Докторская диссертация  «О соединении спирта с водою»

2. Докторская диссертация  «О соединении спирта с водою»

Первой большой работой Дмитрия Ивановича по растворам является его докторская диссертация «О соединении спирта с водою», защита которой состоялась 31 января (12 февраля) 1865 г. в Санкт-Петербургском университете на заседании Совета физико-математического факультета.

Согласно химической теории в растворе происходит некоторое взаимодействие частиц, обусловленное слабыми силами химического сродства, в результате чего образуются соединения неопределённого состава - гидраты. Рассматривая растворы как неопределённые соединения, Менделеев стремился раскрыть взаимосвязь между определёнными и неопределёнными соединениями: «Считаю, впрочем, не лишним заметить, что рассмотрение совокупности ныне известных фактов, относящихся к неопределённым химическим соединениям, приводит меня к убеждению о том, что определённые химические соединения составляют только частный случай неопределённых химических соединений, что более полное изучение последних отразится в теоретических воззрениях на всю совокупность химических сведений. Собрание материалов, нужных для решения вопроса о неопределённых соединениях, составляет задачу моих работ» - писал он во «Введении» к диссертации.

Пять ее глав посвящены разработке методики точных измерений и проверке данных о совпадении максимума сжатия с отношением компонентов раствора, что должно было свидетельствовать о существовании в растворах определённых химических соединений.

Гидратация (от греч. hydor-вода), присоединение воды к молекулам, атомам или ионам может осуществляться без разрушения или с разрушением молекул воды. Гидратация без разрушения молекул воды приводит к гидратам. Обусловлена она электростатическими и ван-дер-ваальсовыми взаимодействиями, координационными и водородными связями. Гидратация в растворе - частный случай сольватации.

Менделеев заметил, что спирт имеет свойство при соединении с водой производить загадочное сжатие всей смеси: 500 г. воды и 500 г. спирта в результате дают 941 г. раствора. В течение полутора лет он вёл поиски идеального соотношения объёма и веса частей спирта и воды в растворе, провёл смешение различных проб веса воды и спирта, что было тогда весьма сложно и трудоёмко.

Для достижения наиболее вкусовой и здоровой водочной пропорции в 40 градусов, которую опытным путём определил Менделеев, следует смешивать не объёмы спирта и воды, а их точные весовые соотношения. При крепости в 41 или 39 градусов резко ухудшается физиологическое воздействие водки на организм человека.

2.3 Д.И. Менделеев и открытие водки

В последнее десятилетие в России к многогранной деятельности Д.И.Менделеева добавляют то, к чему он не имел никакого отношения. С легкой руки кандидата исторических наук, автора кулинарных книг Похлёбкина Вильяма Васильевича, история о том, что «Д.И.Менделеев реформировал водку...» начала обрастать невероятными подробностями.

Дмитрий Иванович научно доказал, что составление водки, то есть соединение хлебного спирта с водою, должно происходить не путём простого слияния объёмов, а точным отвешиванием определённой части спирта. Он обратил внимание на связь с появлением разного качества у разных водно-спиртовых смесей. Оказалось, что физические, биохимические и физиологические качества этих смесей, также, различны, что побудило его искать идеальное соотношение объёма и веса частей спирта и воды в растворе. В результате проведённых исследований в конце XIX века русской водкой стал считаться лишь тот продукт, который представлял собой зерновой спирт, разведённый по весу водой точно до 40°. Этот менделеевский состав водки и был запатентован в 1894 г. правительством России как русская национальная водка «Московская особая». (Похлёбкин В.В. «История водки». М, 1991)

С именем Менделеева стали связывать открытие секрета приготовления русской водки, т.к. Дмитрий Иванович научно обосновал её идеальную крепость.

Что такое водка? Это водно-спиртовый раствор, где этиловый спирт и вода смешиваются по весу - 60 частей воды и 40 частей спирта. При такой концентрации спирта его водный раствор отличается максимальной однородностью, а в теле человека выделяет наибольшее количество теплоты. «В мире нет вредных веществ, в мире есть вредные количества» (Д.И.Менделеев, диссертация «Рассуждение о соединении спирта с водою»). Эта монография впоследствии оказалась основой для создания гидратной теории растворов. Но в ней не было ни слова о водке, тем более рецепта «идеальной» русской водки.

