратация межмолекулярная дегидратация

Термодинамика гидратации – внутримолекулярной дегидратации: * 1. Теоретические основы гидратация протекает с выделением тепла ее равновесие смещается вправо при Т и Р

* 1. Теоретические основы Пример: гидратация олефинов при 250–300 °С и атмосферном давлении составляет всего 0,1–0,2%, а при 7–8 МПа и тех же температурах она возрастает до 12–20 %

Реакции гидратации принадлежат к числу кислотно-каталитических процессов, протекающих по механизму электрофильного присоединения. Основными катализаторами являются протонные кислоты (фосфорная, серная) и сульфокатионит (сульфированный сополимер стирола с дивинилбензолом с размером частиц 0,2–0,9 мм). * 1. Теоретические основы

Роль катализатора заключается в протонировании олефина с промежуточным образованием π- и σ-комплексов * 1. Теоретические основы

Равновесие гидратации – дегидратации мало зависит от строения олефина и спирта, поэтому ряд реакционной способности олефинов к гидратации соответствует аналогичному ряду спиртов по их способности к дегидратации: третичный > вторичный > первичный * 1. Теоретические основы

Побочные реакции и селективность процесса * 1. Теоретические основы 1.2. Олигомеризация олефинов Пути уменьшения выхода ОП: 1. Избыток воды по отношению к олефину 2. Снижение температуры

Побочные реакции и селективность процесса * 1. Теоретические основы 1.1 Образование простых эфиров Т Р, СROH +ROH ROH + олефин олефин Т Р, СROH

Побочные реакции и селективность процесса * 1. Теоретические основы 3. Образование альдегидов или кетонов Пути уменьшения выхода АиК: использование оксидных катализаторов (Al2O3 или ThO2) вместо протонных кислот

2. Гидратация олефинов Наиболее ценными продуктами, получаемыми реакциями гидратации, являются: Метилкарбинол: растворитель; горючее для жидкостных ракетных двигателей; компонент антифризов; применяется в медицине, пищевой и химической промышленности (производство ацетальдегида, диэтилового эфира, этилацетата, уксусной кислоты) Мировое производство этанола гидратацией этилена составляет около 3 млн. т/год. *

2. Гидратация олефинов Наиболее ценными продуктами, получаемыми реакциями гидратации, являются: 2-пропанол: нашел применение в качестве растворителя, используется в производстве сложных эфиров и ацетона. *

2. Гидратация олефинов Наиболее ценными продуктами, получаемыми реакциями гидратации, являются: 2-бутанол: применяется как растворитель, а также для получения сложных эфиров и метилэтилкетона. *

2. Гидратация олефинов 2.1. Сернокислотная гидратация * Для подавления побочных реакций: концентрация серной кислоты от 60 до 98 %, температура от 0 до 70 °С, давление от 0,2 до 2 Мпа, соотношение серной кислоты и олефина берут таким, чтобы на 1 моль H2SO4 поглощалось 1,2–1,3 моль олефина.

2. Гидратация олефинов 2.1. Сернокислотная гидратация * Влияние природы олефина на условия сернокислотной гидратации олефинов в спирты Олефин H2SO4,% Р, МПа Т, °С СН2=СН2 96 2,5 70 СН2=СН–СН3 70 0,8 70 СН2=СН– СН2–СН3 80 0,4 45 СН2=С(СН3)2 65 0,4 30

2. Гидратация олефинов 2.1. Сернокислотная гидратация * горизонтальный абсорбер с дисковой мешалкой колонный тарельчатый абсорбер непрерывного действия

2. Гидратация олефинов 2.1. Сернокислотная гидратация * Основной недостаток метода: наличие отработанной серной кислоты и необходимость ее утилизации

2. Гидратация олефинов 2.2. Прямая гидратация * Условия: катализатор (Н3РО4 на носителе), избыток этилена (1,4…1,6):1, температура (260–300 °С), давление водяного пара (2,5–3,0 МПа), степень конверсии – 4 %, объемная скорость – 2000 ч–1, выход спирта – 15 %, концентрация этилена – 97–99 %, подпитка катализатора фосфорной кислотой

