|
bistrica
|
 |
« Odgovor #94 Poslato: 30. Novembar 2011, 20:31:49 » |
|
Ova pitanja o zamućenju destilata su me „natjerala“ da pokušam ubiti dvije muhe jednim udarcem, objasniti dvije pojave jednim te istim razlogom.
Objašnjenje prirode hemijskih veza između molekula je u stvari unutrašnji pogled na rakiju ili bilo koju tečnost, smjesu-rastvor u kojoj se nalaze različita hemijska jedinjenja a što je u suštini jedna od najvažnijih stvari za razumijevanje mnogih pojava i postupaka njenog pravljenja: destilacija, svođenje na pitku jačinu, zamućenje, stabilizacija-odležavanje, pa čak i aromatski doprinos i užitak pijenja.
Ovdje ne govorim o hemijskim reakcijama u kojima dolazi do stvaranja novih jedinjenja nego o jedinjenjima koja će ostati nepromijenjena ali su njihove veze podložne promjenama i uspostavljanju dinamičke ravnoteže, promjenu stanja rastvorljivosti pa i prelazak u drugo agregatno stanje (isparavanje).
Tečnost nije haotičan zbir nepovezanih molekula kao što je njeno parno agregatno stanje, a nije ni čvrsta kristalna rešetka kao kada je zaleđena. Ona je labavija struktura sa relativno jakim uspostavljenim vezama u stalnoj dinamičkoj ravnoteži i kretanju, gdje se te veze neprestano kidaju i uspostavljaju.
Kod vode se taj interval mjeri mikro sekundama.
Molekule jedinjenja u vodi se bukvalno drže za ruke, kao u kolu i tako čine rastvor. Sva ona koja to ne mogu ili tu ne pripadaju ili smo ih mi svojim greškama ili namjernim intervencijama učinili takvim će biti izbačeni iz tog kola u vidu isparenja koja će nakon hlađenja postati destilat-rakija, masne mrlje na površini, zamućenja koje pliva i taloga na dnu posude. U pitanju je najobičnija snaga ruku ili priroda hemijskih veza gdje se neke molekule privlače a neke odbijaju. U pitanju je još i termodinamička ravnoteža, pojmovi entropija i entalpija vezani za toplinu i temparaturu, ali nećemo time dodatno komplikovati obrazloženje.
Ključni pojmovi su rastvorljivost i isparljivost bilo čega u vodi i etanolu. Njime je uslovljeno sve nabrojano. Voda je apsolutni gospodar i njoj je podređeno sve u ovoj situaciji, etanol je ona druga vojna sila na planeti i u stanju je povremeno diktirati situaciju pa čak i vodi sputavati primat. Sva druga jedinjenja se samo prilagođavaju čudima i prirodi ovih gospodara.
Čvrsta suha materija u fermentisanom materijalu bi bila onaj treći blok ali njega i izbacujemo iz igre nakon obavljene prve destilacije. Ovdje je interesantan njen uticaj koji dobro prikazuje odnos dvoje najvećih. Ona se stavlja na stranu jačeg-vode, biva vezana za nju i tako omogućava da snaga vode popusti svoje veze prema etanolu i time ga pusti na brže isparavanje nego što bi to bio slučaj da je nema. Istu takvu vezu sa vodom bi napravila i ona so koju smo spominjali, i ona bi za sebe vezala vodu i tako dala slobodu većem broju molekula etanola nego kad je nema.
Rastvorljivost i isparljivost su pojmovi koji prije svega zavise od međumolekularnih veza kako između istih tako i različitih molekula, odnosno jedinjenja.
