Помощь по Теле2, тарифы, вопросы

Как только человек начал готовить себе пищу, так он, пусть и неосознанно, стал химиком. На сковородах и в жаровнях, в бочках и глиняных сосудах шли сложнейшие химические и биохимические процессы . Между прочим, не все они получили полное объяснение и сегодня, что, впрочем, не мешает людям варить, печь, солить и мариновать. Однако многое уже хорошо изучено. И кое-что - конечно, не самое сложное - можно воспроизвести даже в домашней лаборатории .

У опытов, помещенных в этом разделе, есть по меньшей мере одно неоспоримое достоинство: нужные вещества (точнее,- продукты) найдутся в кухонном шкафу или в холодильнике. Или же их можно купить в продовольственном магазине. Вам понадобятся небольшие количества веществ, но если вы купите того или иного продукта больше, чем требуется для опыта, остальное не пропадет.

Самая важная составная часть пищи - белок , основа всего живого, строительный материал всякого организма . Тысячи исследователей во всем мире работают с белком, изучают его свойства. Конечно, в наших опытах мы не откроем ничего нового. Но, говорят, лиха беда начало... Первый опыт - качественная реакция на белок , т. е. такая реакция, которая позволит нам уверенно судить - белок перед нами или нет. Таких реакций несколько. Ту, которую мы проведем, называют биуретовой . Для нее нам потребуются растворы стиральной соды (или едкого натра ) и медного купороса .

Приготовьте несколько растворов, которые, как можно предположить, содержат белок. Пусть это будет мясной или рыбный бульон (желательно процеженный через марлю), отвар каких-либо овощей или грибов и др.

Растворы налейте в пробирки примерно наполовину. Затем прибавьте немного раствора щелочи - едкого натра или стиральной соды (раствор соды желательно прокипятить и остудить). Наконец, добавьте голубого раствора медного купороса. Если в испытуемом отваре действительно есть белок, то окраска сразу станет фиолетовой .

Про такие реакции говорят, что они характерные . Они идут только в том случае, если в растворе действительно есть белок . Для контроля поставьте опыт с лимонадом или с минеральной водой.

Всем известно, что при нагревании белок свертывается и переходит в нерастворимую форму - сырое яйцо становится крутым. Это явление называют денатурацией белка. Каждая хозяйка знает: чтобы приготовить вкусный бульон, надо нарезанное мясо положить в холодную воду. А когда хотят приготовить отварное мясо, то большие куски опускают в кипяток. Есть ли в этом химический смысл ? Попробуем разобраться.

Налейте и пробирку холодной воды, опустите в нее немного сырого рубленого мяса и нагрейте. По мере нагревания образуются (и в большом количестве) серые хлопья. Это свернувшийся белок , пена, которую снимают шумовкой, чтобы не портила вид и вкус бульона. При дальнейшем нагревании растворимые в воде вещества постепенно переходят из мяса в раствор. Эти вещества называют экстрактивными , потому что они извлекаются из мяса при его экстракции кипящей водой (проще говоря, при варке бульона). Они-то, в первую очередь, и придают бульону характерный вкус. А мясо, лишившись этих веществ, становится менее вкусным.

В другой пробирке воду вскипятите заранее и положите сырое мясо уже в кипяток. Как только мясо соприкоснется с водой, оно моментально станет серым, зато хлопьев образуется очень мало. Тот белок, что находился на поверхности, под действием высокой температуры сразу свернулся и закупорил многочисленные поры, которые пронизывают мясо. Экстрактивные вещества , и белки в том числе, уже не могут перейти в раствор. Значит, они остаются внутри мяса, придавая ему хороший вкус и аромат. А бульон, разумеется, получается несколько хуже.

Белок денатурируется (свертывается) не только при нагревании. Налейте в пробирку чуть-чуть свежего молока и капните одну-две капли уксуса или раствора лимонной кислоты . Молоко тут же скиснет, образуя белые хлопья. Это свертывается молочный белок. Кстати, без такой реакции не приготовить творога, и не случайно творог так полезен - в него переходит почти весь молочный белок.

Когда молоко оставляют в теплом месте, то его белок тоже свертывается, но уже по иной причине- это работают молочнокислые бактерии . Их известно очень много, и все они вырабатывают молочную кислоту, даже если питаются не молоком, а, скажем, соком капусты. Профильтруйте немного скисшего молока и прибавьте к сыворотке несколько капель какого-нибудь самодельного индикатора . Цвет индикатора покажет, что в растворе есть кислота. Эта кислота - молочная , ее же можно обнаружить и в капустном, и в огуречном рассоле.

В состав некоторых белковых молекул входит, помимо углерода , водорода , кислорода и азота , еще и сера . В этом можно убедиться на опыте. Немного яичного белка поместите в пробирку с раствором едкого натра или стиральной соды и, нагрев пробирку, добавьте в нее немного раствора ацетата свинца Рb(СН 3 СОО) 2 . 3Н 2 O - свинцовой примочки, которая продается в аптеках. Если содержимое пробирки почернеет, значит, сера есть: это образуется сульфид свинца PbS, вещество черного цвета.

И в заключение приготовим настоящий белковый клей - казеиновый , которым пользуются по сей день, несмотря на обилие синтетических клеев. Казеин - это основа творога, а если так, то клей мы будем делать из молока, точнее, из его белковых веществ.

Отфильтруйте простоквашу от сыворотки . То, что осталось на фильтре, несколько раз промойте водой, чтобы удалить растворимые примеси, и высушите. Потом промойте полученную массу бензином и высушите вновь; это нужно для того, чтобы избавиться от молочного жира (он растворяется в бензине). Когда масса станет совсем сухой, измельчите ее в ступке - получится порошок казеина.