2. Гидратация олефинов 2.2. Прямая гидратация * Оборудование гидратации этилена: гидратор непрерывного действия, полая стальная колонна (d=1,5 и h=10 м), корпус и днище выложен листами красной меди, устройства для охлаждения не требуются Реакционный узел для гидратации пропилена на сульфокатионите

* Основные преимущества: процесс одностадийный, отсутствие расхода серной кислоты или установок по ее регенерации, более высокий выход спирта (≈ 95 %), меньше коррозии аппаратуры. 2. Гидратация олефинов 2.2. Прямая гидратация

* 2. Гидратация олефинов

* Ацетальдегид применяют для производства уксусной кислоты, уксусного ангидрида, н-бутанола, пентаэритрита,паральдегида 3. Гидратация ацетилена Гидратация ацетилена по реакции Кучерова долгое время была единственным промышленным методом получения ацетальдегида:

* Проводится в жидкой фазе путем барботирования ацетилена через 10–20 %-ную серную кислоту, содержащую 0,5–0,6 % HgO, который находится в растворе в виде HgSO4 3. Гидратация ацетилена 3.1. Гидратация с ртутным катализатором

* 3. Гидратация ацетилена 3.1. Гидратация с ртутным катализатором 3.1.1. Конденсация ацетальдегида с образованием кротонового альдегида и смол: Побочные процессы: 3.1.2. Восстановление ацетальдегидом солей ртути с превращением их в неактивную форм

* Основной недостаток: применение токсичных и дорогостоящих ртутных солей в качестве катализаторов 3. Гидратация ацетилена 3.1. Гидратация с ртутным катализатором

* Практическое применение нашла смесь состава CdHPO4·Ca3(PO4)2, активная при 350–400 °С, обладающая кислотными свойствами и содержащая металл той же группы периодической системы, что и ртуть. 3. Гидратация ацетилена 3.2. Гидратация с нертутным катализатором

* 3. Гидратация ацетилена 3.2. Гидратация с нертутным катализатором Способы повышения селективности: устранение перегрева и организация оптимального теплового режима процесса применение большого избытка водяного пара (7…10) : 1 и поддержание неполной конверсии ацетилена в реакторе

* 3. Гидратация ацетилена 3.2. Гидратация с нертутным катализатором Основные недостатки: Низкий выход ацетальдегида Небольшой срок службы катализатора

* 4. Дегидратация спиртов 4.1. Дегидратация с образованием ненасыщенных соединений При обработкой фракции нефти (С4) водой в присутствии сульфокатионита получается трет-бутиловый спирт, который после его выделения подвергают дегидратации с образованием изобутилена:

* 4. Дегидратация спиртов 4.1. Дегидратация с образованием ненасыщенных соединений Из изобутилена и формальдегида в результате заключительной последовательной дегидратации диола и ненасыщенного спирта получают изопрен:

* 4. Дегидратация спиртов 4.2. Дегидратация с образованием простых эфиров Межмолекулярной дегидратацией этанола в больших количествах получают диэтиловый эфир при 250 ºС на гетерогенном катализаторе:

* 4. Дегидратация спиртов 4.2. Дегидратация с образованием простых эфиров Дегидратацией безводного этиленхлоргидрина на кислотном катализаторе получают хлорекс (β, β’-дихлордиэтиловый эфир): Хлорекс – ценный растворитель, экстрагент, исходное вещество для получения полисульфидных полимеров

* 4. Дегидратация спиртов 4.2. Дегидратация с образованием простых эфиров Двухатомные спирты при дегидратации в присутствии кислотного катализатора способны к замыканию цикла с образованием стабильных пяти- и шестичленных циклов.