Российские водочные фабриканты и дистрибьюторы водки стали активно привлекать имя Менделеева к рекламе своей водочной продукции, строить легенды своих водочных брендов. Дмитрий Иванович предстает перед современниками уже не просто как изобретатель «идеальной» русской водки, а как большой знаток и ценитель 40-градусного национального напитка.

Обратимся к истории химии. Известно, что одним из научных направлений Менделеева было исследование спиртовых растворов. Было подмечено, что при смешении, например, 50 мл воды и 50 мл спирта не получается 100 мл водки, а только 98 мл. Куда девался объём? Вот этот вопрос и изучал Дмитрий Иванович. Он провел серию опытов с растворами от 0 % (объемных) до 100 % воды и, наоборот, от 0 % до 100 % спирта. И каждый раз замерял дефицит объёма. Получил определённые результаты и обратил внимание, что масса воды и спирта при смешивании не изменялась, то есть масса водки была равно сумме масс спирта и воды в растворе. Значит, увеличилась плотность, то есть расстояние между молекулами веществ уменьшилось. Но почему? И на этот вопрос Менделеев находит ответ: между молекулами воды и спирта возникают связи.

Действительно, причиной уменьшения объёма является образование водородных связей между молекулами спирта и воды. Причем благодаря этим связям расстояние становилось меньше, и в итоге возникал дефицит объёма. Позже учёные доказали механизм образования водородной связи – за счёт свободных электронных пар у атомов кислорода.

На основании этих опытов Дмитрий Иванович разработал химическую теорию растворов, по которой раствор - это гомогенная система, состоящая из продуктов взаимодействия частиц растворителя и растворённого вещества (сольватов - в общем случае, гидратов - в случае воды); а растворение - процесс химический и представляет собой химическую реакцию. Вот что действительно доказал учёный, да ещё он измерял тепловые эффекты растворения. Так и получился 40 % раствор спирта в воде. А что касается изобретения Д.И.Менделеевым водки как напитка, надо понимать, что это побочный продукт его научных изысканий.

Дмитрий Иванович экспериментально изучал природу растворов и их свойства. Сконструировал весы для взвешивания газообразных и твердых тел, в 1859 году – прибор для определения плотности жидкости (пикнометр). В 1880-е годы публикует работу «Исследование водных растворов по удельному весу».

В1884 г., в разгар исследований по нефти, он вновь возвращается к проблеме гидратной теории. 7 мая 1887 г. в Русском физико-химическом обществе он сделал доклад, посвящённый вопросу о существовании гидратов определенного состава в растворе спирта в воде. В этом докладе Менделеев утверждает, что в растворе образуются три гидрата спирта: одна молекула спирта с двенадцатью, тремя и одной молекулой воды. Водный раствор спирта, в равной мере, как и раствор серной кислоты, фенола, щелочей и других соединений служил для него частными объектами для общей теории.

С 1893 г. по инициативе императора Александра III, под руководством министра финансов Сергея Юльевича Витте, в стране готовится питейная реформа. Для разработки питейной монополии министр обращается за помощью к деятелям науки, техники, юриспруденции, торговли. Через год формируется Комиссия по упорядочению производства и торгового обращения напитков, содержащих алкоголь. Менделеев выступил в этой Комиссии в конце 1895 г. Выступление касалось исключительно акцизных вопросов, и не имело ни какого отношения к технологии и крепости водки.

Использование некоторыми российскими водочными компаниями имени великого русского ученого Д.И.Менделеева не что иное, как введение покупателя в заблуждение, попытка привлечь знаменитое имя к рекламе своей продукции.

3. 
   Спирты в кулинарии
   

Вместо химических разрыхлителей в тесто можно вводить вино, коньяк или водку. Любая выпечка значительно улучшит свои качества: дрожжевое тесто – всхожесть и подъем, если добавить несколько капель любого алкоголя. Рассыпчатость хворосту придает спиртовая добавка. Блины, испечённые с добавлением ложки водки, становятся воздушными, пористыми. Если же в блинное тесто добавить стакан пива вместо молока или кефира, блинчики получатся тоненькими и кружевными.