Сделать из него клей совсем просто - смешать порошок с нашатырным спиртом и водой в отношении 1: 1: 3. Конечно, вы захотите испытать клей. Попробуйте склеить им какие-нибудь деревянные или керамические предметы, потому что для этих материалов казеиновый клей особенно хорош.

Углеводы - один из "трех китов" нашего питания (два других -- белки и жиры). Глюкоза и фруктоза , крахмал и клетчатка , десятки других углеводов образуются непрерывно и "сгорают" (окисляются) в растительных и животных клетках, служат важнейшим энергетическим материалом организма.

При всей несхожести отдельных представителей углеводов есть у них, конечно, общие, обязательные для всех свойства. Это и позволяет обнаружить углеводы даже в очень малых количествах. Верный и к тому же красивый способ их распознавания - цветная реакция Молиша .

Налейте в пробирку примерно 1 мл воды и бросьте несколько крупинок сахарного песка (сахарозы ), часть таблетки глюкозы или клочок фильтровальной бумаги (клетчатки ). Теперь добавьте 2-3 капли спиртового раствора резорцина или тимола (эти вещества продают в аптеке). Наклоните пробирку и осторожно налейте по стенке 1-2 мл концентрированной серной кислоты. Будьте осторожны с кислотой, следите, чтобы она не попала на кожу!

Закрепите пробирку в вертикальном положении . Тяжелая кислота опустится на дно, а на границе ее с водой появится яркое красивое кольцо - красное , розовое или фиолетовое .

Если вещество, состав которого неизвестен, даст при реакции Мелиша такое кольцо - можете не сомневаться, что углевод налицо. Помните только, что эта реакция настолько чувствительна, что ее может вызвать даже пылинка и волоконце на стенках пробирки. Поэтому посуду, в которой проводят реакцию, надо очень тщательно мыть, а ополаскивать лучше дистиллированной водой.

Теперь, научившись распознавать углеводы, перейдем к крахмалу , одному из самых известных углеводов. Для начала поучимся правильно готовить крахмальный клейстер -- коллоидный раствор крахмала в воде. Налейте в кастрюлю немного холодной воды и добавьте крахмал, из расчета примерно две чайные ложки на стакан (учитывая и ту воду, которую вы добавите позже). Смесь хорошо размешайте - получится так называемое крахмальное молоко. При перемешивании добавьте к нему кипяток и, продолжая размешивать, нагревайте на огне до тех пор, пока раствор не станет прозрачным. Остудите его. Это и есть крахмальный клейстер, который так хорошо склеивает бумагу; поэтому его часто применяют, например, для приклеивания обоев.

Вы уже знаете, что в присутствии свободного иода крахмал синеет . Это его свойство нам еще пригодится; заметьте только, что раствор иода должен быть очень слабым. Кстати, пользуясь таким раствором (а чтобы приготовить его, достаточно разбавить аптечный раствор водой), можно исследовать на содержание крахмала различные пищевые продукты. Заготовив пробирку со слабым раствором иода, понаблюдаем за превращениями крахмала. Попробуем сделать из крахмального клейстера глюкозу .

Огромные молекулы крахмала под действием воды гидролизуются , расщепляются на более мелкие молекулы. Сначала образуется растворимый крахмал , потом "обрубки" помельче - декстрины , затем дисахарид , но не всем привычная сахароза , а другой - мальтоза , или солодовый сахар . Наконец, при распаде мальтозы образуется глюкоза, виноградный сахар . Готовый продукт гидролиза часто содержит все переходные вещества; в таком виде он известен под названием патоки .

К половине стакана крахмального клейстера добавьте 1-2 чайные ложки разбавленной, примерно 10%-ной серной кислоты . Не забудьте: при разбавлении серной кислоты обязательно нужно лить кислоту в воду, а не наоборот!

Смесь клейстера с кислотой поставьте кипятиться в кастрюльке, понемногу доливая воду по мере ее испарения. Время от времени берите ложкой пробы жидкости и, слегка охладив, капайте на них разбавленным иодным раствором. Крахмал, как вы помните, дает синее окрашивание , а вот декстрины - красно-бурое . Что касается мальтозы и глюкозы, то они вовсе не окрашиваются. По мере гидролиза цвет проб будет меняться, а когда окрашивание иодом исчезнет, нагревание можно прекратить. Впрочем, для более полного разложения мальтозы имеет смысл прокипятить смесь еще несколько минут.

После кипячения жидкость надо немного охладить и постепенно добавлять в нее при перемешивании около 10 г порошка мела , чтобы полностью нейтрализовать серную кислоту . Смесь при этом будет вспениваться, потому что во время реакции кислоты с мелом выделяется углекислый газ . Как только вспенивание прекратится, поставьте полученную желтоватую жидкость на слабый огонь, чтобы она упарилась примерно на две трети, затем еще горячей профильтруйте ее через несколько слоев марли, после чего упарьте жидкость еще раз, но теперь более аккуратно, уже не на открытом огне, а на водяной бане (смесь легко пригорает). У вас получится густая сладкая патока , основу которой составляет глюкоза . Примерно так же патоку получают в больших количествах на крахмалопаточных заводах.

Глюкоза человеку необходима, она - один из главных поставщиков энергии. Но в хлебе, в картошке, в макаронах содержится преимущественно крахмал, а в организме он превращается в глюкозу под действием ферментов.

В нашем опыте серная кислота в процессе реакции не расходовалась. Она играла роль катализатора, т. е. вещества, резко ускоряющего ход реакции. Каталитическое действие природных ферментов намного сильнее, оно более целенаправленно. Ферментов очень много, и у каждого из них свой, узкий участок работы. Например, содержащийся в слюне фермент амилаза может превращать полисахарид крахмал в дисахарид мальтозу. Проследим на опыте за действием этого фермента.