* 4. Дегидратация спиртов 4.2. Дегидратация с образованием простых эфиров Этим путем получают растворители: из диэтиленгликоля – диоксан, из бутандиола – тетрагидрофуран:

* 5. Дегидратация карбоновых кислот Продуктами внутри- и межмолекулярной дегидратации являются кетен и уксусный ангидрид: Реакция эндотермична, равновесие смещается вправо только при высокой температуре: 500–600 °С в случае образования ангидрида и 700 °С в случае образования кетена. При образовании кетена на равновесное превращение положиельно влияет и пониженное давление. Обе реакции протекают в присутствии гетерогенных катализаторов кислотного типа (фосфаты и бораты металлов) или паров фосфорной кислоты

* 6. Технология дегидратации Используют в тех случаях, когда продукт или исходные реагенты недостаточно стабильны при повышенных температурах газофазного процесса – синтез хлорекса, диоксана и морфолина 6.1. Жидкофазная дегидратация Катализатор: серная кислота (концентрацией до 70 %), фосфорная кислота, кислые фосфаты кальция или магния, сульфокатиониты (при температуре до 150 °С). Температура: от 100 до 160–200 °С Давление: атмосферное

* 6. Технология дегидратации Вариант 1 Процесс ведут, непрерывно отгоняя от катализаторного раствора продукт в виде азеотропа, обогревая реактор паром и непрерывно подавая исходный органический реагент Вариант 1 Процесс ведут при пропускании подкисленного реагента через змеевиковый или трубчатый реактор при нужной температуре 6.2. Реакционные узлы жидкофазной дегидратации

* 6. Технология дегидратации 6.4. Реакционные узлы газофазной дегидратации Вариант 1 Эндотермические процессы внутримолекулярной дегидратации проводят в трубчатом реакторе в трубах которого размещен гетерогенный катализатор

* 6. Технология дегидратации 6.4. Реакционные узлы газофазной дегидратации Вариант 2 Ввиду высокой металлоемкости трубчатых аппаратов наибольшее распространение получили адиабатические реакторы со сплошным слоем гетерогенного катализатора, не имеющие поверхностей теплообмена

Технологическая схема получения этанола: 1, 2 – компрессоры; 3 – трубчатая печь; 4 – теплообменник; 5 – реактор; 6 – солеотделитель; 7 – холодильник; 8, 10 – сепараторы; 9 – абсорбер; 11 – колонна отгонки легкой фракции; 12 – колонна отгонки этанола; 13 – установка ионообменной очистки оборотной воды; 14 – насос; 15 – дроссельный вентиль; 16 – конденсаторы *

Курс повышения квалификации

Дистанционное обучение как современный формат преподавания

Курс повышения квалификации

Педагогическая деятельность в контексте профессионального стандарта педагога и ФГОС

Курс повышения квалификации

Современные педтехнологии в деятельности учителя

Ищем педагогов в команду «Инфоурок»

Номер материала: ДA-000705

Не нашли то что искали?

Вам будут интересны эти курсы:

Оставьте свой комментарий

Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.

Учителя о ЕГЭ: секреты успешной подготовки

Время чтения: 11 минут

Петербургский Политех перевел студентов на дистанционку

Время чтения: 1 минута

Пик использования смартфонов приходится на 16 лет

Время чтения: 1 минута

Путин поручил не считать выплаты за классное руководство в средней зарплате

Время чтения: 1 минута

Школьников Улан-Удэ перевели на удаленку из-за гриппа и ОРВИ

Время чтения: 1 минута

Минтруд представил проект программ переобучения безработных на 2022 год

Время чтения: 2 минуты

Учителям предлагают 1,5 миллиона рублей за переезд в Златоуст

Время чтения: 1 минута

Подарочные сертификаты

Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако администрация сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.

Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение администрации может не совпадать с точкой зрения авторов.

Источник

Гидратация, дегидратация

Глубина физико-химических изменений белков определяется их природными свойствами и наиболее значительные изменения белков связаны с их гидратацией, дегидратацией, денатурацией и деструкцией.