Kad nešto nije rastvorljivo u vodi kao ulje, nafta na primjer, onda ga ona izbaci na površinu ili ako je u pitanju nešto teže onda ga potiska na dno. Ako to nešto nije ili je manje rastvorljivo u vodi a jeste ili je više u etanolu onda ga etanol uhvati jednom rukom i veže za sebe a drugom rukom se drži za vodu i tako zadržava to jedinjenje i pravi njegovu rastvorljivost i nevidljivost u smjesi, a kod isparavanja ga brže „vuče“ sa sobom iz nje potpomognut vodom koja ionako teži da ga istjera napolje. Voda se smatra polarnom molekulom pa takva jedinjenja i rastvara, a etanol ima složeniju molekulu čiji jedan kraj je polaran a drugi nepolaran, pa rastvara i ona nepolarna jedinjenja. Nešto kao isti i različiti polovi naelektrisanja na magnetima. Ova pojava je prisutna i u drugim svakodnevnim situacijama. Gotovo ista stvar se dešava kod razbijanje masnoća pranjem. Voda to nije u stanju uraditi zato što su masnoće nepolarne i nisu u njoj rastvorljive. Uvođenjem deterdženata koji imaju amfilična svojstva (može za sebe vezati i polarne i nepolarne molekule) da mogu razbiti i vezati masnoće i drugim krajem molekula stupati u vezu sa vodom, i stvaraju se micele ili konglomerati koji u sebi sadrže masnoće a rastvorljivi su u vodi. Tako etanol stvara micele sa srednje i dugo lančanim etilnim esterima koje inače imaju ista amfilična svojstva ali sa ograničenim mogućnostima rastvaranja u vodi i kod njih postoji kritična koncentracija rastvaranja kao i kod soli i šećera na primjer. Ako su prisutni u većim koncentracijama od kritične onda stvaraju veće nakupine u vodi (koloide) koji u stvari i daju zamućenje. Na to zamućenje ih tjera voda kao što bi uostalom tjerala i ulje i naftu da se grupiše, samo što bi njih izbacila na površinu. Etanol sada, kao i deterdžent u prvoj situaciji, vezujući se sa ova jedinjenja jer ona se u njemu djelimično rastvaraju pojačava njihovu rastvorljivost u vodi. Kada etanola nema dovoljno, snaga vode je tolika da ove etilne estere i druge netopljive materije u vodi tjera na stvaranje većih grupacija držeći ih u okruženju i ne dozvoljava stvaranje manjih micela koji bi na svojim rubovima imali etanol, ova grupacija time postaje manje rastvorljiva a onda i vidljiva u destilatu. Kada se smanjuje koncentracija etanola pojavljuje se manjak molekula etanola koji bi trebali biti u velikom broju da mogu okružiti te micele i svojim vezama sa vodom oslabiti njen uticaj na ova jedinjenja.
Kod razblaživanja rakije bitna je koncentracija ovih etilnih estera i koncentracija etanola. Etanol negdje u zoni od 40% svog učešća ima najslabiju pokretljivost u vodi (koeficijent difuzije), ta pokretljivost je mnogo veća kako se koncentracija udaljava na obje strane. Zbog toga je vrijeme i brzina dodavanja vode jako bitna u ovoj situaciji. Ako to radimo brzo i bez miješanja stvorit ćemo područja u posudi gdje koncentracija etanola znatno pada i tako će se grupisati ove micele, i bit će potreban protok vremena da se one ponovno formiraju u rastvorljivom obliku, zato se često dešava da se zamućeni destilat nakon nekog vremena izbistri makar djelimično. Da se isto tako većim padom temperature koaguliše dio ovih jedinjenja, i da se porastom temperature ponovo nađe rastvoren i neprimjetan u destilatu. Ovdje dodatno komplikuje stvar činjenica da su procesi esterifikacije jako spori i reverzibilni, (esteri se dodavanjem vode djelimično razbijaju, na alkohole i kiseline i ponovno stvaraju iz njih) i da direktno zavise od koncentracije vode i etanola.
Postoje još dvije jako interesantne situacije kod rakije a vezane su za ovu pojavu. Prva je ona vezana za destilaciju. Rastvorljivost nekog jedinjenja u vodi i njen uticaj na brzinu isparavanja je nešto što i određuje gdje će nam se koje hemijsko jedinjenje naći u većoj ili manjoj količini. Zbog pojave hidrofobne interakcije-hidratacije, koncentracija iznad 23% etanola osigurava veću rastvorljivost u vodi etilnih estera dužeg lanca a time i manju isparljivost, pa će se tako smanjiti količina ovih estera u prvencu a povećati u rakiji (i ne samo njih nego i nekih kiselina i aromatskih aldehida), što je pozitivan aromatski uticaj. Ovo je uočeno tek pojavom kromatografa, uređaja kojim se identifikuju i mjere hemijska jedinjenja (arome) u rakiji. Oni rade na principu detekcije isparenja te rakije. Primijećeno je da se količina ovih etilnih estera koji su jako važni u aromatskom pogledu ne može dobro izmjeriti ako je koncentracija rakije veća od 23 stepena. U takvim situacijama rezultat je bio znatno manji od stvarnog, jer se ova jedninjenja tek na ova 23 stepena nalaze u potpuno slobodnom i više isparljivom obliku, a na svim većim koncentracijama etanola smanjuje se broj slobodnih jedinjenja a raste broj onih koje učestvuju u stvorenim micelima i nakupinama. Kasnijim obraćanjem pažnje na ovu pojavu konstatovano je i ona druga, da ona ima uticaj i na naš doživljaj aromatičnosti i kvalitet rakije. Naime zbog formiranja rastvorljivih micela, od strane ovih aromatskih jedinjenja i alkohola, kod pijenja rakije u kontaktu sa pljuvačkom iz usta gdje dolazi do razblaživanja rakije i oslobađanja ovih aromatskih jedinjenja, bukvalno se dešava vatromet aroma u našoj usnoj šupljini koji kod nas izaziva ugodan osjećaj i užitak pijenja.