Отечественной химической науке принадлежит заслуга в развитии промышленного производства сахара из древесины. Из такого сахара вырабатывают спирт и другие вещества.

Образование сахаристых веществ в растении происходит по следующей схеме. Из углекислого газа и воды в зеленом листе строятся простые сахаристые вещества, такие, как виноградный сахар - глюкоза и фруктовый сахар - фруктоза. Если глюкоза и фруктоза соединяются вместе, то образуется сахароза - тот сахар, с которым мы пьем чай. Более сложные вещества, образуемые в растениях, - крахмал, целлюлоза и другие - уже не имеют сладости.

Превращение крахмала в сахаристое вещество - глюкозу - осуществил русский академик К. С. Кирхгоф.

Это превращение выполнено им в 1811 году при нагревании крахмала с разбавленными кислотами. Процесс был назван гидролизом. К. С. Кирхгоф, сразу увидев в своем открытии большие практические возможности, разработал на базе его технологический процесс получения патоки и кристаллической глюкозы.

Вскоре уже работали первые заводы крахмало-паточной промышленности. А ее развитие, в свою очередь, поставило перед химической наукой новую интересную задачу - превращение древесины в сахаристые вещества.

На химических заводах опилки превращаются в спирт, а спирт - в синтетический каучук.

Химики превращают древесные опилки в ценные продукты.

Готовая продукция, которую вырабатывает зеленый лист, - это крахмал, состоящий из больших молекул, каждая из тысяч остатков глюкозы. Растение откладывает его в свои запасные пищевые «склады» или же использует для расширения и роста или восстановления своего организма. Но чем больше укрупняется и усложняется сахарная постройка, тем меньше остается в ней сладости. Сложной молекулярной постройкой из остатков глюкозы является и целлюлоза. Из нее растение строит свой скелет.

Простые сахара растворяются в воде, а построенные из них крахмал и целлюлоза не растворяются. Это очень важно для растения, иначе все его тело и скелет растаяли бы от первого дождя.

Разрушить скелет растения и превратить его твердое несладкое тело с помощью гидролиза в сахаристые вещества - вот задача, вставшая перед наукой в наше время. И эту задачу разрешила наша отечественная химия. Превращение целлюлозы в сахаристое вещество достигнуто было в 1931 году В. И. Шарковым и другими советскими учеными.

Когда-то на лесопильных заводах скапливались целые горы опилок. Приходилось изобретать специальные мусоросжигательные печи для их уничтожения.

Отходы, от которых раньше старались избавиться, служат сейчас ценным сырьем для гидролизной промышленности. Древесина превращается или в пищевые продукты для скота - сахар, белковые и жировые дрожжи, или в техническое сырье - спирт, глицерин, фурфурол и другие, на которые раньше расходовались картофель и зерно.

Одна тонна опилок нормальной влажности заменяет тонну картофеля или 300 килограммов зерна и дает 650 килограммов сахара или 220 литров спирта.

Небольшой лесопильный завод, оборудованный двумя пилорамами, может за год обеспечить опилками производство миллиона литров спирта.

Сотни миллионов тонн растительных отходов - соломы, мякины, шелухи, зерен - остаются ежегодно в сельском хозяйстве. Теперь и им найдено применение в промышленной химии. Наши ученые Н. А. Сычев, Н. А. Четвериков и академик А. Е. Порай-Кошиц разработали метод, по которому из тонны сухой соломы получают до 100 литров спирта.

Спирт, вырабатываемый гидролизной промышленностью, служит сырьем для производства ценнейшей продукции, в том числе синтетического каучука.

ВАЖНОСТЬ ГИГАНТСКАЯ.

СНАЧАЛА НЕМНОГО ИСТОРИИ

R октябре 1919 года председатель Пет-роградского Совета получил письмо от Ленина. Владимир Ильич писал: «Говорят, Жук (убитый) дегал сахар из опилок? Правда это? Если правда, надо обязательно найти его помощников. дабы продолжить дело. Важность гигантская. Привет! Ленин»

Невольно возникают вопросы: кто такой Жук? Кем убит? Что это за способ делать сахар из опилок? Почему Владимир Ильич придавал этому делу «важность гигантскую»?

Если кому довелось бывать в небольшом городе Петрокрепссти (быв. Шлиссельбург) под Ленинградом, тот мог видеть на одной из улиц табличку: «Улица И. Жука». Иустин Жук родился и вырос на Украине. За активное участие в революции 1905 года был осужден на вечную каторгу. И только революция освободила борца за народное дело.

Тяжелое время переживала тогда страна. Не хватало хлеба, топлива. Сахара и подавно не было. Его производство уменьшилось чуть ли не в 15 раз по сравнению с довоенным. И тут продовольственный комиссар вспомнил давно слышанный рассказ о чудаке инженере, который получал сахар, варя опилки с серной кислотой.

И вот вчерашний командир Красной гвардии становится химиком, На берегу Ладожского озера он организует мастерскую, дни и ночи ставит опыты. Наконец вот он - успех! Из древесных опилок Жук получает сладкий, похожий на патоку сироп, но... Генерал Юденич подходит к Петрограду. И продовольственный комиссар снова становится комиссаром военным.

На Карельском участке Петроградского фронта белогвардейская пуля настигает отважного комиссара...