Гидратация – способность белков связывать влагу, при этом происходит адсорбция полярных молекул воды на поверхности белковой молекулы. Поскольку на поверхности белковой молекулы находятся полярные (гидрофобные) группы и молекулы воды также обладают полярностью, то происходит их адсорбция на поверхности белковой молекулы, а вода, связываемая белками, является адсорбционной. Адсорбция может быть ионной и молекулярной. Ионная адсорбция – связывание воды свободным полярными группами белка (аминогруппами, карбоксильными группами и др.). Молекулярная адсорбция – присоединение воды связанными полярными группами (пептидными, гидроксильными, сульфгидрильными и др.). величина молекулярной адсорбции является постоянной для каждого вида белка, а величина ионной адсорбции изменяется с изменением реакции среды.

В изоэлектрической точке белка (ИЭТ), где число положительных и отрицательных зарядов в молекуле белка одинаково (при определенном рН среды) белки обладают наименьшей способностью связывать воду, происходит разрушение их гидратной оболочки вокруг белковой молекулы, поэтому они соединяются, образуя крупные агрегаты и выпадают в осадок. Адсорбционная вода удерживается за счет водородных связей (между атомом водорода одной молекулы и атомом кислорода другой). За счет значительного количества водородных связей адсорбционная вода является достаточно прочно связанной.

Гидратация белков может быть полная – при избыточном количестве воды, например, в молоке, жидком тесте и др. Гидратация может быть дополнительной – при добавлении к яичной массе воды или молока, при добавлении к измельченному мясу воды, что повышает, липкость массы, улучшает формование и сочность готового изделия. Примером гидратации также является приготовление теста и образование клейковины. От степени гидратации зависит такой важнейший показатель как сочность изделия. Следует учесть, что в пищевых продуктах наряду с адсорбционной водой содержится большее или меньшее количество капиллярно-связанной воды, которая также влияет на качество готовой продукции.

Дегидратация – потеря белками воды при сушке, замораживании, размораживании мяса, при тепловой обработке изделий.

Лекция №3

Тема «Физико-химические изменения белковых веществ при кулинарной обработке продуктов:

денатурация, коагуляция, деструкция»

План

1. Денатурация и коагуляция белков: физико-химическая сущность.

2. Деструкция белков: физико-химическая сущность.

3. Влияние изменения белков на их пищевую ценность.

4. Проблема белковой недостаточности и пути ее решения.

1. Денатурация и коагуляция белков: физико-химическая сущность

Денатурация – нарушение пространственной структуры белковой молекулы под воздействием внешних факторов, чаще всего нагревания, которые приводят к изменениям природных свойств белка. С физической точки зрения денатурацию рассматривают как разупорядочение конформации полипептидной цепи без изменения первичной структуры. Денатурация может быть тепловой (в результате нагревания), поверхностной (при встряхивании, взбивании), кислотная или щелочная (в результате воздействия кислот и щелочей). Тепловая денатурация сопровождает изменение пищевых продуктов практически во всех процессах кулинарной обработки белоксодержащих продуктов.

Механизм тепловой денатурации: при комнатной температуре определенная пространственная укладка белковой глобулы сохраняется за счет поперечных связей между участками полипептидной цепи: водородных, дисульфидных (-S-S-). Эти связи не прочны, но обладают достаточной энергией, чтобы удерживать полипептидную цепь в свернутом состоянии. При нагревании белков усиливается тепловое движение атомов и полипептидных цепей белковых молекул, в результате поперечные связи разрушаются, ослабляются гидрофобные взаимодействия между боковыми цепями. В результате полипептидная цепь разворачивается, важную роль при этом играет вода: она проникает в участки белковой молекулы и способствует развертыванию цепи. Полностью обезвоженные белки, выделенные в кристаллическом виде, очень устойчивы и не денатурируют даже при длительном нагревании до температуры 100ºС и выше. Развертывание белковой глобулы сопровождается образованием новых поперечных связей, особенно активными при этом становятся дисульфидные.

Денатурация глобулярных белков протекает путем развертывания белковой глобулы и последующем ее сворачивании по новому типу. Прочные ковалентные связи при такой перестройке не разрушаются.