Za ove međumolekulske veze je važno reći da imaju svoju postojanost koja se narušava i ponovno uspostavlja promjenom koncentracije nekog jedinjenja u smjesi i promjenom temperature.
Kod neke čiste tečnosti gdje postoje samo veze između istih molekula tog jedinjenja zagrijavanjem stvaramo haotičnije kretanje tih molekula i postizanjem temperature, odnosno tačke ključanja koja je fiksna na istom pritisku ti molekuli kidanjem veza između njih napuštaju tečnost i prelaze u parnu fazu koja na kraju postane destilat.
Kod dvokomponentnih rastvora kao što su etanol i voda tačku ključanja određuje njihov međusobni odnos, to jest koncentracija etanola u vodenom rastvoru. Isparavanje i prelazak u destilat više nije određeno njihovom pojedinačnom fiksnom tačkom ključanja nego je u zavisnosti od koncentracije smjese koja se nalazi u kazanu, zato što pored veza između istih molekula postoje jake veze i između molekula vode i etanola. Ako je koncentracija etanola veća, više njegovih molekula će biti povezano među sobom nego sa vodom pa će ih se i više ponašati kao da su u čistom etanolu i tako lakše i brže isparavati.
Trokomponentne smjese pored etanola i vode imaju i trećeg igraća koji je prisutan u značajnoj koncentraciji u kojoj može uticati na promjenu brzine isparenja jedne od dvije glavne komponente. Odnos isparavanja dvije glavne komponente (etanol i voda) je narušen na primjer prisustvom neisparljive suhe materije iz kljuka. U toj situaciji etanol isparava brže iz kazana zato što su njegove veze sa vodom labavije jer je voda jedan dio ruku vezala za suvu materiju, i etanol se ovde ponaša kao da ga ima više nego što jeste, zato što u stvari nevezane i slobodne vode ima manje. A inače u trokomponentnim smjesama može da dođe i do međuzavisnog uticaja na isparljivost bilo koje komponente u sistemu ako je ona treća isparljiva. Zato se i nazivaju trokomponentnim, za razliku od višekomponentnih u kojima ne dolazi do ove bitne promjene u isparavanju glavne dvije, ali u njima dolazi do jake zavisnosti isparavanja svih ostalih „trećih“ komponenti kako od koncentracije dvije glavne, tako i njihove rastvorljivosti u odnosu na ove dvije. Zato što rastvorljivost i jeste način stvaranja molekulskih veza između molekula različitih jedinjenja.
Višekomponentni sistemi su oni pravi prirodni i najčešći. U našoj situaciji u njemu dominiraju dvije komponente a ostale, iako mnogobrojne po raznovrsnosti, ne mogu uticati na njih zbog manje koncentracije, ali zato ove sve ostale su pod njihovim jakim uticajem a povremeno i dodatno pod međusobnim uticajem.
Pa tako zbog prirode i snage međumolekulske veze, tačka ključanja neke treće komponente nije presudni faktor njenog isparavanja nego to zavisi više od rastvorljivosti te komponente u vodi ili etanolu. Ako je neka komponenta više rastvorljiva u etanolu nego u vodi (djelimično ili u cjelosti) onda će ona više isparavati onda kada više isparava etanol, a ako je rastvorljiva u vodi onda će više isparavati kada voda više isparava.
Tako dolazimo do one famozne situacije da se viši alkoholi smanjuju odvajanjem prvenca, a metanol u zavisnosti od svoje i početne koncentracije etanola u kazanu, jako često pored odvajanja prvenca i odvajanjem patoke.
|