Ki А ТЕПЕРЬ НЕМНОГО ХИМИИ

же получался «Иустинов сахарок»? ревесина в основном состоит из клетчатки (целлюлозы) и небольшого количества лигнина. Вот в ней-то, в целлюлозе, и все дело. Клетчатка принадлежит к тому же классу органических соединений, что и крахмал, сахар, некоторые другие вещества, известные в химии под названием «углеводы». К примеру, формула одного из самых простых Сахаров глюкозы - CeHuOg. Но эту формулу можно представить и так: С 6 (Н20)в, где 6 атомов углерода и 6 молекул воды. Одним словом, «углевод».

Но вернемся к целлюлозе. Ее, как и крахмал, относят к несахароподобным углеводам. Молекулы их представляют собой природные полимеры. И крахмал и клетчатка состоят из обезвоженных остатков виноградного сахара (глюкозы). Если же у молекулы глюкозы отобрать одну молекулу воды, получим:

С в Н, 2 0 6 -Н 2 0 = С 6 Н|о0 5 .

Из таких глюкозных остатков и построена целлюлоза. Но сколько этих

1 В. И. Ленин, Полн. собр. соч., изд. 5-е, т. 51, стр. 74.

остатков входит в состав одной молекулы крахмала или целлюлозы? К сожалению, точно пока не выяснено. Вот почему формулу крахмала и целлюлозы пишут так: (C e HioOj) п. Значок «п» говорит о некотором числе глюкозных остатков. Полагают, что в молекуле целлюлозы п равно 3000 и больше.

Природа сумела из многих сотен или тысяч кирпичиков - молекул глюкозы - возвести гигантские сооружения - крахмал и целлюлозу. А почему бы нам не попытаться сделать обратное? Разрушить сложные молекулы, получить из зданий кирпичи - глюкозу, то есть виноградный сахар?

ОПЯТЬ НЕМНОГО ИСТОРИИ

Это произошло 150 с лишним лет назад, точнее - в 1811 году в Санкт-Петербурге. Главной столичной аптекой заведовал тогда К. С. Кирхгоф. Занимаясь опытами по производству фарфора, он пытался найти дешевый и доступный заменитель аравийской камеди. Перепробовав различные материалы, ученый остановился на крахмале.

Разбавив крахмал водой и долив к нему серной кислоты, Кирхгоф стал варить смесь на огне. Получилась густая вязкая масса, похожая на камедь. Она оказалась сладкой. Кирхгоф сразу же смекнул: часть крахмала перешла в сахар! Объяснить химизм этого процесса, а равно и роль серной кислоты он тогда, разумеется, не мог. А сегодня?

Из того, что мы знаем о строении крахмала, ясно: большая молекула крахмала расщепилась. К каждому глюкоз-ному остатку присоединилась молекула воды. Такой процесс химики называют гидролизом. Что касается серной кислоты, то она выполняет роль катализатора.

На открытии Кирхгофа зиждется все современное производство крахмальной патоки и глюкозы. Но если можно расщепить крахмал, то почему нельзя сделать то же с целлюлозой?

Первые опыты в этом направлении поставил француз Браконно; за ним последовал русский химик И. Фогель, получивший еще в 1822 году сладкое вещество из льняного полотна и бумаги, то есть из той же целлюлозы. В 1837 году профессор Петербургского лесного института И. Чирвинский выполнил солидную работу по гидролизу древесных опилок и получил из них кормовой сахар. А в конце прошлого столетия на одном из лесопильных заводов Архангельска была оборудована первая в мире установка по гидролизу древесины.

Так что ничего нгт удивительного в том, что «чудак инженер», о котором слышал Иустин Жук, еще в начале нашего века получал сахар (понятно, виноградный) из древесных опилок.

ЧУТЬ-ЧУТЬ экономики

Иной читатель может заметить: Ленин писал о сахаре из древесины в трудном для страны 1919 году. Но зачем об этом поднимать разговор теперь? Действительно, наша страна не испытывает недостатка в сахаре. В 1964 году в Советском Союзе было выработано 8,2 млн, т сахара - в 92 раза больше, чем в 1920 году. В 1965 году производство сахара увеличилось еще примерно на четверть. Это не считая патоки и глюкозы!

И все же пора поговорить о химической переработке древесины в глюкозу. Ведь сахарная свекла - сырье дорогое. Для выработки 10 млн. т сахара потребуется около 80 млн. т свеклы. Площадь для выращивания такого количества свеклы составит почти 4 млн. га! Представляете, сколько труда надо затратить, чтобы обработать такую пло

щадь? Дорогим и трудоемким является и получение крахмала для производства пищевой глюкозы. Кроме того, и сам крахмал и те материалы, из которых его изготовляют (картофель и кукурузное зерно), сами по себе являются пищевыми продуктами. Между тем для глюкозы, получаемой химическим гидролизом клетчатки, сырья у нас сколько угодно, и притом дарового! Ведь только в лееопильно-деревообрабатывающей промышленности у нас каждый год выбрасывают на свалку около 70 млн. куб. м отходов. Успевай их только перерабатывать! Вот почему после полного освоения производства глюкозы представляется целесообразным и выгодным часть свекловичного сахара заменить глюкозой, полученной из древесины.

В ФРГ, во Франции, в других странах уже имеются заводы по переработке древесины в пищевую глюкозу.

НАКОНЕЦ ТЕХНОЛОГИЯ

Пегодня в нашей стране создана мощеная гидролизная промышленность. Используя огромные ресурсы древесного сырья и сельскохозяйственных отходов, гидролизные заводы превращают целлюлозу в такие ценные продукты, как этиловый спирт (прекрасное сырье для изготовления полимеров) и белковые дрожжи (прекрасный корм для скота). Ну, а как же с сахаром из опилок? Ведь спирт и дрожжи все же не сахар! На этот вопрос можно ответить так: и спирт и дрожжи получаются из тех Сахаров, которые образуются при гидролизе целлюлозы. Получение же пищевого сахара (глюкозы) до последнего времени не практиковалось, так как требовало сравнительно сложной технологической обработки древесины. Года два тому назад затруднения были преодолены.