Денатурация фибриллярных белков (например, коллагена соединительной ткани мяса): связи, удерживающие пространственную структуру в виде спирали разрываются и нить белка сокращается, при длительной тепловой обработке коллагеновые волокна превращаются в стекловидную массу.

Денатурация сопровождается изменением важнейших свойств белка: потерей биологической активности (инактивация ферментов), видовой специфичности (изменение окраски, например, мяса), способности к гидратации (при изменении конформации на поверхности белковой глобулы появляются гидрофобные группы, а гидрофильные оказываются блокированными в результате образования внутримолекулярных связей), улучшением атакуемости протеолитическими ферментами, повышением реакционной способности белков, агрегированием белковых молекул. А

Агрегирование – взаимодействием денатурированных молекул белка с образованием более крупных частиц. Внешне это выражается по-разному: в малоконцентрированных белковых растворах – образование пены (хлопья на поверхности бульонов), в более концентрированных белковых растворах – образование сплошного геля при их одновременном уплотнении и отделении жидкости в окружающую среду (дегидратации). Так происходит денатурация белков в мясе, рыбе, яйце. Величина дегидратации зависит от кислотности среды – при подкислении влаги теряется меньше, так при мариновании мяса птицы, рыбы изделия получаются более сочными.

В неденатурированном состоянии белки представляют собой золь (раствор), в результате денатурации происходит переход раствора в студень (гель). Если белок находится в высококонцентрированном состоянии, то в процессе варки образуется сплошной студень, который охватывает весь объем системы (например, белок яйца).

Коагуляция – переход золя в гель, то есть из одного коллоидного состояния в другое. Между процессами денатурации и коагуляции нельзя ставить знак равенства, хотя в большинстве процессов коагуляция сопровождает денатурацию, но иногда и нет. Например, при кипячении молока лактоальбумин и лактоглобулин денатурируют и коагулируют, а казеин в тоже время не меняет своего коллоидного состояния.

Каждый белок имеет определенную температуру денатурации, Например, для белков рыбы низший температурный уровень денатурации, при котором начинаются видимые денатурационные изменения, составляет около 30ºС, яичного белка – 55ºС.

Изменение рН среды оказывает влияние на температуру денатурации: при значениях рН близких к ИТБ, денатурация происходит при более низкой температуре и сопровождается максимальной дегидратацией белка. Создание кислой среды при тепловой обработке способствует снижению дегидратации и продукт получается более сочным.

Температура денатурации повышается в присутствии других более термостабильных белков и некоторых веществ небелковой природы, например, сахарозы.

2. Деструкция белков: физико-химическая сущность

При изготовлении кулинарной продукции изменения белков не ограничиваются денатурацией: для доведения продуктов до состояния кулинарной готовности нагрев ведут при температуре 100ºС и выше, при этом происходит дальнейшее измение белков, сопровождающееся разрушением макромолекулы белка.

Деструкция – дальнейшие постденатурационные изменения белков, протекающие при температуре 100ºС и выше и сопровождающиеся на первой стадии разрушением макромолекул белка с отделением летучих соединений (аммиака, сероводорода, фосфористого водорода и др.), участвующих в формировании аромата готового изделия. При длительной термической обработке происходит деполимеризация (разрушение белковой цепочки) с образованием водорастворимых азотистых веществ.

Ярким примером деструкции денатурированного белка является переход коллагена в глютин при варке бульонов и студней. Деструкция белков происходит в проивзодстве некоторых видов теста. В этом случае разрушение внутримолекулярных связей в белках происходит при участии протеолитических ферментов, содержащихся в муке и вырабатываемых дрожжевыми клетками.

Деструкция белков может быть целенаправленным приемом кулинарной обработки, способствующим интенсификации технологического процесса (использование ферментных препаратов для размягчения мяса, ослабления клейковины теста, получения белковых гидролизатов и др.)

Гидролиз белков – расщепление полипептидных цепей белковой молекулы с высвобождением аминокислот. Эта реакция протекает под действием ферментов в желудочно-кишечном тракте.