Кондитеры добавляют спирт или водку в разогретый шоколад для придания ему после остывания твёрдости и хрупкости. Из такого шоколада изготавливают элементы оформления для десертов, тортов, пирожных. Таким шоколадом можно рисовать и отливать фигуры^[3].

Алкоголь стабилизирует холодные десерты, предотвращает образование кристаллов льда в мороженом, растворяет жир.

Красное вино способно размягчить грубое мясо, устранить неприятные запахи субпродуктов, дичи, рыбы. Однако красное вино имеет неприятное свойство: находясь в длительном контакте с данными продуктами, оно придает им серый оттенок, который можно приглушить с помощью жжёного сахара в конце приготовления.

Для маринования красного мяса и рыбы подходит красное вино. Для белого мяса птицы, устриц, кальмаров лучше использовать белое вино, имеющее более тонкий вкус. Вина могут быть с консервантами, поэтому лучше использовать креплёные вина, в которых роль консерванта играет сахар.

Если вы хотите придать блюду оттенок, присущий алкогольному напитку, добавляйте его в начале приготовления и выпаривайте в течение долгого времени. Если же вы желаете передать насыщенный вкус напитка, его следует добавить в конце приготовления. В этом деле, как и во всяком другом, необходимы разумность и умеренность. Пищевые привычки – дело индивидуальное.

Однако этанолом список спиртов, используемых в технологии продуктов питания, не ограничивается. Спирты можно встретить среди пищевых добавок^[5]. Например,  глицерин и пропиленгликоль используются как растворители.(ПриложениеА)

• 
  глицерин (E 422) — влагоудерживающий агент, растворитель,
  

• 
  зеаксантин (Е161)— краситель;
  

• 
  ксилит (Е 967)— сахарозаменитель;
  
• 
  лютеин (Е161 b)— краситель;
  
• 
  манит (Е 421) — сахарозаменитель, наполнитель, носитель,
  

• 
  ментол — ароматизатор;
  
• 
  поливиниловый спирт — плёнкообразователь;
  
• 
  полиэтиленгликоль (Е1521)— пеногаситель, растворитель;
  

• 
  пропиленгликоль (Е1520)— влагоудерживающий агент, хладагент, растворитель, стабилизатор;
  
• 
  сорбит (Е 420) — наполнитель, носитель, сахарозаменитель,
  
• 
  влагоудерживающий агент, средство для капсулирования.
  

В природе спирты встречаются в виде сложных эфиров (жиры, воски, эфирные масла) и в свободном состоянии. Так, 3-гексенол содержится в зелёных листьях и фруктах, эфирных маслах, бензиловый спирт - в жасминном масле, а фенетиловый спирт - в розовом масле.

Спирты – это органические соединения, содержащие углеводородный радикал и одну или несколько гидроксогрупп. По свойствам это жидкие или твёрдые вещества, хорошо растворимые во многих органических растворителях. Низшие алифатические спирты растворяются в воде; высшие алифатические и арилалифатические спирты плохо растворяются в воде. Подобно воде, спирты проявляют амфотерные свойства, дают нейтральную реакцию, не изменяют цвет индикаторов.

Алифатические спирты С₁-С₃ обладают характерным алкогольным запахом и жгучим вкусом, С₄-С₅ - сладковатым удушливым запахом, высшие алифатические спирты без запаха, арилалифатические спирты и терпеноиды, содержащие группу -ОН с фруктово-цветочным запахом.

3.1 Этиловый спирт

Этилловый спирт (этанол, метилкарбинол, винный спирт) C₂H₅OH, молекулярная масса 46; бесцветная жидкость с характерным запахом и жгучим вкусом; t_пл -114,15 °С, t_кип 78,39 °С, плотность 0,7893 г/см3 (20°С). Этиловый спирт смешивается во всех соотношениях с водой, спиртами, диэтиловым эфиром, глицерином, хлороформом, ацетальдегидом, бензином и др. Легко воспламеняется, t_всп 13 °С, температура самовоспламенения 404 °С; пределы взрываемости: температурные 11-41 °С, концентрационные 3,6-19% (по объему). Этиловый спирт горит бледно-голубым пламенем.