В городе Канске Красноярского края, неподалеку от тех мест, где Ленин когда-то отбывал ссылку, построен первый в Советском Союзе опытно-промышленный цех. Там пищевой сахар (глюкозу) получают из древесины. Вот что рассказал мне главный инженер завода Г. Горохов.

Древесина (ель, сосна) измельчается в щепу, которая затем подвергается предварительному гидролизу в присутствии слабой соляной кислоты. При этом в раствор переходит все, что легко гидролизуется. А целлюлоза и лигнин остаются. После фильтрации их подсушивают и обрабатывают крепкой кислотой. Происходит гидролиз. На этой стадии технологического процесса решается основная задача: целлюлоза превращается в глюкозу. Глюкозный раствор очищается и уваривается. Из густого сиропа выпадают кристаллы глюкозы. Их подсушивают - и сахар готов!

Разумеется, на деле все обстоит несколько сложнее, Но факт остается фактом: Канский гидролизный завод уже вырабатывает из дерева глюкозу, которая годится даже для медицинских целей.

Так через четыре с половиной десятилетия осуществилось дело, о котором Владимир Ильич писал: «Важность гигантская».

Ленинград

Опилки – ценное сырье для производства различных спиртов, которые можно использовать в качестве горючего .

На таком биотопливе могут работать:

• автомобильные и мотоциклетные бензиновые двигатели;
• электрогенераторы;
• хозяйственная бензиновая техника.

Основная проблема , которую приходится преодолевать при изготовлении биотоплива из опилок – это гидролиз, то есть превращение целлюлозы в глюкозу.

Основа у целлюлозы и глюкозы одна – углеводороды. Но для превращения одного вещества в другое необходимы различные физические и химические процессы.

Основные технологии для преобразования опилок в глюкозу можно поделить на два типа:

• промышленные , требующие сложного оборудования и дорогих ингредиентов;
• домашние , не требующие какого-то сложного оборудования.

Вне зависимости от способа гидролиза, опилки необходимо максимально измельчить. Для этого применяют различные дробилки.

Чем меньше размер опилок, тем более эффективным будет разложение древесины на сахар и другие компоненты.

Найти более подробную информацию об оборудовании для измельчения опилок вы сможете здесь: . Никакой другой подготовки опилки не требуют.

Промышленный способ

Опилки засыпают в вертикальный бункер, затем заливают раствором серной кислоты (40 %) в соотношении 1:1 по массе и, закрыв герметично, нагревают до температуры 200–250 градусов.

В таком состоянии опилки держат 60–80 минут, постоянно перемешивая.

За это время проходит процесс гидролиза и целлюлоза, впитывая воду, распадается на глюкозу и другие составляющие.

Полученное в результате этой операции вещество процеживают , получая смесь раствора глюкозы с серной кислотой.

Очищенную жидкость сливают в отдельную емкость и смешивают с раствором мела, который нейтрализует кислоту .

Затем все отфильтровывают и получают:

• ядовитые отходы;
• раствор глюкозы.

Недостаток этого метода в:

• высоких требованиях к материалу, из которого изготовлено оборудование;
• больших расходах на регенерацию кислоты,

поэтому широкого распространения он не получил.

Существует и менее затратный метод , в котором используют раствор серной кислоты крепостью 0,5–1 %.

Однако для эффективного гидролиза необходимы:

• высокое давления (10–15 атмосфер);
• нагрев до 160–190 градусов.

Время протекания процесса 70–90 минут.

Оборудование для такого процесса можно изготовить из менее дорогих материалов, ведь столь разбавленный раствор кислоты менее агрессивен, чем тот, который применяют в описанном выше методе.

А давление в 15 атмосфер не является опасным даже для обычного химического оборудования, ведь многие процессы также проходят при высоком давлении.

Для обоих методов применяют стальные, герметично закрывающиеся емкости объемом до 70 м³, выложенные изнутри кислотоупорным кирпичом или плиткой.

Такая футеровка защищает металл от контакта с кислотой.

Нагревают содержимое емкостей, подавая в них раскаленный пар.

Сверху устанавливают спускной клапан, который настраивают на необходимое давление. Поэтому излишки пара выходят в атмосферу. Остальной пар создает необходимое давление.

В обоих методах задействован один и тот же химический процесс . Под воздействием серной кислоты целлюлоза (C6H10O5)n впитывает воду H2O и превращается в глюкозу nC6H12O6, то есть смесь различных сахаров.

После очистки эту глюкозу используют не только для получения биотоплива, но и для производства:

• питьевого и технического спирта;
• сахара;
• метанола.

Оба метода позволяют перерабатывать древесину любых пород, поэтому являются универсальными.

В качестве побочного продукта переработки опилок в спирт получают лигнин – вещество, склеивающее:

• пеллеты;
• брикеты.

Поэтому лигнин можно продавать предприятиям и предпринимателям, которые занимаются производством пеллет и брикетов из отходов древесины.

Еще один побочный продукт гидролиза – фурфурол. Это маслянистая жидкость, эффективный антисептик для обработки древесины.

Фурфурол также применяют для:

• очистки нефти;
• очистки растительного масла;
• производства пластмасс;
• создания противогрибковых лекарств.

В процессе обработки опилок кислотой выделяются ядовитые газы , поэтому:

• все оборудование необходимо монтировать в проветриваемом цеху;
• работники должны надевать защитные очки и респираторы.