Источник

Что, черт возьми, такое гидратация и регидратация?

Если процесс frontend разработки привёл вас к вопросу SEO оптимизации, то почти наверняка, вы столкнётесь с понятием Server Side Rendering (SSR) и тесно связанной с ним гидратацией (или регидратацией). Представленная ниже информация является переводом в очень свободной форме и дополненным некоторыми особенностями, с целью прояснить subject.

Рассвет одностраничных приложений SPA

Модель одностраничных приложений The Single Page Application (SPA) набрала высокую популярность за последние несколько лет. Оно и понятно, этот подход даёт определённый профит по скорости, качеству обслуживания и создаёт основу для новых паттернов клиентской веб-разработки.

Как все, я думаю, прекрасно знают, SPA работает внутри браузера и не требует перезагрузки страницы во время использования.

Супер идея! Но, конечно, есть «подводные камни».

В числе самых распространённых случаев (если взять любой tutorial по react или vue) главная страница index.html содержит практически пустой HTML-файл с небольшим количеством глобальных для всего проекта ссылок CSS, JavaScript, шрифты и т.п.

Рендеринг на стороне сервера SSR

В отличие от рендеринга на стороне клиента Client Side Rendering (CSR), который использует браузер для рендеринга всего содержимого приложения и получения данных с API и т.п., SSR использует… сервер. То есть, всё тот же рендеринг и получение данных обрабатывается сервером (NodeJS с помощью фреймворков Express, Next, Vue SSR, Nuxt или что там ещё. ), а затем ответ с разметкой HTML, стилями, скриптами и полученными данными с API, отправляется браузеру.

Таким образом, вы можете использовать преимущества двух подходов: скорость / SEO и интерактивность / UX.

И так, всё же, что такое гидратация / регидратация?

Регидратация — это своего рода мост между SSR и CSR.

Существует такой показатель производительности веб страницы, как First Contentful Paint (FCP) — в приближённом переводе будет звучать как ‘первая значимая отрисовка’ — время, когда браузер начал отображать любой текст, изображения (включая фоновые). Это первые элементы, которые пользователь увидит на странице. Создав отчёт с помощью Lighthouse в Chrome, в закладке performance, вы сразу же увидите этот показатель.

Время, потраченное на генерацию содержимого на сервере и будет являться First Contentful Paint временем.

Сразу после этого, клиентский JavaScript начинает выполнение по созданию полноценного клиентского приложения (в большинстве случаев популярных фреймворков — virtual dom и binding интерфейса управления им).

В этот момент нет необходимости заново рендерить весь DOM на клиенте, но необходимо добавить недостающие события, методы, а в некоторых случаях и элементы, которые не рендерились на сервере.

Именно этот процесс и называется гидратацией или регидратацией (hydration / re-hydration). Немного более подробное описание можно найти в Руководстве Vue SSR (которое также есть на русском языке), но, соответственно, с некоторыми особенностями конкретно этого фреймворка.

Производительность

А вот в этой части появляются некоторые проблемы. Регидратация имеет определённый недостаток — это время до взаимодействия или Time to Interactive, которое можно увидеть во всё том же, известном нам, Lighthouse Chrome. Даже если вы организовали всё идеально на стороне сервера и страница имеет быструю первую отрисовку содержимого, пользователь сможет с ней взаимодействовать только после CSR регидратации, которая иногда выполняется довольно медленно. Это большой минус в части UX.

Ещё один показатель Max Potential First Input Delay — задержка первого ввода (англ. First input delay, FID) — одна из метрик производительности веб-страниц, которая описывает время, прошедшее с момента, когда пользователь впервые начал взаимодействовать с веб-страницей, т.е. нажал на ссылку, кнопку или использует элемент управления на основе JavaScript, до момента, когда веб-браузер может ответить на данное взаимодействие (определение с сайта mozilla).

И время регидратации напрямую влияет на этот показатель. И чем больше компонентов и логики на вашей странице — тем стремительнее увеличивается этот показатель.

Одним из способов решения является lazy load для hydration.

Источник