Выход глюкозы по массе составляет 40–60 % от веса опилок, но с учетом большого количества воды и примесей вес продукта в несколько раз больше исходного веса сырья .

Лишняя вода будет удалена в процессе перегонки.

Кроме лигнина побочными продуктами обоих процессов являются:

• алебастр;
• скипидар,

которые можно продать, получив какую-то прибыль.

Очистка раствора глюкозы

Очистку проводят в несколько этапов:

1. Механическая очистка с помощью сепаратора удаляет из раствора лигнин.
2. Обработка меловым молоком нейтрализует кислоту.
3. Отстаивание разделяет продукт на жидкий раствор глюкозы и карбонаты, которые затем используют для получения алебастра.

Вот описан технологический цикл переработки древесины на гидролизном заводе в городе Тавда (Свердловская Область).

Домашний способ

Этот способ проще, но занимает в среднем 2 года. Опилки насыпают большой кучей и обильно поливают водой, после чего:

• накрывают чем-нибудь;
• оставляют преть.

Температура внутри кучи поднимается и начинается процесс гидролиза, в результате которого целлюлоза превращается в глюкозу , которую можно использовать для брожения.

Минус этого метода в том, что при низкой температуре активность процесса гидролиза снижается, а при отрицательной полностью прекращается.

Поэтому такой метод эффективен лишь в теплых регионах.

Кроме того, велика вероятность перерождения процесса гидролиза в гниение , из-за чего получится не глюкоза, а ил, а вся целлюлоза превратится в:

• углекислый газ;
• небольшое количество метана.

Иногда в домах строят установки, подобные промышленным. Их изготавливают из нержавеющей стали, которая без последствий выдерживает воздействие слабого раствора серной кислоты.

Нагревают содержимое таких аппаратов с помощью:

• открытого огня (костер);
• змеевика из нержавеющей стали с циркулирующим по нему раскаленным воздухом или паром.

Закачивая в емкость пар или воздух и отслеживая показания манометра, регулируют давление в емкости. Процесс гидролиза начинается при давлении в 5 атмосфер, но наиболее эффективно протекает при давлении 7–10 атмосфер .

Затем так же, как и при промышленном производстве:

• очищают раствор от лигнина;
• обрабатывают с помощью раствора мела.

После этого раствор глюкозы отстаивают и сбраживают с добавлением дрожжей.

Брожение и перегонка

Для брожения в раствор глюкозы добавляют обычные дрожжи, которые активизируют процесс брожения.

Эту технологию используют как на предприятиях, так и при получении спирта из опилок в домашних условиях.

Время брожения 5–15 дней , в зависимости от:

• температуры воздуха;
• породы древесины.

Процесс брожения контролируют по количеству образования пузырьков углекислого газа.

Во время брожения происходит такой химический процесс – глюкоза nC6H12O6 распадается на:

• углекислый газ (2CO2);
• спирт (2C2H5OH).

После окончания брожения материал подвергают перегонке – нагреву до температуры 70–80 градусов и охлаждению отходящего пара.

При такой температуре из раствора испаряются:

• спирты;
• эфиры,

а вода и водорастворимые примеси остаются.

• охлаждения пара;
• конденсации спирта

используют змеевик, погруженный в холодную воду или охлаждаемый холодным воздухом.

Для увеличения крепости готового продукта его перегоняют еще 2–4 раза, постепенно снижая температуру до значения 50–55 градусов.

Крепость полученного продукта определяют с помощью спиртометра, который оценивает удельную плотность вещества.

В качестве биотоплива можно использовать продукт перегонки с крепостью не менее 80 % . В менее крепком продукте слишком много воды, поэтому техника будет работать на нем неэффективно.

Хотя спирт, полученный из опилок, очень похож на самогон, его нельзя использовать для питья из-за большого содержания метанола, который является сильным ядом. Кроме того, большое количество сивушных масел портит вкус готового продукта.

Чтобы очистить от метанола, необходимо:

• первую перегонку проводить при температуре 60 градусов;
• слить первые 10 % полученного продукта.

После перегонки остаются:

• тяжелые фракции скипидара ;
• дрожжевая масса , которую можно использовать как для сбраживания следующей партии глюкозы, так и для получения кормовых дрожжей.

Они более питательны и полезны, чем зерно любых злаковых культур, поэтому их охотно покупают фермерские хозяйства, разводящие крупный и мелкий скот.

Применение биотоплива

По сравнению с бензином у биотоплива (спирта, полученного из переработанных отходов) есть как преимущества, так и недостатки.

Вот основные преимущества:

• высокое (105–113) октановое число;
• меньшая температура горения;
• отсутствие серы;
• меньшая цена.

Благодаря высокому октановому числу можно увеличить степень сжатия , повысив мощность и экономичность мотора.

Меньшая температура сгорания:

• увеличивает срок службы клапанов и поршней;
• снижает нагрев двигателя в режиме максимальной мощности.

Благодаря отсутствию серы, биотопливо не загрязняет воздух и не сокращает срок службы моторного масла , ведь оксид серы окисляет масло, ухудшая его характеристики и снижая ресурс.

Благодаря значительно менее высокой цене (если не считать акцизы), биотопливо серьезно экономит семейный бюджет.

Есть у биотоплива и недостатки:

• агрессивность по отношению к резиновым деталям;
• низкое массовое соотношение топливо/воздух (1:9);
• слабая испаряемость.

Биотопливо повреждает резиновые уплотнители , поэтому во время переделки мотора для работы на спирту все резиновые уплотнители меняют на полиуретановые детали.

Из-за меньшего соотношения топливо-воздух для нормальной работы на биотопливе необходима перенастройка топливной системы, то есть установка жиклеров большего сечения в карбюратор или перепрошивка контроллера инжектора.

Из-за слабой испаряемости затруднен пуск холодного двигателя при температуре ниже плюс 10 градусов.

Чтобы решить эту проблему, биотопливо разбавляют бензином в соотношении 7:1 или 8:1.

Для работы на смеси бензина и биотоплива в соотношении 1:1 никакой переделки двигателя не требуется.

Если же спирта будет больше, то желательно:

• заменить все резиновые уплотнители на полиуретановые;
• прошлифовать головку блока цилиндров.

Шлифовка необходима для увеличения степени сжатия, что позволит реализовать более высокое октановое число . Без такой переделки двигатель будет терять в мощности при добавлении в бензин спирта.

Если же биотопливо используют для электрогенераторов или бытовых бензиновых приборов, то желательна замена резиновых деталей на полиуретановые.

В таких устройствах можно обойтись без шлифовки головки, потому что небольшая потеря мощности компенсируется увеличением подачи топлива. Кроме того, потребуется перенастройка карбюратора или инжектора , это сможет сделать любой специалист по топливным системам.

Более подробно о применении биотоплива и переделке моторов для работы на нем читайте в этой статье (Применение биотоплива).

Видео по теме

О том, как сделать спирт из опилок, вы можете увидеть в данном видео:

Выводы

Производство спирта из опилок – сложный процесс , который включает в себя массу операций.

Если есть дешевые или бесплатные опилки, то, заливая биотопливо в бак своего автомобиля, вы серьезно сэкономите, ведь его производство обходится заметно дешевле бензина.

Теперь вы знаете, как получить спирт из опилок, применяемый в качестве биотоплива и как это можно сделать в домашних условиях.

Кроме того, вы узнали о побочных продуктах , которые возникают в процессе переработки опилок в биотопливо. Эти продукты также можно продать, получив пусть и небольшую, но все же выгоду.

Благодаря этому бизнес по производству биотоплива из опилок становится весьма выгодным , особенно если использовать топливо для собственного транспорта и не платить акцизный сбор на продажу спирта.

Вконтакте

Свое название углеводы получили по ошибке. Произошло это в середине прошлого века. Тогда считали, что молекула любого сахаристого веществу отвечает формуле С m (Н 2 О) n . Все известные тогда углеводы подходили под эту мерку, и формулу глюкозы С 6 Н 12 О 6 писали как С 6 (Н 2 О) 6 .

Но позднее были открыты и такие сахара, которые оказались исключением из правила. Так, явный представитель углеводов рамноза (она тоже дает реакцию Молиша) имеет формулу С 6 Н 12 О 5 . И хотя неточность в названии целого класса соединений была очевидной, термин «углеводы» стал уже настолько привычным, что его не стали менять. Впрочем, в наши дни многие химики предпочитают иное название - «сахара».

Попытаемся получить сахар из опилок гидролизом, т. е. разложением водой. Это очень распространенный химический процесс. Опилки и другие древесные отходы содержат углевод клетчатку (целлюлозу). Из нее на гидролизных заводах готовят глюкозу, которую можно использовать затем по-разному; чаще всего ее сбраживают, превращая в спирт, исходный продукт для множества химических синтезов. Большая и самостоятельная отрасль химической индустрии носит название гидролизной промышленности,

Прежде чем воспроизвести процесс гидролиза древесины, попытаемся понять, в чем его суть, а для этого удобнее будет начать не с опилок, а с огурцов и лучинок.

Вымойте свежий огурец, натрите его на терке и выжмите сок. Сок можно отфильтровать, но это не обязательно.

Приготовьте в пробирке гидроксид меди Сu(ОН) 2 . Для этого добавьте 2-3 капли раствора медного купороса к 0,5-1 мл раствора едкого натра. К полученному осадку прибавьте равный объем огуречного сока и встряхните пробирку. Осадок растворится, получится синий раствор. Такая реакция характерна для многоатомных спиртов, т. е. для спиртов, которые содержат несколько гидроксильных групп.

Теперь нагрейте до кипения (или поставьте в кипящую воду) пробирку с полученным синим раствором. Он сначала пожелтеет, затем станет оранжевым, а после охлаждения выпадет красный осадок оксида меди Cu 2 O. Эта реакция характерна для другого класса органических соединений - для альдегидов. Значит, в огуречном соке есть вещество, представляющее собой альдегид и спирт одновременно. Это вещество и есть глюкоза, которая по строению представляет собой альдегидоспирт. Благодаря ей у огурца сладковатый вкус.

Вы, наверное, догадываетесь, что этот опыт совсем не обязательно ставить именно с соком огурца, Он хорошо получается и с другими сладкими соками-виноградным, морковным, яблочным, грушевым, Можно взять для опыта и туалетную огуречную воду, которая продается в парфюмерных магазинах. И, конечно, просто таблетки глюкозы.

Теперь второй предварительный опыт; осахаривание лучинки.

Приготовьте раствор серной кислоты: к одному объему воды прилейте один объем концентрированной серной кислоты (ни в коем случае не лить воду в кислоту!). В пробирку с раствором опустите лучинку и нагрейте раствор до кипения. Лучинка при этом обуглится, но опыту это не помешает.

После нагревания выньте лучинку, опустите ее в другую пробирку с 1-2 мл воды и прокипятите. В обеих пробирках теперь есть глюкоза. Проверить это можно, добавив к растворам две-три капли медного купороса, а затем и едкий натр - появится знакомая синяя окраска. Если же этот раствор прокипятить, выпадет, как мы и ожидали, красный осадок оксида меди Cu 2 O. Итак, глюкоза обнаружена.

То, что наша лучинка осахарилась, и есть результат гидролиза целлюлозы (а на ее долю в древесине приходится около 50 %). Как и при гидролизе крахмала, серная кислота в этом процессе не расходуется, она играет роль катализатора.

Наконец, мы подошли к основному опыту: получение сахара из опилок.

В фарфоровую чашку насыпьте 2-3 столовые ложки древесных опилок и смочите их водой. Добавьте еще немного воды и равное количество ранее приготовленного раствора серной кислоты (1:1), жидкую кашицу хорошо перемешайте. Закройте крышкой и поставьте в духовку газовой плиты (или в русскую печь) примерно на час, можно немного меньше.

Затем выньте чашку, долейте воды доверху и перемешайте. Отфильтруйте раствор и нейтрализуйте фильтрат, добавляя к нему толченый мел или известковую воду до тех пор, пока не прекратится выделение пузырьков углекислого газа. Об окончании нейтрализации можно также судить, испытывая жидкость лакмусовой бумажкой или же одним из самодельных индикаторов. Не надо капать индикатор прямо в реакционную массу. Следует взять пробу, буквально 2-3 капли, и поместить ее на стеклянную пластинку или в маленькую пробирку.

Содержимое чашки слейте в молочную бутылку, взболтайте жидкость и дайте постоять несколько часов. Сульфат кальция, образовавшийся при нейтрализации кислоты, осядет на дно, а сверху останется раствор глюкозы. Осторожно слейте его в чистую чашку (лучше по стеклянной палочке) и отфильтруйте.

Осталась последняя операция - выпаривание воды на водяной бане. После нее на дне остаются светло-желтые кристаллы глюкозы. Их можно попробовать на вкус, но и только - продукт недостаточно чистый.

Итак, мы выполнили четыре операции: варку опилок с раствором серной кислоты, нейтрализацию кислоты, фильтрование и выпаривание. Именно так и получают глюкозу на гидролизных заводах, только, конечно, не в фарфоровых чашках…

И еще один промышленный процесс мы можем воспроизвести без особых затруднений: превратим один сахар в два других.

При долгом хранении домашнее варенье часто засахаривается. Это происходит потому, что сахар кристаллизуется из сиропа. С вареньем же, которое продается в магазине, такая беда случается гораздо реже. Дело в том, что на консервных заводах, кроме свекловичного или тростникового сахара сахарозы C 12 H 22 O 11 , используют и другие сахаристые вещества, например инвертный сахар. Что такое инверсия сахара и к чему она приводит, вы узнаете из следующего опыта.

Налейте в пробирку или в стакан 10-20 г слабого сахарного раствора и добавьте несколько капель разбавленной соляной кислоты. После этого нагревайте раствор на кипящей водяной бане минут десять-пятнадцать, а затем нейтрализуйте кислоту, лучше всего карбонатом магния MgCO 3 . В аптеках продают так называемую белую магнезию, вещество несколько более сложного состава; она тоже годится. В крайнем случае можно взять и питьевую соду NaHCO 3 , но тогда в растворе останется поваренная соль, которая с сахаром как-то не гармонирует…

Когда прекратится выделение пузырьков диоксида углерода, дайте жидкости отстояться. На всякий случай проверьте индикатором, полностью ли нейтрализовалась кислота. Слейте отстоявшуюся жидкость и попробуйте ее на вкус: она покажется вам менее сладкой, чем исходный раствор (для сравнения оставьте немного первоначального раствора сахара).

В готовом растворе практически не осталось сахарозы, зато появились два новых вещества ‒ глюкоза и фруктоза. Этот процесс и называется инверсией сахара, а полученная смесь - инвертным сахаром.

И вот что любопытно: внешне реакцию ничем не обнаружить. И цвет, и объем, и реакция среды остаются прежними. Не выделяются ни газы, ни осадки. И тем не менее реакция идет, только для ее обнаружения нужны оптические приборы. Сахара - оптически активные вещества: луч поляризованного света, проходя через их раствор, изменяет направление поляризации. Говорят, что сахара вращают плоскость поляризации, причем в ту или иную сторону, и на вполне определенный угол. Так вот, сахароза вращает плоскость поляризации вправо, а глюкоза и фруктоза, продукты ее гидролиза, — влево. Отсюда и слово «инверсия» (по-латыни «переворачивание»).

Но, поскольку оптических приборов в нашем распоряжении нет, попробуем удостовериться химическим путем в том, что взятый сахар и в самом деле претерпел изменения. К исходному и полученному растворам сахаров добавьте несколько капель раствора метиленового синего (можно взять синие чернила для авторучек) и немного слабого раствора любой щелочи. Нагрейте исследуемые растворы на водяной бане. В пробирке с обычным сахаром никаких изменений не произойдет, а вот содержимое пробирки с инвертным сахаром станет почти бесцветным.

Инвертный сахар гораздо меньше, чем обычный, склонен к кристаллизации. Если осторожно выпарить на водяной бане его раствор, то получится густой сироп, внешне немного напоминающий мед. После охлаждения он не кристаллизуется.

Кстати, любимый всеми пчелиный мед на три четверти состоит из тех же углеводов, что и инвертный сахар,- из глюкозы и фруктозы. Искусственный мед также делают на основе инвертного сахара. Конечно, наш сироп от меда отличается, и значительно - главным образом, отсутствием запаха. Но если к нему добавить немного натурального меда, то этот недостаток можно отчасти устранить.

Но почему бы не наготовить дома побольше некристаллизующегося сиропа, чтобы варить на нем варенье? Увы, полная его очистка от посторонних веществ затруднительна, и нет гарантии, что ее удастся довести до конца. Во всяком случае, рисковать не стоит.